計量站自動計量工藝原理

PAGEPAGE22計量站自動計量工藝原理培訓資料

1.計量站工藝介紹：計量站的功能1.1量油的概念 對油井的產油量按時進行計量叫做量油。通過量油求出油井的日產油量，這是油井管理的一項重要工作。三相計量的概念：日產液量、日產油量、日產氣量。1.2量油的方法量油的方法很多，一般有低壓和高壓兩種。 低壓量油亦稱放空量油，就是把原油流入油池或油罐內，用標尺或浮標測量液面高度，然后計算原油體積或質量，再換算成日產油量。高壓量油亦稱密閉量油，就是在密封的分離器中計量。這種方法可避免輕質油揮發(fā)，又有利于高粘度的油氣混輸，因此是礦場最常用的量油方法。高壓量油有玻璃管量油、玻璃管自動量油、翻斗自動量油等。1.3量油的目的 為油藏工程提供真實可靠的數(shù)據，作為井況分析的依據。量油數(shù)據與示功圖相結合，可以對油井的狀況進行分析判斷，從而指導對油井的生產管理措施。油井在其生命周期一般經歷：自噴、機械采油、抽轉注等階段，單井產量由高轉低，含水率由低轉高。在生產中要根據油井狀況進行各種措施，例如：配產、調整沖刺、清蠟、壓裂、注水等等。量油可以提供油井在以下方面的變化趨勢情況：——日產液量、日產油量、日產氣量，——含水率。1.4量油的特點（1）抽樣計量方式：由于油井產液具有波動性，因此從理論上講計量結果是絕對不準的；（2）量油的目的不是用于貿易計量交接，而是用于油藏工程分析；（3）主要關注的不是絕對精度，而是日產量和含水率的變化趨勢。2、常見的計量站工藝 計量站工藝主要包括以下幾個方面：——倒井方式：三通閥/多通閥，——計量方式：分離器+平衡罐/分離器+流量計/M50站方式，——壓油方式：自然/憋壓/管道泵/大氣量井或多井，——含水率檢測：含水儀+RTU/獨立智能設備/多含水曲線，——摻水方式：——自動化程度：人工/半自動/全自動——土建方式：計量站/計量撬

2.1倒井方式：三通閥/多通閥 進入每個計量站的油井有多個，而每個計量站的計量設備只有一套，同時只能對一個油井進行計量。因此，需要選擇將哪個油井倒入計量位置，而其它油井則需要倒入生產位。 倒井控制可以用人工方式手動完成，也可以安裝電動執(zhí)行機構，用PLC/RTU進行自動控制。用于倒井切換的電動執(zhí)行機構包括：電動三通球閥、電動多通閥。2.1.1電動三通閥 每個油井管匯上均安裝一個電動三通球閥。三通閥的進油方向和兩個出油方向如圖所示：計量位進入計量設備，而生產位則不經過計量設備，直接向后傳輸。優(yōu)點：每個油井都能夠單獨控制切入計量位/生產位。因此，可以將多個油井同時倒入計量位，對多個油井的產量之和進行計量。單個三通閥故障不影響其它閥。缺點：三通閥數(shù)量多，成本高。2.1.2 以12頭的多通閥為例：每個多通閥有12個進油閥位。其中：——11個分別接油井。多通閥旋轉到哪個閥位時，相應的1個油井原油進入分離器，進行計量?！?個是盲頭。多通閥旋轉到該閥位時，所有的11個油井原油均不進入分離器，即相當于所有的11個油井均處于生產位。每個多通閥有2個出口：——計量出口進入計量設備，——而生產出口則不經過計量設備，直接向后傳輸。 以12頭的多通閥為例，兩個多通閥即可接入22口油井。優(yōu)點：成本較三通閥低，體積較三通閥組小。缺點：每個多通閥同時只能有一個油井原油進入計量設備，無法多井計量。多通閥故障影響的井數(shù)多。2.1.3設備的安全位置：計量設備、倒井設備 在計量結束后，計量站的電動執(zhí)行機構等設備應置于安全位置，以防工藝設備在意外情況下受損：——計量設備：例如，分離器的壓油電動球閥應打開，以防原油液位不斷上升導致壓力容器損壞，——倒井設備：所有電動三通球閥應置于生產位（或者多通閥置于空頭），以防油井井口來液不斷流入分離器造成溢罐。

