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胜利油田油井计量技术现状及计量标准

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胜利油田 油井 计量 技术 现状 标准
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胜利油田油井计量技术现状及计量标准宣贯,技术检测中心2010年9月,一、概述二、胜利油田油井计量现状,一、概 述,油井计量是科学合理考核各级单位生产任务完成情况、及时全面掌握区块产能动态的重要基础。近年来,油井计量存在的问题,已经引起了中石化集团公司领导和胜利油田领导的高度重视。多年来,胜利油田相继开展了油井计量工艺、技术方面的研究,但由于没有建立单井计量量值传递标准,无法对在用计量技术的适应性、准确性进行评定,难以保证油井产量数据的准确可靠,不能为油田地质分析、作业方案和作业措施提供有力的技术支撑,成为实现油田高效开发和提高提高油井管理水平的障碍。进一步影响到采收率的提高,因此,提升计量技术、提高油井管理水平是目前单井计量准确性的重要问题。,二、胜利油田油井计量技术现状,1、在用计量技术及数量2、在用计量技术工艺原理、系统误差产生的原因分析3、在用计量技术适应条件4、在用油井产量计量装置的检定方法及在线测试方法。5、日常操作和管理中注意的问题,,1、在用计量技术种类及数量,油田应用的单井计量装置按照计量原理可分为六大类,共计大约2700台套。,2、工艺原理、系统误差原因分析,立式分离器量油装置,根据连通管原理,采用容积计量方法计算产液量的重量。在油气分离器上安装一根与分离器构成连通器的玻璃管液面计,分离器内一定重量的液量将底水压到玻璃管内,根据玻璃管内水上升的高度与分离器内液量的关系得到分离器内液量的重量,根据测得玻璃管内液面上升一定高度所需要的时间,即可折算出油井的产量。,磁翻转液位计,计量原理,根据连通器平衡原理,油井来液进入分离器后,气体从出气管排出,液体存于底部,玻璃管内水位随着分离器内液量增多而上升,通过测量玻璃管内水位上升一定高度的时间,计算油井的产液量:,式中:Q1 ——油井折算日(班)产液量,t; D ——分离器内径,m;,——量油标高,m;,——水的密度,t/m3,——折算日(班)产量的时间,s;,——测得玻璃管内水位上升所用的时间,s;,表1 分离器的计量常数,玻璃管量油标高、量油常数根据实际情况确定。,(1)粘度(2)底水密度(3)人工读数(4)产量波动,影响因素,(1) 粘 度,随着原油粘度变大、含水降低,原油在分离器罐体内部挂壁现象会越来越严重,导致罐体的横截面积变小,量油高度增加,对单井产量的计量造成一定的正向误差。以800分离器为例,挂壁厚度与计量误差的关系见下图:,选取两个计量站的分离器进行测试,用二等金属量器组向分离器加清水对分离器进行标定。,(2) 底水密度,在立式分离器量油的计算中,通常将底水密度视为1.0g/cm3,而实际生产中由于来液为油水混合物,受矿化度的影响,造成底水密度的改变,使底水密度不为1.0g/cm3,这也会带来一定误差。,分别对2个计量站的分离器底水的密度进行测试,底水的密度分别为1.0113g/cm3和1.0126g/cm3。实际生产计算中取底水密度为1.0g/cm3。,(3) 人工读数,玻璃管量油是通过人工读取玻璃管内液位上升一定高度的时间来推算油井的产量,所以人工读数的偏差对计量误差也有一定的影响。以800分离器为例,读数偏差与计量误差的关系见下图:,(4)产量波动 用立式分离器对单井进行多次量油,并计算误差。,(1)立式分离器量油计量误差与油井生产情况有关,产量平稳的油井,计量误差在10%以内,产量波动大的油井,计量误差较大,低产液间歇油井,计量误差最大可达40%。(2)立式分离器量油会因来液物性(粘度,矿化度等)因素造成系统误差。对两个计量站立式分离器的测试,系统误差可达6%。由于来液物性参数的不同,各分离器自身系统误差也不尽相同。,小 结,(3)立式分离器量油会因人工读数(量油高度、量油时间)等因素造成随机误差。(4)底水密度应当根据不同的计量单元配制适当密度的底水,来保证进入玻璃管的液体是某种浓度的盐水,防止密度高的原油堵塞玻璃管,造成计量误差,同时应提供相应的量油常数。,(1)定期对分离器进行检定,更换底水,消除因壁厚、底水密度变化造成的系统误差。