油水气三相计量装置

一、概述

1.1油田油井计量现状

油井产出液气的精确计量是油田开发动态分析的重要基础，通过对各油井产出液气的连续计量，可以确定油井的原油、天然气产量以及含水率等，从而了解地层油气含量及地层结构的变化。油、气、水各相流量的实时计量数据，对于油气藏的管理和产能配置、生产工况的分析、油井的维护和流程控制等具有重要意义。可为生产管理提供参考，制定合理的采油方案。

1.2油水气三相计量装置简介

“油水气三相计量装置”是我公司具有多年油田计量产品开发经验的工程师团队研制开发的新产品。包含气液旋流分离技术、冗余分离技术、破乳技术、湿气除雾技术、气液无源平衡控制技术、含水测量技术、单相计量技术，以及多井轮换计量技术、数据远程采集及计算机处理、无线数据传输等技术。在油井计量上，解决了传统分离器计量和人工含水测量存在的计量范围窄、计量误差大、高粘度无法计量以及油田进入中后期开发阶段出现的低液量、流量波动大、低含气、间歇出油无法计量等问题。

二、功能

旋流分离器、破泡分离器、冗余分离器和除雾器对油井多相流进行高效充分分离后，通过质量流量计、气体流量计等单相仪表对气、液流量分别单独准确计量，根据油、水密度等数据建立数学模型计算出含水率，从而实现油、气、水的准确连续计量。

由计算机对计量参数进行自动采集处理，实现液、油、气、水瞬时值、累计值、压力等数据显示，自动生成各相的瞬时曲线、日生产曲线、生产报表等，可通过web查询实时数据和历史归档数据及远程管理。

该装置适用于各种工况及工艺条件下的单井油（稠油、稀油）、气、水、液多相计量及多井轮换计量。

三、技术参数

l  液量：0~1000 t/d

l  气量：0~30000 Nm³/d

l  工作压力：≤4.0MPa

l  液相测量误差：≤±3%

l  气相测量误差：≤±8%

l  含水率测量误差：≤±3%

l  压力损失：≤0.04Mpa

l  介质温度：5~80℃

l  环境温度：-40℃~85℃（保温措施）

l  环境湿度：10~85%

l  防爆等级：Exd II BT3~6

l  防护等级：IP67

l  电源：220VAC 或 24VDC

l  功率：5W

l  外形尺寸：撬装式结构 1000（长）x1500（宽）x2000（高）mm

四、产品分类

按照使用场合分为：单井多相连续计量装置（图1）和多井轮换计量装置（图2）。

其中多井轮换计量装置根据进站油井管线的数量分为：6井式、8井式、10井式、12井式、14井式、16井式。

按照使用环境分为：室内型和户外型（防护等级高、耐-40℃低温）。

五、结构原理

5.1  结构组成

油水气三相计量装置主要由六部分组成：组合式多级分离器、无源气液分离平衡控制器、动态缓冲器、气体流量计、质量流量计、计量控制系统和多通道分配阀组（可选）。见图3。

图3 单井多相连续计量装置 机械部分简图

5.2  主要部分原理

5.2.1  组合式多级分离器工作原理

组合式多级分离器，由预分离入口段、切向旋流发生器、破乳器、螺旋导向环、塔式冗余分离器、气相和液相出口配管等组成。见图4.

图4 组合式多级分离器简图

混合液通过进口管流经预分离入口段（1），依靠气体和液体自身比重差异，产生初步分离（气体分布在管道截面上层，液体分布在截面底层）。初步分离后的气液两相流通过切向旋流发生器（2）产生高速旋转，受比重差和容积增大的影响，油、气会自然分离，未分离的油、气沿着分离器的内壁作离心式旋转运动，于是质量大的油液被甩向筒壁，质量小的气体则集中在中心作回旋运动（见图4.1），形成一个倒锥型气体涡流。

当多相流量较大时，气体涡流中必然夹带部分雾状液体。在涡流面上方安装一个塔式冗余分离器（6），回旋上升的气雾和两层隔板接触时，气流中的雾状油滴粘附在伞表面，沿伞面下滴，气体从顶部出气口排出（见图4.2），保证了大流量情况下的高效分离效果。

当多相流量较小时，受流速影响产生的离心力较小，液相中夹带的部分非游离气体较难分离出来。这时，在切向旋流发生器下方一定距离安装一个破乳器（3），该破乳器是一个伞状多孔型器件。夹带部分非游离气的高速液流与板壁相碰，板壁上的多孔对流体产生一个反向力，使液体产生折流效果而将带气泡的液滴破碎。分离出的液滴通过聚结板孔向下沉入液体段，气体便从泡沫中逸出上升，所以该装置不但能从油中除去泡沫，并能从泡沫中除气效果更佳。

