基於稱重式單井計量裝置的標定系統及其標定方法與流程
2023-05-04 13:59:56
本發明屬於油田地面生產設備技術領域，涉及基於稱重式單井計量裝置的標定系統及其標定方法。
背景技術：
油田單井計量裝置用來對油田單井的產液量進行計量，計量的準確與否對油田開發與油田管理都有著重大的影響。油井的產出液中往往混合有氣體、水，而常規的單井計量裝置，如玻璃管計量分離器、翻鬥式計量分離器等，在液量和氣量波動較大時，氣中會夾帶大量的液，液中也會夾帶大量氣泡，造成計量誤差大，而且只能計量出含液，無法計量出油和水分別是多少，導致不能反映出真實的產液量，而且目前的流量計量裝置都沒有進行檢測流量計是否準確的標定系統，造成計量裝置在運行過程中計量誤差越來越大。
《一種油水兩相精確計量裝置》，申請號：201520278072.2，公告日：2015.12.02，公告號：204831423u，涉及一種油水兩相計量裝置，是通過稱量計量罐的重量和罐內油水體積來分別計算得到油和水的量，油水密度只能定期取樣測定。
《計量增壓一體化集成裝置》，申請號：201320325659.5，公告日：2015.01.08，公告號：203384644u，涉及一種計量增壓一體化集成裝置，主要通過流量計、含水分析儀、外輸泵實現計量增壓功能，其中流量計使用範圍有限，對於單井含氣高，波動大，腐蝕結垢嚴重適應性差，計量誤差大。
《撬裝雙體式油井自動計量器》，申請號：201410150159.1，公開日：2014.06.25，公開號：103883309a，利用兩個量油分離器交替進入原油和排空，根據液面上升的速度計量出產液量，根據排空速度與液面上升速度的差值計量出產氣量，這種流量計對於產液量和產氣量穩定的的油井是可行的，但液量和氣量波動較大時，氣中會夾帶大量的液，液中也會夾帶大量氣泡，誤差大，而且只能計量出含液量，無法計量出油和水分別是多少。
技術實現要素：
本發明的目的是提供基於稱重式單井計量裝置的標定系統，解決現有技術中在單井來液波動大時，油水計量誤差大並且計量後無法進行驗證計量是否準確的問題。
本發明的另一目的是提供基於稱重式單井計量裝置的標定方法。
本發明所採用的技術方案是，基於稱重式單井計量裝置的標定系統，包括氣液分離罐，氣液分離罐的入口設置有第一閥門，氣液分離罐的出口分別連接有導氣管線和導液管，導液管的另一端依次連接有計量罐組、含水分析儀、加熱罐、增壓泵以及集輸匯管；所述集輸匯管的另一端出口連接有相互並聯的第二閥門和第三閥門，第二閥門出口依次接有儲油罐和第四閥門，第三閥門出口連接至生產匯管上；導氣管線的另一端與所述計量罐組連接。
本發明的特點還在於，
計量罐組包括進液三通閥、一號計量罐、二號計量罐以及排液三通閥；所述的導氣管線在與計量罐組連接前分為兩路，一路通過一號計量罐的頂端接入一號計量罐內部，另一路通過二號計量罐的頂端接入二號計量罐內部；進液三通閥的一個埠與導液管連接，進液三通閥其餘兩個埠分別與一號計量罐的入口和二號計量罐的入口連接，一號計量罐的出口和二號計量罐的出口分別與排液三通閥三個埠中的兩個相連接，排液三通閥的另一個埠接至含水分析儀的入口。
加熱罐還並行聯接有第一旁通管，增壓泵還並行連接有第二旁通管。
導液管為u型導液管。
進液三通閥和排液三通閥均為電磁閥。
一號計量罐和二號計量罐的內部底端均設置有壓力傳感器。
本發明所採用的另一技術方案是，基於稱重式單井計量裝置的標定方法，具體實施步驟如下：
步驟1，產液量的計量，具體為：
步驟1.1，來液經由第一閥門進入氣液分離罐後，所得液體依次通過u型導液管和進液三通閥，由進液三通閥控制來液進入一號計量罐或二號計量罐，排液三通閥控制一號計量罐或二號計量罐的排液，由進液三通閥及排液三通閥控制兩個計量罐其中一個進液計量的時候另一個計量罐進行排液，此過程中實時採集兩個壓力傳感器的數據，將當罐內液體充至罐內腔總高的90％時對應的壓力傳感器所示數值設定為最高壓強pmax；將當罐內液體排至罐內腔總高的10％時對應壓力傳感器所示數值設定為最低壓強pmin，在採集兩個壓力傳感器的數據的過程中，當其中任意一個罐的測量壓強達到設定的最高或最低壓強值時，通過進液三通閥和排液三通閥切換兩個計量罐的進液、排液狀態，同時，記錄兩個壓力傳感器當前的壓強值，此時轉換為進液狀態的計量罐的壓強記為pl；
