渤海某平台油井计量分离器计量精度提升研究

杨海波 徐振 闫旭

Research on the Improvement of Metering Accuracy of Oil Well Metering Separator of a Platform in Bohai Sea

YANG Hai-bo， XU Zhen， YAN Xu

（CNOOC （China） Limited CFD Operating Company， Tianjin 300459， China）

【摘  要】渤海某高含水油田新建中心平台所配的油井计量分离器为卧式三相分离器，平台投产初期油井含水较低、产油量较高，由于该计量分离器的相关设计参数是根据高含水油井的特点设计，新井上线后其计量产量与下游终端设施实际收到的产量存在严重偏差，将高含水油井倒入计量后计量结果也存在相同的问题。为提高油井的计量精度，准确掌握油井的产量及运行情况，论文对相关数据进行分析后，提出通过改进项目的实施，消除了油井计量不准确的问题，为下一步油井工作制度的调整提供数据支撑。

【Abstract】The oil well metering separator equipped for the new central platform of a high water cut oilfield in Bohai Sea is a horizontal three-phase separator. At the initial stage of operation， the oil well has low water cut and high oil production. Because the relevant design parameters of the metering separator are designed according to the characteristics of oil well with high water cut， there is a serious deviation between the metering output of the new well and the actual output received by the downstream terminal facilities after the new well is put into operation， and there are the same problems after the oil well with high water cut is poured into metering. In order to improve the metering accuracy of oil well and accurately grasp the production and operation of oil well， after analyzing the relevant data， the paper puts forward that the problem of inaccurate metering of oil well is eliminated through the implementation of improvement project， and provides data support for the adjustment of oil well working system in the next step.

【关键词】计量分离器;油井计量精度;质量流量计;含水分析仪;油井精细化管理

【Keywords】metering separator; oil well metering accuracy; mass flowmeter; water cut analyzer; fine management of oil well

【中图分类号】TE863                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2022）03-0190-04

1 研究背景

近年来，我国的石油开采业正在快速进行转型升级，石油開采的规范化程度越来越高，对于油井的要求也相应地有所提高。油井是石油开采最为重要的工具，在采油工程建设中，需要充分考虑油井管理工作的品质，通过规范化和系统化的管理，实现对石油开采的有效控制，提升技术水平，满足石油开采的效率及品质要求，从而切实推动石油开采量的提升，提高石油开采企业的整体竞争力[1]。在石油开采的过程中，油、气、水的准确计量是油田开发不可缺少的环节，是科学、合理、高效开发油气田的重要依据，其主要目的是：确定油井工作制度、计算全油田油气水的总产量、分析油田开发动态[2]。

油井生产过程中，产出的流体形成油、气、水三相，油井计量的目的就是动态地监测油井的产量情况，并通过对油井产量的动态分析得知井下油藏变化情况和其他异常情况，为油藏动态调整提供准确的数据支持，这就需要测出油井产出的油、气、水三相的流量。国家标准要求油井计量准确度为±10%，所以在油田油井计量中使用计量精确、设备智能化程度高、操作维护简单、实时性好的计量方法对于油井精细化管理水平的提高具有十分重要的意义。随着技术的不断进步，在油井采油作业开展的过程中，计量技术日渐进步，采油队可选择的计量技术也越来越多，例如，三相分离计量法不失为一种有效的计量方法，在具体的计量过程中，可以将油、水和气分开计量[3]。

渤海某油田属于强边底水油藏类型，油井投产初期含水率较低，但含水率上升很快，目前该油田老平台油井基本处于高含水和特高含水时期。为充分发挥油藏潜力，2019年某中心平台建成投产，该中心平台配有一台卧式三相分离器作为油井计量分离器，由于该平台设计比较紧凑，甲板空间有限，遂将该计量分离器安装于该平台的下甲板，该计量分离器设计最大处理油量6.8 m3/h，最大处理气量911 Sm3/h，最大处理水量97 m3/h，其中油相含水率50%，设计压力1 100 kPaG，设计操作压力750 kPaG。油相及气相管线分别安装一台质量流量计，水相管线安装一台电磁流量计，三相流体混合后进入位于该平台中甲板区域的生产分离器，生产分离器油相连接外输泵将初步处理的原油输送至下游终端设施，该计量分离器如图1所示。

