自平衡双罐稠油计量装置的研发及使用

一、项目开发背景

新疆油田公司有很多稠油区块:如百重7、红003、重32井区等。百重7及红003产一般稠油 (50℃时500~10000) ;重32产特稠油 (50℃时10000~50000MPa.S) ;有的区块还产超稠油 (50℃时>50000MPa.S) 。因稠油粘度高, 一般采取向地层注入高温高压蒸汽的开采方式, 故井口出油特点是:粘度高、温度高、含沙量大、含蒸汽、含泡沫油、含微量天然气, 计量难度甚大。对单井稠油的计量国内外尚无成熟的计量设备, 近几年来常用的“称重式稠油计量器”, 使用效果不好 (计量误差太大, 通常为±20%~±40%) , 用户不满意。

单井稠油的计量问题一直没有得到良好的解决, 为了解决这一难题。我们研发了本计量装置。

二、双罐稠油计量装置的构成及工作原理

1. 装置构成

如下图, 主要由2个立式计量分离器、1台进油防爆电动三通球阀、1台排油防爆电动三通球阀、2台防爆双法兰差压变送器、2台防爆液位开关、1套防爆PLC计量监控仪及工艺阀门等组成。装置以撬装成套设备提供于用户。

2. 工作原理

(1) 计量过程

进油电动三通球阀ZV-1和排油电动三通球阀ZV-2在PLC计量监控仪的控制下总使得:当1#计量分离器计量时, 2#计量分离器处于自然排油或憋压排油状态 (此时1#分离器分离出的气相经过平衡管进入2#分离器→ZV-2→再进入集油干线) ;反之, 当2#计量分离器计时, 1#计量分离器处于自然排油或憋压排油状态 (此时2#分离器分离出的气相经过平衡管进入1#分离器→ZV-2→再进入集油干线) 。如此过程循环往复。

(2) 计量原理

用双法兰差压变送器测量分离器内液柱高度的压差ΔP, 随着液位的上升, 当ΔP=ΔP1 (计量下限) 时开始计时t1, 当ΔP=ΔP2 (计量上限) 时停止计时t2。PLC程序根据定值ΔP2、ΔP1和计量时间△t= (t2-t1) 及分离器内径D即可计算出单井日产液量 (t/d) 。

三、双罐稠油计量装置的技术特点及保护措施

1. 技术特点

(1) 一个罐计量时另一个罐憋压排油, 计量与排油同步进行, 计量的连续性好、排油效果好。

(2) 与其它稠油计量装置相比:计量精度高、计量范围很宽 (0.6~100t/d) 、因此对稠油井的适应性很强。

(3) 配合电动多通阀可实现“多井人工排序、自动选井、自动计量”。在定时计量方式下, 当定间到时, 为确保计量精度PLC程序具有不满罐比例计算功能。

(4) 露天安装式, 结构简单。

(5) 撬装化设备的诸多优点及特点。

2. 保护措施

(1) 分离器过压安全保护

在两罐气相平衡管上安装一个安全阀, 当任一罐内压力超限1.6MPa时, 安全阀都会起跳泄压。

(2) 分离器液位冒罐保护

每罐罐顶都装一个悬锤液位开关, 悬锤由不粘油材料制成。当差压液位变送器故障时, 罐内液位有可能因PLC检测不到高限信号 (ΔP2) 继而会持续上升至“冒罐”。但当液位上升到悬锤开关动作时, PLC便会根据悬锤开关的信号强令排油电动球阀ZV-2换向排液, 这就防止了“冒罐”。

(3) 分离器内部防冻保护

当不计量时总是一罐进/出口常通、另一罐进/出口常闭;在冬季, 为了防止不计量时常闭罐内受冻, 程序使两罐“通/闭”状态每隔2小时自动切换一次。

四、装置的实际使用效果及使用中存在的问题

1. 使用效果

新疆红浅油田采取“蒸汽吞吐”开采方式, 本计量装置应用到了红浅油田红003井区1#计量站, 首用实践中经过了冬季严寒的时段, 这是四季中工况最差的阶段, 研发人员几十次去现场考察装置的运行状况, 对本计量装置从原理、功能、动作过程、计量精度、人机界面、操作方法、安全措施、安装情况等多方面进行了考察验收。实践表明:计量装置运行良好、安全可靠、计量精度高。

2. 抽查误差分析

(1) 计量常数的确定

计量常数:C=0.25πD2ρ (ΔP2-ΔP1) 。它可以用水标定, 也可以计算近似确定:当罐内径D=0.6m△P1=0.1m水柱△P2=0.6m水柱时C=0.1414 t。

下举一个同原理的双容积计量装其计量常数标定与计算相比的例子:2008年12月, 研发人员与用户技术监督人员, 对乌33井区10号站计量装置的计量常数进行了标定值与计算值的实践对比, 见下表

二者误差很小, 可见计量常也可以用计算来确定, 但有条件时还是应标定一下。

(2) 计量误差分析

由日产量计算公式: (t/d) n—计量次数

可知:因PLC的计时和运算精度都是很高的, 故计量误差主要来源于采用计量常数与实际计量常数与间的偏差。当罐内径D=600mm而△P1=100mm水柱△P2=600mm水柱时C=0.1414t。假设:罐内壁粘了一层3mm厚的油垢、且差压变送器 (0~1400m水柱) 精度由±0.2%降低为±1%此时:Dnin=600-6=594mm差压最大绝对误差:ε=1400× (±1.0%) =±14mm H2O那么:ΔP2-ΔP1= (600±14) - (100±14) =500±28=472~528mm H2O

而因实际工况远比假设最坏工况好得多, 故实际计量误差完全可以满足计量规范要求的精度≤±10%。

3. 使用中存在的问题及改进对策

存在的问题

(1) 双法兰差压液位变送器上膜盒安装于分离室, 下膜盒安装于计量室。导致检修不方便、量程大。而量程大→测量绝对误差大→计量误差增大。

(2) 因装置进、出口始终为密闭通路, 分离器液位“冒罐”无什么安全风险, 故在分离器顶端装液位开关防止“冒罐”意义不大。

(3) 安全阀安装位置高, 不便于检修。

改进对策

(1) 将双法兰差压液位变送器上/下膜盒均安装于计量室的上/下部。将使:检修方便、变送器量程变小→测量绝对误差减小→计量误差减小。

(2) 去掉分离器顶装液位开→降低成本。

(3) 将低安全阀安装位置或设检修平台→便于检修。结语

综上, 通过以上验收和实际使用效果可以得出, XTG-LE0.6X1.8-1.6自平衡双罐稠油自动计量装置的研发取得了成功, 并且可以大量应用于今后的新/老一般稠油区块中。

摘要：我国稠油资源分布广、储量丰富。但稠油具有粘度高、密度大、泡沫油含量大、流动性差、携砂量大、油水密度差小, 故难于准确计量的特点。本文即结合具体项目详细阐述了自平衡双罐稠油计量装置的研发及使用, 为准确计量稠油做了有益尝试。

关键词：双罐稠油计量,分离器,计量常数,安全阀,计量误差

参考文献

[1] 李秋莲.稠油计量方式的选择与探讨[J].油气田地面工程, 2009, 28 (9) .

[2] 周大胜, 支印民, 尹志成, 孟强, 李玉君.超稠油水平井分层开发技术[J].特种油气藏, 2014 (02) .