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      对稠油计量装置和方式存在的不足及改造升级技术讨论

      来源: 中海艾普油气测试(天津)有限公司、中海石油(中国)有限公司天津分公司、中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 作者:陈金先,杨歧年 ,高科超,杨子,张珂,李召 发布日期:2021-02-26

       [摘 要] 油井产量计量是海上油田探井测试作业的一项重要工作,准确、及时的油井产量计量,对掌握油藏状况具有重要指导意义。文章对稠油计量装置和方式存在的不足进行了充分讨论,新型稠油计量装置及分离器改造升级保温技术可解决稠油低产量的有效计量,能为准确取全取准地层资料提供保障。经作业现场的实际应用,新型稠油计量装置能满足渤海油田稠油油藏探井测试产量精准计量的要求,具有较高的应用价值。

      地面测试是油气勘探过程中对油藏评价的重要技术手段。通过对地层流体的节流、分离、计量和处理,得到油藏的一些重要参数,如地层流体的性质、稳定产量、油气比、压缩系数等。主要工作流程是通过井口测试树和油嘴管汇将地层流体安全地引入分离器,分离器根据多相流体之间的互不相容性和不同密度,将地层流体分离成单相的油、气、水。根据各种仪器、仪表测得的参数,使用计量公式分别求得各自的产量,并通过改变油嘴大小求得几个不同流压下的稳定产量。目前海上油田探井测试作业产量计量方法主要有玻璃管量油(通明胶管量油),三相分离计量方法,随着技术的进步,测试作业越来越需要功能强、自动化程度高的计量设备以提高准确度和技术水平。

      1 稠油油藏地面计量现状

      渤海油田油藏由于埋藏浅和地层压力低等因素,导致地层产出的原油到达地面时,压力降低,气体以微小的气泡形式从原油中脱出来,导致原油起泡、产生泡沫。泡沫影响分离器流量计的测量精度,也影响油气分离的效果,造成一定的误差。涡轮流量计不能准确计量泡沫原油产量,原油经分离器分开后仍携带大量气泡进入计量罐。而低产稠油井通过计量罐进行计量,传统的液位看窗在计量时很难连续保证计量的精确性。液位看窗中稠油温度下降,流动性降低,出现假液位或死液位,造成一定误差。表1列举并对比了海上油田测试传统的稠油计量方式及优缺点。

      传统计量方法及特点比较

      传统计量方法及特点比较

      2 稠油精准计量的解决方案

      2.1 分离器计量方法

      目前海上油田探井测试常用的分离器为三相分离器,工作原理为:气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离,气体进入气体通道通过整流和重力沉降,分离出液滴;液体进入液体空间分离出气泡,同时在重力条件下,油向上流动,水向下流动得以油水分离,气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出,油从顶部经过溢流隔板进入油槽并从出油口流出,水从排水口流出。分离出来的油、气、水再分别计量,油主要使用涡轮流量计、刮板流量计和质量流量计,气体使用孔板流量计[2]。典型的卧式三相分离器基本结构如图1所示。

      海上油田探井测试常用三相分离器结构图

      2.1.1 分离器壳体及管线加热及保温

      在稠油产量低的情况下,稠油在分离器的滞留时间较长,导致稠油温降大,从而影响稠油分离效率。改良后的分离器壳体外部加设金属软管蒸汽加热装置,维持温度在70℃。管线采用安全电压电伴热进行保温。加热装置外部使用了防火、环保的填充材料和保温铝皮结构进行保温。表2详细列举了三相分离器改造升级的部位及优点。

      海上油田探井测试常用三相分离器结构图

      2.1.2 分离器旋流消沫装置的安装

      为了达到稠油彻底消泡的目的,使得稠油计量更加准确,目前比较先进的做法是采用化学和物理双重消泡。为了更准确计量地层产液情况,采用了安装物理消泡的装置。将分离装置安装于分离器内部的进口处。其物理消泡的原理是:旋流装置对进入的液体施加一个可控的剪切力,较大的离心力可以使大量泡沫分解,在出口下游均匀分配排出流体。

       旋流消泡装置在三相分离器中的安装

      2.2 稠油液位精确计量

      2.2.1 差压式变送器计量装置

      差压式变送器采用先进的集成电路和表面安装工艺(结构如图3所示),在模拟式变送器的基础上增加了通信、查询、测试、组态等功能,它可提高标定精度,改善环境温度补偿效果,大大提高了变送器的质量。

      差压式变送器工作原理框图差压式变送器安装示意图

      差压式变送器计量装置(如图4所示)采用静压测量原理,当液位变送器投入到被测液体中某一深度时,传感器迎液面受到的压力的同时,通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔,使传感器测得压力为P,可以得到液位深度(如公式1所示)。根据某时间段的计量罐液位罐高的变化量△H=H2-H1(如公式2所示),再由计量罐罐高系数可折算出此时间段的产液量(如式3所示)。

      H=p/p•g (式1) △H=H2-H1 (式2)

      Q=△H•C (式3)

      其中:P —差压式变送器所受罐体液体的作用力,MPa;ρ —被测液体密度,g/cm3;g —当地重力加速度,取9.8m/s2;H —变送器投入液体的深度,cm;△H —某时间段的计量罐液位罐高的变化量,cm;Q —某时间断内产液量,m3;C —计量罐单位高度(1cm)的罐系数,无量纲常数。

