CN108625848B - 无动力自动排液计量装置及其计量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田地面采出液计量技术领域，是一种无动力自动排液计量装置及其计量方法，前者包括立式计量分离器和控制模块。本发明所述无动力自动排液计量装置及其计量方法，满足不同工况条件下对采出气液计量的要求，特别是针对气油比低、伴生气段塞严重恶劣工况下的计量和集输更具显著的优势；其通过控制差压控制阀，维持立式计量分离器内一定的压力差，保证计量后的液相正常排出；并利用井口压力能，实现无动力自动排液集输工艺，同时本发明装置取消排液泵的设计，节约了能耗，同时节省了设备费用，由此避免使用排液泵排液带来泵启停频繁、故障率高，现场维修工作量大的问题，为油田地面工程中油井产量计量工作提供更优质的服务。
Description
技术领域
本发明涉及油田地面采出液计量技术领域，是一种无动力自动排液计量装置及其计量方法。
背景技术
目前，油田地面工程中多采用分体式计量装置、双容积计量橇等，这些计量装置具备功能强、自动化程度较高的优势，提高了生产率和管理水平。但在实际某些不稳定工况运行中，设备应用效果不是很好，尤其在油井生产后期，计量装置排液困难问题表现明显。
分体计量装置主要原理：采用分离、计量分体式设计。油井来气液先进入分离桶进行分离，分离的伴生气通过流量计计量后进入装置出油管线。分离后的油、水混液进入计量桶进行计量。当液位达到计量高度时，排液阀高开低关设置，实现间歇容积计量工艺。出液时气相开关阀关闭，以提供一定的压力，压力不足时联锁启泵转输。
双容积计量橇主要原理：采用分离、计量一体化设计。油井来气液先进入计量分离器进行气液分离，分离出的伴生气通过流量计计量后进入装置出油管道，分离出的液体依靠一定时间内液量在容器内的积累，使液位计内介质升到设定值（排液阀高开低关），通过容积变化进行间歇质量计量工艺。出液时气相开关阀关闭，以提供一定的压力，压力不足时联锁启泵转输。
上述装置实际应用效果：
分体计量装置、双容积计量橇在单井气液比高、伴生气量稳定的工况下，装置整体性能稳定，计量精度较高。但在单井气液比低、伴生气段塞严重的工况时，经常出现压力不够动力不足，无法实现自动排液；为保证采出液能够从计量装置中排出，设有辅助的排液泵，根据计量装置的液位对泵的启停进行控制，导致泵启停频繁、故障率高，现场的维修工作量大、影响油田的正常生产运行。
发明内容
本发明提供了一种无动力自动排液计量装置及其计量方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决对于气液比低、伴生气段塞严重的工况，现有采出液计量装置使用的排液泵，由于启停频繁，导致排液泵故障率高的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种无动力自动排液计量装置，包括立式计量分离器和控制模块，在立式计量分离器的上部设置有来液进口，在来液进口连通有单井来气液管线，在立式计量分离器的下部设置有采出液出口，在采出液出口连通有出液管线，在来液进口上方的立式计量分离器上设置有采出气口，在采出气口与出液管线之间连通有采出气管线，在采出气口至出液管线的采出气管线上依序串接有气相流量计和差压控制阀，在差压控制阀两端的采出气管线上设置有差压压力变送器，在采出液出口与采出气管线之间的出液管线上依序串接有质量流量计和液位控制阀，在立式计量分离器上设置有远传液位计，远传液位计的信号输出端与控制模块的第一信号输入端电连接，控制模块的第一信号输出端与液位控制阀的信号输入端电连接，差压压力变送器的信号输出端与控制模块的第二信号输入端电连接，控制模块的第二信号输出端与差压控制阀的信号输入端电连接。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述控制模块采用远程终端单元。
