油田单井液气免分离自动计量装置.pdf

本实用新型公开了一种利用流量计实现三级计量的油田单井液气免分离自动计量装置。在过滤器上部设置采出物输入口，在过滤器内的输入口端部设置单流阀，过滤器内设置过滤筒，过滤器底部设置排污封盖；过滤器下部连接输油管，输油管沿采出物流向依次设置连接流量计A、温度传感器、单流阀，单流阀底部连接装置输出控制阀门；过滤器顶部连接压力安全阀，压力安全阀的输出端通过旁通输油管与单流阀的顶部连接；连接流量计A与单流阀的输油管侧壁设置连接小量程流量计B；流量计B输出端通过三通管件分别连接取样阀门及流量计B的控制阀门，流量计B控制阀门输出端连接旁通输油管；在旁通输油管的侧壁另设置回压压力传感器及其仪表阀；在过滤器上部侧壁设置过滤器压力传感器及其仪表阀。

1.  一种利用流量计实现油井三级计量的油田单井液气免分离自动计量装置，其特征是，在过滤器上部设置采出物输入口，于过滤器内的输入口端部设置单流阀，过滤器内设置过滤筒，过滤器底部设置排污封盖；过滤器下部连接输油管，该输油管沿采出物流向依次设置连接流量计A、温度传感器、单流阀，单流阀底部连接装置输出控制阀门，过滤器顶部连接压力安全阀，压力安全阀的输出端通过旁通输油管与单流阀的顶部连接；在连接流量计A与单流阀的输油管侧壁设置连接较小量程与流量计A计量方式一致的流量计B的管路，该管路的端部应探入输油管内的接近中心部位，流量计B的输出端通过三通管件分别连接取样阀门及流量计B控制阀门，流量计B控制阀门输出端连通接旁通输油管；在旁通输油管的侧壁另设置回压压力传感器及其仪表阀；在过滤器上部侧壁设置过滤器压力传感器及其仪表阀；流量计B与输油管1连接的管线的端部应探入输油管内的接近中心部位。

2.  一种利用流量计实现油井三级计量的油田单井液气免分离自动计量装置，其特征是，在过滤器上部设置采出物输入口，于过滤器内的输入口端部设置单流阀，过滤器内设置过滤筒，过滤器底部设置排污封盖；过滤器下部连接输油管，输油管沿采出物流向依次设置连接流量计A、温度传感器、单流阀，单流阀底部连接装置输出控制阀门；过滤器顶部连接压力安全阀，压力安全阀的输出端通过旁通输油管与单流阀的顶部连接；在连接流量计A与单流阀的输油管侧壁设置连接小量程与流量计A计量方式一致的流量计B的管路，该管路的端部应探入输油管内的接近中心部位；流量计B的输出端串联接取样阀门；在旁通输油管的侧壁设置回压压力传感器及其仪表阀；在过滤器上部侧壁设置过滤器压力传感器及其仪表阀；流量计B与输油管连接的管线的端部应探入输油管内的接近中心部位。

油田单井液气免分离自动计量装置
技术领域
本实用新型属于油田开采过程中单井产量计量技术领域，更具体地说，是一种利用流量计通过流量对比的方法进行油田单井动态计量的装置。
背景技术：
目前，在油气田的开采过程中，普遍采用计量间周期性连续量油，来实现油田单井产量计量。然而为了实现油田的自动化管理，优化、简化地面系统——打破计量间，省去建站成本并降低管理与维护成本。但是对单井的原油产量的计量成为一个重大难题，因为打破计量间后对开采物的流量、气油比等有关产量的重要的参数将很难得到较为准确的数据。由于井场的特殊性，打破计量间后大型的液气分离计量设备不可能装到井场上去，更不可能每井一台，至使难以实现较为准确的单井计量。尤其是刚开采的新井，为了掌握其生产动态，分析出油层的变化情况，为科学地制定油田开发方案提供依据，准确的单井计量又是必不可少的。由于没有统一、标准的计量工具，给油气生产带来诸多不良因素，也对于油气生产中的规范、系统、科学的生产与管理带来诸多难题。