CN103883309A - 橇装双体式油井自动计量器 - Google Patents

Abstract

一种橇装双体式油井自动计量器，包括第一量油分离器、第二量油分离器和控制器；第一量油分离器上设置有第一液位计，第二量油分离器上设置有第二液位计；第一量油分离器的进口和第二量油分离器的进口之间通过第一电动三通阀连接，第一量油分离器的进口和第二量油分离器的出口之间通过第二电动三通阀连接；第一量油分离器的上部与第二量油分离器的上部连接有连通管；第一液位计、第二液位计、第一电动三通阀和第二电动三通阀均与控制器连接。两个分离器交替进入原油和排空，根据液面上升的速度计量出产液量，根据排空速度与液面上升速度的差值计量出产气量，实现油井流量连续实时计量，计量准确，可靠性高。

Description

橇装双体式油井自动计量器

技术领域

本发明涉及一种用于对油井的产液量和产气量进行自动计量的装置，属于油井产液量和产气量计量技术领域。

背景技术

油井生产的井流物包含油、气、水和颗粒性固体，通过量油分离器的重力分离，天然气从气出口进入天然气管道，经过天然气流量计计量后进入油气混输管道。液体和颗粒性固体停留在分离器的底部，根据液面的高度能够得到单井的产液量，颗粒性固体定期用物理的方法清除。液相由质量流量计进行计量，而质量流量计可通过输入现场纯水和纯油的密度进行计算得出流过的纯水量和纯油量，实现对油井产油的单量功能。现今世界上气液分离较先进的技术为柱状旋流式气液分离技术。进口由双倾角向下的管道与铅垂管道相连，多相流经进液管进入主分离器；由于旋流作用，在主分离器中，离心力、重力和浮力形成一个倒圆锥型的涡流面。密度大的液相沿铅垂管道的管壁流到分离器底部，密度小的气相沿涡旋的中央上升至分离器顶部，最终气相和液相分别从分离器的顶部和底部排出，并通过自力式控制系统调整液位和压力，实现两相充分分离，分离后的液相通过单相流量表单独计量。但是这种结构通常适用于油田在计量站单井液量普遍偏低，流量变化大和含水率较高的工况场合。

量油分离器的精确设计是保证系统整体性能的关键，精确的分离器设计可以确保在复杂的工况下，气液两项良好分离，以保证仪表的计量精度。目前对油田计量的改进都是集中气液分离器上，如中国专利文献CN101078346A公开的《一种油田单井计量双容积无气计量分离器》、CN2653456公开的《油气计量分离器》等。

但是，现有油井液量和产气量自动计量装置都是采用单个量油分离器，不能适应稠油井、低产气井、间出井等的计量，也不能实现自动连续计量，需要外接计量器具，计量精确度低，需专人看管。

发明内容

本发明针对现有油井的液量和产气量计量技术存在的不足，提供一种能够自动连续计量、计量精确度高、适用性强的橇装双体式油井自动计量器。

本发明的橇装双体式油井自动计量器，采用下述技术方案：

该计量器，包括第一量油分离器、第二量油分离器和控制器；第一量油分离器上设置有第一液位计，第二量油分离器上设置有第二液位计；第一量油分离器的进口和第二量油分离器的进口之间通过第一电动三通阀连接，第一量油分离器的进口和第二量油分离器的出口之间通过第二电动三通阀连接；第一量油分离器的上部与第二量油分离器的上部连接有连通管；第一液位计、第二液位计、第一电动三通阀和第二电动三通阀均与控制器连接；

控制器根据量油分离器内的液位自动控制第一电动三通阀和第二电动三通阀，使原油进入一个量油分离器，而另一个量油分离器则排空，两个量油分离器交替进入原油和排空，进液（原油混合液）量油分离器上部的气体通过连通管进入另一个量油分离器；根据进液量油分离器液面上升的速度计量出产液量，根据排空量油分离器的排空速度与进液量油分离器的液面上升速度的差值，计量出产气量，实现油井流量连续实时计量。

产液量计量过程为：

其中：W_p：日产液量，单位：吨/天；

n：两个量油分离器交替计量的总次数；

R：量油分离器的内部半径（量油分离器内部有效截面（截面形状一致的部分）为圆形），单位：米；

H_i：n次交替计量过程中的第i次液位计中的水位值（液位计中是注水的），单位：厘米；

ρ_水：水的密度，单位：克/厘米³；

T：计产液量用时时间，单位：秒。

产气量计量过程为：

其中，Q_p：日产气量，单位：米³/天；

n：两个量油分离器交替计量的总次数；

H_排、H_升：排空量油分离器和进液量油分离器上的液位计水面变化量，单位：厘米；

（H_排-H_升）_i：n次交替计量过程中的第i次排空量油分离器和进液量油分离器上的液位计水面变化量的差值，单位：厘米；

R：量油分离器的内部半径，单位：米；

ρ_油、ρ_水：原油混合液和水的密度，单位：克/厘米³；

T：计产气量用时时间，单位：秒。

控制器按上述过程进行产液量和产气量的计量。

第一量油分离器和第二量油分离器并列安装在橇体上，以便于整体移动。

控制器采用可编程控制器（PLC）。

本发明通过两个分离器交替进入油液和排空，无需外接其它计量器具，结构简单，实现了油井流量进行连续实时计量，直观性强，计量准确，计量误差≤±5%，对原油计量适应性广，解决稠油、间歇出液、低产气等油井的计量难题，同时便于车载移动计量。