上述单井来气液管线与出液管线之间连通有进液旁通管线，在进液旁通管线上串接有阀门，在单井来气液管线上串接有阀门。
上述采出气口与气相流量计的采出气管线上串接有采出气阀门，在采出气阀门与采出气口之间的采出气管线上连通有安全放空管线。
上述气相流量计采用涡街流量计。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种无动力自动排液计量装置的计量方法，按下述方法进行：单井来气液通过单井来气液管线进入立式计量分离器气液分离，分离出的气相进入采出气管线，进入采出气管线的气相通过气相流量计计量，计量后的气相经过差压控制阀后进入出液管线，分离出的液相进入出液管线，进入出液管线的液相通过质量流量计计量；其中，通过差压压力变送器采集差压控制阀阀前和阀后的差压数据，差压压力变送器将采集到的差压值发送给控制模块，控制模块根据差压值，向差压控制阀发送调节阀门开度的信号，时刻保证差压控制阀阀前和阀后维持一定的压力差，满足将立式计量分离器内液相正常输出的压力要求；远传液位计将采集到的液位数据发送给控制模块，控制模块根据液位数据向液位控制阀发送调节阀门开关的信号。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：
上述当产液量不能满足连续集输工况时，分离出的气相通过气相流量计计量，差压压力变送器采集差压控制阀阀前和阀后的差压数据，差压压力变送器将采集到的差压值发送给控制模块，控制模块根据差压值，向差压控制阀发送调节阀门开度的信号，时刻保证差压控制阀阀前和阀后维持一定的压力差，满足将立式计量分离器内积液正常输出的压力要求；分离出的液相在立式计量分离器内积攒液位，当远传液位计采集到的液位数据不大于控制模块设置的液位下限值时，控制模块向液位控制阀发送关闭阀门的信号，当远传液位计采集到的液位数据不小于控制模块设置的液位上限值时，控制模块向液位控制阀发送打开阀门的信号，根据液位控制阀关到开的时间内的液位变化，计算产液量。
上述当产液量满足连续集输工况下时，分离出的气相通过气相流量计计量，差压压力变送器采集差压控制阀阀前和阀后的差压数据，差压压力变送器将采集到的差压值发送给控制模块，控制模块根据差压值，向差压控制阀发送调节阀门开度的信号，时刻保证差压控制阀阀前和阀后维持一定的压力差，确保立式计量分离器排液时足够的动力要求；分离出的液相在立式计量分离器内升至液位上限值后，液位控制阀打开，经质量流量计计量。
本发明所述无动力自动排液计量装置及其计量方法，满足不同工况条件下对采出气液计量的要求，特别是针对气油比低、伴生气段塞严重恶劣工况下的计量和集输更具显著的优势；其通过控制差压控制阀，维持立式计量分离器内一定的压力差，保证计量后的液相正常排出；并利用井口压力能，实现无动力自动排液集输工艺，同时本发明装置取消排液泵的设计，节约了能耗，同时节省了设备费用，由此避免使用排液泵排液带来泵启停频繁、故障率高，现场维修工作量大的问题，为油田地面工程中油井产量计量工作提供更优质的服务；另外，本发明所述无动力自动排液计量装置及其计量方法，在用于单井采出液、气的高精度计量时，可测得原油含水率，可用于单座井场内，也可用于计量站选井计量，本发明方法不仅适用于油气比稳定、产量平稳的油井采出液、气的计量，也同样适用于产量波动范围大、油气比变化大，工况极不稳定的油井采出液、气的计量，可实现采出液连续计量和容积间歇计量的切换。
附图说明
附图1为本发明实施例1的工艺流程图。
附图中的编码分别为：1为立式计量分离器，2为单井来气液管线，3为出液管线，4为采出气管线，5为气相流量计，6为差压控制阀，7为差压压力变送器，8为质量流量计，9为液位控制阀，10为远传液位计，11为进液旁通管线，12为阀门，13为采出气阀门，14为安全放空管线,15为控制模块。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中，使用的设备、仪表分别为现有公知技术中的设备和仪表。
