新型撬裝式單井三相流量計量裝置的研制及應用原理分析

研制了一種新型撬裝式單井三相流量計量裝置，基本組成包括三相流體積流量計、差壓變送器、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器、積算與顯示儀表、測試管匯與撬裝座體。撬裝式單井三相流量計量裝置結構簡單、方便使用、易于維護，不需要氣液兩相或油、水、氣三相分離就可實現(xiàn)三相流量各自準確計量。

原油單井計量對于掌握單井不同開采時期油井產能、三相含量的變化規(guī)律，調整、優(yōu)化驅油與抽油的生產參數(shù)，保證穩(wěn)產及增產節(jié)能有十分重要的意義［１～３］。由于各油田原油成分及物性差異大，簡易的兩相或三相分離計量裝置又很難分離干凈徹底，導致計量誤差大；而昂貴復雜的裝置不適合單井現(xiàn)場使用［４～６］。當前在用的單井計量裝置，比如各種氣液兩相分離單井計量裝置，實際計量系統(tǒng)誤差都接近１０％［７］；而各種稱重罐只能計量油水混合流量，卻不能計量含水量、含氣量。為此，筆者研制了一種新型撬裝式單井三相流量計量裝置。

１　組成特征

研制的新型撬裝式單井三相流量計量裝置基本組成.

撬裝式單井三相流量計量裝置基本組成

１）三相流體積流量計、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器都通過安裝接口安裝在測試管匯上，與輸送的原油相通，積算與顯示儀表有電氣連接；測試管道設有輸入口、輸出口，并通過設置的安裝接口將各儀表及截止閥連通成管匯；截止閥安裝在測試管道的原油輸入口后面；積算與顯示儀表置于防爆箱中。

２）測試管匯設置有垂直于撬體平面的門型管架，其流入立管上隔一定間距設置差壓變送器的傳感器兩安裝接口，接口距離立管兩端彎曲處大于管子公稱直徑的５倍。

３）測試管匯還設置有垂直于撬體平面的管架，含水分析儀安裝接口設置在非常高豎直管道的頂端。

４）儀表主機設置凈化原油的密度與礦化水的密度，可以讀取并顯示體積流量計、差壓變送器、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器的測量值，計算并顯示當前油、水、氣三相流的瞬時體積分數(shù)及計量過程中三相流各自的累計流量。

２　技術方案

研制新型撬裝式單井三相流量計量裝置的目的是提供一種結構簡單且不需要進行液、氣兩相或油、水、氣三相分離的單井三相流量計量裝置，可以對油、水、氣三相流分別計量。為了實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案：

１）整個測試裝置設置有原油輸入口與輸出口，用于連接井口預留的測試接口，測試時作為原油輸送的旁通管道。積算與顯示儀表置于防爆箱中，儀表主機可以讀取并顯示體積流量計、差壓變送器、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器的瞬時值，計算并顯示當前油、水、氣三相流的瞬時體積百分比及計量過程中三相流各自的累計流量。

２）三相流體積流量計為容積式流量計，設置在所述裝置的輸入口后面，三相流的總體積為凈原油、礦化水、伴生氣的體積之和。

３）差壓變送器安裝在一截豎直的均勻管道中，用于測試三相流在管中產生的壓差，計算井口原油的密度。

工程上等速流動的原油密度計算式如：

式中：Δｐ為差壓變送器測得的壓差，ＭＰａ；ｇ為重力加速度，ｍ／ｓ２；ｈ為差壓變送器的２個壓力傳感器的安裝中心距離，ｍ；ρｚ為實時測得的井口原油密度，ｋｇ／ｍ３。

４）含水分析儀傳感器插入所輸送的原油中，用于測試原油含水率ω。

５）壓力變送器與溫度變送器，用于分別測試計量時輸送原油的壓力ｐ與溫度Ｔ，校正凈原油的密度及計算標準狀態(tài)下氣體的體積。

６）積算與顯示儀表可以是ＰＬＣ（可編程邏輯控制器）或單片機開發(fā)的至少具有一路脈沖信號輸入接口、４路４～２０ｍＡ信號輸入接口、電源輸入口、液晶顯示器及防爆殼體組成的儀表，具有設置輸入凈原油密度、礦化水密度功能。

積算與顯示儀表計算瞬時體積流量的公式為：

式中：Ｖｓ、Ｖｙ、Ｖｑ分別為礦化水、凈原油、伴生氣的體積，ｍ３；Ｖｚ為三相流的總體積，ｍ３；ω為原油含水率，１；ρｓ為實驗室測得的該井礦化水密度，ｋｇ／ｍ３；ρｙ為實驗室測得的該井凈原油密度，ｋｇ／ｍ３。

７）測試管匯至少由輸入接口、輸出接口、連接管道、閥門及在管道上的體積流量計、差壓變送器、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器安裝接口組成。為了使用、維護方便，可以設置若干截止閥、旁通管、清潔氣體快速接頭、廢液出口等。

８）差壓變送器的兩壓力傳感器安裝接口的直管段應是垂直設置的，其內徑均勻，具有足夠的長度，其位于壓力傳感器前面的直管長度值應大于公稱直徑的５倍，保證流過兩壓力傳感器的流型穩(wěn)定，流速相同。

３　結語

新型撬裝式單井三相流量計量裝置，采用現(xiàn)有的通用測量儀器，只需要對管匯結構進行一定設計并對流量計積算與顯示儀表進行二次開發(fā)，就能夠對單井原油進行不分離直接計量，其三相流量計量系統(tǒng)誤差小、結構簡單、制造與使用成本較低，具有很好的市場前景。