一种油井产出液含水率计量系统及控制方法.pdf

本发明涉及一种油井产出液含水率计量系统及控制方法。解决现有技术中油井计量系统自动化程度低、操作不够便捷、人为因素大、工作劳动强度大、工作效率低的问题。系统包括主机端和控制端，主机端包括有第二无线通信单元、计量单元和质量流量计单元，控制端包括有输入单元、配置单元、同步单元和第一无线通信单元。通过检测每秒质量总量和混合密度来计算含水率，根据含水率判断油井工作阶段，并进行相应工作调整。本发明的优点是通过控制端远程对油井计量装置进行控制，操作方便快捷，劳动强度低，工作效率高。系统控制端能获得油井当前状态，及时掌握油井生产的情况，提高管理水平。含水率计算简单快捷，检测精度高。

1.一种油井产出液含水率计量系统，其特征在于：包括主机端(1)
和控制端(2)，所述主机端包括有第二无线通信单元(10)、计量单
元(3)和质量流量计单元(6)，所述质量流量计单元与计量单元相
连，计量单元与第二无线通信单元连接，所述控制端包括有输入单元
(15)、配置单元(13)、同步单元(12)和第一无线通信单元(11)，
输入单元与配置单元连接，配置单元和第一无线通信单元分别与同步
单元连接，第一无线通信单元与第二无线通信单元通过网络相连。
2.根据权利要求1所述的一种油井产出液含水率计量系统，其特
征是所述主机端(1)还包括有状态控制单元(4)、液位检测单元(7)、
液位控制单元(8)和压力检测单元(17)，液位检测单元和压力检测
单元分别与状态控制单元相连接，状态控制单元分别与液位控制单元、
第二无线通信单元(10)相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种油井产出液含水率计量系统，
其特征是所述主机端(1)还包括有状态指示单元(9)，状态指示单
元与状态控制单元相连接，状态指示单元包括液位指示灯和压力指示
灯。
4.根据权利要求1或2所述的一种油井产出液含水率计量系统，
其特征是所述控制端(2)还包括有查询单元(14)，所述输入单元(15)
连接在查询单元上，查询单元连接在同步单元(12)上。
5.根据权利要求1或2所述的一种油井产出液含水率计量系统，
其特征是所述控制端(2)还包括有显示单元(16)，所述显示单元与
同步单元(12)相连接。
6.一种油井产出液含水率计量系统控制方法，采用权1-5任一项
中的系统，其特征是：包括以下步骤：
S1.通过质量流量计单元采集产出液每秒质量总量Mn和混合密
度ρ_mix，其中n＝0，1，2，3…；
S2.计算每秒内质量总量的增量ΔM_n＝M_n-M_n＝1；
S3.根据混合密度计算含水百分比
W % = ρ m i x - ρ o ρ w - ρ o ]]>
其中ρ_o为油密度，ρ_w为水密度；
S4.计算每秒内流过质量流量计单元的水总量
ΔW_n＝W％＊△M_n；
S5.累计每一秒水总量值
∑W＝ΔW₁+ΔW₂+…+ΔW_n；
S6.累计每一秒质量总量值
∑M＝ΔM₁+ΔM₂+…+ΔM_n
S7.计算产出液含水率

S8.将油井工作阶段进行分级，根据当前计算的产出液含水率所
落在的级别判断油井的工作阶段。
7.根据权利要求6所述的一种油井产出液含水率计量系统控制方
法，其特征是步骤S8中将油井工作阶段进行分级为：根据含水率预
先将油井工作阶段分成若干个等级，每个等级对应一组含水率的上下
阈值区间，根据当前计算的含水率所落在的区间判断油井的工作阶段，
根据油井的工作阶段相应调整油井的工作方案。

一种油井产出液含水率计量系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种油井生产用计量设备，尤其是涉及一种自动控制、
操作便捷，提高工作效率的油井产出液含水率计量系统及控制方法。

背景技术

在油井的生产过程中，从油井采出的原液，是一种由原油、水、
伴生气构成的混合液，简称为油井产出液。在将油井产出液输送到油
井联合站进行集中处理前，需要对其按油、水、气三相组分进行计量，
简称单井计量，比如对油井的产出液的含水率进行计量，由于在油田
开发过程中，油井产出流体含水率会逐渐升高，到油井开发中后期，
大部分采油井的产出液含水率较高，通过检测产出液含水率，能及时
掌握油井的生产工况，合理进行生产调度。

