稠油计量系统研究及现场应用

李 韬 赵志华 李卫东

中国石油吐哈油田分公司 鲁克沁采油厂 （新疆 鄯善 838202）

稠油计量系统研究及现场应用

李 韬 赵志华 李卫东

中国石油吐哈油田分公司 鲁克沁采油厂 （新疆 鄯善 838202）

鲁克沁采油厂的各采油站点主要以40m3油罐检尺来完成对掺稀总量、单井和混合油总量、单井掺稀量的计量。检尺量罐方法，计量的准确性较低。根据计量法和精细化管理的要求，为有效提高采油厂的计量精度，对几种计量仪表进行适应性试验，并引进一批国内外先进的计量设备，改变目前的计量现状，使计量更加趋于精确。

计量 流量计 稠油

鲁克沁采油厂共有油水气井198口，其中油井161口，水井37口，承担着26.5万t/a的稠油生产任务。油田位于新疆鄯善县鲁克沁乡境内平坦戈壁上，北靠火焰山，老312国道从油田穿过，交通便利。地势为北高南低，平坦开阔，起伏不大，海拔约-10～50m。

鲁克沁采油厂于2007年9月成立，共有员工354人，基础设施除鲁中联合站以外，其余各个采油站点的自动化程度低，主要以40m3油罐检尺来完成对站点掺稀总量、单井掺稀量、单井混合油日产量以及站点混合油总量的计量。传统的人工检尺量罐计量方式，不仅劳动强度大，而且测量精度与操作人员的业务素质和责任心有很大的关联，无法保证计量的准确性。

1 稠油特性及开采工艺

1.1 原油（稠油）特性

1.1.1 原油黏度高，密度大，含蜡量中等，凝固点较高

原油中轻烃含量较低，仅占60%，而胶质、沥青质含量高，胶质含量20%～30%，沥青质含量8%～22%。表现出典型的高黏油特点。原油沥青质含量相对较高，达到20%。由于原油中胶质沥青质含量高，因此原油具有高黏度、高密度的特点。地面（50℃、脱气）原油黏度9 600～36 500mPa·s，原油密度0.96～0.98g/cm3。原油中含蜡量5%～11%，原油的凝固点为24～42℃。高压物性取样分析，原油溶解气油比10～12m3/m3，地层原油密度0.95g/cm3。

1.1.2 稠油黏度对温度变化敏感，温度降低，原油黏度大幅度升高

实验室测试原油黏度随温度变化特性，温度变化对原油黏度有很大影响，温度降低，原油黏度大幅度升高。温度每降低10℃，黏度约增加一倍。黏度突变的拐点温度约为60℃。各区块各层位原油黏温特性基本一致。地层条件下原油黏度为200～1 800 mPa·s,在较低温度条件下，原油为拟塑性流体。

1.2 稠油的开采工艺

鲁克沁的稠油开采是采取泵上掺稀的冷开采方法。空心抽油杆与地面掺稀油流程通过软管相连接，掺稀油从空心抽油杆内空通道注入，经空心抽油杆底部（泵上）的单流阀流到油管中与油层采出流体混合后一同被举升到地面。精确计量稀油的掺入量是保证油井是否正常生产的一个重要环节。

