新疆油田红浅火驱开发单井计量工艺研究

2015-09-04李征帛张春雷

当代化工 2015年11期

李征帛，马兵，赵虎，张春雷

（新疆石油勘察设计研究院，新疆克拉玛依 834000）

新疆油田多个稠油开发老区已经进入注蒸汽开发后期，操作成本持续上升，经济效益日益降低。火驱采油工艺具有采收率高、生产成本低等特点，是提高新疆油田稠油开发采收率的有效途径。红浅1井区火驱先导试验区自2009年建设以来，取得了较好的开发效果，形成了较为成熟的地面相关配套技术和现场管理体系，适应于稠油油田老区的二次开发，并正在进行工业化的推广[1]。

虽然红浅火驱先导试验取得了成功，其仍然存在一些问题。由于火驱采出液的复杂性，至今没有找到一种适合红浅火驱、有效、准确的单井计量方法。

本文通过对现有主要单井计量方法的对比，结合红浅火驱采出液的特点，找到适合红浅火驱单井计量的计量方法，并通过对计量装置的改进，得到适合红浅火驱的单井计量工艺。

1 红浅火驱单井计量现状

1.1 红浅火驱的生产特点

新疆油田公司选定红浅1井区八道湾组油藏开辟火驱先导试验区，试验目的层油层为砂砾岩油层。红浅火驱采出液物性变化范围较大，综合表现为采出液起泡量大、粘度和密度变化范围大、含水量较大、携气量大、间歇出液等。

1.1.1 粘度特性

图1表示了几口具有代表性的油井采出液随时间的粘度变化曲线。从图中可以看出，有少数油井的粘度较高，其粘度变化范围也较大。

图1 油井采出液的粘度变化曲线Fig.1 The viscosity curve of oil well fluid production

1.1.2 产液量特点

图2表示了几口油井产液量的变化情况。从图中可以看出，在火驱开发前期，油井产液量的变化幅度非常大。

图2 油井产液量变化曲线Fig.2 Oil well fluid production volume change curve

1.1.3 产气量特点

图3表示了几口油井油管产气量的变化情况。从图中可以看出，单井油管产气量的变化非常明显，其变化范围很大。

图3 油管产气量变化曲线Fig.3 Oil pipeline gas production change curve

2 红浅火驱现有单井计量工艺介绍

红浅火驱目前使用的单井计量装置主要有两种，分别是称重式计量装置和双容积分离器计量装置。

2.1 称重式计量装置

称重式计量装置的核心构件是一对计量翻斗，如图4所示，计量翻斗B与计量翻斗C由旋转轴A连接。m1表示计量翻斗B的质量，m2表示计量翻斗C与翻斗内采出液的质量之和，L1与L2分别为计量翻斗B与计量翻斗C所受重力的力臂。油井的采出液进入称重式计量装置后，首先落入计量翻斗C。随着计量翻斗C中的单井采出液量的不断增多，m2逐渐增大。根据力矩平衡原理，当 m2g ×L2> m1g×L1时，翻斗就会自动翻转。计量翻斗C中的采出液在重力的作用下排出，计量翻斗B继续进行盛液计量，从而实现单井采出液的不间断持续计量[2-4]。

图4 称重式计量装置的原理示意图Fig.4 The principle diagram of weighing metering device

但是，通过称重式计量装置的单井计量结果发现，称重式计量装置的计量结果变化范围非常大，计量结果存在较大误差，分析原因主要有以下三点：

（1）泡沫量大。有时红浅火驱单井采出液的泡沫量很大，而且泡沫的强度较高。当单井采出液进入计量翻斗后，由于泡沫占据了一部分体积，使得后续进入计量装置的采出液不断从计量翻斗中溢出，而盛液翻斗始终达不到翻转时所需要的力矩，导致计量翻斗在盛满的情况下无法翻转，从而经常出现计量结果为零的情况。

（2）携气量大。当携气量很大时，油管来气在进入计量装置后很可能会将还没有盛满采出液的计量翻斗吹翻，从而造成计量结果远大于实际值。

（3）采出液粘度波动大。当采出液粘度较高时，计量翻斗在翻转后，可能无法将计量翻斗内的原油排尽，甚至会有较大量的原油留在计量斗内，使得下一个计量漏斗在盛满采出液后无法继续进行自动翻转，从而是计量结果偏小甚至为零。

2.2 双容积分离器单井计量装置

双容积分离器单井计量装置是通过U形管原理建立压力等式，通过计算液位计中水柱的压力，间接计算出容器中采出液的质量。不受采出液密度变化的影响，适用性较为广泛[5]。

如图5所示，双容积分离器主要由计量腔、底水、液位计组成。

图5 双容积分离器计量装置原理示意图Fig.5 The principle diagram of double volume separator metering device

