油井产量流量计计量方式选型详解
摘要：油井产量计量是掌握油井的生产动态, 分析储油层的变化情况, 科学地制定油田开发方案的重要依据, 目前我国油田油井产量计量在动态周期性计量的基础上, 普遍采用多井集中计量方式;对于拉油的油井, 可采用静态计量方式, 对于开采后期的油井, 针对其普遍低产少气的特点, 可采用活动计量或软件计量方式, 其中软件计量应用***多的是液面恢复法、功图法;20世纪末国内外研制开发的多相流量计可同时计量管道内油、气、水的产量, 是油井产量计量技术的发展方向。该文详细介绍了常用的油井产量计量方式及其应用范围, 对于油田的生产管理有一定的指导意义。
油井产量计量是指计量单井油、气、水采出物的日产量, 以满足生产动态分析的需要。油井产量计量是油田生产管理的一项重要工作, 是掌握油井的生产动态, 分析储油层的变化情况, 科学地制定油田开发方案的重要依据。
虽然油井产量资料对认识油藏性质、分析油井和油藏的动态十分重要, 但不要求有很高的计量精度。当采用多井集中计量方式时, ***大允许误差应在±10%以内;低产井采用软件计量时, ***大允许误差宜在±15%以内[1]。
油井产量计量实践证明, 多数油井产量变化是有规律的, 故出于准确度和经济性的考虑, 油井产量采用周期性连续计量。每口井每次连续计量时间一般为4~8 h;油、气产量波动较大或产量较低的井, 可延长计量时间为8~24 h。每口井的计量周期为10~15 d, 低产井的计量周期可为15~30 d[1]。
油井产量在周期性连续计量的基础上, 综合考虑油井产出物的油、气、水组成、原油的物性、油井产量及其波动情况等因素选型合适的计量方式。目前, 我国油田***普遍采用多井集中计量方式;其它的计量方式有静态计量方式、活动计量或软件计量方式、多相流量计计量。下面对每一种计量方式及其应用范围进行了详细的介绍。
一．产品概述
涡轮流量计是江苏华云仪表有限公司采用先进的超低功耗单片微机技术研制的涡轮流量传感器与显示积算一体化的新型智能仪表，智能涡轮流量计是一种精密流量测量仪表，与相应的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。智能涡轮流量计广泛用于石油、化工、冶金、科研等领域的计量、控制系统。配备有卫生接头的涡轮流量传感器可以应用于制药行业。
二．产品特点
1.压力损失小，叶轮具有防腐功能；
2.采用先进的超低功耗单片微机技术，整机功能强、功耗低、性能优越。
3.具有非线性精度补偿功能的智能流量显示器。修正公式精度优于±0.02%
4.仪表系数可由按键在线设置，并可显示在LCD屏上，LCD屏直观清晰，可靠性强
5.采用EEPROM对累积流量、仪表系数掉电保护，保护时间大于10年
6.采用高性能MCU中央处理器，完成数据采集处理显示输出、累积流量瞬时流量同
7.屏显示方便的人机界面实现， 以标准485形式进行数据传输。
8.采用全硬质合金（碳化钨）屏蔽式悬臂梁结构轴承，集转动轴承与压力轴承于一体，大大提高了轴承寿命，并可在有少量泥沙与污物的介质中工作。
9.采用1Cr18Ni9Ti全不锈钢结构，（涡轮采用2Cr13）防腐性能好。
10.容易维修，有自整流的结构，小型轻巧，结构简单，可在短时间内将其组合拆开，内部清洗简单。
11.有较强抗磁干扰和振动能力、性能可靠、寿命长
12.下限流速低,测量范围宽，
13.现场显示型液晶屏显示清晰直观，功耗低，3V锂电池供电可连续运行5年以上，耐腐蚀，适用于酸碱溶液
三．基本参数与技术性能
| 仪表口径及连接方式 | 4、6、10、15、20、25、32、40采用螺纹连接 |
| （15、20、25、32、40）50、65、80、100、125、150、200采用法兰连接 | |
| 精度等级 | ±0.5%R |
| 量程比 | 1:10；1:15；1:20 |
| 仪表材质 | 304不锈钢、316（L）不锈钢等 |
| 被测介质温度（℃） | -20～＋120℃ |
| 环境条件 | 温度－10～+55℃，相对湿度5%～90%，大气压力86～106Kpa |
