對稠油計量裝置和方式存在的不足及改造升級技術討論

來源：中海艾普油氣測試（天津）有限公司、中海石油（中國）有限公司天津分公司、中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司作者：陳金先，楊歧年，高科超，楊子，張珂，李召發布日期：2021-02-26

[摘要] 油井產量計量是海上油田探井測試作業的一項重要工作，準確、及時的油井產量計量，對掌握油藏狀況具有重要指導意義。文章對稠油計量裝置和方式存在的不足進行了充分討論，新型稠油計量裝置及分離器改造升級保溫技術可解決稠油低產量的有效計量，能為準確取全取準地層資料提供保障。經作業現場的實際應用，新型稠油計量裝置能滿足渤海油田稠油油藏探井測試產量精準計量的要求，具有較高的應用價值。

地面測試是油氣勘探過程中對油藏評價的重要技術手段。通過對地層流體的節流、分離、計量和處理，得到油藏的一些重要參數，如地層流體的性質、穩定產量、油氣比、壓縮系數等。主要工作流程是通過井口測試樹和油嘴管匯將地層流體安全地引入分離器，分離器根據多相流體之間的互不相容性和不同密度，將地層流體分離成單相的油、氣、水。根據各種儀器、儀表測得的參數，使用計量公式分別求得各自的產量，并通過改變油嘴大小求得幾個不同流壓下的穩定產量。目前海上油田探井測試作業產量計量方法主要有玻璃管量油（通明膠管量油），三相分離計量方法，隨著技術的進步，測試作業越來越需要功能強、自動化程度高的計量設備以提高準確度和技術水平。

1 稠油油藏地面計量現狀

渤海油田油藏由于埋藏淺和地層壓力低等因素，導致地層產出的原油到達地面時，壓力降低，氣體以微小的氣泡形式從原油中脫出來，導致原油起泡、產生泡沫。泡沫影響分離器流量計的測量精度，也影響油氣分離的效果，造成一定的誤差。渦輪流量計不能準確計量泡沫原油產量，原油經分離器分開后仍攜帶大量氣泡進入計量罐。而低產稠油井通過計量罐進行計量，傳統的液位看窗在計量時很難連續保證計量的精確性。液位看窗中稠油溫度下降，流動性降低，出現假液位或死液位，造成一定誤差。表1列舉并對比了海上油田測試傳統的稠油計量方式及優缺點。

傳統計量方法及特點比較

2 稠油精準計量的解決方案

2.1 分離器計量方法

目前海上油田探井測試常用的分離器為三相分離器，工作原理為：氣液混合流體經氣液進口進入分離器進行基本相分離，氣體進入氣體通道通過整流和重力沉降，分離出液滴；液體進入液體空間分離出氣泡，同時在重力條件下，油向上流動，水向下流動得以油水分離，氣體在離開分離器之前經捕霧器除去小液滴后從出氣口流出，油從頂部經過溢流隔板進入油槽并從出油口流出，水從排水口流出。分離出來的油、氣、水再分別計量，油主要使用渦輪流量計、刮板流量計和質量流量計，氣體使用孔板流量計[2]。典型的臥式三相分離器基本結構如圖1所示。

海上油田探井測試常用三相分離器結構圖

2.1.1 分離器殼體及管線加熱及保溫

在稠油產量低的情況下，稠油在分離器的滯留時間較長，導致稠油溫降大，從而影響稠油分離效率。改良后的分離器殼體外部加設金屬軟管蒸汽加熱裝置，維持溫度在70℃。管線采用安全電壓電伴熱進行保溫。加熱裝置外部使用了防火、環保的填充材料和保溫鋁皮結構進行保溫。表2詳細列舉了三相分離器改造升級的部位及優點。

海上油田探井測試常用三相分離器結構圖

2.1.2 分離器旋流消沫裝置的安裝

為了達到稠油徹底消泡的目的，使得稠油計量更加準確，目前比較先進的做法是采用化學和物理雙重消泡。為了更準確計量地層產液情況，采用了安裝物理消泡的裝置。將分離裝置安裝于分離器內部的進口處。其物理消泡的原理是：旋流裝置對進入的液體施加一個可控的剪切力，較大的離心力可以使大量泡沫分解，在出口下游均勻分配排出流體。

旋流消泡裝置在三相分離器中的安裝

2.2 稠油液位精確計量

2.2.1 差壓式變送器計量裝置

差壓式變送器采用先進的集成電路和表面安裝工藝（結構如圖3所示），在模擬式變送器的基礎上增加了通信、查詢、測試、組態等功能，它可提高標定精度，改善環境溫度補償效果，大大提高了變送器的質量。

差壓式變送器工作原理框圖差壓式變送器安裝示意圖

差壓式變送器計量裝置（如圖4所示）采用靜壓測量原理，當液位變送器投入到被測液體中某一深度時，傳感器迎液面受到的壓力的同時，通過導氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，使傳感器測得壓力為P，可以得到液位深度（如公式1所示）。根據某時間段的計量罐液位罐高的變化量△H=H2-H1（如公式2所示），再由計量罐罐高系數可折算出此時間段的產液量（如式3所示）。

