移动式油水比测试装置研究

何彦君 ，刘 鹏 ，赖 燕 ，王喜娟 ，马 骞 ，周继勇 ，马连伟

（1.西安石油大学，陕西西安 710065；2.中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000）

移动式油水比测试装置研究

何彦君1，2，刘 鹏2，赖 燕2，王喜娟2，马 骞2，周继勇2，马连伟2

（1.西安石油大学，陕西西安 710065；2.中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000）

传统的计量装置由于要求被测介质单一，流量稳定，同时压差变化较小，而在对分离器的液体进行直接测量时，所测介质是油水气的混合相态，同时从分离器放出的介质由于压差大，流速快，且不稳定，因此，传统的流量装置根本不能测量分离器内液体相态中油的体积和水的体积。移动式油水比测试装置采用分离器机械式自动油水分离排液装置作为自动排液设备，其后采用油水自动积液突然开启装置来稳定所计量的液体的流速，同时采用系统稳压装置将减压后的压力稳定在一相对较小的压力范围内，从而满足普通计量装置所要求的计量条件。

分离器；油水比；计量

目前，在很多天然气气井中，天然气在生产过程中会将天然气内所含液体成分分离出来，其中很多井中除水外，还含有大量的凝析油，而工艺上要求对气井的产液量变化有准确把握，所以要求准确计量气井中天然气中所含液体体积。传统的计量装置由于要求被测介质单一，流量稳定，同时压差变化较小，而在对分离器的液体进行直接测量时，所测介质是油水气的混合相态，同时从分离器放出的介质由于压差大，流速快，且不稳定，因此，传统的流量装置根本不能准确计量出天然气分离器内所含液体体积，就更不能测量分离器内液体相态中油的体积和水的体积。

1 装置简介

移动油水比测试装置将气液分离器排液装置和油水分离器整合于一体，采用双筒结构，将油水分离开分别进入不同腔体，并将油水自动排出分离器外。即将气液分离器分离出的油和水自动分离并分别排到油罐和水罐，减少混合液的分离设备及后续工艺。该装置优点在于：（1）采用双腔双浮筒结构，实现分离器的自动排液功能；（2）能将分离器内的油水自动分离开；（3）减少了后续分离工艺，减少了设备。

1.1 工作原理

此次研究将根据分离器工作产液特性，采用分离器自力式疏水疏油阀将分离器内液体分开排出，再通过流量稳定装置及压力稳定装置，使分离器的排液能够达到相态单一，压差小，压力稳定，流速稳定的普通计量条件，从而能够准确计量出分离器内油的体积和水的体积。

该装置的工作原理为分离器分离出的油水混合物，通过天然气疏水阀自动排出分离后进入油水沉降罐，靠油水密度差及油水沉降自动分层，通过自动脱水器将分离出的水排出油水沉降罐，从而将油水自动分开，水进入积水罐，油进入积油罐。当油和水累积到一定液位时，通过油水积液桶的液位突开装置，将油和水一次性排出，通过涡轮流量计计量出油和水的体积，从而完成油水的自动分离和计量功能。

1.2 主要设备

移动式油水比测量装置具有自动排液、自动分离、自动积液的功能，同时能精确得到油和水的体积，并且装置是移动式的，方便操作，运行安全。为使该装置能在不同的场站快速对分离器内的油水比进行测试，将装置整体作为可拆装式。其主要设备如下：（1）天然气疏水阀：实现分离器内液体自动排出功能；（2）油水自动分离排液器：将油水自动分开，分别排到不同的罐体储存；（3）积水桶：实现分离水的存储，自动突然开启，自动将水排出；（4）积油桶：实现分离纯净油的存储，自动突然开启，自动将油排出；（5）涡轮流量计：对分离出的油和水实现各自的自动计量；（6）管路增压装置：对分离出的油水增压限压，从而为排出液体提供流动动力。

1.3 安装流程

该装置安装流程如下：（1）将计量分离器液位计前段阀门关闭，缓慢开启液位计下端截止阀，液位计泄压后拆卸液位计，然后在两阀门后安装法兰三通，通过法兰与丝扣连接，在三通一端安装截止阀门，将液位计上下端连接两三通的一端。（2）将疏水阀进液口通过丝扣连接与三通下端的阀门丝扣连接，疏水阀顶端的针型阀通过丝扣连接与上端三通下的针型阀连接。开启疏水阀前端截止阀与回气口阀门，缓慢开启顶部三通的针型阀，然后开启下端的截止阀使该装置进入运行状态。计量分离器内的油水混合物经过天然气疏水阀出水口进入到油水沉降罐内。（3）油水沉降罐内的水聚集在底部，当达到一定液位高度时，水从油水沉降罐底部出水口阀门进入到积水罐内聚集。（4）油水沉降罐内的油聚集在上部，当达到一定液位高度时，油从油水沉降罐上部出水口阀门进入到积油罐内聚集。（5）积水罐、积油罐内的液体累积到一定高度时候突然开启，其中聚集的液体在限压装置设定的压力作用下，将液体以一定流速排出，通过涡轮流量计计量液体体积。

1.4 流量系数标定

装置在第一次使用时，需要对油水的流量系数分别进行标定，根据现场试验标定流量计流量系数。

具体方法是：将装置各管线连接好，关闭阀4、开启阀5；同时在阀5后接软管连接标定量筒。当标定油时，水路阀8应关闭；反之标定水时，油路阀9应关闭。将实际测定的液体的体积与流量计的显示流量做比较，然后将表的流量系数进行修改，直到实际测定液体体积与流量计显示流量体积一致时，此时流量系数标定完成。然后开启阀4，关闭阀5，开启阀8、阀9，计量系统开始正常工作。

