油井差压法计量装置.pdf

一种完成油井采出液中油、气、水三相计量的油井差压法计量装置。主要解决油田现有计量装置难以实现对油井采出液中油、气、水三相含量精确计量的问题。其特征在于：所述计量装置还包括一个数据采集控制器和一个可编程序控制器，所述数据采集控制器与可编程序控制器之间采用双向信号流联结；下罐体内由上至下顺序固定有液位上限开关、双法兰差压变送器以及液位下限开关，由所述数据采集控制器输出的排气、进液、排液控制信号作为相应电磁阀的控制信号，由所述高液位限位开关、液位上限开关、双法兰差压变送器以及液位下限开关输出的信号分别输入到所述数据采集控制器的相应数据采集端。具有可精确测量出油井采出液中油、气、水三相含量的特点。

1.  一种油井差压法计量装置，包括一个由连通的上罐体(12)和下罐体(4)形成的圆柱形封闭罐体，其特征在于：
所述计量装置还包括一个数据采集控制器和一个可编程序控制器，所述数据采集控制器与可编程序控制器之间采用双向信号流联结；
所述上罐体(12)内腔的中部安装有一个除沫器(3)，该除沫器将上罐体(12)分隔成上、下两部分，其中上部分开有一个排气管道接口(1)，下部分开有一个进液管道接口(2)，所述上罐体(12)和下罐体(4)的连接处固定有一个高液位限位开关(5)，下罐体(4)内由上至下顺序固定有液位上限开关(6)、双法兰差压变送器(7)以及液位下限开关(8)，所述下罐体(4)的底部开有排液管道接口(10)；
所述排气管道接口(1)、进液管道接口(2)、排液管道接口(10)分别通过连接管与排气控制电磁阀(F2)、进液控制电磁阀(F1)、排液控制电磁阀(F3)相连接，由所述数据采集控制器输出的排气、进液、排液控制信号(S7，S1，S8)分别作为上述相应电磁阀的电气控制信号连接至控制信号输入端，由所述高液位限位开关(5)、液位上限开关(6)、双法兰差压变送器(7)以及液位下限开关(8)输出的高限信号、液位上限信号、差压信号、液位下限信号(S3，S4，S5，S6)分别输入到所述数据采集控制器的相应数据采集端。