H=p/p•g （式1） △H=H2-H1 （式2）

Q=△H•C （式3）

其中：P —差壓式變送器所受罐體液體的作用力，MPa；ρ —被測液體密度，g/cm3；g —當地重力加速度，取9.8m/s2；H —變送器投入液體的深度，cm；△H —某時間段的計量罐液位罐高的變化量，cm；Q —某時間斷內產液量，m3；C —計量罐單位高度（1cm）的罐系數，無量綱常數。

通過應用分析可知，差壓式變送器具有以下優點：(1)結構簡單：無任何可動或彈性元件，可靠性極高，維護量極少；(2)安裝方便：內裝式結構尤其顯示出這一特點，無需任何專用工具；(3)用途廣泛：適用于高溫高壓、強腐蝕等介質的液位測量；(4)計量準確：消除了液體中含的泡沫和稠油阻塞看窗的誤差。

2.2.2 磁浮式液位計計量裝置

磁浮式液位計計量裝置應用了蒸汽加熱結構（如圖5所示），當流體必須要均勻加熱以保持其溫度高于其凝點時，該設備具有明顯應用效果。后對浮子尺寸進行了縮小，減少稠油接觸面積，增加上下的活動性，進一步提高了計量精度。根據實驗分析及作業現場的實際應用，磁浮式液位計量裝置具有以下優點：(1)采用了非常新的看窗模式；(2)上下帶浮子緩沖彈簧提高了浮子使用安全性；(3)具有蒸汽循環加熱功能，更加適合稠油的計量；(4)現場操作方便，讀數直觀，高清晰液位指示。

磁浮式液位計量裝置示意圖

2.2.3 聚結式過濾器與精密氣體計量管匯的組合

聚結式過濾器的主要作用是捕捉天然氣中的水蒸氣、天然氣中的大顆粒雜質，提高對氣體的計量精度，結構如圖6所示。其工作原理為：聚結式過濾器濾芯主要選用經過表面處理的玻璃纖維或聚酯纖維作為聚結介質，濾材的結構通過特殊設計，使得過濾介質具有良好的聚結性能；當水霧及水滴被聚結器內部的超細纖維捕捉時，這些微米級纖維對氣流形成了曲折的通道，迫使水霧滴在慣性碰撞、擴散攔截和直接攔截三種過濾機理的作用下，被超細纖維捕獲，液體表面張力使小液滴聚結成較大的液滴；由于重力作用，較大液滴沉降至容器底部，以實現脫除原料氣體中游離狀態下水的作用。

聚結式過濾器結構圖

通過現場實際應用，聚結式過濾器濾芯具有如下優勢：(1)采用聚酯纖維人工合成材料，與各種流體有很好的兼容性；(2)采用多層螺旋狀卷制而成，每層采用不同纖維，通過控制每層纖維的形狀、大小、厚度和密度等參數來達到預期的過濾精度；(3)過濾精度高，可達0.1μm，聚結式過濾器的技術參數如表3。

聚結式過濾器結構圖

稠油油藏地面流動困難，影響原油的流動性和原油中天然氣的分離，導致其進不了分離器，無法求得氣產量。即使能進分離器，低壓力達不到進分離器條件，氣產量太小進分離器后無法憋起壓力。稠油計量過程中，通常會有伴生氣或在其它測試作業過程中，會有少量天然氣出現的情況，一般氣體的日產量會小于10000m3，由此引入了精密氣體計量管匯。若單個流量計的測量量程如果跨度太大，就無法達到精度要求（±1.5%），綜合分析采用一個集合3個量程的渦輪流量計管匯來解決以上難題，其管匯量程的統計見表4，氣體渦輪流量計的結構示意圖見圖7。

氣體渦輪流量管匯量程選擇氣體渦輪流量計工作原理圖

通過現場應用，氣體渦輪流量管匯具有以下優點：(1)能夠保證測量精度；(2)具有旁通功能，更具安全性；(3)覆蓋量程范圍廣；(4)現場操作方便；(5)所使用的儀表和二次顯示計算儀都符合防爆標準。

3 應用效果評價

A井是渤海油田某區塊的一口預探井，在館陶組進行了DST測試，根據現場取原油分析得知原油密度為0.9649（20℃），黏度為544.52mPa.s（50℃），凝固點為4℃。為充分保障地層稠油在地面具有較好的流動性，地面管線全部進行蒸汽管線纏繞和保溫包裹的雙層保溫措施，將加熱器溫度控制在88℃恒溫，分離器殼體溫度控制在70℃恒溫，進行螺桿泵泵抽180rpm的求產，日產原油86.04m3/d，日產天然氣2326m3/d，充分實現了低產儲層油氣的精準計量，取全了油藏資料。在測試作業現場同時應用差壓式變送器計量裝置和磁浮式液位計量裝置，計量數據如表5所示。

兩種液位計量裝置數據統計