2.2計量方式：分離器+平衡罐/流量計/M50站方式/翻斗式分離器計量方式2.2.12.2.1 該工藝中，采用油氣分離器和壓力平衡罐，二者相互連通，氣壓始終平衡。壓油階段打開壓油閥，此時油氣分離器內液面相對平衡罐液位存在一定的位差（2m左右），油氣分離器內液體可以靠自重壓入壓力平衡罐內。

當需要計量時，選擇一個電動三通球閥（D1~D12）將油井的來油改入分離器進行氣、液兩相分離。計量過程如下：A、當向計量站的計量控制終端（RTU）發(fā)出啟動命令后，RTU將分離器電動兩通閥D13關閉，分離器液位上升。

B、當液位上升到液位計下限時，液位計的相應觸點開關F1動作，RTU開始有效計量時間的計時（也可根據液位值判斷上下液位）。C、當液位上升到液位計上限時，液位計的相應觸點開關F2動作，RTU停止有效計量時間的計時。根據分離器容積和每次計時時間，可以計算出該油井日產液量，結合含水率或原油密度，可計算出該油井的日產油量；氣體通過氣體流量計計量后與原油混合進集油匯管，混輸至集中處理站。根據每次計時時間內的天然氣流量F累計，并檢測出氣時的溫度T、壓力P進行補償，可以計算出該油井的日產氣量；

D、然后進入壓油過程，RTU將分離器的電動兩通閥D13打開，油水混合液通過D13壓出，分離器液位下降。同時，用高含水分析儀A1連續(xù)測量含水率，并計算含水率平均值，從而計算液、油產量。

E、當分離器液位下降到低于“分離器液位計下限”，液位計的相應觸點開關F2動作，壓油結束，RTU將電動兩通閥D13關閉。此后分離器液位轉而上升，又進入下個罐次的計量。每個計量過程可包含多個罐次，其結果數(shù)據包括：井號，計量起始日期和時間，計量總時間和有效時間，計量罐數(shù)，日產液量（體積和重量）、日產油量（體積和重量）、日產水量（體積和含水率）、日產氣量等。