该平台的油井计量分离器为典型的三相重力沉降式分离器，基本结构包括入口导流器、重力沉降室、波纹板、破涡器、堰板和除雾器等。混合流体进入分离器后，撞击入口导流器部件，流体运动方向的突然改变使得气液初步分离，这就保证了进入下一步分离的液体中不会含有较多的气体，避免气体对设备各仪表附件造成影响。流体进入沉降室后，水中油滴由于密度相对较小会向上流动，通过油水界面进入油层，而油中的水滴由于密度相对较大会向下沉降。分离器中的波纹板利用浅池理论实现了水相中的油滴的快速上浮，优化了油水的分离效果。通过设定合理的油水界面高度，使浮在上部的原油越过堰板进入油室，水相通过堰板前的水相出口排出。气体离开设备之前要经过除雾器去除液滴，避免气相中混合的液体对气相流量计的计量精度造成干扰。

流量计分为体积流量仪表和质量流量仪表两大类。体积流量仪表可以分为容积式和速度式两种。对于质量流量计来说，检测仪表的输出信号直接反映质量流量，主要检测仪表有：科里奥利质量流量计、热式质量流量计等[4]。该计量分离器的油相管线上安装有一台质量流量计，质量流量计通常为科里奥利质量流量计，简称科氏力流量计，其测量精确度很高，可测量多种状态的流体，包括具有高粘度的各种液体、含有固形物的黏稠液体、含有微量气体的液体等。内部测量管的振动幅度很小，可视作非活动件，并且测量管路内有无阻碍件和活动件。

在油井计量当中，对油气集输流程的计量对于整体的计量结果有着关键的影响和作用。该平台建成投产后，初期油井含水率较低、产油量大，将该井倒入计量分离器后计量数据存在问题，计量不准确，通过倒入高含水率油井后，同样存在计量数据不准确的问题，且该平台下游终端设施实际收到的产量与油井计量数据存在较大的偏差。

通过分析，初步确定如下问题：该计量分离器水相流量计为电磁流量计，该类型流量计适用于测量导电单相液体或含有固体颗粒或纤维的液固二相流体，所以水相含油对该流量计的准确性影响较大，由于海上原油处理流程及处理时间较短，且该计量分离器未设计反相破乳剂加注系统，使得油水分离难度更大，导致计量分离器的水相含油超标，进而造成水相电磁流量计的计量不准确;该平台油井投产初期油井含水率较低、产油量较高，实际处理油量已经超过其设计处理油量，导致油相计量数据不准确，油相和水相计量数据的偏差直接造成了油井计量数据的不准确。

2 拟解决关键问题

某中心平台所开发油藏为强边底水油藏，该类型油藏的特点为油井含水率上升很快，该油田老井基本已成为高含水率油井，新平台建成投产后，新开发油井上线初期含水率低，产油量高，平台油井计量分离器计量产量与下游终端实际收到的产量存在严重偏差，通过对该计量分离器及相关数据进行分析排查，以及对计量分离器进行调整及改造，解决了该计量分离器计量偏差较大的问题，准确掌握了油井的运行情况。

①由于油井计量数据不准确，导致对油井实际产量不清楚，无法判断油井的实际运行情况，对油井精细管理造成巨大障碍。通过研究分析，解决计量分离器计量精度问题，提高油井精细化管理水平。

②由于該计量分离器是根据高含水率油井特点进行设计的，对于低含水率油井的计量偏差较大。通过研究分析，解决油井投产初期含水率较低，油井产油量计量不准确的问题。

③该计量分离器水相流量计为电磁流量计，水中含油量对该流量计影响较大。通过研究分析，摸索出一套计量方法，解决水相流量计计量偏差较大的问题。

为准确掌握油井的运行情况，通过结合该项研究中的其他措施，可以方便辨别油井计量数据是否存在问题，提升了油井的精细化管理水平。

3 研究过程

3.1 对计量分离器相关仪表设备进行检查

在研究初期，组织人员对现场仪控设备逐个进行排查，其间对计量分离器上的流量计、压力变送器、液位变送器、调节阀等仪控设备进行示数核对，对流量计、液位计、变送器现场示数和中控示数进行核对，均未发现异常。对中控组态中流量计累计公式进行检查，没有发现异常。通过对现场和中控仪表检查，排除信号传输的问题。

3.2 排除计量分离器脱气能力对质量流量计精度的影响

在常规海上石油平台设计中，一般将计量分离器与生产分离器布置在同一层甲板，二者设计操作压力设定50 kPaG差值，但该平台由于甲板空间受限，只能将计量分离器放置在下层甲板，生产分离器布置在中层甲板，二层甲板高度存在5.5 m的高度差，折合55 kPaG的静水柱压差，加之管阻影响，计量分离器与生产分离器存在200 kPaG左右的压差值。由于油井的被压不同，油井产出的流体在进入计量分离器（操作压力750 kPaG）时，脱气效果较进入生产分离器可能存在一定差异，这导致计量分离器中更多的溶解气随着原油进入油相质量流量计。在计量分离器未投用消泡剂的情况下，从计量分离器油相取样口取样，取样时发现，刚取出的样（见图2a）明显有很多气泡。放置10 min后（见图2b）有更多大气泡，同时，液位下降较多。放置4 h后，取出油体积不到之前的1/2。

