油井产量计量系统及计量罐单元设计毕业论文

油井产量计量系统及计量罐单元设计毕业论文1 绪论1.1. 油井产量计量技术现状油井产量的计量是油田生产管理中的一项重要任务，对油井产量精确、及时的计量，对掌握油藏情况，制定生产方案，具有重要的指导意义。

目前国际上各油田采用的油井产量计量办法主要有玻璃管量油孔板测气、翻斗量油孔板测气、两相分离密度法和三相分离计量办法等。

随着技术的进步，油田越来越需求功用强、自动化程度高的油井计量设备以提高油田的管理水平。

1.1.1原油的测量方法（1）玻璃管液面计量油是在油气分离器上安装1根与分离器构成连通管的玻璃管液面计，分离器一定质量的油将水压到玻璃管，根据玻璃管水上升的高度与分离器油量的关系得到分离器油的质量，由此测得玻璃管液面上升一定高度所需要的时间，即可折算出油井的产量。

玻璃管量油是国各油田普遍采用的传统方法，约占油井总数的90%以上。

该方法的优点是装备简单、投资少，缺点是人工操作自动化水平低、原油经常会附着在玻璃管壁上，造成读数困难。

由于采用间歇量油的方式来折算产量导致原油系统测量误差较大。

另外在高含水期特别是在特高含水期，对于气液比低的油井计量后的排液十分困难，给计量操作造成很大不便。

（2）电极量油是在玻璃管液面计量油的基础上，在规定的量油高度上下界限各安装1个电极，当水上升到下电极时，计时电表接通开始计时，水上升到上电极时电表切断停止走动，记录水位升高的时间，则可按照玻璃管液面计量油的方法计算出油井的产量。

（3）翻斗量油装置主要由量油器、计数器等组成，一个斗装满时翻倒排油，另一个斗装油。

这样反复循环来累积油量，这种量油装置结构简单，具有一定计量精度。

1.1.2天然气的计量方法（1）气体流量计测气。

随着技术的发展，气体流量计在天然气测量中的应用越来越多，常用的有气体涡轮流量计、旋进旋涡流量计、气体涡街流量计、罗茨流量计等。

气体涡轮流量计、旋进旋涡流量计、涡街流量计是速度式流量测量仪表。

气体涡轮流量计主要由涡轮导流器、磁电转换器等组成，具有精度高、重复性好、反应快、测量围宽等优点。

缺点是运动部件容易磨损从而影响测量的精度。

涡街流量计是基于“卡门”涡街原理研制成的一种流量计，在管道中插入一个旋涡发生体，当管道中有流体流过时，在旋涡发生体的两侧将交替产生旋涡，在下游交替排列的旋涡列被称为涡街。

单位时间通过某一点的涡街的数量与流体的流速成正比，涡街由压力传感器检测，检测得到的微弱电信号经处理，转换为流量进行显示或者远传。

旋进旋涡流量计工作原理：进入流量计的流体通过旋涡发生器产生旋涡流，旋涡流在文丘里管中旋进，到达收缩段突然节流使旋涡流加速，当旋涡流进入扩散段后，因回流的作用强迫进入旋进式二次旋转。

旋涡流的频率与介质速度成正比并且为线性关系。

由压力传感器检测，检测的微弱电信号经处理，可转换为流量信号。

旋进旋涡流量计和涡街流量计都具有结构简单、准确度高、测量围大、无机械可动件、安装使用方便、不受介质的密度、粘度等影响的优点。

气体罗茨流量计是一种容积式流量计，计量精度较高，适用于精密的体积测量。

广泛用于贸易和精密储运计量管理，但是在油井计量中分离出的天然气含有较多的液滴，这会影响流量计转动机构的润滑，容易出现卡堵事故，所以一般不宜采用此类流量计。

（2）孔板测气是传统的气体计量方法。

用节流孔板与波纹管压差计配套进行测量，根据气体流经孔板节流时前后的压差来计算气体流量，这种计量方法装置结构简单、安装方便，但量程较小，计量精度受孔板加工安装精度的影响。