图2 计量装置俯视图

图3 计量装置侧视图

2 试验过程

目前，该装置已在榆X站分离器排污处安装并开展现场试验，试验前进行安全风险评估分析。

（1）试验进行前，需要拆卸液位计，可能会产生天然气泄漏的风险，因此，在拆卸液位计前，需将液位计完全泄压方可进行下步操作。

（2）装置通过高压软管将疏水阀、油水沉降罐、积水罐及积油罐连接，其中回气软管承压26 MPa，其它软管承压9 MPa，而分离器压力工作压力一般为5.4 MPa左右，软管压力等级足够，不会产生超压的风险。

（3）装置在软管连接时可能会由于接口连接不牢固产生污水泄漏的危险，对环境造成污染，因此，在进行试验前，必须检查软管接口连接牢固方可开展试验。

（4）装置的最高允许工作压力1.5 MPa，在试验过程中，装置的工作压力一般为0.1～0.6 MPa，不会造成装置超压或憋压的风险。

2.1 第一阶段试验

4～6月，在榆X站先后开展三次现场试验，此次试验装置油水不能完全分离，油水体积不能准确计量，分析原因主要有以下两个方面：（1）积水桶和积油桶关闭不严；（2）涡轮流量计的传感器中的涡轮轴断裂，涡轮不转动，造成无法计量。

2.2 第二阶段试验

7月，针对第一阶段试验出现的问题，对装置进行整改并进行室内实验后，先后进行第二阶段的三次试验，此次试验油水可以有效分离，对涡轮流量计计量的数据与计量罐测得的数据进行对比，水的体积误差较小，控制在0.66%～4.18%，但油的体积不能测出。分析原因主要是气井产液中油含量较小，水含量较大，油来不及计量。

表1 榆X站油水比测量数据统计表

2.3 第三阶段试验

9月，针对第二阶段试验中存在水含量较大，油来不及计量的问题，对装置进行改进，继续开展三次现场试验。此次试验效果较好，油水可以有效分离，通过对涡轮流量计计量的数据与计量罐测得的数据进行对比，油和水的体积误差较小，控制在±10%以内。

2011年，在榆X站先后开展三个阶段现场试验，试验效果比较理想，涡轮流量计计量的数据与计量罐测得的油水比误差较小，控制在±10%以内。结合试验过程中出现的问题，装置可以从以下三方面进行改进：（1）装置较大，将装置的积水桶和积油桶体积改小一些；（2）试验过程中需要人工将污水一桶一桶的倒入污水罐，人工劳动强度大，下步将增加排污旁通，测量油水比时污水走旁通；（3）试验时，装置与分离器连接部件较多、连接步骤较繁琐，下步将从这方面整改，实现操作简单方便。

表2 榆X站油水比测量数据统计表

3 结论

（1）结合我厂榆林南区和子洲-米脂气田的集气站工艺运行模式，研发了一套移动式油水比测量装置，在不影响天然气正常生产的情况下测试油水比例。

（2）该装置具有自动排液、自动分离、自动积液的功能，同时能精确得到油和水的体积，并且装置是移动式的，方便操作，运行安全。

（3）先后在榆X站开展三个阶段的移动式油水比测试装置现场试验，为下步改进装置提供了指导意义。

[1] 金英.多相流计量研究的现状[J] .国外油田工程，1997.

[2] 王家纯.油气水三相流量测量的研究[M] .西安交通大学出版社，1991.

[3] 李海清.多相流测试技术现状及趋势，多相流检测技术进展[M] .北京:石油工业出版社，1996.

[4] 白岩，梁铭，王峰.单井间歇计量在长庆气田的应用[J] .石油化工应用，2007，26（2）：44－46.

The moving oil-water ratio testing device research

HE Yanjun1，2，LIU Peng2，LAI Yan2，WANG Xijuan2，MA Qian2，ZHOU Jiyong2，MA Lianwei2
（1.Xi’an Shiyou University，Xi’an Shanxi 710065，China；2.Gas Production Plant 2 of PetroChina Changqing Oilfield Company，YuLin Shanxi 719000，China）

The traditional measurement device due to the requirements of the medium to be measured a single,stable flow,at the same time and pressure difference is smaller,while in the separator liquid direct measurement,the measured medium is oil gas mixed phase,at the same time the separator from the release medium due to pressure,flow rate,and not stable,therefore,the traditional flow device cannot measuring separator liquid phase oil volume and the volume of water.The moving oil-water ratio testing device adopts a mechanical type automatic separation of oil and water separator for liquid discharge device as automatic liquid discharge equipment,thereafter applying automatic effusion suddenly opening device to the measurement of liquid flow rate,at the same time,the system will be reduced pressure stabilizing device in a relatively small pressure range,so as to meet the normal metering device the requirements of measuring conditions.

separator；oil-water ratio；measurement

10.3969/j.issn.1673-5285.2012.11.019

TE938.5

A

1673－5285（2012）11－0074－04

2012－10－23

何彦君，男（1984-），2007年毕业于中国石油大学（北京）油气储运专业，现为第二采气厂工艺所干部，邮箱：heyj3_cq@petrochina.com.cn。