2.  根据权利要求1所述的油井差压法计量装置，其特征在于：所述进液控制电磁阀(F1)为三通阀。

3.  根据权利要求2所述的油井差压法计量装置，其特征在于：所述高液位限位开关(5)为浮球开关。

4.  根据权利要求3所述的油井差压法计量装置，其特征在于：所述液位上限开关(6)和液位下限开关(8)均采用可发出计时脉冲信号的红外传感器。

油井差压法计量装置
技术领域：
本实用新型涉及油田上应用的一种计量装置，尤其是涉及一种利用差压法完成油井采出液中油、气、水三相计量的装置。
背景技术：
油井采出液是由油、气、水三相组成的混合流体，这种混合流体，对于不同的油田、不同的区块、不同的油井来说，各相所占的比例是不同的，各相所占的比例会随井下情况、采油参数、输油参数的变化而不停地发生变化。因此，对于这种油井采出液的准确计量一直是油田计量工作的难题。现在各油田普便使用的计量方法主要有：1、分离器玻璃管计量；2、三相流量计计量；3、翻斗式计量等三种计量方式，这些计量装置都比较古老，技术上比较陈旧。目前随着油田已经进入高含水开发后期，使用上述计量方法以及装置进行油气水三相计量主要存在以下问题：1、油井产液量普遍波动较大，低产油井存在产液间歇现象，靠人工短时计量很难得出真实的产量。2、油井产量波动大，导致伴生气产量波动也较大，孔板配双波纹管差压计等测气方法已不能适用。3、由于油井产液中的砂和杂质增加，含水率高又使仪表易结垢，齿轮流量计、腰轮流量计已不适用。4、由于产液含水率高，有大量游离水存在，因此，人工取样随机性较高，很难取得真实、稳定、准确的含水率值。
实用新型内容：
为了解决油田现有计量装置难以实现对油井采出液中油、气、水三相含量精确计量的问题，本实用新型提供一种油井差压法计量装置，该种油井差压法计量装置利用差压法原理能够精确测量出油井采出液中油、气、水三相的含量，并且采用可编程序控制器可实现对油井采出液的实时监控测量以及远程数据传输。
本实用新型的技术方案是：该种油井差压法计量装置，首先包括一个由连通的上罐体和下罐体形成的圆柱形封闭罐体，以及一个数据采集控制器和一个可编程序控制器。所述数据采集控制器与可编程序控制器之间采用双向数据流联结，所述上罐体内腔的中部安装有一个除沫器，该除沫器将上罐体分隔成上、下两部分，其中上部分开有一个排气管道接口，下部分开有一个进液管道接口，所述上罐体和下罐体的连接处固定有一个高液位限位开关，下罐体内由上至下顺序固定有液位上限开关、双法兰差压变送器以及液位下限开关，所述下罐体的底部开有排液管道接口。
所述排气管道接口、进液管道接口、排液管道接口分别通过连接管与排气控制电磁阀、进液控制电磁阀、排液控制电磁阀相连接，由所述数据采集控制器输出的排气、进液、排液控制信号分别作为上述相应电磁阀的电气控制信号连接至控制信号输入端，由所述高液位限位开关、液位上限开关、双法兰差压变送器以及液位下限开关输出的高限信号、液位上限信号、差压信号、液位下限信号分别输入到所述数据采集控制器的相应数据采集端。
本实用新型具有如下有益效果：由于采取上述方案进行油、气、水三相流的计量，是通过双法兰差压变送器检测出确定高度的液柱所产生的静压差，该信号经数据采集器送至可编程序控制器处理，此时便可根据所测单位时间进入计量装置中液体量的多少计算出混合液的日产液量、同时按照差压法根据所测出的液柱静压差计算出含水率、产油量、产水量，由此实现对油、气、水三相流的精确计量。此外，整个计量过程由可编程序控制器在预先输入程序的控制下不间断的循环扫描进行，因此可以实现对油井采出液的实时监控测量，克服了油井产液量波动而带来的难以实时测量的问题。应用本装置，整个计量过程的控制和结果计算都可以由数据采集控制器和可编程序控制器协同作用实现数据远程传送，提高了岗位员工的工作效率。
附图说明：
图1是本实用新型的结构示意图。
图中1-排气管道接口，2-进液管道接口，3-除沫器，4-下罐体，5-高液位限位开关，6-液位上限开关，7-双法兰差压变送器，8-液位下限开关，9-排污口，10-排液管道接口，11-生产汇管，12-上罐体，S1-进液控制信号，S2-压力信号，S3-高限信号，S4-液位上限信号，S5-差压信号，S6-液位下限信号，S7-排气控制信号，S8-排液控制信号，F1-进液控制电磁阀，F2-排气控制电磁阀，F3-排液控制电磁阀。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