在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：如附图1所示，该无动力自动排液计量装置，包括立式计量分离器1和控制模块15，在立式计量分离器1的上部设置有来液进口，在来液进口连通有单井来气液管线2，在立式计量分离器1的下部设置有采出液出口，在采出液出口连通有出液管线3，在来液进口上方的立式计量分离器1上设置有采出气口，在采出气口与出液管线3之间连通有采出气管线4，在采出气口至出液管线3的采出气管线4上依序串接有气相流量计5和差压控制阀6，在差压控制阀6两端的采出气管线4上设置有差压压力变送器7，在采出液出口与采出气管线4之间的出液管线3上依序串接有质量流量计8和液位控制阀9，在立式计量分离器1上设置有远传液位计10，远传液位计10的信号输出端与控制模块15的第一信号输入端电连接，控制模块15的第一信号输出端与液位控制阀9的信号输入端电连接，差压压力变送器7的信号输出端与控制模块15的第二信号输入端电连接，控制模块15的第二信号输出端与差压控制阀6的信号输入端电连接。
本装置通过联合立式计量分离器1、控制模块15、气相流量计5、差压控制阀6、差压压力变送器7、质量流量计8、液位控制阀9和远传液位计10，可满足不同工况条件下对采出气液计量的要求，其对各种工况适应性强，特别是针对恶劣工况下的计量和集输更具显著的优势；例如来气液稳定、气油比高的情况，通过控制差压控制阀6阀前和阀后的压差，维持立式计量分离器1内一定的压力差，保证计量后的液相正常排出；又如气油比低、伴生气（气相）容易段塞的情况，通过控制差压控制阀6，必要时关闭差压控制阀6，维持立式计量分离器1内一定的压力差，保证计量后的液相正常排出；在恶劣工况下，通过控制差压控制阀6，保证立式计量分离器1内具有足够的排液动力，并利用井口压力能，实现无动力自动排液集输工艺，同时本发明装置取消排液泵的设计，节约了能耗，同时节省了设备费用，由此避免使用排液泵排液带来泵启停频繁、故障率高，现场维修工作量大的问题，由于本发明装置运行无动力设备，因此降低了本发明计量装置的维护工作，减少了维修工作和费用，为油田地面工程中油井产量计量工作提供更优质的服务。
另外，本发明计量装置的计量精度更高。
下面是对上述无动力自动排液计量装置的进一步优化或/和改进：
根据需要，控制模块15采用远程终端单元。
远程终端单元( Remote Terminal Unit，RTU)，是一种针对通信距离较长和工业现场环境恶劣而设计的具有模块化结构的、特殊的计算机测控单元，它将末端检测仪表和执行机构与远程调控中心的主计算机连接起来，具有远程数据采集、控制和通信功能，能接收主计算机的操作指令，控制末端的执行机构动作。
如附图1所示，单井来气液管线2与出液管线3之间连通有进液旁通管线11，在进液旁通管线11上串接有阀门12，在单井来气液管线2上串接有阀门12。
如附图1所示，采出气口与气相流量计5的采出气管线4上串接有采出气阀门13，在采出气阀门13与采出气口之间的采出气管线4上连通有安全放空管线14。
根据需要，气相流量计5采用涡街流量计。
涡街流量计的特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。
实施例2：该无动力自动排液计量装置的计量方法，按下述方法进行：单井来气液通过单井来气液管线2进入立式计量分离器1气液分离，分离出的气相进入采出气管线4，进入采出气管线4的气相通过气相流量计5计量，计量后的气相经过差压控制阀6后进入出液管线3，分离出的液相进入出液管线3，进入出液管线3的液相通过质量流量计8计量；其中，通过差压压力变送器7采集差压控制阀6阀前和阀后的差压数据，差压压力变送器7将采集到的差压值发送给控制模块15，控制模块15根据差压值，向差压控制阀6发送调节阀门开度的信号，时刻保证差压控制阀6阀前和阀后维持一定的压力差（当差压值达到差压低限设置值时，差压控制阀6关闭），满足将立式计量分离器1内液相正常输出的压力要求；远传液位计10将采集到的液位数据发送给控制模块15，控制模块15根据液位数据向液位控制阀9发送调节阀门开关的信号。