然而，要实现油田的地面优化、简化、自动化、数字化等科学管理也必须首先解决单井计量问题。可见实现单井计量的重要性。然而，目前能实现单井计量的方法有质量流量计、功图量油法、压差量油法等。首先质量流量计成本过高对于单井量油不适用，功图量油及压差法量油其准确的前提是首先要已知该井的准确的气油比再来计算，打破计量间后气油比何来？否则会误差很大，同时，功图法量油不适用于连喷带抽的抽油机井；压差量油法必须于井口安装一个限压装置制造压差，然而，由于这个压差会给井下带来极大的能量消耗与产量损失，然而，这种方法正恰恰适用于具有高产能力的自喷井、电泵井、螺杆泵井，况且其计量的稳定性及可靠性有待改进。且油井的气油比的确定也比较困难。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术中不能利用流量计对生产油井直接计量的难题，提供一种利用流量计实现油井三级计量的油田单井液气免分离自动计量装置。
本实用新型提供一种油田单井液气免分离自动计量装置，通过下述方案予以实现。
方案一、在过滤器上部设置采出物输入口，于过滤器内的输入口端部设置单流阀，过滤器内设置过滤筒，过滤器底部设置排污封盖；过滤器下部连接输油管，输油管沿采出物流向依次设置连接流量计A、温度传感器、单流阀，单流阀底部连接本装置输出控制阀门；过滤器顶部连接压力安全阀，压力安全阀的输出端通过旁通输油管与单流阀的顶部连接；在流量计A与单流阀之间连接的输油管侧壁连接设置与流量计A计量方式完全相同的小量程的流量计B，流量计B的输出端通过三通管件分别连接取样阀门及流量计B控制阀门，流量计B控制阀门输出端连通接旁通输油管；在旁通输油管的侧壁另设置回压压力传感器及其仪表阀；在过滤器上部侧壁设置过滤器压力传感器及其仪表阀；流量计B与输油管连接的管线的端部应探入输油管内的接近中心部位。
方案二、在方案一的基础上取消流量计B通过三通管件分别连接取样阀门及流量计B控制阀门，流量计B控制阀门输出端连通接旁通输油管的设置，改为流量计B的输出端串联接取样阀门，其他设置与方案一完全相同。
本实用新型具有以下有益效果：
1、通过实时的产量、压力等的监测可随时了解每一口生产油井工矿、动态、井下变化、现场警情等，及时地发现并制止危险发生，减少损失。这是其他量油法所无法比拟的。
2、最大限度地实现了液气混合介质中液量的有效计量，为实现单井独立液量计量产量提供了理论坚定、可靠、有效的保证。
3、本实用新型可与其它井口数据采集系统一起与远传设备对接实现数据远传，从而实现油田真正意义上的自动化、数字化管理。
4、本实用新型计量方式独特可靠，经得起推敲与考验，并且结构简单、造价低廉，不足同类国外先进计量设备成本的百分之一，且安装方便，易于推广。其性价比及功效远远高于对方。
5、本实用新型便于维护与保养，可以简化井口仪表设备，可根本解决井口仪表防盗问题。
6、本实用新型可以适用于各种类型的油气井，同时不会对原有的生产产生影响。
7、本实用新型的成功为实现油田开采中地面工艺流程简化、优化、自动化提供可靠的计量设备，为实现真正意义上的数字化油田提供保障。尤其是新开采的新井，为掌握其生产动态，分析出油层的变化情况，为科学地制定油田开发方案提供依据，本实用新型应为首选。
8、本实用新型的成功将推动油田的自动化、数字化进程，将人们的思想从单井的三相流不能通过简单设备精确计量中解放出来，给人们在各个领域以更多启示。
9、利用本实用新型不但可以获得单位时间的产液量，还可得到单位时间的产油量、单位时间的产气量、气油比等重要的油井参数。