单位时间Δt内，随着进入计量装置的油井采出液量的增加，计量装置底水的液面逐渐下降，同时与底水相连通的液位计中的液面逐渐上升，底水减少的体积应等于液位计中增加的水的体积。

根据连通器原理，底水液面下降后，其液面处的压力应该等于液位计中同样高度液位出的压力。

从计算公式可以看出，油井产量的计算与采出液状态的变化无关，因此，这种计量方式的准确性较高、适应性较广。

从理论角度来看，当采出液的携气量不大时，即由于来气量的波动，造成液位计与计量分离器中的压差可以近似忽略不计，双容积分离器计量装置的误差主要来自液位计中液柱高度变化量△H，根据以往经验，这种误差应在1 cm左右，对计量结果的影响不大。实际运行结果显示，双容积计量装置计量结果的波动范围较小，计量结果较为平稳，没有出现产液量大幅波动的情况。

3 红浅火驱单井计量工艺

3.1 红浅火驱计量工艺的选取

根据前面的分析可以发现，称重式单井计量装置的计量误差较大，而双容积分离器单井计量装置的计量结果波动范围要小得多，并且波动较为平稳。由此可见，双容积分离器计量装置较称重式单井计量装置更加适合红浅火驱的单井计量。因此，推荐使用双容积分离器计量装置对红浅火驱进行单井计量。

但是，由于其结构上和计量原理上的特点，双容积计量装置也存在一些问题：

红浅火驱采出液泡沫量比较大，如果泡沫量过大，并从连通管进入计量装置的气腔，会导致分离出来的气体中含有液体，从而影响产气量的计量。同时由于连通管中充满泡沫，会使得气腔与计量腔之间存在较大压差，从而是计量结果产生较大误差。对于产气量的计量，目前使用的是单流量计的计量，计量量程难以涵盖产气量的波动范围，使计量结果产生较大误差。

3.2 双容积计量装置的改进措施

3.2.1 产液量计量工艺的改进

虽然双容积分离器单井计量装置理论上避免了红浅火驱采出液密度变化对计量产生的影响，但是其无法解决采出液泡沫量大所产生的计量误差问题。另外，双容积计量装置采用U形管原理进行计量，其水腔占据了较大空间，并且当泡沫量较大和产气量较大时，很容易引起液位计玻璃管与计量腔之间产生较大压差，从而使计量结果产生较大误差。针对以上问题，对双容积分离器计量装置的产液计量工艺进行如下改进：

（1）在计量分离器气腔和分离腔之间加除泡器。通过改进，即使采出液泡沫量很大也可以避免液体进入气体出口管道，提高了产液量计量的精度，同时也避免了气相管路中存在液体对产气量计量的影响。

（2）将水腔和液位计去掉，改为使用差压计进行计量。通过测量分离腔与计量腔之间的压差，利用压差计算出液位高度的变化，进而计算出产液量。

（3）增加连通管的数量和管径。泡沫量大可能会造成分离腔与计量腔之间存在压差，使得差压计测出来的压差较真实值大，从而是计量结果偏大。为了保证分离腔与计量腔之间压力的平衡，在分离腔与计量腔之间使用三个长度较小、管径较大的连通管，避免泡沫进入连通管后对计量结果造成较大影响。

3.2.2 产气量计量工艺的改进

现有的双容积单井计量工艺的产气量计量采用单个旋进漩涡流量计进行计量，计量结果存在较大误差。

对于产气量的计量，改为使用高低两种量程的流量计搭配使用，进行选择性计量。鉴于红浅火驱的产气量大小，取计量上限为10 000 Nm3/d，计量下限为50 Nm3/d。而旋进漩涡流量计的量程比可以达到 20以上，因此两个流量计的量程分别选择为50~1 000 Nm3/d和600~10 000 Nm3/d。当产气量由小变大时，当产气量达到800 Nm3/d时，自动改为高量程流量计进行计量，当产气量又高变低是，当产气量降到600 Nm3/d时，自动改为低量程流量计进行计量，这样既满足了产气量的有效计量，同时也避免了产气量的瞬时波动造成两个流量计之间的反复交替计量，使产气量的计量更加准确有效。

3.2.3 排液工艺的改进

现有的双容积计量装置的排液工艺采用依靠重力自然排液的方式，但是，红浅火驱采出液的粘度和产气量波动范围较大，有可能造成排液困难。当产气量较大时，通过计量装置憋压，有助于计量装置的排液。当产气量较小，并且采出液的粘度较高时，单单依靠重力的自然排液较为困难，有可能造成排液时间过长，甚至无法排液，从而影响采出液的有效计量。因此，在排液工艺的设计时，增加一台单螺杆泵，当计量装置可以顺利实现自然排液时，泵处于停泵状态，但如果一定时间内无法完成自然排液，应通过泵与液位的联锁控制，自动启泵进行排液。