通过本实施例所述方案可知，本计量方法通过联合立式计量分离器1、控制模块15、气相流量计5、差压控制阀6、差压压力变送器7、质量流量计8、液位控制阀9和远传液位计10，满足不同工况条件下对采出气液计量的要求，其对各种工况适应性强，特别是针对恶劣工况下的计量和集输更具显著的优势；例如来气液稳定、气油比高的情况，通过控制差压控制阀6阀前和阀后的压差，维持立式计量分离器1内一定的压力差，保证计量后的液相正常排出；又如气油比低、伴生气（气相）容易段塞的情况，通过控制差压控制阀6，必要时关闭差压控制阀6，维持立式计量分离器1内一定的压力差，保证计量后的液相正常排出；在恶劣工况下，通过控制差压控制阀6，保证立式计量分离器1内具有足够的排液动力。
本实施例所述计量方法，用于单井采出液、气的高精度计量，同时可测得原油含水率，可用于单座井场内，也可用于计量站选井计量，本发明方法不仅适用于油气比稳定、产量平稳的油井采出液、气的计量，也同样适用于产量波动范围大、油气比变化大，工况极不稳定的油井采出液、气的计量，可实现采出液连续计量要求。
实施例3：作为实施例2的优化，当产液量不能满足连续集输工况时，分离出的气相通过气相流量计5计量，差压压力变送器7采集差压控制阀6阀前和阀后的差压数据，差压压力变送器7将采集到的差压值发送给控制模块15，控制模块15根据差压值，向差压控制阀6发送调节阀门开度的信号，时刻保证差压控制阀6阀前和阀后维持一定的压力差，满足将立式计量分离器1内积液正常输出的压力要求；分离出的液相在立式计量分离器1内积攒液位，当远传液位计10采集到的液位数据不大于控制模块15设置的液位下限值时，控制模块15向液位控制阀9发送关闭阀门的信号，当远传液位计10采集到的液位数据不小于控制模块15设置的液位上限值时，控制模块15向液位控制阀9发送打开阀门的信号，根据液位控制阀9关到开的时间内的液位变化，计算产液量，同时，出液时，质量流量计8也可计算产量互为校对标定使用。
对于产液量不能满足连续集输工况，本实施例3采用容积间歇计量方式。间歇计量工艺是产液量小工况下的最佳实施方式。
实施例4：作为实施例2的优化，与实施例3的不同之处在于，当产液量满足连续集输工况下时，分离出的气相通过气相流量计5计量，差压压力变送器7采集差压控制阀6阀前和阀后的差压数据，差压压力变送器7将采集到的差压值发送给控制模块15，控制模块15根据差压值，向差压控制阀6发送调节阀门开度的信号，时刻保证差压控制阀6阀前和阀后维持一定的压力差，确保立式计量分离器1排液时足够的动力要求；分离出的液相在立式计量分离器1内升至液位上限值后，液位控制阀9打开，经质量流量计8计量，实现采出液连续计量输出计量装置，完成整个计量流程。
本实施例4采用连续计量的计量方式。连续计量工艺是产液量大工况下的最佳实施方式，连续计量精度更高，对生产监测更有利。
通过实施例3和实施例4可知，本发明所述计量方法能够适用于产液量波动过大、液量增多且计量容器容积不够而不能计量的工况，其利用出液管线3上的质量流量计8满足正常计量集输要求；本发明所述计量方法实现容积间歇计量和流量计连续计量工艺的切换。
综上所述，本发明所述无动力自动排液计量装置及其计量方法，满足不同工况条件下对采出气液计量的要求，特别是针对气油比低、伴生气段塞严重恶劣工况下的计量和集输更具显著的优势；其通过控制差压控制阀6，维持立式计量分离器1内一定的压力差，保证计量后的液相正常排出；并利用井口压力能，实现无动力自动排液集输工艺，同时本发明装置取消排液泵的设计，节约了能耗，同时节省了设备费用，由此避免使用排液泵排液带来泵启停频繁、故障率高，现场维修工作量大的问题，为油田地面工程中油井产量计量工作提供更优质的服务；另外，本发明所述无动力自动排液计量装置及其计量方法，在用于单井采出液、气的高精度计量时，可测得原油含水率，可用于单座井场内，也可用于计量站选井计量，本发明方法不仅适用于油气比稳定、产量平稳的油井采出液、气的计量，也同样适用于产量波动范围大、油气比变化大，工况极不稳定的油井采出液、气的计量，可实现采出液连续计量和容积间歇计量的切换。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (3)
