自平衡双罐稠油计量装置的研发及使用

杜元胜 杜文文（中国石油工程设计有限责任公司新疆石油勘察设计研究院 834000）

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～ 50000 M Pa.S）；有的区块还产超稠油（50℃时＞50000 M Pa.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Z V-1和排油电动三通球阀Z V-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→Z V-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→Z V-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Δ P，随着液位的上升，当Δ P=Δ P1(计量下限)时开始计时t 1，当Δ P=Δ P2(计量上限)时停止计时t 2。PLC程序根据定值Δ P2、Δ P1和计量时间△t=（t 2-t 1）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（0.6～100 t/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1.6 M Pa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(Δ P2)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Z V-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=0.25π D2ρ(Δ P2-Δ P1)。它可以用水标定，也可以计算近似确定：当罐内径D=0.6 m△P1=0.1m水柱△P2=0.6 m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:

计算计量常数 C j=0.1769(t)标定条件标定计量常数相对误差D=0.8 m △P2-△P1=0.35mm水柱 ρ水=1(t/m3)C b=0.1761(t)（C j-C b）/C b×100%=0.454%

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=600 mm而△P1=100 mm水柱 △P2=600 mm水柱 时 C=0.1414t。 假设：罐内壁粘了一层3 mm厚的油垢、且差压变送器（0～1400 m水柱）精度由±0.2%降低为±1%此时:D n i n=600-6=594mm 差压最大绝对误差:ε=1400×（±1.0%）=±14mmH2O 那么：Δ P2-Δ P1=（600±14）-（100±14）=500±28=472～528 mmH2O则实际计量系数:C n i n=0.1335t

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，XT G-LE 0.6 X1.8-1.6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。

[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).