| 输出信号 | 4-20mADC电流信号（LWGY-□C型） |
| 供电电源 | LWGY-□B型：自带锂电池供电（可连续使用3年）；LWGY-□C型：+24VDC |
| 信号传输线 | 2×0.3（二线制） |
| 传输距离 | ≤1000m |
| 信号线接口 | 内螺纹M20×1.5（LWGY-□C型） |
| 防爆等级 | ExdIIBT6 |
| 防护等级 | IP65 |
四.产品测量范围及工作压力：
| 仪表口径（mm） | 正常流量范围（m3/h） | 扩展流量范围（m3/h） | 常规耐受压力（MPa） | 特制耐压等级（MPa）（法兰连接方式） |
| DN 4 | 0.04～0.25 | 0.04～0.4 | 6.3 | 12、16、25 |
| DN 6 | 0.1～0.6 | 0.06～0.6 | 6.3 | 12、16、25 |
| DN 10 | 0.2～1.2 | 0.15～1.5 | 6.3 | 12、16、25 |
| DN 15 | 0.6～6 | 0.4～8 | 6.3、2.5（法兰） | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 20 | 0.8～8 | 0.45～9 | 6.3、2.5（法兰） | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 25 | 1～10 | 0.5～10 | 6.3、2.5（法兰） | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 32 | 1.5～15 | 0.8～15 | 6.3、2.5（法兰） | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 40 | 2～20 | 1～20 | 6.3、2.5（法兰） | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 50 | 4～40 | 2～40 | 2.5 | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 65 | 7～70 | 4～70 | 2.5 | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 80 | 10～100 | 5～100 | 2.5 | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 100 | 20～200 | 10～200 | 2.5 | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 125 | 25～250 | 13～250 | 1.6 | 2.5、4.0 |
| DN 150 | 30～300 | 15～300 | 1.6 | 2.5、4.0 |
| DN 200 | 80～800 | 40～800 | 1.6 | 2.5、4.0 |
| 公称通径（mm） | L(mm) | G | K（mm） | D（mm） | n（孔数） |
| 4 | 225 | G1/2 | |||
| 6 | 225 | G1/2 | |||
| 10 | 345 | G1/2 | |||
| 15 | 75 | G1 | Φ65 | Φ14 | 4 |
| 20 | 80 | G1 | Φ75 | Φ14 | 4 |
| 25 | 100 | G5/4 | Φ85 | Φ14 | 4 |
| 32 | 140 | G2 | Φ100 | Φ14 | 4 |
| 40 | 140 | G2 | Φ110 | Φ18 | 4 |
| 50 | 150 | G5/2 | Φ125 | Φ18 | 4 |
| 65 | 170 | Φ145 | Φ18 | 4 | |
| 80 | 200 | Φ160 | Φ18 | 8 | |
| 100 | 220 | Φ180 | Φ18 | 8 | |
