多井式双容积计量装置研究应用

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0引言

油井产液计量是油田生产中的一项非常重要的工作，目的是掌握油井生产状态，分析储层以及抽油泵的动态变化，为科学地调整开发方案、制定措施以及生产决策提供准确可靠数据[1]。目前，延长油田西部采油厂集输油井的产液计量均采用人工上罐检尺卡方的计量方式；在集输井的计量过程中需人工进行切换阀门、上罐检尺卡方，存在着劳动强度高、精度差等问题，且需在井场增设储油罐，计量后的产液仍需汽车拉运并外输，同时也极大地增加了原油管护的难度和工作量，该种产液计量方式不仅耗费了大量的人力物力，而且增加了一线采油工的劳动强度。上述问题已严重制约了油田的可持续发展。为了解决上述问题，延长油田也引进多种计量设备，但普遍运行效果较差，绝大部分现已处于停运状态。因此迫切需要自主研发一种适应于延长油田生产实际的智能计量设备。

1基本结构与原理

1.1装置结构多井式双容积计量装置主要分为三个部分：一是双容积计量仓部分，二是智能切换选井部分，三是智能控制终端。双容积计量仓部分由对称分布的2个容积相同的圆柱仓体组成，2个仓体的上下部分别连通着进液管线和出液管线，内部设有浮球液位计、温度传感器及压力传感器；智能切换井部分由各种汇管构成的阀排、电动三通阀及助排泵组成；智能控制终端由PLC控制单元和继电器组成，控制着各个电动三通阀的导通方向，同时进行数据的运算处理，并将所有采集的数据实时远程发送至服务器终端。装置结构如图1所示，设计模型图如图2所示。另外，计算机系统由MCGSE组态软件平台、应用软件和工业控制计算机等组成，用户通过登录系统页面就可以获取所需的数据，包括实时计量井号、实时产液量、昨日计量井号、昨日产液量、温度、压力、阀门状态等参数，实现远程监制。

1.2工作原理双容积计量装置通过2个仓体轮流进液、排液，利用终端控制部分来计算其24h内排液次数乘以仓体的标定容积来核算油井产液。具体产液计量算法为：①单个计量仓的内径R=290mm，计量高度h=750mm，因此，每仓容积为：V=1/4×π×R2×h=1/4×3.14×292×75≈49500cm3=49.5L；②终端控制部分计算24h内的排液次数N；那么，该油井24h内的产液Q=V×N/1000（m3）[2]。具体原理为：油井产液通过上方进液电动三通阀导通至计量仓A，同时下方出液电动三通阀导通至计量仓B；液面上升至高限位时进液电动三通阀导通至计量仓B，同时下方出液电动三通阀导通至计量仓A，计量仓A的液体在以伴生气为排出动力下进行排空，从而实现连续的往复计量，并将切换次数发送给控制终端实时汇总计量数据。若计量仓排液达不到低限位时，智能控制终端会启用助排泵进行排液至低限位。

1.3主要技术指标（1）计量范围：0~25m3/d。（2）压力范围：0~2.5MPa。（3）温度范围：-20~50℃。（4）产液计量精确度：≤±5%。（5）轮流切换计量井数：≤6口。

1.4设备适用范围（1）油井产出液范围：0~25m3，含水率范围：0~100%。（2）适用于集输环境（0.5~2.5MPa）或上罐单量环境。（3）户外环境温度-20~50℃；（4）油井产出液（10℃）的粘度≤3000mPa·s。（5）原始气油比：0~100m3/t条件下均可使用。（6）适用于间歇或者连续上液的同一层系油井计量。（7）网络传输信号稳定，周围环境无强磁场。

2关键技术

2.1容积法计量技术双容积计量装置采用成熟的容积法计量技术对油井产液进行计量[3-5]。主要技术关键点如下：（1）采用对称分布且容积相同的仓体作为计量容器，进行计量工作时，2个仓体轮流进液并排空，从而实现不间断往复计量。（2）鉴于油田产液成分构成的复杂性，为防止腐蚀、结垢和结蜡等现象的发生，对计量仓内壁做了内衬防腐的特殊处理，避免了因上述现象对计量精度的影响。