計量計算：計量過程結束后，根據計量有效時間、實際計量罐次、平均含水率、天然氣流量自動計算出液、油、氣的日產量。2.2.1.2計量計算 對于單罐計量，單罐的三相計量結果：——日產液量=單罐液重量/上油時間，——平均含水率=含水率累加之和/測量次數(shù)日產油量=日產液量*（1-平均含水率）——日產氣量=天然氣流量累積值/累積時間對于多罐計量，將各個單罐平均后的單次三相計量結果：總產液量=各個單罐液重量之和， 總產油量=各個單罐油重量之和，——平均日產液量=各個單罐液量累加/各罐累加的總上油時間，——平均日產油量=各個單罐油量累加/各罐累加的總上油時間，平均含水率=（總產液量-總產油量）/總產液量——總產氣量=各個單罐氣量累加之和，或者在各個罐次中氣體連續(xù)累積， 平均日產氣量=天然氣流量總累積值/總累積時間 思考題：1、為什么計量中使用的是單罐的“標定重量”，而不是“標定體積”？2、什么是“單罐”計量結果，什么是“單次”計量結果？3、能否將各個單罐的三相日產量、含水率直接累加平均，而得到單次的平均三相日產量、含水率？2.2.2計量分離器+流量計2.2.2.1 以冀東油田M50撬裝計量站為例：油氣分離器+質量流量計。其中，質量流量計能夠提供瞬時/累計的液量、油量、水量，以及含水率等數(shù)據。流量計與RTU以RS232/485方式通信。將某個油井來油倒入分離器后，分離器邊進邊出（分離器的出口沒有兩通閥進行開、關控制），流出的液體經過質量流量計。根據計量起始時間和結束時間之間的累積時間，以及質量流量計提供的累積增量，計算日產液量、日產油量。而日產氣量則用氣體流量計計量。根據計量起始時間和結束時間之間的累積時間，以及氣體流量計提供的累積增量，計算日產氣量。2.2.2平均日產液體量=（質量流量計）液累積流量增量/計量時間平均日產油體量=（質量流量計）油累積流量增量/計量時間平均日產氣體量=（氣體流量計）氣累積流量增量/計量時間平均含水率=（液累積流量增量-油累積流量增量）/液累積流量增量思考題：這種計量方式中，是否有“上油過程”、“壓油過程”和“單罐”的概念？2.2.3計量分離器+流量計2.2.3仍然以冀東油田M50撬裝計量站為例：油氣分離器+質量流量計，但是在分離器的出口增加了兩通閥進行開、關控制。計量過程包括：上油、壓油過程。上油和壓油過程中，分離器一直是進油的。計量過程兩通閥動作、液位變化計量計時：流量累積：上油過程兩通閥關閉，下液位—>上液位當上升到下液位時開始計量時間計時，壓油過程兩通閥打開，上液位—>下液位當下降到下液位時停止計量時間計時。壓油過程中，液體流經質量流量計，進行流量累積。備注：計量總時間=上油時間+壓油時間總累積流量=壓油過程的出油量=上油過程的進油量（從下液位到上液位的整罐油）+壓油過程的進油量而日產氣量則用氣體流量計計量。根據計量起始時間和結束時間之間的累積時間，以及氣體流量計提供的累積增量，計算日產氣量。2.2.3平均日產液體量=（質量流量計）液總累積流量增量/總計量時間平均日產油體量=（質量流量計）油總累積流量增量/總計量時間平均日產氣體量=（氣體流量計）氣總累積流量增量/總計量時間平均含水率=（液總累積流量增量-油總累積流量增量）/液總累積流量增量思考題：這種計量方式中，是否有“上油過程”、“壓油過程”和“單罐”的概念？2.2.4翻斗式分離器計量方式 指用翻斗自動量油裝置進行量油。這種裝置由油氣分離緩沖裝置、翻斗裝置、液位控制器及計量訊號裝置組成。翻斗計量在計量罐中裝兩個小型翻斗，井口來液先進入其中一個翻斗，當翻斗內液體達到設定重量時翻斗翻轉，然后來液進第二個翻斗，依次循環(huán)，翻斗每翻轉一次記數(shù)器記一次數(shù)，實現(xiàn)單井產液計量。其優(yōu)點是裝置小、原理簡單、操作方便。其缺點是氣體直接放空不能計量，翻斗裝置在北方油田冬季容易出現(xiàn)原油凝結現(xiàn)象。

圖全自動稱重式計量裝置機構原理示意圖1盤熱管，2與多通閥計量口相連，4稱重傳感器，5左位置傳感器，6罐體，7入口，8分離器，9集料斗，10分布器，

11右位置傳感器，12翻斗，13出口。

思考題：這種翻斗式分離器計量方式中，是否有“上油過程”、“壓油過程”和“單罐”的概念？

2.3壓油方式：自然/憋壓/管道泵/大氣量井或多井/綜合排油 如果計量中包括壓油過程，則需要考慮分離器能否順利地完成壓油。如果出現(xiàn)壓油困難，則整個計量過程就無法進行下去。 “壓油困難”是計量站的難題，也是工藝設計和自動化設計中必須考慮的問題。2.3.1自然排 壓油僅僅靠以下兩個因素完成：——分離器中的液體的自重，——分離器中天然氣的壓力，把液體“頂”出去。 油井的天然氣量越大，氣體壓力越大，排油越順利。