溶解在原油中的气泡势必影响油相密度，但需要确认气泡是否会对油相质量流量计的计量产生影响。为此，操作人员在计量分离器入口临时加注消泡剂，以消除泡沫对质量流量计的影响，加注消泡剂后，从计量分离器油相取样时发现泡沫得到一定的抑制，但是油相质量流量计的计量瞬时量及一段时间内的累积量与加注消泡剂前相比无变化，之后通过咨询该流量计厂家，该类型质量流量计具有抗气泡影响的功能，因此，通过试验结合厂家回复，基本可以确定计量分离器脱气能力、油相内的溶解气对油相质量流量计的计量精度无影响。

3.3 对计量分离器油相含水分析仪准确度进行验证

该油相含水分析仪为全量程在线含水分析仪，为确定其准确度，现场化验人员连续多次取样，表1为不同含水率阶段含水分析仪显示数据及取样化验数据对比。测试对比前，调整流程，确保油相流程含水分析仪基本稳定在某数值附近。取样期间取样口未安装仪表导液管，流体流出不均匀。

由表1可知，低含水率期间，化验含水率差值较小，之后将油相调整为高含水率状态，采用同样的取样手法，发现部分数据差值较大，虽然在低含水率期间，含水分析仪的测量结果与化验含水率值差值较小，但就其相对误差而言，仍然较大。

由此可见，含水分析仪和手动离心化验部分数据差值仍较大，分析误差的原因，推测原因可能是取样口未安装仪表导流管，导致出液不均匀，所取油样不能真实反映管道中的真实状态。于是对油相取样口安装仪表导液管，之后现场取样化验，结果如表2所示。

由表2可知，含水分析仪和手动离心化验结果相差较小，多次取样化验亦如此，差值在可接受的范围内，基本能确定含水分析仪较为准确，能较准确反映油流含水率变化。

3.4 计量分离器处理能力分析及油相质量流量计量程调整

由于新上线油井普遍含水率较低，加之个别井产液量较大，井液进入计量分离器后全部通过油相管线进入生产分离器。该计量分离器油相处理能力仅为163 m3/d（未考虑设计余量），计量高产量油井期间计量分离器的油相流量计超量程，为保证流量计能正常显示计量瞬时量，决定扩大油相计量的量程范围。咨询该油相流量计厂家的工程师后，由相关工作人员将计量分离器油相流量计量程进行了调整。计量分离器油相为3英寸150 LB管线，经过计算校核，该管线在正常工况操作压力下纯水流速最大能达到40 m3/h。因此，将该流量计原0～15 m3/h的量程修改为0～35 m3/h，确保油相流量计能够得到正常计量。由于该计量分离器是针对高含水率油井进行设计的，该计量分离器水处理能力达到2 328 m3/d，水相处理能力满足要求。

3.5 中控界面中计量分离器平均含水率计算组态的增加及优化

由于油井的含水率波动较大，为使计量数据准确，计量分离器计量油相含水率需使用平均含水率来反映油井的实际含水率。为此，在中控界面增加含水分析仪平均含水率计算组态来计算出在油井计量期间4 h内的平均含水率。如此，在油井计量期间，使用平均含水率代替瞬时含水率，当油井倒入计量分离器后，中控操作人员通过点击中控界面上的“数据复位”按钮，开始对倒入的油井进行平均含水率计算，待计量4 h后，该油井的平均含水率会自动计算显示，大大提高计量精度，确保计量油量准确。

3.6 计量分离器药剂系统改造

该计量分离器为油、气、水三相分离，其中，气相和油相使用质量流量计，水相使用电磁流量计，个别油井含水率已达80%，现场尝试将油、水两路流程分别计量，避免出现油相超量程而出现无法计量的情况。为此，现场对计量分离器界面液位计进行了试验，导通水路流程，将调节阀设为自动，并临时加入破乳剂，之后从水相取样口取样观察，水质较差，含油大于1000 ppm，鉴于油井为高含水率油井，联合反相破乳剂在计量分离器中使用可能改善水质。基于此，现场尝试使用临时可移动式药剂注入泵，使用临时软管将反相破乳剂注入计量流程，计量分离器水相水质颜色变为“灰白色”，取样化验水中含油量约150 ppm，实现了计量分离器的油、水两相分别计量，提高了计量的精度。