（3）分离器排液测气。

在计量用油气分离器量完油以后，关闭分离器的天然气出口阀门，根据排液的时间计算天然气的产量。

这种方法不需要专门的测量装置，原理简单，但操作工作量大、且精度不高。

1.1.3原油含水率的测定按原油乳状液的类型、含水率的高低和计量自动化的程度，可采用仪表在线连续测定或人工取样测定原油含水率。

(1)仪表在线连续测定。

在原油管线上安装在线含水分析仪表，目前在油田上使用的原油含水分析仪按原理大致可分为直接测量法和间接测量法两类。

直接测量法包括电容法、微波法、超短波法等。

此类原油含水分析仪表是根据乳化原油电化学特性不同，测量中，低含水原油连续相的乳化原油的电导率，当未出现油水转相时，其含水率的测量可以控制在±3. 0%以。

当含水原油有明显的游离水出现时，这类原油含水分析仪只有与二相分离器配套使用，将游离水除去后方可以使用。

电容法测量低含水原油的含水率多采用同轴桶形电容传感器，利用原油乳化液的介电常数与含水率有关的原理来实现对原油含水率的测量。

微波法依据原油和水对微波的吸收程度不同检测油水混合液的含水率。

超短波法包括g射线和c射线吸收法，当射线穿过物质时射线强度会发生衰减，由于原油和水对射线的吸收系数不同，通过测量射线强度就可以计算出油水混合液的含水率。

间接测量法包括振动管式液体密度计、放射性测密度法等。

此类原油含水分析仪表用实际生产中某区块纯油、纯水的密度值相对稳定的特点，测量含水原油的密度，通过计算间接测得含水率。

该方法在理论上可用于0 ~ 100%的原油含水率的测量围，并且不受油水转相的影响，从而避免了高含水原油由于油水转相的不确定性造成的不可控的原油含水率测量准确度，其含水率测量误差可以控制在±1. 0%以。

（2）人工取样测定。

操作人员取一定数量的油样，使用蒸馏法、电脱法等测定油样的含水量，从而获得油井的含水量参数。

这是目前国油田采用的主要检测方法，人工采取油样具有随机性、代表性不强、增大了原油含水率测量的误差。

1.2其他计量方法1.2.1软件计量方式（1）液面恢复法(动液面法)。

根据试井理论，油井关井后，液面上升率起初与关井时间成正比.然后越来越慢。

动液面法就是利用这个理论，采用井口回升记录仪测量油井停产时及开井生产一段时间后油井油、套管环形空间的液位高度，根据静液面和动液面的高差，求得单位时间进入井的产液量。

（2）示功图法。

从理论上讲，示功图可以表示每次抽油的产液量。

深井泵的示功图直接反映泵的工作情况，反映泵流体的充满程度。

因此，用仪器采集每个冲程的功图数据，根据功图数据的变化，分析每个冲程中泵液体的充满程度，把泵筒作为计量容器，计算出每个冲程的抽汲量，即可折算单井的产液量。

式(1-1)可以算出油井产液量。

BD S n Q 42πρ= （1-1） 式中 Q ——油井产量；ρ——混合液密度；B ——体积系数；D ——泵径；S ——有效冲程；n ——抽油机的冲次。

液面恢复法和示功图法适用于密度大，产量低的油井，其配套设施少，计量方法简单。

缺点是对于间歇出油、气量较大的油井使用效果不理想，在技术上还有待继续提高。

1.2.2静态计量方式拉油的油井可采用静态计量方式，即采用计量分离器、高架油罐或槽罐容器计量，这几种计量方式的原理是通过仪器或人工测定在一定时间流入容器的油井产物的体积变化量来计算油井的产量，这种计量方法简单，投资少，但自动水平低，计量误差较大，一般应用在油井比较分散，对计量精度要求较低的场所。

1.2.3多相流量计的计量方式20世纪末国外研制开发的多相流量计可同时计量管道油气水流量，无需将油井产物通过分离器分成气液两相后进行计量，是油井产量计量技术的发展方向。