(2)加强对计量人员的技术培训,尽量减少人工操作随机误差的影响。(3)含沙较大油井采用分离器计量,要对考克定期清洗,防止分离器下考克堵塞。(4)对于间歇油井和产量波动大的油井,尽量采用连续计量的方式,若采用分离器量油,应加密量油次数。,措 施,旋流分离两相计量装置,计量原理: 油井来液进入管式旋流式分离单元预分离段,使不同流态的多相流最大范围的形成分层流后进入主分离段,在主分离段,受离心力、重力共同作用实现气液两相分离。分离后的气相和液相分别通过单相计量仪表单独计量,液相计量仪表通常选用科氏力质量流量计进行液相质量流量、密度、温度计量,运用密度法和专为密度法含水计量设计的数学模型实现工况下的含水(油)计量。,(1)生产参数(2)内部结构(3)管路压损,影响因素,旋流分离两相计量装置液的核心元件是浮子,浮子位置改变带动连杆控制气体阀、液体阀的开度,造成浮子位置变化的原因有两个,一个是气量,另一个是粘度。气量较大时,浮子下沉,气体阀全开,导致气中带液,使液路测量的数值偏小。来液粘度过大时,会造成液体阀不能及时开启,影响产量的计量。,(1)生产参数,为了验证气量对装置误差的影响,选取滨南采油厂的16口油井进行测试。气油比为0时,计量误差趋于正值, 气油比为0.4-13.7时,计量误差趋于负值。,,,,在粘度0-1000mPa.s范围内,装置95%概率的误差范围是0.17%-2.1%;在7000-30000mPa.s粘度范围内,误差偏正,装置95%概率的误差范围是3.62%±2%。,旋流分离多相连续计量装置内部结构的关键问题是无源气液控制单元内的阀芯的密封,长时间的使用过程中,原油中的砂粒、杂质会对阀芯有一定的磨损,有可能造成阀门关闭不严,从而造成管路泄露,计量不准。,(2) 内部结构,(3)管路压损对质量流量计测量综合密度的影响,,,对于质量流量计所在的管路而言,气液两相管路内流体既有纵向压降,也有横行压降。,,,水平气液两相管路压降,垂直气液两相管路压降,倾斜气液两相管路压降,,,,(1)在仪表正常的情况下,粘度高,误差偏正。粘度越高,原油对液位控制器的影响越大,粘度越大,则表面张力越大,液位控制就会产生一定的滞后,液体调节单元的操作也会产生一定的滞后,因此,引起原油计量的偏大。(2)有气量时,计量结果偏小,这是由两相无源计量装置本身工艺引起的。气液两相混合物依靠旋流转动产生的离心力以及气液自身重力实现气液两相的分离,分离后气中带液会在一定程度上影响测量准确度。,小 结,双分离器往复交替式量油系统,计量原理:双分离器是在计量站流程上并联对称安装两台直径为Φ500的计量分离器。安装时将两分离器的进口相连、出口相连、气平衡端相连后,分别安装阀门控制。,三相计量装置,油、气、水混合液进入预脱气室, 靠旋流分离及重力作用脱出大量的原油伴生气, 预脱气后的油水混合液(夹带少量气体) 经导流管进入分配器和水洗室, 在经过含有破乳剂的活性水层洗涤破乳、高效聚结填料的整流及稳流后, 再通过沉降分离室的进一步沉降分离后, 并经液位控制电动调节阀后流出分离器; 含油污水靠压力平衡经导水管进入水室,经液位控制电动调节阀开度后流出分离器, 达到使油、气、水三相介质分离的目的。,计量原理,1-进口 2-旋流分离器 3-控制阀 4-温度变送器 5-安全阀 6-压力变送器7-油水液位计 8-除沫器 9-气液液位计 10-填料层 11-分离器 12消能室 13 油室,1.旋流气液预分离技术,1-进口 2-防涡装置 3-气出口 4-平衡孔,气液旋流分离器结构,该装置使传统的气相空间由50%降低至5% 左右,降低了设备空间。,工艺结构,实现消能、稳流的目的,2.整流破乳技术 整流破乳技术是由消能系统、刺孔波纹填料、波纹填料多段安装等方式实现的。,,紊流室,消能器,碟形转向器,,,,,,消能系统,,促进油水分离,,,第一层刺孔波纹填料,,第二层刺孔波纹填料,第三层刺孔波纹填料,主要作用:破乳、改善流场,油滴聚结,,,,主要作用:润湿、聚结,主要作用:聚结、保护流场,填料流程,,促进油水分离,3.油室 油室置于壳体之内,油室具有凸体。 功能: 油室不直接与三相分离器壳体接触,油室周围被水包围,避免了油室降温。 油室的设置,保证了流体的流动平稳性。 油室的设置,使水相流动通畅,保证了水的流动平稳性。,,,消能系统,填料系统,,,,,油 室,,,实现: 流体迅速层流、流态稳定,促进油水分离,与传统分离器相比,设备体积显著下降达30%,节降耗30%,节约药剂用量40% 。