XF-2005III两相计量撬在塔中油田的应用

李凯，熊竹顺，王吉福，阎逸超

中国石油塔里木油田分公司塔中勘探开发项目经理部塔中作业区(新疆库尔勒841000)

XF-2005III两相计量撬在塔中油田的应用

李凯，熊竹顺，王吉福，阎逸超

中国石油塔里木油田分公司塔中勘探开发项目经理部塔中作业区(新疆库尔勒841000)

传统的两相分离器难以满足塔中油田目前的生产计量现状，腐蚀、结垢、串液等问题均有出现，极大地影响了单井的计量工作。为了解决计量问题，于2012年启动了计量改造项目，在转油站及各阀组间安装了基于分离和非分离相结合的新型计量装置-XF-2005III计量撬，通过现场的实际试验、对比、验证，该计量分离器具有体积小、精度高、测量准确性高、操作简单、存储便捷等优点，适合在沙漠腹地使用。同时，对XF-2005III型两相计量撬在设计上的一些缺陷进行了分析和探讨，并进行了改进。

塔中油田;两相计量撬;流量计;液位控制;油井

近30年来'随着油气勘探开发向深海、远海以及沙漠、极地等自然环境恶劣区域的扩张'石油工业对于新的油气开采和输送技术的需求日益增长。多相流量计是上述油、气田多相生产模式中所必需的。XF-2005Ⅲ系列气液分离计量装置可以取代传统的测试分离器'实现油、气井产物在线连续实时监测。与测试分离器相比'多相流量计无论在技术上或是经济上都具有无可比拟的优势，它可以准确计量油气井的产量[1］。

目前'塔里木油田各井站的产量计量存在的主要问题如下:①传统气液分离计量装置体积大'安装工作量大'投资高且移动不便;②计量精度不能满足现阶段油气藏精细化管理的要求;③取样化验工作量大'对于含水波动大的凝析气田'无法取得计量期间连续含水量变化;④对于高压、超高压气井'无法取样化验含水'出水量变化无法及时了解;⑤产量计量精度偏低'不能满足目前对油气藏开发的要求;⑥自动化程度低'现场生产靠人工操作'数据无法远传监控[2］。

1 XF-2005III流量计工作原理

该装置是基于分离和非分离相结合的计量技术'如图1所示。单井来液(气、液两相流)由一个倾角向下的管道切向进入分离器'在旋转产生的离心力及重力作用下发生分离'形成一锥状气液界面'液相沿着分离器壁沉积在底部'从分离器底部经质量流量计计量进入测量管道'上方气相或含液气相通过孔板差压噪声法对气相进行测量和对含液气相中的液相进行二次测量'所有计量数据在两相流量计算机中计算并显示。气、液分别计量后在三通阀处汇合流出装置。气液交汇处的电动调节三通阀用来控制平衡'使分离罐内液位保持在一定范围内[3-4］。

2 装置各组成部分及特点

XF-2005III型两相计量装置主要结构由部件编号为1～6的高效分离器、液体流量计、气体流量计、电动三通阀、流量计算机、液位计组成。其主要部件的功能分别介绍如下。

图1 分离原理图

2.1 过滤器

在装置的进口处'起到对装置的保护作用'可以过滤较大异物'采用双向自清洗滤芯'清洗简单方便。

2.2 多管束高效旋流分离器

此部分为该装置的核心部分之一'采用了较细的多管束'用环形管把它围成一圈再分离'从环形管中分别切向进入每一根单管的方法'极大地提高了分离能力又保证了分离效果[5］'每根管的直径为124mm'等同于管道'不影响生产流程;不属于压力容器'不用安装安全阀'避免每年送检给生产带来影响。

2.3 液体流量计

该装置液体流量计采用的是质量流量计'质量流量计是基于科里奥力原理[6］'它不仅能准确的测量液量质量'而且还能测量密度和当前温度下的体积。质量流量计可靠性高、精度高、但怕窜气'所以需要很好的分离效果作为保证。

2.4 气体流量计

该气体流量计一是可用来测量气体流量;二是对气体中带走的少量液量进行二次测量(利用气体中含有液体时孔板会产生差压脉动这一固有特性)。孔板流量计可靠性高'孔板量程比可达到50:1。