2 稠油计量

2.1 计量现状的现场调查

通过对现场的19个采油站点的计量设备及计量方法的摸排、调查，我们总结出了影响计量精度的几条因素。

（1）含水测量时的误差。测试中随机因素会造成一定的误差。

（2）视密度系统换算表与实际相比约有±0.005 kg/cm3的误差。

（3）由于液体静压力作用，使罐直径增大，高度缩小，由于这种原因造成的检尺误差约在0.03%～0.05%之间。

（4）油罐充液前后引起的弹性变形，使用后罐底的基础的下沉，检尺台上有沉积物，尺锤尖端磨钝，下尺时尺锤倾斜等都将引起较大的计量误差。

（5）根据JJGI68-76《立式金属罐容积鉴定规程》油罐鉴定结果，容积误差在±0.2%以内。

（6）油罐检尺误差。由量尺的误差和检尺时的随机误差组成。

（7）油罐内测平均时的误差。当油高超过5m时,就应分上、中、下三层取平均温度，即便这样，也会有一定的误差。

（8）测密度时的误差。由测试仪表和测试精度引起的误差在±0.128%左右。

由于检尺精确度的理论与实际的偏差较大，因此需要对现场进一步调查研究。比如，鲁中联合站，根据液位计检测出来的数据×195，不随温度、含水量、密度等变化而变化。综上所述，检尺测量的局限性主要表现在：误差大精确度没法保证、没有可比性、工人劳动强度大、受人为干扰因素大。

通过对国内外先进的计量系统的了解，在加强对现场员工劳动纪律、操作规程，以及改善作业环境等措施后，选取了几种不同型号的流量计，以玉东1站作为试验点，对现场的计量数据进行理论对比后，产生误差的因素依然存在，主要表现在：仪表自身结构及制造精度、环境温度变化、介质温度变化、黏度对计量精度的影响。但流量计具有测量精度高，实时性强，统计管理方便等优点，故流量计逐步替代检尺计量很有必要性。

2.2 流量计选型

根据稠油生产的实际，经过多方调研和试验，参考其它稠油油田计量情况，通过性能与价格比较、使用环境的对比，鲁克沁采油厂选用2种流量计，即质量流量计与椭圆齿轮流量计。

2.2.1 工作原理

科里奥利力效应是指当质点在一个转动参考系内做相对运动时，会产生一种不同于通常离心力的惯性力作用在此质点上，其大小与方向可用2mv×ω（其中m为质点的质量、v为速度、ω为角速度）来表示，利用该原理制作的流量计称为质量流量计。它的主要特点是准确度、稳定度较高，量程大。

椭圆齿轮流量计具有易于安装、维修方便、价格便宜等特点。主要用于内部了解的计量数据。

2.2.2 现场试验分析

2010年2月1 ～9日进行了椭圆齿轮流量计和质量流量计的适应性试验。通过实际流程测试，检验2种类型计量仪表在不同黏度、流速等原油计量流程上的精确性和适用性，以确定最终的计量仪表和计量流程，从以下4个方面进行现场效果试验。①质量流量计在稀油总量计量流程上的使用效果；②椭圆齿轮流量计在混合油总量计量流程上的使用效果；③质量流量计加消气装置在混合油总量计量流程上的使用效果；④质量流量计在掺化学降黏剂的混合油计量流程上的使用效果。

2.2.3 效果评价

（1）在联合站稀油阀组安装1台质量流量计计量3-2站掺稀量，连续计量3d，日掺稀量在163～165m3，仪表工作稳定正常。

（2）在联合站总机关房安装1台椭圆齿轮流量计计量2-1站来油，由于现有流程未安装溢流阀和压力变送器，只在白天派专人看护进行试验，晚上改走旁通流程。经3d的试验，仪表和过滤器运行正常，数据较准确。

（3）由于加装质量流量计消气装置需要大的流程改动，因此本试验未进行。

（4）在鲁8站安装1台质量流量计计量掺化学降黏剂井的产量，仪表未发生卡堵现象，流程压力稳定。

3 现场应用

根据试验的结果及仪表的性能、计量介质、价格以及其它不同要求，最终选用了3种计量仪表：①罗斯蒙特的质量流量计；②E+H的质量流量计；③椭圆齿轮流量计。

3.1 现场数据对比

鲁克沁的稠油开采中，各种流量计现场数据对比如表1～3所示。

3.2 技术改进

3.2.1 流量计改装后计量与控制

204 站的大泵掺稀，安装流量计后不仅仅可以用来准确计量每日每口井的掺稀量，还可通过瞬时流量来控制掺稀量。没有安装调节阀的通过手动调节羊角阀来控制流量，而3台实验用的自动调节阀安装之后，通过给定设定值，利用瞬时流量进行PID运算自动控制阀的开度，使流量稳定在一定的范围之内，大大的减轻了员工的劳动强度。