2.3.2憋壓排 對于產氣量小的油井，僅靠自然排油往往無法完成壓油。因此可以考慮在天然氣出口增加1個電磁閥或電動閥，在壓油階段將該閥門關閉，從而在分離器中氣體“憋壓”，將分離器中的液體“頂”出去。安全保護：如果在“憋壓”中分離器壓力過大，電磁閥或電動閥要打開從而減壓。思考題：在憋壓排油方式中，憋壓電磁閥或電動閥在計量過程中的哪個階段關閉？2.3.3 對于產氣量特別小甚至無氣的油井，靠憋壓排油往往也無法完成壓油。因此可以考慮在分離器出油口增加1個管道泵，與壓油兩通閥串聯(lián)，在壓油階段階段打開壓油兩通閥的同時，啟動管道泵，強制將分離器中的液體排出去。安全保護：為了防止憋泵，最好按照以下時序進行控制，——啟動排油時：先打開壓油閥，后啟動泵，——停止排油時，先停止泵，后關閉兩通閥。2.3.4 每個計量站對多個油井產量進行計量，因此進入計量站的油井管匯有多個。在這種排油方式中：——當壓油階段開始后，為了提高分離器中的氣體壓力，通過倒井，將進入分離器的油井切換為產氣量大的某1個油井；或者將多個油井來液同時倒入分離器?！獕河碗A段結束后，再將進入分離器的油井切換為正常狀態(tài)。此種方式存在的問題：由于計量過程中油井發(fā)生了切換，因此含水率檢測、日產油量的計量就不準確了（由于其它油井的原油混了進來，所以不是要計量的油井的含水率了）。

2.3.5綜合排油方式：“條件啟泵排油”或“ 前面所述的排油方式是應用比較普遍的幾種方式，而下面介紹的方式則是新疆油田時代公司專用的，考慮的因素比較全面，但是應用相對復雜。該方式下綜合使用了自然排油、憋壓排油、管道泵排油方式，是新疆油田時代公司（設計院）的設計。該公司生產的計量撬（或者叫撬裝計量站）均采用此種工藝設計，而自動控制設備則選用了北京安控公司的ECHO5406系列RTU。 工藝流程圖如下：

工藝示意簡圖如下：綜合排油控制方式的工作程序如下，采取標準的“自然排油+憋壓排油+泵排油”方式：序號工作階段排油方式電動閥管道泵ZV-203憋壓閥ZV-202泵出口閥（串聯(lián)）ZV-201壓油閥1上油過程上油過程中：分離器中液位上升開關關停止2壓油過程壓油階段開始時候，首先采用自然排油。開關開停止3如果自然排油時間超過T1仍然無法結束壓油，則進入憋壓排油。關關開停止4如果憋壓排油時間超過T2仍然無法結束壓油，則進入管道泵強制排油。關開關啟動5完成壓油、計量結束完成壓油、計量結束：所有電動執(zhí)行機構應置于安全位置。開關開停止6故障或異常情況如果管道泵強制排油時間超過T3仍然無法結束排油，則停止計量、所有電動執(zhí)行機構置于安全位置。開關開停止另外，進油的電動三通閥或者電動多通閥全部回生產位置，分離器不再進油。如上表中所述的這種方式總稱為“條件啟泵排油方式”。即：如果出現(xiàn)壓油困難，則在壓油過程中，依此嘗試以“自然排油”、“憋壓排油”、“管道泵排油”等方式進行排油。當然也可以選用“直接啟泵排油方式”，即：當進入壓油階段后，立即關憋壓閥ZV-201、開泵進口閥ZV-202、關壓油閥ZV-203、啟動管道泵，直接進行管道泵強制排油。上述的兩種方式，可以在RTU中進行設置選用，可針對每一口油井獨立地進行設置。

2.4含水率檢測方式：（含水儀+RTU/獨立智能設備/多含水曲線）， 含水率檢測是計量站的難題。計量站原油的特點是：（1）原油中含有伴生氣；（2）不同油井原油的差別很大（含水率、礦化度等）；（3）原油進入分離器后往往出現(xiàn)油水分層的情況，工作介質不均勻。（4）原油中的雜質往往對儀表的敏感元件有污損。因此，目前檢測含水率的設備類型很多，但是效果好的很少，有的油田則干脆不進行含水率的檢測，僅僅計量“三相計量”中的日產液量、日產氣量。前面介紹的計量方式中，有：——通過含水儀進行含水率檢測、——通過質量流量計進行含水率檢測等方式。下面的內容主要介紹通過含水儀進行含水率檢測。2.4.1含水儀+RTU檢測 在此種方式中，含水儀輸出為4~20mA信號。在壓油階段，當分離器原油流經含水儀和兩通閥時，含水儀輸出信號變化反映含水率的大小。分離器中的原油通常有以下情況，影響壓油過程中含水率檢測的變化過程：（1）“水包油”均勻分布；（2）“油包水”均勻分布；（3）油水分層。在整個壓油過程中，需要遠程控制終端（RTU）不斷采集含水率，最后進行平均計算，RTU得到整罐原油的平均含水率。2.4.2獨立智能設備檢測 檢測過程同上。但是含水儀本身就是一套智能設備（一般包括一次儀表、二次儀表、計算機處理單元等），在壓油過程中，能夠獨立地進行含水率檢測和平均計算，最后通過RS232/485數(shù)字通信方式，把最終得到的平均含水率傳輸給RTU。