2.5 两相流量计算机

两相流量计算机承担着整个装置的总指挥系统'它实现装置的计量、自动控制及小流量控制功能。可显示气液日产量、油含水、气液流量累积、温度、压力、测量时间;数据停电时永久保留、无纸记录功能、各参数记录曲线'U盘读取功能。停电恢复时自动启动及计量'外存储器读取数据时不会中病毒。另装置留有排污阀门及旁通流程'以便对装置进行保养及维修。

2.6 液位控制装置

该液位控制装置主要由差压液位传感器和电动调节三通阀组成'液位是被控制在设定的范围内'以免出现液路窜气和气路窜液'也是完成小流量控制的关键所在。当停电或电动三通阀出现故障时'气路和液路总有一路或两路是打开的'不会造成憋压'保证了设备的安全运行。

3 现场标定及应用

3.1 标定方法

现场计量标定采用液相罐车称重的方法计量质量'气相通过标准表计量对比进入计量系统的方法来进行计量标定'即单井来液经XF-2005III分离后液路从装置三通阀前分离出来走排污口计量后进油罐车'气路计量后走原生产流程。

3.2 标定过程

如图2所示'将XF-2005III型计量分离器液相出口连接至油罐车进口'气相出口直接连接至原计量系统'整个计量过程采用罐车计量称重方式来对比液体质量'油罐车单独固定使用'避免误差'使用平均数进行计算'保证计量准确性。3.3应用结论

图2 标定工艺流程切换示意图

从表1、表2中可以看出标定数据记录表中液相最大误差为1.64%'气相最大误差为2.32%'都小于5%'符合装置设计范围内。

传统计量装置'液量和气量边进边出'当流量特别小时流量计无法计量出流量大小'这是所有仪表的固有特性即量程下限'所以在低产井计量时原计量装置计量结果都远远小于罐车称重结果。由于XF-2005III具有小流量控制功能(该装置亮点功能)'将一定时间内的液量累积于分离器中'待液位达到设定上限时一次压出分离器'使其流量在可测范围内'保证XF-2005III在测小液量时的准确性。

表1 液位标定数据记录对比表

表2 气相标定数据记录对比表

4 XF-2005III撬装计量装置技术指标特点

4.1 技术指标

塔中油田所用XF-2005III型计量撬技术指标如表3所示。

4.2 计量装置特点

1)采用油、气、水不分离计量技术，摒弃造价昂贵的基于测试分离器的计量站(测试分离器)、计量管线和管汇，从而为节省大量的投资、缩短建设周期、降低操作费用和改善油藏管理等提供了可能性，测量结果不受流型影响，并能长期在各种工程环境下工作。

2)可实时在线连续测量单井的气液流量'分离效果好、数据更可靠、计量精度高'实时流量数据被储存在仪表中'以备日后查询'储存时间最长可达一年以上。

3)液位计采用磁翻板与双法兰液位双测试;电动三通球阀，安装在罐底部出口与上部出口以及流量计总出口连接'可对测量结果进行校验和修正，有效克服了结蜡、结垢、油水变化等因素对流量计计量的影响;内设可燃气体与硫化氢检测探头'并与轴流风机控制连锁'保证在油气泄漏时强制紧急通风;采用316L材质和旋流分离技术'结构较小'流速较高'在一定程度上解决了腐蚀和结垢严重问题'清洗方便。

4)采用撬装方式'集成化程度高'移动方便'易安装、易拆卸维护。

5)控制系统具有良好的操作界面'数据显示明了'操作简单'并且在计量时无需人工干预'仪表自动完成控制'极大地降低了工人的劳动强度。停电恢复时自动启动计量'外存储器读取数据时不会中病毒'让装置的正常运行更多了一份保障。通过U盘读取数据(包括测量记录、掉电记录、报警记录及历史数据曲线)'其中历史数据曲线为技术分析单井工况提供了一个很好的数据参考。

表3 XF-2005III型计量撬技术指标

5 XF-2005III撬装计量装置综合适应性分析

5.1 设备综合评价

虽然在新油田的开发中两相流量计计量技术已被作为首选油井计量技术'在此次塔中油田片区实验性使用'也体现了其体积小'结构紧凑'分离效果好'同时可以实时在线连续测量单井气液流量'数据可靠'计量精度高'且具有测量介质范围广等优势。但两相流计量技术目前仍处于成长时期'对于高产液单井、气量较大单井计量还存在局限性'需要更多的理论支持与实践验证。

