实流校准三相分离式原油产量计量装置方法的探讨

孟祥波

中国石化原油计量站 胜利石油管理局流量检定站 （山东 东营 257000）

实流校准三相分离式原油产量计量装置方法的探讨

孟祥波

中国石化原油计量站 胜利石油管理局流量检定站 （山东 东营 257000）

根据三相分离式原油产量计量装置的工作特点，在油井井场，设计了一种实液校准油井原油产量计量装置的流程、测试步骤及数据计算与误差处理。通过对三相分离式单井计量装置的现场实液检测，为今后对三相流计量装置的现场测试提供了一种测试方法和思路。

实流校准 三相分离 原油计量 校准方法 计量装置

在原油开采过程中，为确定各油井原油、天然气产量，了解地层油气含量及地层结构的变化，需要对油井产出液各相的体积流量或质量流量进行连续的计量并提供实时计量数据，以便优化生产参数，提高采收率[1]。油井作为油田原油生产的基本单元，油井原油产量的总和构成了油田年原油产量的生产规模。快速掌握每口油井的生产动态、正确测量油井产量的变化，及时准确采取注水调配、油井作业、油层调整等必要的生产管理措施，是确保油田原油稳产、高产的关键。因此准确测量油井的产量，是采油过程中一项基础性的工作，对准确计算油藏可采储量、提高原油开采率起着十分重要的作用。近年来随着油井三相分离计量技术和多相流计量技术的发展应用，可以在不用分离器或少量分离的情况下，直接测出油井产出物中的油、气、水的产量，它将逐步成为今后油井产量计量、调控生产的必备手段。

多相流量计从计量方式看可分为全分离式、取样分离式和不分离式三种。全分离流量计由于气液分离计量,计量技术简单,但体积大,结构复杂,一般适用于层流或环状流等易于气液分离的流态；小型取样分离技术的多相计量系统，虽然在一定程度上解决了全分离流量计体积大、结构复杂等问题，然而取样的代表性自然就成为这种流量计的主要难题；不分离流量计可在不作任何分离的情况下,对多相流进行计量。流量计结构紧凑,可以小型化,但计量技术难度大,主要体现在各相组分及流速的测定上[2]。

任一种类型的多相流量计，都不可能在所有的多相流条件下均表现出最佳的工作性能。各个生产厂家的产品因其测量机制不同，而又有各自的适用范围，国际上至今没有一套统一的标准和规范，在使用中难免会出现一些问题，因此很大程度上限制了多相流量计技术在油气生产实践中的推广和使用。

影响三相流计量装置准确校准的因素

影响三相流计量装置准确校准的因素主要有其自身固有的影响因素和对该计量装置进行校准所必然存在的影响因素两方面。

1 计量装置的影响因素

多相流计量的复杂因素与单相流计量相比，精确计量多相流的难度要比精确计量单相流大得多。单相计量可通过测得压力、流动黏度、压缩性和测量装置的几何尺寸来测得流量。而在多相流中，影响其准确测量的因素主要有[3]：

（1）由于各相并非混合均匀，水与油混合得不好，气体与液体处于分离状态。

（2）各相以不同的速度流动，各相之间存在着界面效应和相对速度，相界面在时间和空间上变化比较大，液相和气相以不同的速度流动。

（3）混合是不规则的，各相混合时，黏度和总量都会发生变化。

（4）相与相之间相互作用，气体能从溶液中析出或者溶解在液体中，蜡和水合物会在流体中沉淀。

（5）流动状态非常复杂，特征参数比单相流系统多，它取决于各相之间的相对速度、流体特性、管路结构及流动方向。

2 实施校准存在的影响因素

多相流计量装置的检定/校准有实验室和在线两种。实验室校准目前只有大庆油田有一套校准装置，但由于送检费用较高以及其采用的工作介质与胜利油田的现场实际介质存在着差异，校准结果无法完全适用于胜利油田的现状。而作为一种新型的计量装置，对其的检测或校准，国家没有一个严格的规程或标准进行指导，导致各计量机构对多相流计量装置的校准无章可循，方法各异。在对多相流计量装置的现场校准中，由于各种计量装置工作原理的不同，对各相的准确校准存在较大困难，主要有：

（1）各相的控制协调。如何解决分路计量仪表的同时和连续读取，液量中纯油量的校准、水量与油量的匹配关系，如何根据水与油的比率关系选配校准设备，保证不致使水量过多或油量过少导致标准设备溢出或液面过低无法读取。

（2）控制设备的选择和使用。如何选择恰当的控制设备，确保在现场校准过程中，不破坏多相流计量装置的实际工况，解决工作计量与现场校准的同步问题。

（3）液相物性参数的获取。无论何种多相流计量装置都要对液相的密度、含水率、含油率进行测量，而由于液相变化的不可复现性，如何随即抽取油样或水样，以及采用什么方法得到各项参数都对最终的校准结果产生极大影响。

鉴于以上影响因素，致使三相流计量装置计量准确度以及技术指标无法在工作现场得到准确的检测，不但影响了其正常的使用，还无法有效参与到正常的生产运行中。几年来通过对油田在用三相计量装置的调研和多种不同形式的测量方法的总结，并与杭州创联公司合作通过对单井计量装置的改造实现了对三相分离式单井计量装置的现场实液检测。