步驟1.2，當下一次一號計量罐或二號計量罐滿足壓強記錄條件時，通過進液三通閥和排液三通閥再次切換兩個計量罐的進液、排液狀態，同時記錄兩個壓力傳感器的壓強值，轉換為排液狀態的計量罐的壓強為ph；
步驟1.3，計算產液量：測得所述兩次計量罐進、排液狀態轉換期間進入計量罐組的液體造成壓力傳感器測量值的變化為ph-pl，該期間進入計量罐組液體的質量為：
m＝a*(ph-pl)/g
式中：m—兩次計量罐進、排液狀態轉換期間進入計量罐組的液體質量；
a—一號計量罐和二號計量罐內腔在垂直方向的投影面積；
ph—計量罐轉換為排液狀態瞬時所測的液體壓強；
pl—計量罐轉換為進液狀態瞬時所測的液體壓強；
g—重力加速度；
此計量過程在兩個計量罐之間交替重複進行，不斷測量得到進入計量罐組的液體質量，將兩計量罐每次進、排液狀態轉換期間所測得液體質量累加後即可得到相應進、排液狀態轉換次數對應時間的來液質量；
步驟2，產液計量後含水率的檢測，具體為：
液體經過含水分析儀測量含水率，通過對含水率的檢測就可以分別得到水量和油量；
m水＝m液*k
m油＝m液*(1-k)
式中：m液—來液質量；
m水—來液中含水量；
m油—來液中的油量；
k—含水率。
需要加熱時產液進入加熱罐加熱，不需加熱時產液直接走第一旁通管，需要增壓時產液進增壓泵增壓外輸，不需要增壓時產液走第二旁通管直接進入外輸匯管外輸；
步驟3，計量結果的標定，具體為：
保持第一閥門打開，關閉進入生產匯管的第三閥門，打開標定流程的第二閥門，產液經過計量後進入井場的儲油罐，對一定時間內進入儲油罐的產液量進行人工測量，將測量值與相應時間內計量裝置的產液量計量值進行對比，對計量結果準確與否進行檢驗標定，如果對比結果誤差大於5％，則說明計量罐結垢，影響了計量結果，需對計量罐進行除垢清潔。
本發明的有益效果是：在液量和氣量波動較大時，能夠分別計量出油量和水量，從而對單井產出液進行準確計量；進一步還能對計量裝置進行檢驗標定，判斷計量是否準確，如果驗證結果誤差較大，則說明計量罐結垢，影響了計量結果，需對計量罐進行除垢清潔，能夠適應結垢較嚴重的單井計量，結構簡單。
附圖說明
圖1是本發明的基於稱重式單井計量裝置的標定系統的示意圖。
圖中，1.氣液分離罐，2.導氣管線，3.導液管，4.進液三通閥，5.一號計量罐，6.二號計量罐，7.排液三通閥，8.含水分析儀，9.第一旁通管，10.加熱罐，11.增壓泵，12.第二旁通管，13.集輸匯管，14.液位計，20.第一閥門，21.第二閥門，22.第三閥門，23.儲油罐，24.第四閥門。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。
本發明的基於稱重式單井計量裝置的標定系統，如圖1所示，包括氣液分離罐1，氣液分離罐1的入口設置有第一閥門20，氣液分離罐1的出口分別連接有導氣管線2和導液管3，導液管3的另一端依次連接有計量罐組、含水分析儀8、加熱罐10、增壓泵11以及集輸匯管13；所述集輸匯管13的另一端出口連接有相互並聯的第二閥門21和第三閥門22，第二閥門21的出口依次接有儲油罐23和第四閥門24，第三閥門22出口連接至生產匯管上；所述導氣管線2的另一端與所述計量罐組連接。
計量罐組包括進液三通閥4、一號計量罐5、二號計量罐6以及排液三通閥7；所述的導氣管線2在與計量罐組連接前分為兩路，一路通過一號計量罐5的頂端接入一號計量罐5內部，另一路通過二號計量罐6的頂端接入二號計量罐6內部；進液三通閥4的一個埠與導液管3連接，進液三通閥4其餘兩個埠分別與一號計量罐5的入口和二號計量罐6的入口連接，一號計量罐5的出口和二號計量罐6的出口分別與排液三通閥7三個埠中的兩個相連接，排液三通閥7的另一個埠接至含水分析儀8的入口。
加熱罐10還並行聯接有第一旁通管9，增壓泵11還並行連接有第二旁通管12。
導液管3為u型導液管。
進液三通閥4和排液三通閥7均為電磁閥。
一號計量罐5和二號計量罐6的內部底端均設置有壓力傳感器14。