2.4.3多含水率曲線含水儀采用電磁波、射線等原理進行原油含水率的檢測。儀表探頭的信號強度與含水率有一定的對應關系，因含水儀此往往可以采用查表法，根據“信號強度——原油含水率”的關系曲線，檢測出含水率。實際現(xiàn)場使用中，對每個油井都可以人工標定出一條含水率曲線。但是同一個計量站的不同油井往往處于不同的層系，各油井原油的礦化度不同（單位地層水中所含離子、分子、鹽類及膠體的總含量，以mg/L或者mol/L表示），從而導致不同油井原油的“信號強度——原油含水率”的關系曲線是有區(qū)別的。對于一個計量站的含水儀，如果對所有油井都共用一條含水率曲線的話，就無法兼顧所有油井的原油情況，不可避免地會出現(xiàn)檢測誤差。 為了解決這一問題，某些含水儀廠家提出了“多含水率曲線”的解決方案：——即在含水儀中對每個油井均標定出一條含水率曲線；——含水儀在工作過程中，當前計量哪個油井，即根據該油井的含水率曲線輸出4~20mA信號；因此，這種含水儀需要RTU指示給它當前哪個油井處于計量位?！猂TU與含水儀的井位指示接口信號為5個DO信號，可以指示最多“2的5次方”即32條含水率曲線。

2.5摻水方式 為了保證原油的順利輸送，防止結蠟、凍結，需要給原油加熱。加熱方式包括：——單管流程（井口加熱）：井口設置加熱爐，——雙管流程（摻水加熱）：摻熱水，——三管流程（伴熱）。2.5井口加熱方式、伴熱方式對產油量沒有影響，即：計量產量=地下產量。2.5摻水方式下，計量站直接計量出的產量實際上包含了摻水量，因此在計算油井真實的地下產量時，需要將摻水量扣除（每個油井的摻水量可以用流量計檢測）。即：在得到直接的計量日產液量、計量日產油量后：地下日產液量=計量日產液量–日摻水量，地下日產油量=計量日產油量，計量日產水量=計量日產液量–計量日產油量，地下日產水量=計量日產水量–日摻水量，地下含水率=地下日產水量/地下日產液量2.6自動化程度：人工/半自動/全自動2.6.1自動化程度水平及相應的配置要求配置及功能全人工方式半自動方式全自動方式備注配置計量流程相關的電動執(zhí)行機構：電動兩通閥等——√√基本儀表：液位計，天然氣流量，含水儀等其它儀表：溫度/壓力/可燃氣濃度/注水流量，等等——√儀表數(shù)量少，僅為計量必需的√儀表數(shù)量多、全RTU/PLC——√IO點配置簡單√IO點配置齊全倒井相關的電動執(zhí)行機構：電動三通閥/多通閥————人工倒井√電動三通閥/多通閥功能計量流程控制——√√計算計量結果——√√倒井控制————人工倒井，只能單井自動計量√，可全站全自動計量其它自控功能————√，功能全面根據不同的自動化程序要求，RTU的IO點規(guī)模的可伸縮性很大：——最小僅僅幾個點，僅僅完成最基本的計量流程控制和計量結果計算；——最大可以接近上百點，除了全站全自動計量外，還包括配水流量檢測、水套爐監(jiān)控、其它各種儀表檢測和安全控制等。2.6.2定時計量、定次計量，多井計量A、 定時計量、定次計量——定時計量：規(guī)定計量總時間，實際計量罐次取決于油井的產量情況。適用于產量較大、出油穩(wěn)定的油井?！ù斡嬃浚阂?guī)定計量總罐數(shù)，實際計量時間取決于油井的產量情況。適用于產量較小、出