| 125 | 250 | Φ210 | Φ18 | 8 | |
| 150 | 300 | Φ240 | Φ22 | 8 | |
| 200 | 360 | Φ295 | Φ22 | 12 |
五、选型资料
| 型 号 | 说 明 | |||||||
| HT-LWGY─ | □ | /□ | /□ | /□ | /□ | /□ | /□ | |
|
公 称 通 径 |
4 | 4mm，标准量程0.04～0.25m3/h，宽量程为0.04～0.4m3/h | ||||||
| 6 | 6mm，标准量程0.1～0.6m3/h，宽量轮为0.06～0.6m3/h | |||||||
| 10 | 10mm，标准量程0.2～1.2m3/h，宽量程为0.15～1.5m3/h | |||||||
| 15 | 15mm，标准量程0.6～6m3/h宽量程为0.4～8m3/h | |||||||
| 20 | 20mm，标准量程0.8～8m3/h，宽量程为0.4～8m3/h | |||||||
| 25 | 25mm，标准量程1～10m3/h，宽量程为0.5～10m3/h | |||||||
| 32 | 32mm，标准量程1.5～15m3/h，宽量程为0.8～15m3/h | |||||||
| 40 | 40mm，标准量程2～20m3/h，宽量程为1～20m3/h | |||||||
| 50 | 50mm，标准量程4～40m3/h，宽量程为2～40m3/h | |||||||
| 65 | 65mm，标准量程7～70m3/h，宽量程为4～70m3/h | |||||||
| 80 | 80mm，标准量程10～100m3/h，宽量程为5～100m3/h | |||||||
| 100 | 100mm，标准量程20～200m3/h，宽量程为10～200m3/h | |||||||
| 125 | 125mm，标准量程25～250m3/h，宽量程为13～250m3/h | |||||||
| 150 | 150mm，标准量程30～300m3/h，宽量程为15～300m3/h | |||||||
| 200 | 200mm，标准量程80～800m3/h，宽量程为40～800m3/h | |||||||
| 类型 | B | 电池供电现场显示型 | ||||||
| C | 现场显示/4～20mA 两线制电流输出 | |||||||
| C1 | 现场显示/RS485通讯协议 | |||||||
| C2 | 现场显示/HART通讯协议 | |||||||
| 精度等级 | 05 | 精度0.5级 | ||||||
| 10 | 精度1.0级 | |||||||
|
涡 轮 类 型 |
W | 宽量程涡轮 | ||||||
| S | 标准涡轮 | |||||||
| 材 质 | S | 304不锈钢 | ||||||
| L | 316（L）不锈钢 | |||||||
| 防爆 | E | 防爆型 （防爆等级：ExdⅡBT6） | ||||||
| 压力等级 | N | 常规 （参照表2） | ||||||
| H(x) | 高压 （参照表2） | |||||||
1、多井集中计量方式：
多井集中计量方式是一种***普遍应用的油井产量计量方式。多井集中计量方式, 就是每口油井通过出油管线 (DN50 -DN100) 把油井产物输送到两相分离器进行气液分离, 然后分别测定气、液两相的流量, 并通过含水分析测定含水率, 由此计算出油井中油、气、水的产量[1]。其中原油的计量主要有玻璃管量油、电极量油、翻斗量油等方法;气体计量有孔板测气、分离器排液测气、流量计测气等方法;原油含水率的测定, 按原油乳状液的类型、含水率的高低和计量自动化的程度, 可采用仪表在线连续测定或人工取样测定。
1.1、原油的测量方法：
(1) 玻璃管液面计量