附图说明
图1是实施本实用新型的结构原理图
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
如图1所示，过滤器1的输入口15利用螺栓连接油井井口的输出端，过滤器1的壳体内上部有一活动的单向阀13，其下部是与壳体活动连接的滤筒2，滤筒2被排污口封盖3紧紧压在壳体内，排污口封盖3与过滤器底部法兰通过螺栓连接；过滤器下侧壁的输出端法兰与流量计A4的法兰通过螺栓紧固连接，流量计A的输出端通过输油管与单向阀14连接，在输油管的侧壁设置温度传感器19，并在输油管的侧壁设置依采出物流向串连接的流量计B5、三通管件、流量计B的控制阀门7，三通管件的中通接取样阀门6，使取样阀门与流量计内液体的流向成90度位置；流量计B的控制阀门7的输出端与单向阀14的输出端连通旁通管线20连接；过滤器1的顶部通过法兰与压力安全阀12由螺栓紧固连接，压力安全阀12通过旁通管线20与单向阀14的输出端连接，在旁通管20的侧壁设置回压采集控制仪表阀8及其回压传感器9；在过滤缸1的上部侧壁设置过滤缸压力传感器10及其压力采集控制仪表阀11；单向阀14的输出端与装置输出端控制阀门16对接。
首先，将油井采出物由装置输入口通过单流阀13后进入过滤筒进行过滤，使过滤筒将固体杂质过滤后，液气混和体流经流量计A，再流经单流阀14后通过油井回压管道控制阀门被输往二级计量站或一级计量站。由流量计A记录单位时间内生产状态下的油井输油管道内液气混合状态的采出物流量。在流量计A与单流阀14之间的管线的侧壁依采出物流向依次水平设置较小量程精确度较高且与流量计A计量方式一致的流量计B、取样阀门、流量计B控制阀门，并使流量计B控制阀门的输出端与单流阀14的输出端管线对接，从而使流量计B、取样阀门、流量计B控制阀门串联后与单流阀14组成并联管路；过滤筒的上端外侧壁设置仪表阀及其压力表或压力传感器，用以监控过滤筒内的压力，一旦过滤筒内的杂质过多堵塞输油管路，使过滤筒前的井口压力升高到一定极限时，安装于过滤筒上部的压力安全阀自动打开，从而接通安全阀与单流阀14输出端的旁通管路，从而实现安全生产；在安全阀的旁通管路上设置回压采集仪表阀及其回压压力表或压力传感器，通过两压力表的压力显示可直观的了解过滤筒的堵塞状况；在流量计A与单流阀14之间的管线的侧壁再设置温度传感器，用以监测采出物温度。
二、本实用新型的工作原理：
本实用新型的有效计量是靠装置上的液体流量计A与液体流量计B通过取样的方法来实现的。日常的流量计量是由流量计A来完成的，而流量计B只是在取样时工作，流量计A与流量计B的结构及工作原理、计量方式、工作环境及工作状况是完全相同的，所以保证了它们分别计量的一致性与可比性，即：取样过程中分别流过它们的介质是相同的。从而保证了对比计量的理论充分、依据可靠、数据真实可信。取样时对样品的流量计量是由流量计B在取样的过程中完成的。虽然取样是间断的，可能是每天取样一次，也可能是几天取样一次，(取样次数的繁简要根据每口井的实际生产及稳定状况而定)每次取样流量计B不可能做到很精确，总会产生一定的偏差，但是每次取样至下次取样流量计B的流量值是连贯的，所以，一个月中因取样流量计产生的累计流量值及一个月中取样所得累计液体的质量的比值会把这个偏差抵消掉，所以，最终得到的月累计产液量更加的精确。可见流量计B的控制阀门应该始终是关闭的。然而，当环境温度较低时，由于流量计B的内径较小且其内的液体长时间的停止流动而被冻结，为了防冻的需要，在气温较低的条件下不得不把流量计B的控制阀门处于常开状态，使流量计B内的液体始终是流动的，只有在取样时才关闭该控制阀门，从而解决流量计防冻问题。为此流量计B应设计为能显示的两种模式：常温模式及防冻模式，这两种模式可受外部控制来进行切换，在流量计常温模式时，流量计B的控制阀门始终是关闭的，每次取样完毕，流量计B自动上传累计的流量值；防冻模式时，流量计B控制阀门始终是开启的，取样前须首先关闭该阀门再进行取样，每次取样完毕，流量计B自动上传因本次取样流量计B所产生的本次取样的流量值。