当油井输送过来的多相流含沙粒等杂质较多时，通过合理的结构设计，可避免沙粒等杂质进入含有可动部件的单元。见图4，与气液分离平衡控制器连接的液相出口配管安装在分离器的上半部分，沙粒等杂质在旋流作用及重力作用下沉积在分离器底部，可避免杂质沿着液相出口管进入下级单元。通过打开分离器底部的放空阀可将杂质排出系统。

5.2.2  无源气液分离平衡控制器工作原理

无源气液分离平衡控制器，由浮子导向器、浮子调节阀、除雾器、液相导向环、气相和液相出口配管等组成。见图5.

无源气液分离平衡控制器安装在组合多级分离器的下级，气相入口配管连接分离器的气体出口管，液相入口配管连接分离器的液体出口管。

在气相入口管的端部安装一个除雾器（6），对上级分离的气体作进一步除雾处理。除雾器的内部为圆柱体形金属网填料，由不锈钢丝编织物绕制而成，液滴撞击金属网并聚结而往下沉降，从而消除了气体夹带液滴排出。液滴沉降到平衡控制器的下端，气体则聚集在顶部。

在液相入口管端部再安装一个切向旋流发生器，将上级分离的液体作进一步离心分离。为了避免分离后的液体和气体再次融合，在切向旋流发生器的上方适当距离安装一个液相导向环（3），液体只在导向环的下方做高速旋转，不会向上方溢出。同样在平衡控制器的中心形成一个倒圆锥的气体涡流。排气管线上设有一个浮子调节阀来控制气体排放量，以维持容器内液位在最佳范围。见图5.1

容器内液位及压力平衡主要通过一套液位控制器来调节，如右图，该控制器是由浮子导向器（1）、浮子（2）、气体出口调节阀（3）和液体出口调节阀四部分组成，浮子是依靠液体的浮力而漂浮在液体上的，随着液面的变化，浮子也会随之上下移动。当液面升高时，浮子亦随之升高，这时与浮子连杆相连的舌片向上移动，使其与喷咀中的气流受阻，背压室的气压增加，由于压力的增加而使大小隔膜受压变形向下作用于替换阀，使替换阀下端的进气阀打开，气源的气体进入气压替换室，替换室内的气压升高（即输出气压增加）。这样通过气控线路内输出气压的增加来操纵气控阀，使气控阀开启一些，从而泄掉一部分多余的流体，使三相分离器内的液面回到预定位置，当液面降低时，浮子下落，这时，舌片也会下移并与喷咀间距增大，则喷咀中的气流畅通，背压室压力降低，大小隔膜由于压力的降低而复位，这时在替换阀下端弹簧的作用下使其下端的进气阀关闭；上端的放气阀打开放气，因此气压替换室内的气压降低（即输出气压减小）。输出气压的减小通过气控制管路会使气控阀关闭一些，使液体减小排放量。从而使液面回升到原来的高度。

5.2.3  计量控制系统

计量控制系统主要包括：计量仪表（质量流量计、气体流量计、压力变送器等）、现场处理终端、RTU、上位计算机及用于通讯、控制、数据采集处理等作用的软件组成。

六、装置特点

l  计量精度高，达到国际先进水平

装置提高了油、气、水的计量精度，消除了过去因人工调配阀门造成的人为误差、阀门磨损造成的漏失误差和人工数据录取造成的读书误差。

l  适用范围广

可适用于各种工况及工艺条件下的油、气、水、液多相计量。同时，解决了低液量、间歇出油等难计量的问题。

l  提高了油井精细化管理的水平

通过自动计量数据，为第一时间掌握生产动态变化提供了真实的依据，及时分析，及时采取措施。

l  提高了油田自动化管理水平，实现无人值守自动计量

自动化程度高，可在无人值守条件下实现全自动计量、远程查询实时和历史数据。通过计算机进行各类数据的统计和分析。

l  结构合理，重量轻，安装方便

单井计量装置占地面积仅需2㎡左右，不仅减少了占地投资，而且由于该装置结构简单，安装方便，可大大提高建站效率。

l  生产单元异常自动报警

通过计算机设定报警条件，当计量数据超出正常波动范围时，或装置压力异常时，系统将自动报警。实现了全天候生产监控，为油井安全生产和防止意外事故的发生提供了有效的保障。

l  操作简单，使用寿命长，节省投资

可动部件少，操作简单，装置稳定性好，日常维护工作量极少，减轻了人工劳动强度，不但维护成本低，而且使用寿命长，节省了投资。

l  安全环保

装置使用双重密封结构，保证油气零泄漏，减少了安全隐患。