胜利油田海洋平台油气计量装置的发展

卢壮杰

(胜利油田 胜利工程设计咨询有限责任公司,山东东营 257026)

胜利油田海洋平台油气计量装置的发展

卢壮杰

(胜利油田 胜利工程设计咨询有限责任公司,山东东营 257026)

介绍了胜利油田海洋平台典型的油气计量装置的结构、工作原理及发展历程。通过对比分析各种计量装置的应用效果,提出胜利海洋平台计量装置的选取依据,为自动化生产管理提供准确的计量数据奠定基础。

海洋平台;单井计量装置;流量计

Abstract:Structure,operating principle and development history of typical oil and gasmeasuring device are introduced.Choice basis ofmeasuring device on Shengli offshore platform is proposed by comparing variousmeasuring devices application effect to lay the foundation for accurate data of automated production management.

Key words:offshore platform;single wellmeasuring;flow rate meter

单井计量是油田各项计量工作中工作量最大、最繁琐的一项基础工作,采集的数据主要用于油田生产过程中油井产量计算、储量控制和生产管理,数据的准确性会影响到生产决策[1-2]。由于海上油田开发的特殊性,对油井计量技术提出了更高的要求,主要有 4点:①故障率低,计量精度高;②结构紧凑,占用空间小;③自动化程度高,适应无人值守要求;④具有“三防”功能 (防霉、防潮、防盐雾),适应海洋恶劣环境。目前,胜利油田海洋采油厂无人职守的卫星平台已实现生产数据的自动采集、传输、监测和油井安全生产自动控制。由于油井产量波动大、产出物流态不稳定等原因导致了计量数据的不准确。为了提高海上油井计量的准确性,对胜利海上平台应用的油气计量装置展开调研,结合其应用效果进行评价。

1 胜利油田海洋平台单井计量装置的发展

目前,胜利油田海上主体区域采用卫星平台、中心平台和陆上控制中心的三级布站、两级管理模式,采用卫星平台与中心平台相结合的集输方式[3]。典型计量工艺流程如图1。

图1 胜利海洋平台油气计量工艺流程

随着生产管理水平的提高,胜利海上油气计量系统的发展主要经历了 3个阶段:分离器单独计量阶段、分离器和流量计配合计量阶段和三相流量计计量阶段。如表1。

表1 胜利海洋平台单井计量装置统计

1.1 手动玻璃管 (磁翻转)液位计量油装置

该系统由立式两相分离器、玻璃管液位计 (或磁翻转液位计)及进口阀门组成,如图2。

油井产出的油水混合液及伴生气流入计量分离器,通过人工调节进出口阀门,调节分离器液位上升与下降,记录测量的时间。根据分离器截面积、测量高度及测量时间,折算全天产液量和产气量。

优点:流程简单,投资少;对产量稳定的油井,计量准确性高。

缺点:对于产量波动较大的油井,计量准确性低;计量过程全手动,劳动强度大。

图2 手动玻璃管液位计量油装置

1.2 两相分离仪表计量装置

1.2.1 两相分离变压控制仪表计量装置

该装置在胜利海洋平台上广泛应用,主要由油气分离器、油气三通调节阀、质量流量计、旋进漩涡流量计等组成,如图3。

油气分离器将油井采出液进行气液分离,气体和液体分别经过气体流量计、质量流量计计量后浮子液位油气调节阀合流外输。

a) 变压控制原理 油气两相分离器的液面和压力由 1台浮子液位油气调节阀控制。浮子液位调节阀主要由浮子连杆机构和合流三通调节阀组成。阀门内部的组件用来控制液、气流量。浮子连杆机构用来检测分离器的液面,并控制调节阀阀芯的位置。调节阀的气、液进口分别与油气分离器的气、液出口相连,气液混合物出口与井组平台的外输管线相连。

图3 两相分离变压控制仪表计量装置

b) 质量流量计

①直接式 流量计的输出信号直接反映质量流量。

②推导式 (也称间接式) 分别检测流体体积流量和密度,通过乘法器的运算得到反映质量流量的信号。

胜利海洋平台选用的质量流量计主要为直接式质量流量计,例如,美国罗斯蒙特、德国科隆质量流量计。

特点:线性输出,不受温度、压力、密度、流速分布、粘度和电导性变化影响,具有防爆、防尘的功能。

c) 旋进漩涡流量计[4]主要由旋进漩涡流量传感器、流量积算仪、温度传感器、压力传感器 4大部分组成。如图4。

图4 旋进漩涡气体流量计

进入流量计的流体,通过旋涡发生器产生旋涡流,旋涡流在文丘利管中旋进,到达收缩管突然节流使旋涡流加速。在旋涡流产生区域放置压电传感器以检测旋涡流的频率,此频率信号经放大器放大、滤波、整形后转化成正比的脉冲信号,送往流量积算仪进行运算处理。

特点:无机械可动件,不易腐蚀,可靠性好;具有防爆功能。

1.2.2 柱状旋流式气-液分离器计量装置 (GLCC)