1.一种无动力自动排液计量装置的计量方法，其特征在于该无动力自动排液计量装置包括立式计量分离器和控制模块，在立式计量分离器的上部设置有来液进口，来液进口连通有单井来气液管线，在立式计量分离器的下部设置有采出液出口，在采出液出口连通有出液管线，在来液进口上方的立式计量分离器上设置有采出气口，在采出气口与出液管线之间连通有采出气管线，在采出气口至出液管线的采出气管线上依序串接有气相流量计和差压控制阀，在差压控制阀两端的采出气管线上设置有差压压力变送器，在采出液出口与采出气管线之间的出液管线上依序串接有质量流量计和液位控制阀，在立式计量分离器上设置有远传液位计，远传液位计的信号输出端与控制模块的第一信号输入端电连接，控制模块的第一信号输出端与液位控制阀的信号输入端电连接，差压压力变送器的信号输出端与控制模块的第二信号输入端电连接，控制模块的第二信号输出端与差压控制阀的信号输入端电连接；控制模块采用远程终端单元；单井来气液管线与出液管线之间连通有进液旁通管线，在进液旁通管线上串接有阀门，在单井来气液管线上串接有阀门；采出气口与气相流量计的采出气管线上串接有采出气阀门，在采出气阀门与采出气口之间的采出气管线上连通有安全放空管线；气相流量计采用涡街流量计；通过控制差压控制阀，维持立式计量分离器内一定的压力差，保证计量后的液相正常排出；该无动力自动排液计量装置的计量方法按下述方法进行：单井来气液通过单井来气液管线进入立式计量分离器气液分离，分离出的气相进入采出气管线，进入采出气管线的气相通过气相流量计计量，计量后的气相经过差压控制阀后进入出液管线，分离出的液相进入出液管线，进入出液管线的液相通过质量流量计计量；其中，通过差压压力变送器采集差压控制阀阀前和阀后的差压数据，差压压力变送器将采集到的差压值发送给控制模块，控制模块根据差压值，向差压控制阀发送调节阀门开度的信号，时刻保证差压控制阀阀前和阀后维持一定的压力差，满足将立式计量分离器内液相正常输出的压力要求；远传液位计将采集到的液位数据发送给控制模块，控制模块根据液位数据向液位控制阀发送调节阀门开关的信号。
2.根据权利要求1所述的无动力自动排液计量装置的计量方法，其特征在于当产液量不能满足连续集输工况时，分离出的气相通过气相流量计计量，差压压力变送器采集差压控制阀阀前和阀后的差压数据，差压压力变送器将采集到的差压值发送给控制模块，控制模块根据差压值，向差压控制阀发送调节阀门开度的信号，时刻保证差压控制阀阀前和阀后维持一定的压力差，满足将立式计量分离器内积液正常输出的压力要求；分离出的液相在立式计量分离器内积攒液位，当远传液位计采集到的液位数据不大于控制模块设置的液位下限值时，控制模块向液位控制阀发送关闭阀门的信号，当远传液位计采集到的液位数据不小于控制模块设置的液位上限值时，控制模块向液位控制阀发送打开阀门的信号，根据液位控制阀关到开的时间内的液位变化，计算产液量。
3.根据权利要求1所述的无动力自动排液计量装置的计量方法，其特征在于当产液量满足连续集输工况下时，分离出的气相通过气相流量计计量，差压压力变送器采集差压控制阀阀前和阀后的差压数据，差压压力变送器将采集到的差压值发送给控制模块，控制模块根据差压值，向差压控制阀发送调节阀门开度的信号，时刻保证差压控制阀阀前和阀后维持一定的压力差，确保立式计量分离器排液时足够的动力要求；分离出的液相在立式计量分离器内升至液位上限值后，液位控制阀打开，经质量流量计计量。
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