,4.除沫技术 在分离器上方设置了小型除沫器,使气相出口液滴直径10μm以下。,,1-气进口 2-气出口 3-除沫器丝网,除沫器结构,实现快速、高效排沙,5.除砂技术 根据流体流场聚砂特征,设置了独特、高效的排沙系统。,,排沙斜板,排沙水管,排沙斗,,,,,,排砂系统,,延长设备使用年限,翻斗装置是由两个对称放置的独立料斗组成,翻斗下方安装有称重传感器,当翻斗翻转时位置传感器给出信号,称重传感器检测翻转时刻的重量,将一段时间内的累积流量换算成每天的产量。,称重式油井计量装置,计量原理,(1)生产参数(2)计量时间(3)内部结构,影 响 因 素,称重式计量器是一种自力式油井计量装置,罐体内液体的流动完全靠进液携带的油气驱动,因此油井产气量是影响称重式计量器计量精度的关键因素之一。在使用时,当气量较小时,会给操作带来一定的困难。另一个关键因素是油品的粘度。,(1) 生产参数,对不同粘度的15口油井进行计量误差测试,测试结果见下图。,计量时间越长,误差越小。,(2) 计量时间,在称重式计量器的产量计算中,日产量Qt是经过积分换算的,所以计量时间长短对产量的计量误差也有影响。日产量分别是12T、24T、36T、48T、72T时,计量时长与误差的关系见下图:,(3)内部结构,称重式计量器的计量准确度还与罐体内的称重装置的精度密切相关的,在使用过程中,由于液体的冲击或翻斗翻转时的震动,传感器的零点会发生漂移,导致计量的不准确。,对4口油井进行校准前后测试比对,测试结果如下表所示 :,参数修正前称重计量装置的最大误差超出其技术指标3倍,进行参数修正后得出的数据能满足装置本身±5%的误差要求。,(1)称重计量装置校准前的最大误差为-47.27%,平均误差为-21.35%,校准后的最大误差为-4.23%,平均误差为0.92%。可以看出,该种装置校准后,能够满足技术要求。(2)该装置的最小计量时长为30分钟,最大计量时长为4小时。时间的限制对于计量误差影响较大。测量时间越短误差越大,应延长量油时间才能保证计量的精度。,小 结,(3)随着时间的变化,称重传感器会发生零点漂移,需要定期对该装置进行定期检定,通过对相应参数进行调整,精度才能满足要求。 (4)由于称重计量的实现依赖于罐内的压力,当油井不含气时,罐内液面就会把翻斗淹没,翻斗计量也就无法实现。在新装置投产前需要积累气量,控制液面,才能进行正常计量,操作有一定的困难。,措 施,(1)装置投产时,对称重传感器进行零点调整。(2)由于在长期使用过程中,传感器零点会发生漂移,因此,需要定期对传感器进行零点调整。(3)对于产量很低的油井,采取延长量油时间的方法,尽量减少量油误差。,油井远程在线计量分析系统,, 计量原理: 油井远程在线计量分析系统的基本原理是把有杆泵井抽油系统视为一个复杂的振动系统该系统在一定的边界条件和一定的初始条件下,对外部激励(地面功图)产生响应(泵功图)。建立有杆泵井抽油系统的力学、数学模型,计算出给定系统在不同井口示功图激励下的泵功图响应,对此泵功图进行分析,确定泵的有效冲程,进而求出折算地面有效排量计算出油井产液量。,由于这种计量方式是通过地面示功图来推算地下生产情况,同时考虑泵挂深度、杆柱组合、气液比、出砂情况、油品性质等边界条件得到井下泵功图,然后应用泵功图识别技术来计算油井产液量。计算结果受气体、粘度、漏失、柱塞遇卡、抽油杆断脱以及油井结蜡出砂的影响,因此这项技术在油井产量计量的准确性方面有一定的局限性。,影 响 因 素,(1)示功图量油方式适用于粘度低,含水高和低含气的油井。(2)对于含水90%以下的油井,功图量油的计量误差较大,共测试含水低于90%的油井8口,误差超过10%的6口占75%,其中最大误差为57.81%。(3)对于油品粘度大的油井,功图量油的计量误差也较大,共测试粘度大于7000mpa.s油井8口,其中最大误差57.81%。,小 结,(4)其他影响产量计量的因素很多,气体、粘度、沉没度过小、漏失、供油不足、油井结蜡及出砂和活塞在泵架中下入位置不当,都会反映在示功图上,地面示功图的形状不规则,往往对泵的工作状况无法做出准确推断。从而影响产量的准确计量,因此示功图量油往往只能对泵的工作状况做定性分析,而无法做出定量判断。(5)由于井筒掺水不均匀,给功图的计算带来一定误差。