安塞油田cms油氣分離計量裝置改進及應用
陳鴻鵾趙曉輝馬力郭敏
（長慶油田第一採油廠採油工藝研究所716000）
摘要: 隨著近些年來長慶油田的大規模開發，油井功圖計量已取代了原有的油井雙管流程、站內雙容積計量模式，降低了地面建設投資成本，滿足了低滲透油田經濟高效的發展模式。目前油井功圖計量主要通過活動式油氣分離計量裝置進行標定，由於長慶安塞油田所處陝北黃土高原山大溝深，具有塬、梁、卯多種複雜地形，油井分布較為分散，活動計量裝置體積大、移動不便給油井功圖示定帶來的一定影響，對於開展質量輕、體積小、便於移動計量裝置工藝技術的研究對於減少人力物力、提高油井數位化管理水平都具有重要的現實意義。
關鍵詞：油井計量輕量化
安塞油田共有採油井5876口，功圖計量油井5225口，其中80%油井實現功圖數位化**計量。由於功圖計量在使用時因地層基礎引數變化、載荷位移感測器等一些列原因在使用一段時間後常存在一定的計量誤差。為實現油井功圖計量的定期標定及除錯，2023年安塞油田與西安東風機電公司合力研製開發一款多相流測量系統—cms活動式油氣分離計量裝置，通過採用較為先進的柱狀旋流式氣-液分離技術對氣液進行分離，並選用精度高、量程寬和通用性強等特點的科里奧利質量流量計對液相精確測量。
通過現場使用油井液量計量誤差在5%以內，特別適用於安塞油田單井液量普遍偏低，流量變化大和含水率較高的工況場合。
油氣分離計量裝置計量技術
1.1工藝技術原理
cms油氣分離計量裝置由柱狀流分離器、自力式氣液分離控制器、（氣、液、水）單相計量儀表等部分構成。油井來液（多相流）進入旋流分離器，在離心力、重力和浮力的作用下，形成乙個倒圓錐形渦流場，這個沿切向加速的側向力可以達到15-50g，密度大的液相沿垂直管管壁流到分離器下部，密度小的氣相沿漩渦的**上公升至分離器頂部，最終氣相和液相分別從分離器頂部和底部排出。分離器液位、氣相和液相流量、壓差由自力式氣液分離控制器進行精確可靠控制，保證分離器的穩定工作，實現氣液兩相充分分離。
圖1 油氣分離計量裝置結構示意圖圖2 倒錐形渦流場模型
1.2油氣計量原理
流體經過分離裝置後氣相和液相通過單相流計量儀表計量，其中液相的油水混合物經過由質量流量計進行計量，而質量流量計又以其特殊的原理可通過輸入現場純水和純油的密度來進行換算得出流過的純水量和純油量，實現對油井產油的計量功能。
通過選用準確度等級達0.2級的科利奧特質量流量計由質量流量感測器和zljb系列變送器匹配構成，產品靈敏度較高，完成提供質量流量、體積流量、密度、溫度測量和推算引數，無需繁瑣的換算就可得到可靠的結果，可直接替換體積表。
1.3裝置結構特點
cms油氣分離計量裝置採用自力式控制原理，根據現場工況的流型模擬，充分考慮了液位、壓力、氣液流量和閥位之間的相互關聯，組成了完善的復合調節系統。通過建立正確的氣液分離模型和採用完善的控制系統，使分離器實現良好的氣液平衡，達到理想的分離效果，從而保證計量的準確性。
1.4油氣分離效能測試
通過軟體模擬，氣泡直徑對分離器的分離效率有直接的影響，氣泡直徑越大越易於分離，分離效率越高，模擬結果顯示對於直徑大於800微公尺以上的氣泡可以實現完全分離。
圖3、圖4 氣泡分離率測試曲線圖
2.油氣分離計量裝置輕量化改進
2.1前期使用情況
隨著研製試驗的成功，安塞油田在全廠範圍內全面推廣cms活動式油氣分離計量裝置的使用，2023年共計為13個採油作業區塊配套活動式油氣分離計量裝置共計60套，根據現場使用情況反饋該計量儀具有計量精度高、使易於維護、操作簡單等技術特點，一方面實現了對功圖計量的標定及除錯功能；另一方面可以對未實現功圖計量油井開展定期單量，對油井生產動態實現了全面掌控。