5.2 经济效益综合评价

通过前期应用来看'能明显节省工程资本。主要体现在以下几方面:①装置占地面积小'工程投资少'每套装置费用节约13万元;②本装置不在最新国家压力管道容器标准范围内'避免了送检和检测容器的费用'一次节约可达1.2万元;③人工运行费用少'该项技术引进以后'减少两人操作费用'约20万元。

6 撬装计量装置存在的问题及建议

1)按照TSGR 0004-2009《固定式压力容器安全监察规程》即《容规》关于压力容器的定义[7］'该装置不属于压力容器'不用安装安全阀'每年亦无压力容器的送检影响生产'等同于管道'不影响生产流程。

在实际的生产中'发现气体计量分为大计量、小计量两个旁路'双气路自动选择及小液量控制功能'遇到气举井出液不正常'一会出气'一会出液'气体计量在气路时'突然气量增大'大计量来不及导通'这时会导致分离器压力升高'在分离器进出口处安装安全阀以达到泄压的目的。

2)磁翻板液位计引压管线未安装上下手阀'不便于液位计的清理、维修'引压管安装应垂直于分离器、磁翻板液位计筒体本体'不应该有一定的倾斜度'不符合HG/T 21584-1995《磁性液位计》[8］。

3)可燃气体探头安装位置应符合GB 50493-2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》[9］“6.1.2检测比重小于空气比重的可燃气体或有毒气体的检(探)测器'其安装高度应高于释放源0.5～2m”'应安装在房顶稍高位置'比较合适。

4)分离装置增加了入口过滤器自动清洗功能'主要是通过气体对过滤器反面进行反吹来实现对过滤器的清洗'只能实现过滤器自身反清洗功能'可能会将过滤器的堵塞物完全反吹至单井计量系统内'造成计量管线、阀门损坏'应制作成可拆卸式过滤器'便于清理。

7 结论

XF-2005III计量装置在塔中油田被成功使用'在流量不断变化的情况下取得了良好的测量效果'相对于传统人工计量方式'自动计量具有更好的适用效果'连续测量精度较人工计量更高、更稳定'更能反应出单井产量变化'更利于从单井产量分析出油井工况。满足油井单井计量的要求，可以实时在线检测油井的生产工况，提高了油井的生产效率'为该装置在塔里木油田的推广提供有利保障及参考。

[1］纪红'宋磊'张彦林'等.油井多相流计量技术[J］.石油规划设计，2008'19(5):44-46.

[2］符长梅，曾冠鑫，方传卓.基于GLCC高效分离技术的分离计量撬[J］.油气田地面工程'2011，30(12):73-74.

[3］林俊豪'李玉榕'杜民'等.XF-2005气液两相流流量计及其在油井中的应用[J］.福州大学学报:自然科学版'2010，38(3):397-400.

[4］仇晨'刘培林'尹丰'等.一种新型的高效节能GLCC分离器在中海油的应用研究[J］.中国海洋平台'2010，25(5): 45-48.

[5］郑华辉.旋流分离器在石油化工中的应用[J］.装备制造技术'2008(12):180-181.

[6］董红超，陈良.科里奥利质量流量计原理及其应用[J］.舰船防化'2004(4):44-47.

[7］TSGR 0004-2009固定式压力容器安全监察规程[S］.

[8］HG/T 21584-1995磁性液位计[S］.

[9］GB 50493-2009石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范[S］.

The traditional two-phase separator is difficult to meet the current metering status in Tazhong Oilfield，and corrosion，scaling and liquid channeling greatly influence single-well metering.For solving these problems，a new metering device XF-2005III is installed in oil gathering stations and between valve groups.The application shows that XF-2005III metering device is of the advantages of small size，high accuracy，simple operation and convenient storage，and it is suitable for use in desert.The design defects of XF-2005III are studied，and they are improved.

Tazhong oilfield;two-phase metering device;flow meter;liquid level control;oil well

左学敏

2014-11-20

李凯(1983-)'男'工程师'现主要从事油气开采工作。