,1、 立式分离器,影响立式分离器量油装置计量效果的原因包括以下几方面:(1)分离器本身的系统误差 ;(2)油井来液量波动大以及间歇出油 ;(3)进站液量受掺水稳定性、掺水管网压力变化的 影响 ;(4)量油时计量人员人为因素造成误差。 该装置适用于产量稳定的油井,不建议用在间歇、波动大的井。,3、在用计量技术适应条件,2、两相计量装置,(1)两相计量装置使用范围较广,但对气液比较大的油井气液分离效果较差,装置受仪表本身零点漂移以及质量流量计自身量程范围的影响,在选站时,应需注意本站的气液量配比,定期作仪表零点调整。 (2)主要考虑压损造成质量流量计的气体析出补偿。 装置的使用范围必须根据同一计量区的量程比不大于1:10,最大不大于1:40.,(3) 称重量油装置,称重量油装置传感器的零点会发生漂移,引起计量准确度降低,应建立对该装置进行定期检定的机制。称重量油装置适用于产量在10吨以上的油井,对于产量在3-10t/d的油井,建议延长计量时间为4小时。 按目前计量水平推算,对于产量在3t/d以下的井,不建议使用该种装置。,(4) 功图量油装置,功图量油装置本身受地面功图的影响造成泵功图的准确性差,在安装前应对功图进行校准,给出一个正确的参数,得到真实的地下泵功图,方可正确计量液量。 建议功图装在正常工况下的油井,并进行安装前的首次校准与定期校准。建议不在井筒掺水的油井使用。,4、在用计量技术的检定方法及在线测试方法,,容积法检定,1)分离器检定方法,质量法检定,预算加水量,进液检定,,标准金属量器,标准金属量器,,排液检定,进液检定,排液检定,称重加水量,,,台秤,台秤,, 评价标准,本次测试依据以下标准进行: JJG(石油)26-2000 油井计量器检定规程 SY/T 0515-1997 油气分离器规范 GB 50350-2005 油气集输设计规范 JJG259-2005 标准金属量器检定规程 JJG643-2003 标准表法流量标准装置检定规程,(2)在线测试方法,针对四种装置的工艺流程,在不影响生产的前提下,设计了3种测试流程 ,如下图所示:,后串联连接示意图,前串联连接示意图, 流程连接,在不同区块,采用二等金属量器对计量装置的液量进行标定,计算标准计量装置的系统误差。,标准装置校验原理示意图, 标准装置的校验,5、日常操作和管理中注意的问题,目前单井计量装置还存在标准混乱、计量精度差的问题,为了进一步提高油井产量工艺的先进性和准确性,优化产能建设方案,需要在今后的工作中注意以下几个问题。,(1)建立油井产量计量标准体系,对在用的计量装置使用范围进行准确的定位,指导油田单井计量装置的现场使用。(2)对于间歇井、波动大的井,最好采用连续计量(24小时)的方式才能反映地下液量情况。,(3)建立对单井计量装置进行周期性标定的机制。对现有的油井计量装置进行周期性检定,提出指导性意见,由相关厂家或部门对装置进行适应性调整,来满足生产实际需要。以保证现场资料的准确性。 (4) 研究适用于油田生产现状的油井计量新工艺,提高油井计量的计量精度和自动化水平,减少人为因素造成的误差,为油田生产的安全、高效以及数字化管理提供技术服务。,,谢 谢 大 家,2010年9月,水平气液两相管路压降,1、杜可勒(Dukler Ⅰ、Ⅱ)压降计算法,,2、贝克(Baker)压降计算法,3、伊顿(Eaton)压降计算法,,,,,气液两相速度是否相同相间是否存在滑脱损失,,,气液两相混合均匀,,气液两相流速不同,相间存在滑脱,,1、杜可勒(Dukler Ⅰ、Ⅱ)压降计算法,,2、贝克(Baker)压降公式计算法,,3、伊顿(Eaton)压降公式计算法,,Hagedorn-Brown垂直管两相流压降关系式: 在倾角大于70°最准确,其压降梯度方程为:,,,垂直气液两相管路压降,,倾斜气液两相管路压降,弗莱根尼在研究许多现场数据后认为:1)管路下坡段所回收的压能比上坡段举升流体所消耗的压能小得多,可以忽略。2)上坡段由高差所消耗的压能与两相管路的气相折算速度成相反关系,速度趋于零时,高程附加压力损失最大。3)由爬坡所引起的高程附加压力损失与线路爬坡高度之总和成正比,和管路爬坡的倾角、起终点高差的关系不大。,1、弗莱尼根(Flanigan)关系式:,2、贝格斯-布里尔(Beggs&Brill )关系式: Beggs&Brill从能量守恒方程出发,推导了考虑管路起伏影响的两相管路压降梯度计算式。,,
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