由图1所示，该种油井差压法计量装置，包括一个由连通的上罐体12和下罐体4形成的圆柱形封闭罐体，以及一个数据采集控制器和一个可编程序控制器，所述数据采集控制器与可编程序控制器之间采用双向数据流联结。对于数据采集控制器，可以采用HYHLONWORKS型智能控制器，对于可编程序控制器，可以采用德国西门子生产的S7系列可编程序控制器。
罐体的具体结构如下：在所述上罐体12内腔的中部安装有一个除沫器3，该除沫器将上罐体12分隔成上、下两部分，其中上部分开有一个排气管道接口1，下部分开有一个进液管道接口2，所述上罐体12和下罐体4的连接处固定有一个高液位限位开关5，下罐体4内由上至下顺序固定有液位上限开关6、双法兰差压变送器7以及液位下限开关8，所述下罐体4的底部开有排液管道接口10。所述排气管道接口1、进液管道接口2、排液管道接口10分别通过连接管与排气控制电磁阀F2、进液控制电磁阀F1、排液控制电磁阀F3相连接，由所述数据采集控制器输出的排气信号S7、进液信号S1、排液控制信号S8分别作为上述相应电磁阀的电气控制信号连接至控制信号输入端，由所述高液位限位开关5、液位上限开关6、双法兰差压变送器7以及液位下限开关8输出的高限信号S3、液位上限信号S4、差压信号S5、液位下限信号S6分别输入到所述数据采集控制器的相应数据采集端。
在这里我们实际完成时，可以考虑将所述进液控制电磁阀F1采用三通阀，而高液位限位开关5采用浮球开关，液位上限开关6和液位下限开关8均采用可发出计时脉冲信号的红外传感器。
使用本装置时，首先将该井倒入计量流程，启动计量程序，此时进液控制电磁阀F1开向本计量装置，根据其功能，我们也可以将其称为分离器，此时，排液控制电磁阀F3关闭，排气控制电磁阀F2打开。液体开始进入分离器，在除沫器的作用下，按照韦勃效应原理气液开始分离。由于液体沉降，气体上升，液位由分离器底部开始上升。当液位升至液位下限开关8所在的位置点时，红外传感器发出启动计时脉冲信号，开始计时。当液位升至液位上限开关6所在的位置点时，红外传感器发出停止计时脉冲，计时结束，同时进液控制电磁阀F1开向生产汇管，停止进液。5-7秒后，待液位稳定下来，双法兰差压变送器7检测出确定高度的液柱静压差后送出高精度的差压数据，这一数据经数据采集器送至可编程序控制器进行处理，此时便可根据所测单位时间进入分离器的液体计算出混合液的日产液量、同时根据所测出的液柱静压差计算出含水率、产油量、产水量。
具体计算原理如下：
为测量0～3m，实际测量范围1.5～2.0m，差压变送器应选用0～30kPa量程。
V(m³)＝1/4πD²H＝πR²H    (1)
Δt(秒)＝t₂-t₁            (2)
F_液(m³)＝86400/Δt×V     (3)
P₁＝h₁×d  P₂＝h₂×d
ΔP＝P₂-P₁＝d(h₂-h₁)＝d×h(4)
d＝(d₁×V₁+d₂×V₂)/(V₁+V₂)(5)
a＝d₁×V₁/(d₁×V₁+d₂×V₂) (6)
由(5)：(d₁×V₁+d₂×V₂)＝d×(V₁+V₂)
d₁×V₁+d₂×V₂＝d×V₁+d×V₂
V₁(d₁-d)＝V₂(d-d₂)
V₁/V₂＝(d-d₂)/(d₁-d)  V₂/V₁＝(d₁-d)/(d-d₂)
由(6)：a＝d₁×V₁/d×(V₁+V₂)
＝d₁/d×(1+V₂/V₁)
＝d₁/d×[1+(d₁-d)/(d-d₂)]
＝d₁/[d×(d-d₂+d₁-d)/(d-d₂)]
＝d₁/[d×(d₁-d₂)/(d-d₂)]
＝d₁×(d-d₂)/d×(d₁-d₂)
＝(d₁×d-d₁×d₂)/(d×d₁-d×d₂)
a＝d₁×(d-d₂)/d×(d₁-d₂)    (7)
由(4)：d＝ΔP/h
代入(7)：a＝d₁×(ΔP/h-d₂)/[ΔP/h×(d₁-d₂)]
＝d₁×(1-h×d₂/ΔP)/(d₁-d₂)
设：k＝d₁/(d₁-d₂)
则：ρ＝k×(1-h×d₂/ΔP)  (8)
F_油＝ρ×F_液              (9)
F_水＝F_液-F_油＝F_液(1-a)    (10)
公式中：V-混合液体计量体积(m³)
H-计量体高度(m)
Δt-计量累计时间(秒)
t₁-液位下限开关闭合时(计量起始时间)
t₂-液位上限开关闭合时(计量结束时间)
F_液-日产液计算量(m³)
d-混合液体比重(kg/m³)
d₁-水比重(kg/m³)
d₂-原油比重(kg/m³)
V₁-水体积(m³)
V₂-原油体积(m³)
h₁-差压变送器低端安装位置(m)
h₂-差压变送器高端安装位置(m)
h-被测混合液体高度(m)
ΔP-差压值(kPa)
ρ-含水率(％)
F_油-日产油计算量(m³)
F_水-日产水计算量(m³)
液体计量结束后，关闭排气控制电磁阀F2，打开排液控制电磁阀F3排液，此时可进行产气量的计量。