GLCC多相流计量装置在 KD34B等平台上成功应用,主要由 GLCC气液两相分离系统、控制系统、计量系统 3大部分组成,如图5。

柱状旋流式气-液分离器是利用重力和旋流两种方式进行气液分离,利用 PLC软件通过调节控制气、液两路电动调节阀从而保证分离器液位的平稳,分离出的气与液分别以旋进漩涡流量计和质量流量计进行计量。

优点:体积小,质量轻,计量精度高,占地面积小。

缺点:在产量变化较大时,旋流分离效果差,液位控制不稳定。

图5 柱状旋流式气-液分离器计量装置示意

1.3 三相分离仪表计量装置

目前,海洋采油厂已采用 6套三相分离计量装置,应用效果良好。该装置由分离器、测量仪表、控制仪表、信号采集和控制单元等组成,如图6。

图6 三相分离仪表计量装置

油井产出物进入分离器入口后,液体和气体初步分离。分离后的大部分气体经除雾器后进入气管道,通过气相流量计进行计量,而液体经过消能装置后,从容器底部进入水室,在水室内油水在重力作用下自然分层。当水室液体界面上升到油室顶部时,低含水液体逐渐溢入油室。水室底部的游离水进入水管道通过水路流量计进行计量,油室原油进入油管道通过油路流量计进行计量。

特点:可以将油、气、水 3相分开单独计量,计量数据准确,使用效果良好。

1.4 在线不分离多相流量计

在线不分离多相流量计[5-6]在国外已有应用的先例,但在国内受资金限制,三相流量计很少应用于海洋平台单井的计量。

伽马源吸收测量法利用了流体的物理特性,即在不同流体中有不同的伽马源吸收特性,这一特性与混合物的密度有关,利用这种方法可以确定气液流体中的气分率。该技术采用文丘里测量气液混合物的总流量,单能伽马流量计测量含气率,从而计算气量和液量;双能伽马射线相分率计测定含水率和含气率,从而计算出油、气、水各自的产量 ,流程如图7。

优点:工艺简化,占用空间小。

缺点:油井产出物成分不均匀时,在流动中易形成复杂流态,造成计量的不准确。

图7 在线不分离多相流量计

2 国外海洋平台计量装置的技术现状

国外油井计量仍以传统的油井计量模式为主,即分离器用以完成油井产出物的气液分离或油、气、水分离,由相应的流量仪表、含水分析仪等完成油、气、水的计量,如图8。油井计量系统结构变化不大,但是配备的仪表和自动化不断发展,特别是计算机技术的突飞猛进,为高自动化、高精度提供了技术保障。

图8 国外计量装置应用

多相计量技术近 10 a才在油井计量中发展应用,由于其结构没有分离器等,使得占地面积大大减小,此技术在国外海洋平台和海底油田开发得到推广应用。但至今没有一台仪表可以测量全流型及计量在 0～100%范围内任意浓度混合的油、气、水混合液,这项技术仍处于飞速发展阶段。

3 结论

手动玻璃管液位计量油装置虽价格低廉,但不满足信息化管理要求,不符合胜利海洋石油开发的信息化建设;两相分离变压控制仪表计量装置因其适中的价格且测量数据可及时上传,故在胜利海上平台应用最为广泛;三相分离计量装置计量数据准确,应用效果良好,价格适中,现在被推广使用;柱状旋流式气液分离器计量装置 (GLCC)和在线不分离多相流量计量装置虽然分离效率高、体积小、应用情况良好,但因其高昂的价格而未能广泛应用。

建议对国外海洋平台多相流量计应用进行充分调研,并积极开展实验室模拟,为胜利海洋平台的油气计量技术创新发展提供帮助。

[1] 何红艳,童新华,董守平.最小二乘加权法在多相计量中的应用[J].石油矿场机械,2009,38(6):46-48.

[2] 马 强.称重式油井自控计量器研制与应用[J].石油矿场机械,2010,39(2):52-54.

[3] 王绍忠,孙陈清.胜利海上埕岛油田油井计量技术[J].计量与测试技术,2004(4):27-30.

[4] 王绍忠,孙陈清.天然气计量技术的应用 [J].石油矿场机械,2004,33(3):64-67.

[5] 窦剑文.多相计量技术与产品的应用前景[J].石油矿场机械,2000,29(1):1-4.

[6] 聂炳林,曹德国.海洋平台流量计的选用 [J].计量技术,2002(5):23-25.

Development of Oil and Gas Measuring Device on Shengli Offshore Platform

LU Zhuang-jie
(Shengli Engineering&Consulting Com pany Ltd.,Dongying257026,China)

TE953

B

1001-3482(2010)05-0089-04

2009-11-16

卢壮杰 (1984-),男,山东章丘人,2007年毕业于中国石油大学,从事海洋工程设计工作,E-mail:luzhuangjie999@sina.com。