现场校准

1 校准思路

由于受到各种因素的制约，所有的三相流量计量装置只是对装置中的单相计量仪表进行了检定，并未对整套装置进行有效的检定或校准。在三相流计量装置安装到现场后，由于现场条件与理论推导之间的差异，又会对装置的准确计量产生多大的影响，如何能在不破坏工作现状的情况下对三相流计量装置进行测试，带着这些问题，通过查看现场，分析数据，与厂家结合，提出了静态容积法体积计量比对的思路。将待测试装置分离后的水路和油路通过流程改造，在保证不破坏正常工作状态的情况下，把经过水路电磁流量计和油路质量流量计计量过的液体分别引入标准容器参与比对，并在测试过程中定时抽取水样和油样进行含油率和含水率的测定，最后通过数据修正和误差分析，最终计算出三相分离式单井计量装置的油量和液量误差。

2 测量设备和测量流程

（1）被测试设备。选用杭州创联生产的YJ/LⅡ600型移动式三相分离计量装置，该计量装置由卧式分离器、旋风分离器、除沫器、工艺管线、测量仪表、控制仪表以及计算机、显示终端组成。油井产出的油、气、水混合物切线进入旋风分离器，在离心力作用下，液体和气体分离，分离后的气体，从旋风分离器顶部流出经除雾装置后进入气路计量管线；经旋风分离器分离的液体进入卧式分离器，依次经消能装置、折流板、整流装置后进入沉降室，油、水在沉降室经重力作用下自然分层，低含水的适合质量流量计测试的油水混合流体溢入油室，并进入油路计量管线；沉降室底部的游离水则进入水路计量管线。装置运行过程中，通过先进的数学控制模型，由测控主机对分离器中的液位以及压力进行控制，实现油、气、水三相准确计量。各路计量分别选用了量程2.5～30m3/h的DN25涡街流量计；量程为0～16m3/h，精度为0.5%的电磁流量计和量程为0～12t/h，精度为0.2%的质量流量计。

（2）校准仪器。为完成现场校准，根据被校准的三相流计量装置的精度要求，以及考虑到现场的实际条件，我们最终选用了3个分别为10 000、1 000、20L的标准量器，20m的量油尺，2m的钢卷尺以及电子秒表和温度计。

（3）测试流程。图1为三相分离计量装置测试流程图。

（4）试验现场。选取的计量站共计量14口油井产量，油井日产气量在200m3以内，液量为2.1～107t，含水率在34%～97%之间。

3 测试过程及控制

为了测试三相分离式单井计量装置的计量精度和分离效果，需对运行中的计量装置进行现场比对试验，通过计量装置和标准计量器具的测试数据比较，计算其各项计量误差，确定其各项技术指标是否符合原油生产及计量要求。

鉴于无有效的标准量器可对分离的气体进行准确计量，因此实液测试只对油水两路进行。在进行测试前，为保证在测试过程中不改变计量装置的正常生产状态，在流程的油路和水路出口加装了限压阀，保持分离器内的压力平衡。

具体测试过程为：

（1）将生产流程与测试计量装置连接并进行预热。

（2）当被测试计量装置各环节工作正常并运行0.5h后，开始正式测试。

（3）切换生产流程入测试流程，计量装置开始计量，同时记录电磁流量计、质量流量计、涡轮流量计的仪表底数；测量装置的工作温度和压力、环境温度和压力等。

（4）在测试过程中，分别对装置分离后的油路和水路进行取样，记录样品体积。

（5）观察标准油罐的液位，当标准油罐即将装满时，切换测试流程为生产流程，停止测试，同时记录标准油罐液位高度以及电磁流量计、质量流量计、涡轮流量计的仪表底数，记录被测试装置在测试过程中计量出的日产油量、日产气量和日产水量。

（6）对标准水罐的水位进行检尺，记录标准油罐的液位，同时测量标准水罐和标准油罐的油温和水温。

（7）对采集的油、水样进行油样密度、油样中的含水率和水样中的含油率进行化验，对标准油罐和标准水罐的液位进行数据处理，分别计算出标准的日产油量、日产气量和日产液量。

（8）将测试装置记录的数据和标准数据进行比对分析，得出油量和液量测试误差。

4 测试结果

通过现场的严格测试，实际测试的油量测量误差为3.85%，液量测量误差为3.04%，该三相分离式计量装置的测试结果符合设计要求。

结论

通过对三相分离式计量装置的现场实液测试，即验证了该计量装置的计量精度，又验证了该测试方案的可行，从而解决了三相分离式计量装置无法进行计量测试的难题，为三相分离式计量装置的生产应用提供了技术保证。而这次现场实液测试也为今后三相流计量装置的测试提供了一种测试方法和思路，对其他多相流计量装置的现场测试有一定的参考价值，为将来更好开展三相流计量装置的测试进行了一次有益的尝试。

[1]洪毅，毕晓星.多相流量计的研究与应用[J].中国海上油气（工程），2003，(4）:16-20.

[2]方代煊，朱云祖.国外多相流量计开发与应用现状[J].石油机械，1999，7（7）:44-47.

[3]王晓东，董守平.石油多相流计量研究的现状与发展趋势[J].油气田地面工程，1999，8（2）:4-7.

According to the working characteristics of three-phase separation metering device of crude oil output,one process of calibrating the metering device of well crude oil output by the use of well actual liquid has been designed at the oil well fields,coupled with testing steps,data calculation and error treatment.Based on the field actual liquid detection of three-phase separation metering device,one testing method and a train of thought have been provided for the field test of three-phase metering device in the future.

actual flow calibration;three-phase separation;crude oil measurement;method of calibration;metering device

孟祥波（1974-），男，工程师，现主要从事流量计量检定与管理工作。

2009-08-01