3.7 其他原因分析

除了上述已解决的计量偏差问题，油井产液含水率波动大也是造成上下游产量数据差距大的原因。针对新上线油井，由于含水率较低且原油粘度较高且密度较大，为避免油嘴堵塞，现场操作人员每2 h活动一次油嘴，并为油压设置报警参数，便于及时发现油嘴堵塞问题，同时，在中控系统中设置电潜泵电机的运行电流及绕组温度报警值。经观察，油井电泵运行基本稳定，电流在1 A内波动，油压在30 kPaG内波动，井口无套压，但含水率波动较大，在30%～70%波动（前文已证实含水分析仪基本准确，可以用来反映油井含水率变化）。

对于部分处于含水率快速上升阶段的油井，其含水率逐日波动上升，当天产油量也呈逐渐递减趋势，因此也导致单井产量波动，进而导致油田日产油量波动。

经统计，该中心平台部分油井也存在同样情况，上述油井在同样生产制度下，计量产液量变化并不大，因此，含水率波动是造成油井产油量波动的主要原因。推测待日后含水率升高至一定數值后，各油井含水率波动将逐渐缩小。由于油井单次计量时间为4 h，日产量为该4 h产量的折算值，不能准确反映该井日产量，导致单井计量与下游终端设施实际接收量存在一定的偏差，但产液量基本相符。

4 效果分析

①对于含水率较低、产量较大的油井，倒入计量分离器后只利用油相流量计进行计量，流量计满足使用要求，且计量准确，新井上线产液稳定后进行计量，计量数据基本和下游终端实际接收产量相符合。

②对于含水率较高的油井，通过加注破乳剂及反相破乳剂，并根据不同产量的油井调整药剂加注量，实现了水相和油相流量计的计量准确。

③对于含水率波动较大的油井，首先计量该井的总产液量，其次利用计算得到的计量期间的平均含水率可得到该井的产量情况。

④通过增加单井运行参数报警功能，实现了对单井的精细化管理，结合油井运行参数的变化可分析该井存在的问题，相应地，可推断出该井计量数据的准确性。

⑤通过该项目实施，实现了高含水油田初期油井的准确计量，精确掌握了油井的实际运行情况，为下一步油井制度调整提供了数据依据，实现了油井的精细化管理。

5 后续优化方向

①通过对数据的计算，只对计量分离器油相流量计的量程进行了修改，若平台后期上线大液量、低含水率的油井，存在油相流量计无法准确计量的问题。计划对计量分离器油相管线及相关设备进行改造扩容，更换大尺寸管线、油相液位调节阀及流量计，以满足未来大液量油井上线的需求。

②为提高计量分离器的油水分离效果，保证水相电磁流量计的计量精度，对计量分离器入口管线进行改造，增加破乳剂及反相破乳剂的永久性加注设备。

③在计量分离器入口处增加加热设备，提高进入计量分离器的液体温度，改善油水分离效果。

④在不增加药剂加注设备的情况下，可对水相管线及电磁流量计进行改造，更换为容积式或质量流量计，并增加含水分析仪，通过两处管线上的流量计及含水分析仪对油井产量进行计量。

⑤定期对计量分离器流量计等相关仪表设备进行标定，保证计量准确。

⑥使油井计量系统向智能化、小型化及连续化方向发展，要考虑新型多相流量计的适用性。随着海上石油平台的智能化发展，油井计量智能化也成为必然，受海上石油平台空间限制，采用更紧凑的计量设备可大大降低平台建造及维护成本，通过智能化发展，能够大幅度减少在油井计量方面的人力投入，提高计量的精度。

⑦为其他新建平台提供建造设计经验。随着老油田逐步进入开发后期，在新平台建造设计阶段，一方面，需要准确了解老油田油井的生产状况;另一方面，需要对新开发油井设计合理的设备参数，为生产管理提供真实的决策依据，避免新平台投产后相关设备不满足流程运行需求。

6 结语

通过对提升油井计量分离器计量精度的摸索，分析得出计量数据存在偏差的原因，通过对计量分离器的改造、优化操作程序和增加中控相关功能等措施，提高了油井计量的精度，掌握了油井的实际运行情况，为下一步油井制度的调整提供依据，实现了油井的精细化管理。该项目实施的整个过程具有可复制性，对其他平台设施提升计量分离器的计量精度具有一定的指导意义。

【参考文献】

【1】栗云鹏.采油工程的油井管理[J].化學工程与装备，2021（11）：130+129.

【2】冯胜，陶富云.海上油田油井数据分析技术研究[J].科技风，2019（20）：101-102.

【3】郭佰玉.油井计量技术在采油队的应用[J].化学工程与装备，2021（5）：104-105.

【4】蔡武昌，孙淮清，纪纲.流量测量方法和仪表的选用[M].北京：化学工业出版社，2000.

【作者简介】杨海波（1977-），男，山东德州人，工程师，从事海洋石油的开采与集中处理研究。