高含水后期转油站外输油流量计适应性分析

摘要：目前, 杏北油田正处于高含水开发后期, 并且, 随着聚合物驱、三元复合驱等开采方式的应用, 采出液含水、含砂、含聚逐年增多, 造成了流量计测量元件磨损和腐蚀, 转子卡堵现象时有发生, 影响转油站外输计量工作的正常运行。通过对杏北油田转油站在用外输油流量计应用情况、故障部位分析, 得出结论:速度式螺旋流量计安装维修方便, 运行稳定, 故障率低, 适用于油田高含水后期转油站外输液计量。

  截至2017年3月, 杏北油田转油站在用外输油流量计共计61台, 其中, 容积式流量计44台 (腰轮流量计31台、刮板流量计13台) , 速度式流量计17台 (螺旋流量计13台、涡轮流量计4台) 。容积式流量计适用于高黏度、高纯度的液体测量[1]。但是, 目前各转油站外输油流量计测量介质绝大部分为含水85%~98%的油水混合物, 并且, 随着聚合物驱、三元复合驱等开采方式的应用, 采出液中含水率、含聚浓度及砂含量逐年增多, 造成容积式流量计测量元件磨损和腐蚀严重, 影响了转油站的正常生产运行。因此, 开展了转油站外输油流量计适应性调查。

  腰轮流量计为容积式计量仪表, 用以连续测量封闭管道中流体的体积流量。腰轮流量计由壳体、腰轮、驱动齿轮、出轴密封、精度修正器、计数器等组成。其结构及工作原理见图1。

图1 腰轮流量计结构及工作原理图

  当被测流体流经计量腔时, 流体的流动压力使进出口之间形成压差, 腰轮在此压力差作用下旋转, 随着腰轮的转动, 不断地将流体排向出口。由于计量腔的容积是固定的, 因此, 腰轮每转动一圈排出的流体体积是恒定的, 即, 被测流体的体积与转子转数成正比。通过腰轮轴连接的变速机构、密封机构和精度修正机构, 将腰轮的转动次数传递至计数器, 便可累积流体体积总量, 属于机械传动。

  刮板流量计为容积式计量仪表, 由壳体、转子、刮板、凸轮、齿轮减速机构、精度修正器、计数器等组成, 转子、刮板、内壳体、上下盖板组成计量腔。当被测液体进入流量计后, 流体推动刮板转动, 并由刮板带动转子转动。计量腔中有一个固定的轴, 轴上安装有凸轮, 刮板上的滚子与凸轮保持接触, 因此, 在刮板和转子转动时, 刮板在凸轮作用下产生伸出和缩进的动作。计数部分采用联轴器将转子的转动次数传递至计数器, 便可累积流体体积总量, 属于机械传动。具体结构及工作原理见图2。

图2 刮板流量计结构及工作原理图

  螺旋流量计为速度式计量仪表, 由壳体、整流件、前后导向架、转子、显示器等组成。其结构原理见图3。转子两端镶有硬质合金轴承, 由前后两个导向架固定在壳体中。螺旋流量计的转子叶片为两片螺旋式的叶片。当流体通过管道时, 冲击螺旋转子的叶片, 对转子产生驱动力矩, 使转子克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转[2]。对于一定的流体介质黏度, 转子的旋转速度与流体流速成正比, 从而可以计算得到管道的流体流量。计数部分采用导线将信号传递至计数器, 便可读取流体瞬时和累计流量, 属于磁感应。

图3 螺旋流量计结构原理图

  杏北油田在转油站外输油流量计前和外输油泵前均安装有过滤器, 且根据不同开采方式与实际情况设定了不同的过滤器清洗周期。每台过滤器平均清洗周期为15 d, 基本可以过滤掉介质中的杂质和异物, 保证流量计正常运转。

  因此, 以下对比分析中排除大颗粒杂质对流量计使用的影响。

  杏北油田转油站在用外输油流量计中, 腰轮、刮板、螺旋三种流量计应用较多, 占在用流量计总数的93.4%。对这三种流量计的技术参数进行对比, 具体见表1。表1中流量计的长、宽、高尺寸以公称通径200 mm为例。

表1 三种流量计技术参数对比

  由表1可以看出, 腰轮流量计和刮板流量计体积及质量较大, 而螺旋流量计体积及质量较小。由于流量计结构与质量的不同, 腰轮流量计和刮板流量计采用立式安装, 需要设置水泥底座, 螺旋流量计采用水平配管安装, 便于流量计的安装、维修与更换。

  杏北油田转油站在用的外输油流量计中, 速度式流量计全部投产于2010年之后。因此, 对2010年后投产的34台容积式及速度式流量计进行对比, 运行及维修数据对比见表2。其中, 平均运行时间为2010年至2016年的统计数据, 维修次数为2014年至2016年的数据。

表2 流量计运行及维修情况统计

由表2可以看出, 与容积式腰轮、刮板流量计相比, 速度式螺旋流量计平均运行时间***长, 且统计时间内维修次数为0, 运行状态远优于其他类型流量计。

  2014年至2016年, 杏北油田转油站外输油流量计的损坏维修全部为容积式流量计, 主要是由于容积式流量计结构相对复杂, 转动、传动部件较多, 易损部件多于速度式流量计。转油站在用外输油流量计2014年至2016年故障部位统计见表3。

  由表3可以看出, 容积式流量计内部转子轴承、驱动齿轮及齿轮箱损坏次数较多, 占总数的78.4%。主要是由于杏北油田处于高含水开发后期, 转油站油水混合物含水率普遍升高, 平均为89%。同时, 伴随着三次采油的推广应用, 导致采出液含聚浓度、含砂、含水及各项离子含量均呈上升趋势, 转油站外输液成分复杂, 转动部件长期得不到有效润滑, 加剧了机械磨损, 转动部件存在结垢现象, 使流量计故障时有发生。

表3 2014年至2016年流量计故障部位统计

  杏北油田转油站在用外输油流量计基本满足转油站外输油计量需求, 但是, 随着油田步入高含水开发后期, 采出液含水普遍升高, 三次采油采出液成分复杂。由于容积式流量计结构复杂, 转动部位较多, 其重要测量部位 (转子) 均与被测流体直接接触, 受被测介质影响较大, 因此, 腰轮和刮板流量计故障时有发生。

  速度式螺旋流量计结构简单, 旋转部件较少, 安装维修方便, 运行稳定, 故障率低, 适用于油田高含水后期转油站外输液计量。因此, 处于高含水开发后期的油田在新建转油站或已建转油站外输油流量计更换时, 建议使用速度式螺旋流量计计量外输液体。