玻璃管液面计量油, 是在油气分离器上安装一根与分离器构成连通管的玻璃管液面计, 分离器内一定重量的油将水压到玻璃管内, 根据玻璃管内水上升的高度与分离器内油量的关系得到分离器内油的重量, 由此测得玻璃管内液面上升一定高度所需要的时间, 即可折算出油井的产量。玻璃管量油是国内各油田普遍采用的传统方法, 约占油井总数的90%以上。该方法的优点装备简单、投资少;缺点是人工操作自动化水平低、原油经常会附着在玻璃管内壁上, 造成读数困难;由于采用间歇量油的方式来折算产量导致原油系统测量误差较大;另外在高含水期特别是在特高含水期, 对于气液比低的油井计量后的排液十分困难, 给计量操作造成很大不便。
(2) 电极量油
电极量油是在玻璃管液面计量油的基础上, 在规定的量油高度上下界限各安装一个电极, 当水上升到下电极时计时电表接通开始计时, 水上升到上电极时电表切断停止走动, 记录水位升高的时间, 则可按照玻璃管液面计量油的方法计算出油井的产量。
(3) 翻斗量油
翻斗量油装置主要由量油器计数器等, 组成一个斗装满时翻倒排油, 另一个斗装油这样反复循环来累积油量, 这种量油装置结构简单, 具有一定计量精度。
1.2、天然气的测量方法：
(1) 气体流量计测气
随着技术的发展, 气体流量计在天然气测量中的应用越来越多, 常用的有气体涡轮流量计、旋进旋涡流量计、涡街流量计气体、罗茨流量计等。
气体涡轮流量计、旋进旋涡流量计、涡街流量计是速度式流量测量仪表。气体涡轮流量计主要由涡轮导流器磁电转换器等, 组成具有精度高重复性好、反应快、测量范围宽等优点。缺点是具有运动部件容易磨损从而影响测量的精度。
涡街流量计是基于“卡门”涡街原理研制成的一种流量计, 在管道中插入一个旋涡发生体, 当管道中有流体流过时, 在旋涡发生体的两侧将交替产生旋涡, 在下游交替排列的旋涡列被称为涡街。单位时间内通过某一点的涡街的数量与流体的流速成正比, 涡街由压力传感器检测, 检测微弱电信号经处理, 转换为流量进行显示或者远传。
旋进旋涡流量计工作原理, 进入流量计的流体通过旋涡发生器产生旋涡流, 旋涡流在文丘里管中旋进, 到达收缩段突然节流使旋涡流加速, 当旋涡流进入扩散段后, 因回流的作用强迫进入旋进式二次旋转。旋涡流的频率与介质速度成正比并且为线性关系。由压力传感器检测, 检测的微弱电信号经处理, 可转换为流量信号。
旋进旋涡流量计和涡街流量计都具有结构简单、准确度高、测量范围大、无机械可动件、安装使用方便、不受介质的密度、粘度等影响的优点。
气体罗茨流量计是一种容积式流量计, 计量精度较高, 适用于精密的体积测量。广泛用于贸易和精密储运计量管理, 但是在油井计量中分离出的天然气含有较多的液滴, 这会影响流量计转动机构的润滑, 容易出现卡堵事故, 所以一般不宜采用此类流量计。
(2) 孔板测气
孔板测气是传统的气体计量方法, 用节流孔板与波纹管压差计配套进行测量, 根据气体流经孔板节流时前后的压差来计算气体流量, 这种计量方法装置结构简单、安装方便, 但量程较小, 计量精度受孔板加工安装精度的影响。
(3) 分离器排液测气
在计量用油气分离器量完油以后, 关闭分离器的天然气出口阀门, 根据排液的时间计算天然气的产量, 这种方法不需要专门的测量装置, 原理简单, 但操作工作量大且精度不高。
1.3 原油含水率的测定
原油含水率的测定, 按原油乳状液的类型、含水率的高低和计量自动化的程度, 可采用仪表在线连续测定或人工取样测定。
(1) 仪表在线连续测定
仪表在线连续测定是在原油管线上安装在线含水分析仪表, 目前在油田上使用的原油含水分析仪按原理大致可分为直接测量法和间接测量法两类。
直接测量法包括电容法、微波法、超短波法等。此类原油含水分析仪表是根据乳化原油电化学特性不同, 测量中、低含水原油连续相的乳化原油的电导率, 当未出现油水转相时, 其含水率的测量可以控制在±3.0%以内。当含水原油有明显的游离水出现时, 这类原油含水分析仪只有与三相分离器配套使用, 将游离水除去后方可以使用。
电容法测量低含水原油的含水率多采用同轴桶形电容传感器, 利用原油乳化液的介电常数与含水率有关的原理来实现对原油含水率的测量。
微波法依据原油和水对微波的吸收程度不同检测油水混合液的含水率。
超短波法包括g 射线和c 射线吸收法, 当g射线和c 射线穿过物质时射线强度会发生衰减, 由于原油和水对射线的吸收系数不同, 因此通过测量射线强度就可以计算出油水混合液的含水率。