2.2結構改進原因
按照油井功圖計量標定需求，一套活動式油氣分離計量裝置可滿足30-35口油井功圖示定任務，安塞油田安所處的黃土高原山大溝深，具有塬、梁、卯多種複雜地形，油井分布較為廣泛，單井井組多。面臨這一現實情況，油氣分離計量裝置的移動效能尤為重要，處於研發初期的計量裝置由於體積大、重量大，移動較為不便。
為了進一步調高油氣分離計量裝置的移動性，降低日常操作過程中工人的勞動強度、本著降低裝置的生產成本、不影響油氣分離效果及計量精確度的原則，工藝設計部門對cms活動計量裝置結構進行了進一步調整，將原有的油氣計量裝置小型化、撬裝化。
2.3輕量化改進
在分析和研究油氣分離計量裝置存在的優缺點的基礎上，在計算方法上採用了推導得到的基於壓差法的質量測量模型。通過將柱狀旋流分離器、自力式氣液分離控制器進行簡化整合，並將原氣相回流管進行拆除，適當性的調整元件結構以達到減少尺寸、降低重量的目的，並在油氣計量裝置底部安裝滾輪以便於移動。
圖5 設計效果圖
表1 改造前後效能及尺寸對比表
圖6、圖7 改造前後實際效果示意圖
通過資料對比，改造後油氣分離計量裝置重量和製造成本有明顯減少，而測量精度、介質溫度、額定壓力、**含水率等效能引數仍可保持在較高水平。測量範圍由原來的25m3/d下降至10m3/d仍可滿足安塞油田普遍的低液量油井的計量需求，底部裝有滾輪便於裝車及移動。
3.輕量化活動計量裝置先導性試驗
為了進一步確定輕量化油氣分離計量裝置的穩定及可靠性，在我廠範圍內選取高11-18井、高11-17井、高13-18井等油井進行精度試驗，採用稱重法進行計量資料對比。
表2 全天油井單量資料對比表
表3 活動計量裝置與實測資料對比表
經過近10天的單量資料對比，無論是短時間稱重，還是全天24小時油井單量，輕量化油氣分離計量裝置對於日產液量在10m3/d以下油井均可保持計量誤差在5%以內。
4.輕量化活動計量裝置應用效果評價
截止至2023年11月，安塞油田所轄8個作業區塊配套輕量化油氣分離計量系統共計20套，從應用的情況看，輕量化活動計量技術的應用效果明顯，具有系統執行可靠，單量結果準確、流程簡化、節約成本、移動性大等優點，達到了系統設計和現場應用的要求。
1、以全天候8小時為乙個油井單量週期，計算油井平均產量，更加真實的反應油井實際出液情況；
2、系統執行可靠，單量結果準確。單量液量與功圖法計產對比，可以診斷分析功圖計量誤差，為功圖計量系統校正除錯提供可靠保證；
3、對於未安裝功圖計量的邊遠單井，起到了單井單量作用，滿足現場實際需要；
4、適應了「大油田管理，大規模建設」和快速發展的新形勢，與傳統計量技術相比，配合油井功圖計量工藝技術，簡化了流程、降低了投資；
5、油氣分離計量系統結構改進使製造成本由原來的15.2萬元/套降低至12.3萬元/套，並實現了由原來的卡車拉運轉變為小型皮卡車拉運，節約了生產成本；
6、移動效能大為增加，目前整體重量約為135kg，配合底部裝有滾輪，2-3人可在井場內隨意移動，減輕了操作員工的工作強度。
結束語：
1、油氣分離計量裝置的輕量化改進，是建立在適應低滲透油田和數位化建設生產方式轉變的結果，是對油氣功圖計量不斷除錯及完善的重要輔助工具，是安塞油田精細管理、不斷創新和探索取得的突出進展。
2、對於集中油井考慮為下游站點配套固定式油氣計量裝置，並通過數位化儀表實現自動倒閥、遠端控制、連續計量，實時記錄及分析，更大程度了滿足數位化油田建設需求。
3、採用了先進適用的油井計量技術，能夠較好的累積單井產量，為及時掌握油藏狀況，制定生產方案，具有重要的指導意義。
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