油气液三相计量的发展20160427

编号

数字化三相计量

中原油田分公司

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2016年4月

数字化三相计量

摘要：随着科技的发展，推动发展数字化油田建设。数字化三相计量充分利用现代化的自动化控制系统、数据分析系统，实现对油田单井、计量站、联合站等基本生产单元的有效控制，在油田“战寒冬、求生存、谋发展”的时期，降低人员的劳动强度，提高油田的生产与管理效率，实现油田的低成本开发，达到了强化安全、过程监控、节约人力资源和提高效益的目标，从而推动中原油田又快又好发展的发展。

一、油气液三相计量

石油开采过程中，从油井采出的液体为含水原油和伴生气，通常把油、气、液三种流体的混合称为三相流。长期以来油田的三相流计量主要是抽样计量，即把一天中某一时间段的抽样数据折算成一天的数据，并上报汇总。此方法手段落后，数据正误难以查考，加上易受人为因素干扰，基本误差都在10%以上，存在着计量不准、流程繁琐、效率低下、人工劳动强度大等弊端，给地质分析造成偏差，不利于油田的开发生产，很难满足油田生产和管理的需要。

我国在三相流计量方面的技术发展起始于上世纪八十年代，做为“863计划”的组成部分，国内一些科研院所、大专院校建立了有许多三相流实验室和实验装置，陆续有一些研究成果和样机面世，国内如兰州海默、兰州科庆、西安开尔、宁波威瑞泰、上海一诺；国外有法国的斯伦贝谢（Schlumberger）公司、挪威的罗克塞尔(ROXAR)公司、美国的Agar。

二、三相计量装置在数字化油田建设下的发展

目前，我国的石油天然气勘探开发已经进入了二次创业时期，剩余油气藏普遍存在于复杂的生储盖地质环境中，具有埋藏更深、更隐蔽、更难开采的特点，数字化油田将改变传统的油田生产经营模式，以一种全新的数字化作业方式代替传统的手工或半手工的工作方式。数字化油田充分利用现代化的自动化控制系统、网络系统、监控系统和数据分析系统，实现对油田单井、管线、站场等基本生产单元的有效管理和控制，实现一次性数据采集及数据传输、处理实时化、自动化，油气生产施工现场操作智能化、自动化和高效化，满足油田日常生产运行、生产管理、生产监控、设备管理、成果展示的需求，达到过程受控、强化安全、节约人力资源和提高效益的目标，使油田整体效益、管理水平及管理层次和油田核心竞争力显著提高。

三相计量装置是单井、计量站、联合站等现场的重要计量装置，实现数字化主要依托PLC控制系统，实现装置全自动化，能够自动分离油、气、液三相流，准确测量油、气、液的各项指标及数字显示，测量信号经由PLC系统采集和处理，得到液量、含油、含水、含气、系统压力、温度等关键数据，并自动控制阀门开关，实现无人值守。通过网络实现远程通讯和远程数据处理，不仅能够准确测量三相流的总质量、流量，还能准确计算出含水率、纯油量，同时实现三相流各项参数瞬时值及曲线的实时显示，报表合成、数据的存储和传递功能，通过对数据的分析，自动生成油井产出液三相流计量曲线和生产报表，供生产管理部门进行决策。为实现油井精细化管理提供了科学保障。

三相计量装置主要包括液气分离装置、气体超声波流量计、质量流量计、调节仪、控制显示器、管线等六部分。将需要计量的三相流经管道、扩张管流入气液分离控制罐，经由旋流分离，碰撞破气，分气调节仪等多道分离气体措施，使得气相彻底分离。分离出的气体经由超声流量计计量，液体流经质量流量计，实现液相总量和基于油水差异分析的含水率的实时计量。其中质量流量计不仅可以直接测量液体的质量流量外，还可以直接测量液体的密度和温度，还可由质量流量和液体密度派生出双组分溶液中深质的浓度，能准确实现对原油

的含水分析，可提供多种参数的显示和输出。

通过在辽河油田、长庆油田的试用，得出此三相计量装置的适用工况环境，介质要求为：含水率0-100%，含气率0-100%，液相粘度小于10000mPa.s的，压损小于0.1MPa，介质温度0-120℃，环境温度0-55℃；此三相计量装置处理最大日产液量7000m3，处理最大日产气量9000 m3，公称压力可达到6.4MPa，计量精度可达到：液相相对误差0.5%，含水率相对误差2%，气相相对误差1%。

下图为中原油田采油一厂2016年3月份抽取时间产量情况

单位：t/d

从上图数据分析，此三相计量装置适合在单井、计量站、联合站上推广使用。

三、现场应用

以采油一厂为例，采油一厂共有723井口，分为四个油藏管理区，管理70个计量站，输送到2个联合站中。从采油井采出混合液后输送到计量站，计量站进行气液分离，计量气量、液量，不定期（1-10天）做人工取样做采液量含水化验分析，初步测算出气产量、油

产量；然后输送到联合站，利用三项分离器进行油、气、水三项分离，进行精确油、气计量，在对分离出的含水原油进行加温进电脱水器进行脱水，在二次加温进原油稳定塔稳定，最后外输给油气储运管理处。

采油一厂2016年3月份平均开井489口，有70个计量站，2个联合站，计量站平均5天取样化验一次、每天抄表一次，联合站每天取样化验一次、每天抄表一次，则一个月共需化验480人次，计量抄表2232人次，在此过程中存在具有安全隐患、化验误差较大、计量不准确的现象。若采用数字化三相计量系统，每厂只需一个工作人员在电脑前工作，即可汇总全厂产液量，分析油、气、水生产状态，避免人为生产的干扰，提高了生产安全和平稳运行的可靠性，降低现场作业人的安全风险，甚至可以将原“油井--计量站--联合站”两级布站方式改变为“油井--联合站”一级布站方式，缩短了输送距离，简化了工艺流程，提高集输系统效率。

中原油田2016年3月1日开井数3110口计算，其中采油一厂开井489口，采油二厂开井764口，采油三厂开井854口，采油四厂开井523口，采油五厂开井489口，采油六厂开井181口，内蒙采油开井156口，油气开发公司开井15口，内蒙探区开井70口，涉及九个生产部门；其中中原油田本部面积5300平方千米，内蒙地区面积3万多平方千米，牵涉面积巨大；每天的计量工作相当繁重，基层工人劳动强度大。采用数字化三相计量装置，推动了工艺技术的进步和劳动组织架构优化，降低了安全环保风险和劳动强度，提高了劳动效率和生产管理水平，达到了控制用工总量、低成本开发的目的，适应了中原油田的需要，促进了油田管理的现代化。

目前国际市场油价在低价运行，油田进行“战寒冬、求生存、谋发展”的时期，加强数