CN1072500A

CN1072500A - 一种用于高含水砂原油计量分离器

Info

Publication number: CN1072500A
Application number: CN 91110690
Authority: CN
Inventors: 石行
Original assignee: Xicheng Xinkai General Testing Factory Beijing City
Current assignee: Xicheng Xinkai General Testing Factory Beijing City
Priority date: 1991-11-16
Filing date: 1991-11-16
Publication date: 1993-05-26

Abstract

一种用于高含水砂原油计量分离器，它适用于油井产油计量及生产管理。它有标准分离器、气压、压差、温度、油水介面和液面传感器。其特征在于：有与出油口相连的标准容量容器和标准工业控制介面及中央控制计算机，在控制介面内插有各传感器的适配模块和油、水计量阀控制适配模块。由于采用了机电一体化的形式，对装满标准容量容器进行计时，可有很高的计量精度，并用软件的方法对各传感器的各项误差进行校正，简化了电路结构。

Description

一种用于高含水砂原油计量分离器，它适用于做油田油井产油参数计量测试以及油井生产的管理等，特别适用于我国油田的高含水量的高砂量的石油油、气、水三相分离计量测试。

现在油田使用的油、气、水分装置多采用隔板式分离方法，使用机电式仪表对分离油气介面和油水介面进行监控并对产油量及排水量进行计量。在使用中，由于油井输入液中含砂量较高，对用于排水量计量仪表的涡轮等活动件磨损严重，以致很短的时间后就不能再使用。同时，由于油井输入液中的含水量很高，石油的产油量比较低，而计量用仪表都有一定的工作范围，当流量低于一定值时，计量仪表中的摩擦影响，会大大影响计量精度，特别是当石油的粘度较大时，影响就更大，使产油量计量极不准确。另一方面，现在采用的监测和计量仪表，都是机电式仪表，它们由各种物理传感器加上放大、显示以及误差校正和控制电路组成。因各个传感器都存在非线性、灵敏度以及漂移等误差，因此需要增加各种误差补偿校正电路，并要增加大量的人工调校标定工作，使整个装置的结构复杂，成本增加。

本发明的目的是发明一种适用于高含水量和高含砂量的油气水三相分离计量分离器，可以有较高的计量精度，使用机电一体化技术，把测量与控制结合为一体，结构简单。

本发明的结构如附图1所示，它有分离器容器1、隔板2、出水口阀门3、出油口阀门4、气体滤网6，在出气管路中有气体排量压差计量阀7、气体压力传感器8、压差传感器9、温度传感器10，在油水介面处装有油水介面传感器11，在容器1中还装有液面传感器12，其特征在于：在分离器容器1下面还有标准容量容器5，标准容量容器5与分离器容器1的排油口相连并且出油口阀门4与标准容量容器5的下部连接，在标准容量容器5上部有一细管15与分离器容器1的上部相连，在细管15下部装有压力传感器16，在分离器容器1近旁有标准工业控制介面13，标准工业控制介面13通过标准串行通讯接口与可以和其它控制及测量设备共有的中央控制计算机14相连，在标准工业控制介面13中，插有分别与传感器8、9、10、11、12和16相连的测量适配模块和与阀门3和4相连的控制适配模块，出水口阀门3和出油口阀门4为数控计量阀。

本发明的油气水分离原理与普通分离器的分离原理一样，由分离器容器1的一端进液，利用它们之间比重的差异进行分离。隔板2的作用是保持已分离的油水不再混合和到达出液、气口的油水有足够的停留时间。在进行高含水量油井的计量时，在中央控制计算机14的控制下，打开出油口的数控计量阀4，使标准容量容器5中的原油排出。当标准容量容器5中的原油排空后，控制出油口的数控计量阀4关闭。同时，中央控制计算机14开始计时，并且不断测量控制出水口数控计量阀3的流量和开度，对流量进行积分，控制开度以保持油水介面位置。中央控制计算机14还在同时分别不断地测量排气温度传感器10、气体压力传感器8、压差传感器9以及压力传感器16的数据，通过传感器8、9和10的数据可以计算出气体流量，并对其积分。通过压力传感器16的值与气体压力传感器8的值进行比较，就可以判断标准容量容器5是否已经装满。在标准容量容器5未满时，压力传感器16和8的值由于细管15的连通而相等（不考虑由于高差产生的气柱压力），而当标准容量容器5满后，油面沿细管上升超过压力传感器16后，压力传感器16的压力由于在它位置之上油柱重量的作用而增大一个值，与压力传感器8的压力不相等。在中央控制计算机14测得压力传感器16的值大于压力传感器8的值后，停止计算排水流量的积分和排气流量的积分以及停止计算机计时。由于标准容量容器5的容量是事先知道的，因而可计算出在单位时间内的产油量、排水量和排气量，从而达到计量的目的。产油量的高低只影响进行积分的时间，而与出油口的计量装置无关，可以得到很高的计量精度。