3.2.2 增加信息监控

在鲁中联合站阀组件，计量各站总掺稀量的是罗斯蒙特的质量流量计。这种表有许多功能，以前控制室只引入一个4～20mA的信号，用来监测瞬时流量。现在在没有增加任何费用的情况下，通过RS485通讯，将一批信号通过MODBUS协议接入PLC，通过组态可以看到所需要的信号如：温度、密度、累积量、瞬时体积流量等等。

3.2.3 优化仪表转动部件材质与结构，降低故障率

由于椭圆齿轮流量计属于全机械式仪表，转动部件和传动机构容易损坏，平均每台维护3次/月，整体维护工作量较大。经过与厂家共同分析，认为传动部件的频繁损坏主要是混合油含沙所致，而仪表本身配套的过滤器无法对这些悬浮在原油中的细粉沙进行过滤。针对这种情况，生产厂家对传动部件的结构和材质进行了改进，将滑动轴承改成滚动轴承，将不锈钢传动部件更换成更为耐磨损的合金材质，从而减少维修率和故障率,故障率下降为半年1次。

3.3 现场应用效果对比

表1 鲁中联合站通过雷达液位测量数据与质量流量计测量数据对比

表2 鲁中联合站质量流量计与站外椭圆齿轮流量计测量出来的数据对比

表3 204站E+H的质量流量计与罗斯蒙特的质量流量计测量数据比较

3.3.1 计量精度对比

在未装计量仪表前，通过雷达液位计检测液位计算出来的输往各站稀油量与各站检尺测出的稀油量平均每天相差100m3以上。实施仪表计量后，随机取数据分析，它的误差外围约0.51m3/h，极大提高了精确计量程度。

3.3.2 社会效益对比

检尺计量工人劳动强度大、上下罐存在较大安全风险。仪表计量信号已引入值班室，测量精度高、实时性强，便于统计管理等，是现代企业生产管理的发展趋势。

3.3.3 存在问题

质量流量计是否适用混合油计量，需待进行加消气装置试验，试验效果后方可实施。

4 结论及效果评价

计量水平的高低是衡量企业管理水平的重要指标，因此计量工作不仅仅是技术问题，而且是重要的管理问题、经济问题。如何提高计量手段、改造和完善现有设施，提高管理水平，使得计量更趋精确，我们建议采用以流量计为外输依据，检尺做对比的管理制度。

（1）使用的各类计量器具，必须符合技术条件，并保证在检定的有效周期内使用。

（2）采用以流量计为外输依据，检尺做对比的管理制度，严格控制误差范围，对各监测点的设置，要严格按国际规定进行设计。

（3）消除可能引起计量误差的因素。如：被计量容器有无泄漏、变形、串油等。

（4）提高操作管理水平，培训计量人员，包括流量计操作和检尺的计量操作。

（5）指定专人加强对计量数据的误差分析，研究，确保外输计量准确无误。

计量工作的好坏直接代表了一个企业的管理水平，在今后的工作中我们将不断探索，提高稠油生产中的计量水平。

At all oil production stations of Lukebi oil factory,the measurement of light oil total amount,total amount of single well and mixed wells,and the light oil quantity of single well are measured by the 40m3 oil tank scale.The method of oil tank scaling is low in the accuracy of measurement.According to the requirements of metrological law and fineness management,the adaptability test focuses on several measuring instruments in order to improve the measuring precision of oil production factory.Meanwhile,a large collection of foreign and domestic advance measuring equipment is introduced into our country,which changes the present state of measurement,and makes the measurement more accurate.

measurement;flow-meters;viscous oil

李韬(1969-)，男，现吐哈石油鲁克沁采油厂安全环保科主管。

尉立岗

2011-03-15