目前油田计量站中，大部分采用分离器对单井产出液进行气液两
分离，气、液分别进行定容积计量，需要量油工人现场通过观察玻璃
管页面的变化，将获得的数值套入专用公式中换算得出油井的各项数
据，在此过程中，量油工人还需要频繁操作不同的转换阀门赖完成测
量。这种系统需要人工进行操作，人为因素大，需要工作人员在一直
在现场观察玻璃管页面变化，工作劳动强度大，工作效率也不高。

另外目前也有许多检测产出液含水率的方法，如中子辐射法或密
度、质量等其他方法，但它们存在结构复杂、价格昂贵、调试繁琐的
问题。还有如射频电容法、射频频移法，虽然结构简单、价格低廉、
调试方便，但对于高含水率的测量精度较差。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中油井计量系统自动化程度低、操作
不够便捷、人为因素大、工作劳动强度大、工作效率低的问题，提供
了一种自动控制、操作便捷，提高工作效率的油井产出液含水率计量
系统。

本发明还解决了现有技术中对含水率计算存在结构复杂、价格昂
贵、调试繁琐，以及检测精度低的问题，提供了一种简单方便，检测
精度高的油井产出液含水率计量方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一
种油井产出液含水率计量系统，包括主机端和控制端，所述主机端包
括有第二无线通信单元、计量单元和质量流量计单元，所述质量流量
计单元与计量单元相连，计量单元与第二无线通信单元连接，所述控
制端包括有输入单元、配置单元、同步单元和第一无线通信单元，输
入单元与配置单元连接，配置单元和第一无线通信单元分别与同步单
元连接，第一无线通信单元与第二无线通信单元通过网络相连。本发
明能够通过控制端远程对油井计量装置进行控制，无需工作人员在现
场进行操作，也无需一直在现场观察玻璃管页面变化，通过人工计时
来计算油井含水率。系统控制端还能获得油井当前状态，及时掌握油
井生产的情况，提高管理水平。工作人员通过输入单元输入对计量装
置参数进行设定，匹配单元根据输入的信息形成配置数据，通过同步
单元发送给主机端。同步单元与主机端同步参数配置，还能同步计量
结果。计量单元根据质量流量计单元和计时单元检测的数据对含水率
进行计算。

作为一种优选方案，所述主机端还包括有状态控制单元、液位检
测单元、液位控制单元和压力检测单元，液位检测单元和压力检测单
元分别与状态控制单元相连接，状态控制单元分别与液位控制单元、
第二无线通信单元相连接。状态检测单元接收控制端配置数据对计量
装置进行参数配置。状态检测单元还接收液位检测单元和压力检测单
元的检测数据，根据配置参数对液位和压力进行分析。当液位达到报
警值时进行报警，并控制液位控制单元进行液面控制，在液位上升达
到上限时，液位控制单元切换到液路，液位下降达到下限时，液位控
制单元切换到气路。当压力达到报警值时进行报警。

作为一种优选方案，所述主机端还包括有状态指示单元，状态指
示单元与状态控制单元相连接，状态指示单元包括液位指示灯和压力
指示灯。状态指示单元根据状态控制单元的信息对液位和压力状态进
行显示。液位指示灯和压力指示灯可以采用红绿颜色进行显示，在正
常时显示绿灯，在液位或压力达到报警值时，则显示红灯。

作为一种优选方案，所述控制端还包括有查询单元，所述输入单
元连接在查询单元上，查询单元连接在同步单元上。通过输入单元输
入查询条件，由查询单元对计量系统的计量结果数据进行查询。

作为一种优选方案，所述控制端还包括有显示单元，所述显示单
元与同步单元相连接。显示单元根据同步单元接收到的信息，对油井
工况信息及计量数据进行显示。

一种油井产出液含水率计量方法，包括以下步骤：

S1.通过质量流量计单元采集产出液每秒质量总量Mn和混合密
度ρ_mix，其中n＝0，1，2，3…；

S2.计算每秒内质量总量的增量ΔM_n＝M_n-M_n-1；计算每秒内
质量总量从ΔM₁开始计算。

S3.根据混合密度计算含水百分比

W % = ρ m i x - ρ o ρ w - ρ o ]]>

其中ρ_o为油密度，ρ_w为水密度；

S4.计算每秒内流过质量流量计单元的水总量

ΔW_n＝W％*ΔM_n；每秒内流过质量流量计单元的水总量也
是从ΔW₁开始计算。

S5.累计每一秒水总量值

∑W＝ΔW₁+ΔW₂+…+ΔW_n；

S6.累计每一秒质量总量值

∑M＝ΔM₁+ΔM₂+…+ΔM_n

S7.计算产出液含水率

S8.将油井工作阶段进行分级，根据当前计算的产出液含水率所
落在的级别判断油井的工作阶段。

作为一种优选方案，步骤S8中将油井工作阶段进行分级为：根
据含水率预先将油井工作阶段分成若干个等级，每个等级对应一组含
水率的上下阈值区间，根据当前计算的含水率所落在的区间判断油井
的工作阶段，根据油井的工作阶段相应调整油井的工作方案。