從單井計量管線來液首先進入氣液分離罐1將大部分氣體分出，然後通過u型導液管3，u型導液管3的設置可避免氣體通過此線路進入計量罐組，在導液管3至計量罐組的管路上設置一電磁鐵控制的進液三通閥4，用來控制導液管3的來液是進入一號計量罐5還是二號計量罐6；一號計量罐5和二號計量罐6的出口管路上連接有電磁鐵控制的排液三通閥7，用來控制一號計量罐5和二號計量罐6的排液。一號計量罐5和二號計量罐6底部均安裝有壓力傳感器14，通過測量進液罐的特定點壓強變化來計算進液的質量。兩計量罐頂部與氣液分離罐引出的導體管線2相連通，並且兩計量罐頂部通過該導氣管線2實現連通。計量完成後需要對計量裝置21進行標定的，通過與之連接的標定裝置進行檢驗標定。
本發明的基於稱重式單井計量裝置的標定方法，具體實施步驟如下：
步驟1，產液量的計量，具體為：
步驟1.1，來液經由第一閥門20進入氣液分離罐1後，所得液體依次通過u型導液管3和進液三通閥4，由進液三通閥4控制來液進入一號計量罐5或二號計量罐6，排液三通閥7控制一號計量罐5或二號計量罐6的排液，由進液三通閥4及排液三通閥7控制兩個計量罐其中一個進液計量的時候另一個計量罐進行排液，此過程中實時採集兩個壓力傳感器14的數據，將當罐內液體充至罐內腔總高的90％時對應的壓力傳感器14所示數值設定為最高壓強pmax；將當罐內液體排至罐內腔總高的10％時對應壓力傳感器14所示數值設定為最低壓強pmin，在採集兩個壓力傳感器14的數據的過程中，當其中任意一個罐的測量壓強達到設定的最高或最低壓強值時，通過進液三通閥4和排液三通閥7切換兩個計量罐的進液、排液狀態，同時，記錄兩個壓力傳感器14當前的壓強值，此時轉換為進液狀態的計量罐的壓強記為pl；
步驟1.2，當下一次一號計量罐5或二號計量罐6滿足壓強記錄條件時，通過進液三通閥4和排液三通閥7再次切換兩個計量罐的進液、排液狀態，同時記錄兩個壓力傳感器14的壓強值，轉換為排液狀態的計量罐的壓強為ph；
步驟1.3，計算產液量：測得所述兩次計量罐進、排液狀態轉換期間進入計量罐組的液體造成壓力傳感器14測量值的變化為ph-pl，該期間進入計量罐組液體的質量為：
m＝a*(ph-pl)/g
式中：m—兩次計量罐進、排液狀態轉換期間進入計量罐組的液體質量；
a—一號計量罐5和二號計量罐6內腔在垂直方向的投影面積；
ph—計量罐轉換為排液狀態瞬時所測的液體壓強；
pl—計量罐轉換為進液狀態瞬時所測的液體壓強；
g—重力加速度；
此計量過程在兩個計量罐之間交替重複進行，不斷測量得到進入計量罐組的液體質量，將兩計量罐每次進、排液狀態轉換期間所測得液體質量累加後即可得到相應進、排液狀態轉換次數對應時間的來液質量；
步驟2，產液計量後含水率的檢測，具體為：
液體經過含水分析儀8測量含水率，通過對含水率的檢測就可以分別得到水量和油量；
m水＝m液*k
m油＝m液*(1-k)
式中：m液—來液質量；
m水—來液中含水量；
m油—來液中的油量；
k—含水率。
需要加熱時產液進入加熱罐加熱10，不需加熱時產液直接走第一旁通管9，需要增壓時產液進增壓泵11增壓外輸，不需要增壓時產液走第二旁通管12直接進入外輸匯管13外輸；
步驟3，計量結果的標定，具體為：
保持第一閥門20打開，關閉進入生產匯管的第三閥門22，打開標定流程的第二閥門21，產液經過計量後進入井場的儲油罐23，對一定時間內進入儲油罐23的產液量進行人工測量，將測量值與相應時間內計量裝置的產液量計量值進行對比，對計量結果準確與否進行檢驗標定，如果對比結果誤差大於5％，則說明計量罐結垢，影響了計量結果，需對計量罐進行除垢清潔。
標定完成後打開第三閥門22，同時關閉第二閥門21，儲油罐23內的原油通過第四閥門24卸掉，經由汽車拉運至集輸站；
不需要對計量結果標定的時候，關閉標定流程的第二閥門21，打開進入生產匯管的第三閥門22，產液經過計量後直接進入生產匯管進行下一步處理。
本發明的基於稱重式單井計量裝置的標定系統，通過對產液重量進行計量累加，並通過含水分析儀測量含水率，在液量和氣量波動較大時，能夠對單井產出液進行準確計量；同時，還能對計量裝置進行檢驗標定，判斷計量是否準確，如果驗證結果誤差較大，則說明計量罐結垢，影響了計量結果，需對計量罐進行除垢清潔，因此該發明能夠適應結垢較嚴重的單井計量，結構簡單。