      通过应用分析可知,差压式变送器具有以下优点:(1)结构简单:无任何可动或弹性元件,可靠性极高,维护量极少;(2)安装方便:内装式结构尤其显示出这一特点,无需任何专用工具;(3)用途广泛:适用于高温高压、强腐蚀等介质的液位测量;(4)计量准确:消除了液体中含的泡沫和稠油阻塞看窗的误差。

      2.2.2 磁浮式液位计计量装置

      磁浮式液位计计量装置应用了蒸汽加热结构(如图5所示),当流体必须要均匀加热以保持其温度高于其凝点时,该设备具有明显应用效果。后对浮子尺寸进行了缩小,减少稠油接触面积,增加上下的活动性,进一步提高了计量精度。根据实验分析及作业现场的实际应用,磁浮式液位计量装置具有以下优点:(1)采用了非常新的看窗模式;(2)上下带浮子缓冲弹簧提高了浮子使用安全性;(3)具有蒸汽循环加热功能,更加适合稠油的计量;(4)现场操作方便,读数直观,高清晰液位指示。

      磁浮式液位计量装置示意图

      2.2.3 聚结式过滤器与精密气体计量管汇的组合

      聚结式过滤器的主要作用是捕捉天然气中的水蒸气、天然气中的大颗粒杂质,提高对气体的计量精度,结构如图6所示。其工作原理为:聚结式过滤器滤芯主要选用经过表面处理的玻璃纤维或聚酯纤维作为聚结介质,滤材的结构通过特殊设计,使得过滤介质具有良好的聚结性能;当水雾及水滴被聚结器内部的超细纤维捕捉时,这些微米级纤维对气流形成了曲折的通道,迫使水雾滴在惯性碰撞、扩散拦截和直接拦截三种过滤机理的作用下,被超细纤维捕获,液体表面张力使小液滴聚结成较大的液滴;由于重力作用,较大液滴沉降至容器底部,以实现脱除原料气体中游离状态下水的作用。

      聚结式过滤器结构图

      通过现场实际应用,聚结式过滤器滤芯具有如下优势:(1)采用聚酯纤维人工合成材料,与各种流体有很好的兼容性;(2)采用多层螺旋状卷制而成,每层采用不同纤维,通过控制每层纤维的形状、大小、厚度和密度等参数来达到预期的过滤精度;(3)过滤精度高,可达0.1μm,聚结式过滤器的技术参数如表3。

      聚结式过滤器结构图

      稠油油藏地面流动困难,影响原油的流动性和原油中天然气的分离,导致其进不了分离器,无法求得气产量。即使能进分离器,低压力达不到进分离器条件,气产量太小进分离器后无法憋起压力。稠油计量过程中,通;嵊邪樯蛟谄渌馐宰饕倒讨,会有少量天然气出现的情况,一般气体的日产量会小于10000m3,由此引入了精密气体计量管汇。若单个流量计的测量量程如果跨度太大,就无法达到精度要求(±1.5%),综合分析采用一个集合3个量程的涡轮流量计管汇来解决以上难题,其管汇量程的统计见表4,气体涡轮流量计的结构示意图见图7。

      气体涡轮流量管汇量程选择气体涡轮流量计工作原理图

      通过现场应用,气体涡轮流量管汇具有以下优点:(1)能够保证测量精度;(2)具有旁通功能,更具安全性;(3)覆盖量程范围广;(4)现场操作方便;(5)所使用的仪表和二次显示计算仪都符合防爆标准。

      3 应用效果评价

      A井是渤海油田某区块的一口预探井,在馆陶组进行了DST测试,根据现场取原油分析得知原油密度为0.9649(20℃),黏度为544.52mPa.s(50℃),凝固点为4℃。为充分保障地层稠油在地面具有较好的流动性,地面管线全部进行蒸汽管线缠绕和保温包裹的双层保温措施,将加热器温度控制在88℃恒温,分离器壳体温度控制在70℃恒温,进行螺杆泵泵抽180rpm的求产,日产原油86.04m3/d,日产天然气2326m3/d,充分实现了低产储层油气的精准计量,取全了油藏资料。在测试作业现场同时应用差压式变送器计量装置和磁浮式液位计量装置,计量数据如表5所示。

      两种液位计量装置数据统计

      经现场应用分析可知:(1)双重安装计量装置后可实现液位校准;(2)磁浮式液位计量装置具有蒸汽加热功能,可较好地应用于稠油产量的计量,其更大的看窗尺寸,增加看窗流体受热面积。

      A井求得稠油油藏低油气产能数据统计表

      4 总结

      (1)通过对分离器的加热保温措施的改良,真正实现了全流程的保温加热,保证了稠油的流动性,同时安装旋流消泡装置,解决了稠油泡沫的问题。

      (2)差压式变送器计量装置和磁浮式液位计量安装的双重安装使用,可实现稠油液体的双重计量和对比校核,解决了稠油计量不准确的问题。

      (3)聚结式过滤器与精密气体计量管汇的组合使用,能精细化地测处出低产能油气的产量,进而取得更为全面的地层测试资料,为后期开发方案的编制提供有力保障。

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