2.2自动切换计量技术井组内每口油井对应计量器每个电动三通阀，根据用户设定的计量井号及切井周期，智能控制终端自动控制电动三通阀开关状态，将对应油井的电动三通阀打开进行计量，其余的关闭。智能选井阀组选取一口油井来液进入计量器进行计量，其余油井产液汇合后进行外输，隔日自动切换至下一口油井进行计量，其余油井产液汇合后进行外输。系统可远程手动或自动控制阀门切换，从而实现多井自动切换计量。

2.3自动排液技术该计量装置在计量过程中主要依靠油井伴生气来进行排液，若在部分伴生气不足油井产生计量仓内液体排不空现象，导致计量仓排液达不到低限位时，智能控制终端会自动启用助排泵进行排液至低限位，当仓内产液排至低限位时，助排泵停止工作，从而确保计量的准确性。

2.4电气控制技术该计量装置电气控制系统由PLC处理单元、DTU、变压器、电源模块、继电器组等元件组成，PLC处理单元主要功能有数据采集、弱电控制及强电控制[6]。PLC通过AD采集模块采集双仓液位、温度、压力等参数，并设置对应参数的高低限位、计量井号，自动控制对应继电器通断，进行产液的循环计量及阀门的自动切换，将数据通过MODBUSRTU转TCP的通讯模式远程传输至软件系统端监控，从而实现自动化、智能化、无人化计量（图3）。

3现场应用评价

2019年11月，多井双容积计量装置在吴起采油厂柳沟采油队吴30-X1井场进行试验；对所辖4口采油井进行连接管线至计量设备，经过1周的安装调试，并实现与远程上位机通讯。该设备使用于户外环境，且陕北地区冬季严寒，故对设备底部铺设保温挤塑板，管体缠绕伴热带，由智能控制终端自动控制对设备加热的启停，外部罩有内嵌隔温板的玻璃钢保温壳保温罩内环境温度恒温在25~30℃区间，保证了计量装置正常工作。2019年11月~2020年11月期间，对该装置所计量的产液数据进行了不定期的抽查对照，并于人工检尺卡方计量进行了对比，结果显示该装置运行可靠，且计量精度为±5%以内，符合油田公司所规定的计量误差范围。具体产量对比数据如表1。

4结论

通过2年多的现场试验与实践表明：该计量装置的计量精度高、适应性强、操作简单，可适用于多井式井场；通过智能终端实现自动选井、自动计量的功能，同时还能远程传输计量数据，实现井场短期内无人值守，极大减少了采油工的劳动强度[7]。（1）目前该设备主要存在问题有：保温壳的起落较费力，螺杆泵助排时会发生原油泄漏，部分液位浮球出现腐蚀穿孔。（2）下一步改进意见：将保温壳改造成箱体式便于开启，建议配电柜与设备分离，皮带传动处需安装防护罩，将液位浮球外表面涂防腐层。

参考文献：

[1]贾贺坤.简易称重法油井产量计量装置应用试验研究[D].东北石油大学，2018.

[2]郭炜，宋学军，林燕，等.老君庙采油厂油井单井计量装置试验研究[J].油气田地面工程，2012,31(08):30-32.[3]韦继明．远程自动量油系统在油田的应用[J].石油化工自动化，2009(04):52-53．

[4]潘德福，张浩然，穆祥贞.新型油井计量装置的研究[J].机械工程师，2010(06):127-128.

[5]梁金强，黄强，赖德贵，等.自平衡双罐稠油计量装置在稠油火驱开发中的应用[J].石油工程建设，2014(01):81-82.

[6]陆德明主编.石油化工自动控制设计手册(第三板)[M].北京:化学工业出版社，2000.[7]彭岗桂．单井称重式自动计量装置设计与分析[D].成都：西南石油大学，2015.

作者:任浪 同红艳 薛泽 母建飞 张铭存 单位:延长油田股份有限公司注水指挥部