因此，本发明的优点是：通过控制端远程对油井计量装置进行控
制，操作方便快捷，无需一直在现场观察玻璃管页面变化，劳动强度
低，工作效率高。系统控制端能获得油井当前状态，及时掌握油井生
产的情况，提高管理水平。含水率计算简单快捷，检测精度高。

附图说明

附图1是本发明中的一种结构框示图。

1-主机端2-控制端3-计量单元4-状态检测单元6-质量
流量单元7-液位检测单元8-液位控制单元9-状态指示单元
10-第二无线通信单元11-第一无线通信单元12-同步单元13-
配置单元14-查询单元15-输入单元16-显示单元17-压力检
测单元

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具
体的说明。

实施例：

本实施例一种油井产出液含水率计量系统，如图1所示，包括主
机端1和控制端2。

主机端包括有第二无线通信单元10、状态检测单元4、计量单元
3、质量流量计单元6、液位检测单元7、压力检测单元17、液位控
制单元8和状态指示单元。质量流量计单元与计量单元相连。液位检
测单元、压力检测单元分别与状态检测单元相连，状态检测单元分别
与液位控制单元、状态指示单元相连。计量单元和状态检测单元分别
与第二无线通信单元连接。液位检测单元为液位传感器，液位控制单
元为连接在分离器内液路和气路的电动阀。

控制端包括有输入单元15、配置单元13、同步单元12和第一无
线通信单元11。输入单元与配置单元连接，配置单元与同步单元连
接，同步单元与第一无线通信单元连接。第一通信单元与第二通信单
元通过网络相连。

控制端还具有查询和显示功能，还包括有查询单元和显示单元。
输入单元也与查询单元连接，查询单元与同步单元相连接。显示单元
连接在同步单元上。

本实施例系统的工作过程为：操作人员通过输入单元输入各项对
计量装置设定的参数，由配置单元形成配置信息，通过同步单元同步
发送给主机端，由主机端状态检测单元对主机端进行配置。质量流量
单元将采集数据发送给计量单元，计量单元计算出含水率，并将计量
的信息同步给控制端，在控制端显示单元上进行显示。查询单元也可
根据输入单元输入的条件对信息进行查询并在显示单元显示。液位检
测单元实时检测分离器内液位，压力检测单元实时检测分离器内压力，
并分别将检测到信息发送给状态检测单元。状态检测单元根据设定参
数判断液位、压力是否异常，若液位过高或过低，则通过状态指示单
元进行报警，同时控制液位控制单元对液位进行控制。若压力过高，
通过状态指示单元进行报警。

一种油井产出液含水率计量系统控制方法，包括以下步骤：

S1.通过质量流量计单元采集产出液每秒质量总量Mn和混合密
度ρ_mix，其中n＝0，1，2，3…；

S2.计算每秒内质量总量的增量ΔM_n＝M_n-M_n-1；计算每秒内
质量总量从ΔM₁开始计算。

S3.根据混合密度计算含水百分比

w % = ρ m i x - ρ o ρ w - ρ o ]]>

其中ρ_o为油密度，ρ_w为水密度；

S4.计算每秒内流过质量流量计单元的水总量

ΔW_n＝W％*ΔM_n；每秒内流过质量流量计单元的水总量也
是从ΔW₁开始计算。

S5.累计每一秒水总量值

∑W＝ΔW₁+ΔW₂+…+ΔW_n；

S6.累计每一秒质量总量值

∑M＝ΔM₁+ΔM₂+…+ΔM_n

S7.计算产出液含水率

S8.将油井工作阶段进行分级，根据当前计算的产出液含水率所
落在的级别判断油井的工作阶段。

将油井工作阶段进行分级为：根据含水率预先将油井工作阶段分
成若干个等级，每个等级对应一组含水率的上下阈值区间；

本实施例中将油井工作阶段分为3个等级，每个等级对应一组含
水率的上下阈值区间，分别为：

产量上升期[0∶20％)

产量稳定期[20％∶70％)

产量递减期[70％∶98％)

根据当前计算的含水率所落在的区间判断油井的工作阶段，并根
据油井的工作阶段，与以往油井工作阶段相比较，若发生变化则相应
调整油井的工作方案。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本
发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各
样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神
或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了主机端、控制端、计量单元、状态检测单
元等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是
为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加
的限制都是与本发明精神相违背的。