附图说明

图1是本发明橇装双体式油井自动计量器的结构示意图。

图2是产液量计量示意图。

其中：1、第一量油分离器，2、第二量油分离器，3、第一液位计，4、第二液位计，5、第一电动三通阀，6、第二电动三通阀，7、控制器，8、连通管，9、橇体。

具体实施方式

如图1所示，本发明的橇装双体式油井自动计量器主要包括第一量油分离器1、第二量油分离器2、控制器7和橇体9，第一量油分离器1和第二量油分离器2并列安装在橇体9上。第一量油分离器1上设置有第一液位计3，第二量油分离器2上设置有第二液位计4，用以显示两分离器内的液位，两个液位计均采用磁翻板液位计，具备信号输出功能，其液位信号由控制器7自动采集与处理。第一量油分离器1的进口和第二量油分离器2的进口之间通过第一电动三通阀5连接，第一电动三通阀5的两个口分别与第一量油分离器1的进口和第二量油分离器2的进口连接，第三口作为原油进口。第一量油分离器1的进口和第二量油分离器2的出口之间通过第二电动三通阀6连接，第二电动三通阀6的两个口分别与第一量油分离器1的出口和第二量油分离器2的出口连接，第三口作为原油出口。第一量油分离器1与第二量油分离器2两者的上部连接有连通管8。第一液位计3、第二液位计4、第一电动三通阀5和第二电动三通阀6均与控制器7连接。第一量油分离器1和第二量油分离器2可以采用任何结构的油气计量分离器。

控制器7采用可编程控制器（PLC）。PLC控制器7根据量油分离器内的液位自动控制计量，控制器7控制第一电动三通阀5和第二电动三通阀6的开关方向。如果控制第一电动三通阀5与第一量油分离器1的进口连通而与第二量油分离器2的进口截止（不连通），第二电动三通阀6与第一量油分离器1的出口不连通而与第二量油分离器2的出口连通，此时原油由第一电动三通阀5上的原油进口进入第一量油分离器1，第一量油分离器1中的原油液位上升，第二量油分离器2自动排空，第一量油分离器1中的气体通过连通管8进入第二量油分离器2，PLC控制器7根据第一量油分离器1液面上升的速度即可计量出产液量，根据第二量油分离器2排空速度与第一量油分离器1液面上升速度的差值，可计量出产气量，计量结果由PLC控制器7自动显示。第一液位计3检测第一量油分离器1内的液位并将液位信号传输至PLC控制器7，当达到设定值时，PLC控制器7控制第一电动三通阀5与第一量油分离器1的进口截止（不连通）而与第二量油分离器2的进口连通，第二电动三通阀6与第一量油分离器1的出口连通而与第二量油分离器2的出口截止（不连通），此时第二量油分离器2中的液位上升，第一量油分离器1自动排空，根据第二量油分离器2液面上升的速度即可计量出产液量，根据第一量油分离器1排空速度与第二量油分离器2液面上升速度的差值，可计量出产气量。如此两个量油分离器交替计量，实现了油井的产液量和产气量的连续自动计量，能够适应于稠油井、低产气井、间出井，同时整体橇装，方便安装及移动计量。

具体的产液量和产气量的计量过程如下所述，量油分离器内部有效截面（截面积一致部分的高度，由于量油分离器上部和下部通常制成弧形，所以中部截面积一致的部分作为有效截面）通常为圆形。