典型的测试方法:相关法、容积法、孔板节流法、激光多普勒法等。

由于油井采出液中的油气水一般不是均匀混合的，它们以不同的速度流动形成复杂的流态，目前多相流量计对复杂井流的适应性不强，计量精度不高，并且仪表价格昂贵，使得多相流量计的使用围受到了很大的限制。

但是由于其占地而积小、自动化水平高、可移动计量等有很大的优越性，将是未来油井产量计量技术的发展方向。

1.3本次设计任务、过程与步骤查找相应设计资料并仔细研读，全面了解和掌握目前油井产量计量技术现状及水平，完成本次设计的总体测量方案的论证与分析，阐述其计量原理及过程，根据给定的技术参数完成计量罐单元的设计及详细计算，掌握容器设计过程，同时要完成规定的外文资料翻译，最后编写设计任务书。

2 称重式油井自动计量装置总体设计2.1 计量要求的参数指标设计压力： 1.7P MPa==工作压力： 1.6Pc MPa设计温度：200=︒工作温度：50~150Ct C︒腐蚀余量：1mm焊缝系数（筒体/封头）：1筒体径：1600mm筒体长度：3374mm介质：原油2.2 计量原理与总体方案论证2.2.1 计量原理如图2-1所示，翻斗式计量料斗装置是由两个对称布置的独立料斗组成，两个料斗各自的回转轴通过双料斗支座与整体回转轴相连。

两个翻斗上各安装有一个称重传感器，以测量翻斗和其中油的重量。

整个翻斗式计量料斗装置安装在计量罐部。

翻斗式称重计量采用称重的方式对流经计量罐的原油进行计量，解决了由于原油表面力较大，普通的油气分离难以分离干净而导致在线流量计计量误差较大的问题。

图2-1翻斗计量原理图要计量的目标油井中的原油经多通阀后，由计量罐顶端的原油入口管路进入计量罐，经计量罐上部的锥形分离器进行油气分离，液相进入下部的收集盘并经缓冲后流入翻斗（右料斗工作）。

当原油不断流入右料斗时，其重量不断增加，当增加到一定量时，平衡被破坏，左右料斗围绕轴心翻转，右料斗下降，左料斗开始上升并对原油进行计量，右料斗开始泻油。

这样左右料斗不断轮流工作，对原油计量。

在一定时间计算出左右料斗翻转的次数，即可得到该口油井在这一时间的产量。

如果油井工作状态稳定，其它时间（未计量时间）产量与该产量必有一个对应关系。

假设计量装置对12口油井进行循环计量，在24小时轮流计量1次，则每口井可以计量2小时。

一口井2小时产量得到后，就可以计算出一天24小时的产量。

假设24小时对12口井循环计量2次，每口井计量1小时，这样对2次计量值进行平均，得到1小时的产量，也可以计算出一天24小时的产量。

显然后一种循环计量方式得到的油井产量精度要高于前一种循环计量得到的油井产量精度。

由于翻斗装置是由对称的两个独立料斗组成，在其中一侧料斗中流体质量达到一定数值时，装置发生翻转，同时另一侧的料斗开始继续进料，两个料斗如此循环工作。

翻斗倒出的油在气体的压力与输油泵的作用下流入输油管线，并与其他管线进油一起进入储油罐。

在整个称量过程中，每次料斗翻转称重传感器在进油前及翻转瞬间各有一个读数，其差值为翻转一次的称油量，将这些差值加和起来即可得到累计流量，即为规定测量时间的当前产量。

这种称量技术可以实现连续计量和对测量的自动控制，而且计量精度可以达到3%。

2.2.2 总体方案论证计量装置由多通阀、计量罐、气体流量计、加热源、泵、PLC控制器以及工控机组成，如图2-2所示。

计量罐是计量装置的主体部分，它由罐体、分离器、翻斗、称重传感器、液位计、加热盘管等主要部件构成，其最核心的部件是计量料斗(其中称重传感器是本装置的核心部件)。