间接测量法包括振动管式液体密度计、放射性测密度法等。此类原油含水分析仪表用实际生产中某区块纯油、纯水的密度值相对稳定的特点, 测量含水原油的密度, 通过计算间接测得含水率。该方法在理论上可用于0~100%的原油含水率的测量范围, 并且不受油水转相的影响, 从而避免了高含水原油由于油水转相的不确定性造成的不可控的原油含水率测量准确度, 其含水率测量误差可以控制在±1.0%以内。
(2) 人工取样测定
人工取样测定就是操作人员取一定数量的油样, 使用蒸馏法、电脱法等测定油样的含水量, 从而获得油井的含水量参数。这是目前我国油田采用的主要检测方法, 人工采取油样具有随机性、代表性不强、增大了原油含水率的误差。
2、其它计量方法：
油井计量方式除了多井集中计量方式外, 还有其它几种计量方式, 如对于开采后期的油井, 针对其普遍低产少气的特点, 可采用活动计量或软件计量方式, 其中软件计量应用***多的是液面恢复法、功图法;对于拉油的油井, 可采用计量分离器、高架油罐或槽罐容器静态计量方式;20世纪末国内外研制开发的多相流量计可同时计量管道内油、气、水的产量。
2.1、软件计量方式：
(1) 液面恢复法 (动液面法) [2]
根据试井理论, 油井关井后, 液面上升率起初与关井时间成正比, 然后越来越慢。动液面法就是利用这个理论, 采用井口回升记录仪测量油井停产时及开井生产一段时间后油井油、套管环形空间内的液位高度, 根据静液面和动液面的高差, 求得单位时间内进入井内的产液量。
(2) 功图法
从理论上讲, 功图可以表示每次抽油的产液量。深井泵的功图直接反映泵的工作情况, 反映泵内流体的充满程度。因此, 用仪器采集每个冲程的功图数据, 根据功图数据的变化, 分析每个冲程中泵内液体的充满程度, 把泵筒作为计量容器, 计算出每个冲程的抽汲量, 即可折算单井的产液量。
设油井产量为Q, 混合液密度为ρ, 体积系数为B, 泵径为D, 有效冲程为S, 抽油机的冲次为n, 则通过下式可以算出油井产液量。
Q=nρSπD24B. (1)Q=nρSπD24B. (1)
液面恢复法和功图法适用用于油井密度大, 产量低的油井, 配套设施少, 计量方法简单。缺点是对于间歇出油、气量较大的油井使用效果不理想, 在技术上还有待继续提高。
2.2、静态计量方式：
拉油的油井可采用静态计量方式, 即采用计量分离器、高架油罐或槽罐容器计量, 这几种计量方式的原理是通过仪器或人工测定在一定时间内流入容器的油井产物的体积变化量来计算油井的产量, 这种计量方法简单, 投资少, 但自动化水平低, 计量误差较大, 一般应用在油井比较分散, 对计量精度要求较低的场所。
2.3、多相流量计的计量方式[3]：
20世纪末国内外研制开发的多相流量计可同时计量管道内油气水流量, 无需将油井产物通过分离器分成气液两相后进行计量, 是油井产量计量技术的发展方向。
国外很多公司或研究机构从20世纪70、80年就对多相流量计进行研究, 从未间断, 涉及多相流动规律、机理及测试方法等领域。典型的测试方法:相关法、容积法、孔板节流法、激光多普勒法等。比较代表的多相流量计有:EUROMATIC流量计、AGAR流量计、FLUENTA MPFM900多相流量计、FRAMO多相流量计、KOS-FLUID多相流量计。
由于油井采出液中的油气水一般不是均匀混合的, 它们以不同的速度流动形成复杂的流态, 目前多相流量计对复杂井流的适应性不强, 计量精度不高, 并且仪表价格昂贵, 使得多相流量计的使用范围受到了很大的限制。但是由于其占地面积、自动化水平高、可移动计量等方面有很大的优越性, 将是未来油井产量计量技术的发展方向。
3、结论：
文章详细介绍了我国油田油井产量计量方式, 主要有多井集中计量方式, 静态计量方式, 软件计量方式, 其中软件计量方式包括液面恢复法、功图法, 多相流量计计量方式, 并对各种计量方式的适用范围进行了论述, 在实际应用中, 需综合考虑油井产出物的油、气、水组成、原油的物性、油井产量极其波动情况等因素选型合适的计量方式。