一.产液量计量过程

如图2所示，根据连通器平衡原理，液位计内水面高度造成的压差和量油分离器内液面高度造成的压差相等，即：

H_油ρ_油=H_水ρ_水

其中：

H_油：量油分离器内截面一致部分的液面高度（也就是由量油分离器内截面一致部分的最底面开始计算这一高度，参见图2），单位：厘米；

H_水：量油液位计水面高度（该高度由液位计内与量油分离器内截面一致部分的最底面同高的位置开始计算，参见图2），单位：厘米；

ρ_油、ρ_水：原油混合液和水的密度，单位：克/厘米³。

量油分离器内原油混合液的重量是：（常数是单位换算所需，下同）

G=V_油ρ_油

=10πR²H_油ρ_油，

=10πR²H_水ρ_水

G：原油混合液的重量，单位：千克；

V_油：原油混合液的体积，单位：米3；

R：量油分离器的内部半径，单位：米。

由此可见，根据液位计所测得的液面值即可计算出原油混合液的重量。

根据单位时间内液面的上升量（上升速度），可计算得出液面的瞬时流速：

F：液面瞬时流速，单位：吨/小时；

t：计算流速单位时间，单位：秒；

根据两个量油分离器交替计量的特性，可计算出总累计进液量。

W：总累计进液量，重量单位，单位：千克；

G_i：n次交替计量过程中的第i次计量重量值，单位：千克；

H_i：n次交替计量过程中的第i次液位值，单位：厘米。

计算出总累计进液量后，根据总累计时间可计算出日产液量。

$W_P=86.4\frac{W}{T},$

W_p：日产液量，单位：吨/天；

T：总计量用时时间，单位：秒。

二.产气量计量过程

根据一个量油分离器排空速度和另一个量油分离器液面上升速度的差值，可计量出产气量。

先列出液位计水面变化量和量油分离器内原油混合液体积变化量的对应关系式：

v：原油混合液体积变化量，单位：升；

h：液位计水面变化量，单位：厘米。

排空分离器的排空体积与进液分离器的液面上升体积之差（多余出的空间），就是进入气的体积，而单位时间内进入气的体积就是气的瞬时流速。

V_气：进气量，单位：升；

V_排、V_升：排空分离器排空体积和进液分离器液面上升体积，单位：升；H_排、H_升：排空分离器和进液分离器上液位计水面变化量，单位：厘米；F_q：气的瞬时流速，单位：米³/小时。

总累计气量计算公式：

$V=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i,$

V_i：n次交替计量过程中的第i次进气量值，单位：升；

V：总累计进气量，单位：升；

根据总计量时间，可计算出日产气量：

$Q_P=86.4\frac{V}{T},$

Q_p：日产气量，单位：米³/天；

T：总计量用时时间，单位：秒。

本发明具有以下特点：

1.油井流量进行连续计量，直观性强，计量准确，计量误差≤±5%；

2.分离器计量故障低、可靠性高；

3.具备产气计量功能，对单井的产气计量误差≤±5%；

4.配备多路自动选井装置，自动进行多井计量，并实现无人值守计量；

5.对原油计量适应性广，解决稠油、间歇出液、低产气等油井的计量难题；

6.具有现场及远程控制自动计量功能。

7.整套设备可采用橇装式设计，便于车载移动计量。

Claims (4)

1.一种橇装双体式油井自动计量器，包括第一量油分离器、第二量油分离器和控制器；其特征是：第一量油分离器上设置有第一液位计，第二量油分离器上设置有第二液位计；第一量油分离器的进口和第二量油分离器的进口之间通过第一电动三通阀连接，第一量油分离器的进口和第二量油分离器的出口之间通过第二电动三通阀连接；第一量油分离器的上部与第二量油分离器的上部连接有连通管；第一液位计、第二液位计、第一电动三通阀和第二电动三通阀均与控制器连接；

控制器根据量油分离器内的液位自动控制第一电动三通阀和第二电动三通阀，使原油进入一个量油分离器，而另一个量油分离器则排空，两个量油分离器交替进入原油和排空，进液量油分离器上部的气体通过连通管进入另一个量油分离器；根据进液量油分离器液面上升的速度计量出产液量，根据排空量油分离器的排空速度与进液量油分离器的液面上升速度的差值，计量出产气量，实现油井流量连续实时计量。

2.根据权利要求1所述的橇装双体式油井自动计量器，其特征是：所述第一量油分离器和第二量油分离器并列安装在橇体上。

3.根据权利要求1所述的橇装双体式油井自动计量器，其特征是：所述产液量计量过程是：

其中：W_p：日产液量，单位：吨/天；

n：两个量油分离器交替计量的总次数；

R：量油分离器的内部半径，单位：米；

H_i：n次交替计量过程中的第i次液位计中的水位值，单位：厘米；

ρ_水：水的密度，单位：克/厘米³；

T：计产液量用时时间，单位：秒。

4.根据权利要求1所述的橇装双体式油井自动计量器，其特征是，所述产气量计量过程是：

其中，Q_p：日产气量，单位：米³/天；

n：两个量油分离器交替计量的总次数；

H_排、H_升：排空量油分离器和进液量油分离器上的液位计水面变化量，单位：厘米；

（H_排-H_升）_i：n次交替计量过程中的第i次排空量油分离器和进液量油分离器上的液位计水面变化量的差值，单位：厘米；

R：量油分离器的内部半径，单位：米；

ρ_油、ρ_水：原油混合液和水的密度，单位：克/厘米³；

T：计产气量用时时间，单位：秒。

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