本发明中，出水口阀门3采用数据计量阀门，可以是如专利申请号为CN91218716的阀门，它没有计量时的运动部件，象普通通止阀一样，因而可以大大减小由于排水中高含砂量对它的磨损，适用于对高含砂量油井的计量。本发明中的出油口阀门4采用的数控计量阀门，可以是和出水口数控计量阀门3相同的形式。对于含水率不高的油井，可以让中央控制计算机14控制标准容量器5在满油状态时，控制出油口数控计量阀4打开并测量其流量，达到计量的目的。

在本发明中，所有的传感器都只是一个简单的测量元件，如温度传感器10只是一个热敏元件，压力或压差传感器8、9或16只是一个压敏元件等。所有的物理量信号处理都由插于标准工业控制介面（简称RTU）13中的适配模块和中央控制计算机14完成，使用了标准的机电一体化结构。在中央控制计算机14的控制下，在需要检测排气温度时，先通过标准串行通讯接口给RTU13发出地址选通信号，RTU13选通相应的温度传感器10适配模块，通过温度传感器10的适配模块把温度传感器10测得的值经A/D变换后送回到中央控制计算机14。其它测量值也用相同方法进行采集。在对各个阀门，如对出水口阀门3的开度进行调整时，中央控制计算机14通过串口发出地址选通信号，通过RTU13选通出水口阀门3的适配模块，然后再经过串口发出开口数据，经过适配模块的D/A转换，转换为模拟量信号后驱动阀门3动作。气体排量压差计量阀7是一个锐孔阀，它的孔径是已知的，气体排出流量的测量，通过中央控制计算机14分别选通压力及压差传感器和温度传感器，得到它们的值，通过计算机处理得到出气口流量。中央控制计算机14对所有系统参数的测量可以使用扫描的方式，不断轮流进行，以得到实时系统参数，对各个阀门进行实时计量与控制。

在本发明中，各种传感器通过电线与相应的适配模块相连，没有使用传统的自动化仪表的形式。由传感器直接得到的电信号被适配模块直接数字化送入计算机，而各种传感器的非线性、灵敏度以及漂移误差由计算机进行数字运算校正，不使用校正控制电路，且各传感器的调校标定也由计算机自动完成，并把各种修正数据存入计算机。这既简化了电路结构，降低成本，也减少了人工调校的工作量，提高了计量精度。同时，只有传感器装于分离器容器上，而其它的电路都装于RTU箱内，不受环境影响，适应于各种恶劣环境。

本发明中，压力传感器16可以换为压差传感器，压差传感器的两端分别接在细管15下部和分离器容器1上部。当该压差传感器的输出为零时，表示标准容量容器5未充满，而当该压差传感器的输出不为零，则表示标准容量容器5以充满。只用一个传感器的输出值就可以得到标准容量容器5的状态。

本发明中，RTU13可以使用美国OPTO22公司的LC4的控制器。本发明的RTU13可以采用装入如专利号为CN89214959的“密闭型标准工业控制介面箱体结构”的箱体中，完全隔绝外界环境对RTU以及各适配模块的影响。在本发明中，出水口阀门3、出油口阀门4可以是如专利申请号为CN91218716的“一种机电一体化数控计量阀装置”中所设计的计量阀，也可以使用普通可控阀门加流量测量装置。本发明中，流面传感器12可以使用如专利号为CN90200023的“一种流体比重液位测量单元”的测量传感器，它由两根有一定长度差的管子和压力、压差传感器组成，该传感器测量精度高，适应于机电一体化的要求。也可以用其它的如光电、浮子液位传感器。本发明中的油水介面传感器11可以使用光电传感器，利用油和水的透光率不同，通过不同位置上感光元件的输出不同来测量位置。也可以使用电容传感器，由于油和水的介电常数差别很大，因而不同的介面位置有不同电容量。由于油水介面位置不影响油气水的分离性能，测量精度可以不用很高。

本发明中的中央控制计算机14可以使用工业控制计算机，也可以使用PC机，还可以采用如美国ME公司（MECHATRONIC EQUIPMENT INC.）的PCS-1通用过程控制工作站。在这种工作站中装有功能很强的PARAGON500通用过程软件，可以不用编程而使用交互输入方式输入控制要求与策略，自动生成运行程序。

Claims

1、一种用于高含水砂原油计量分离器，它有分离器容器1、隔板2、出水口阀门3、出油口阀门4、气体滤网6，在出气管路中有气体排量压差计量阀7、气体压力传感器8、压差传感器9、温度传感器10，在油水介面处装有油水介面传感器11，在容器1中还装有液面传感器12，其特征在于：在分离器容器1下面还有标准容量容器5，标准容量容器5与分离器容器1的排油口相连并且出油口阀门4与标准容量容器5的下部连接，在标准容量容器5上部有一细管15与分离器容器1的上部相连，在细管15下部装有压力传感器16，在分离器容器1近旁有标准工业控制介面13，标准工业控制介面13通过标准串行通讯接口与可以和其它控制及测量设备共有的中央控制计算机14相连，在标准工业控制介面13中，插有分别与传感器8、9、10、11、12和16相连的测量适配模块和与阀门3和4相连的控制适配模块，出水口阀门3和出油口阀门4为数控计量阀。