取样前先观察判断流量计的工作模式，如果是在防冻模式下取样，则首先关闭流量计B的控制阀门，用一小磁铁隔流量计B的显示板的玻璃罩吸一下流量计B内的的磁控开关位置，这时流量计B的显示即刻归零，再打开取样阀门取样，于是，管道内的采出物会先流经流量计A后，部分流过流量计B，流经流量计B的流体由取样口流出；如果是在常温模式下取样，则直接用取样桶对准取样口打开取样阀门取样即可；(对于抽油机井的取样要在数个整冲次内完成，即在抽油机下止点时开始取样，并要在下止点时结束取样；对于连续上液的自喷井、电泵井、螺杆泵井等只要保证在一定的时间内匀速取样即可。样量一般控制在2千克左右。)于是所得到的液体样品与被一起释放到空气中的气体在管道内生产状态下的容积被流量计B记录下来，这里将这个流量值称为V，这个流量值同时又是所得液体的容积与被释放掉的气体在被取出管道前在生产状况下的容积的和；另一流量计A，(该流量计要与流量计B选型一致，目的在于计量混合物时产生的偏差的一致性及可比性，)用以记录生产油井的生产管路的采出物流量，将单位时间的油井生产管道流量值称为Q，由于两流量计选型的一致性，同时，Q与V几乎捕捉的是同种生产状态下的同种介质，所以它们的含液率是一样的，所以，在产生Q流量的单位时间内的实际产液质量m_产液、该流量Q、所得样品质量m、因取样管道内损失的流量V之间的关系是：m/V＝m_产液/Q于是，可得到该单位时间的产液量，这样的计量方法会产生一定的误差，但其误差值完全可以控制在三级计量允许的上下3％的范围。同理通过对样品液体的分析可得到样品中含油的质量，从而可得到该单位时间的实际产油量，同理还可得到生产状态下的产气量及气油比等有关产量的参数。这些参数是通过取样过程中输油管道流失的流量，即取样流量与该生产状态下的输油管道的流量对比而得到的，所以称之为流量对比计量法。通过流量对比排除了气体对液量计量的干扰。这样的取样周期一般为二十四小时，通过掌握每口井的规律可适当增减取样周期时间。这种类推的方法在许多领域都有应用，当主体无法判定时可采取判定相同条件下的个体的方法，通过易于判定的个体来推定主体；它与对于大功率用电器电量的计量采用电压互感器或电流互感器的计量方法基本相同。
第三、数据自动采集处理传输系统。取样完毕，监控和数据采集系统便会自动采集本次取样所流经流量计B的流量值V(或累计流量值，这要根据其工作模式而定)，并将该值通过GPRS数据传输系统传递给远程终端装置(RTU)，RTU会自动存储；通过人工取样及对样品的测量，得到该样品液体的质量m与其容积V_样液，并人为的将该m值与V_样液值通过掌上电脑输入RTU，RTU在得到特定的人为输入的这两个量后，便会自动存储，RTU通过监控和数据采集系统传来的流量计A的最新数据，依据流量对比原理：m_产液/Q＝m/V自动计算出至当时的累计产液量、累计产油量、气油比等有关产量的数据，则其后的产量计量RTU会以它为准来计算直至下次取样完毕输入新的数据。一个月内的产量累计值即为本月的月产量，RTU会自动记忆存储本月份的月产量，从下一个月的第一天开始RTU便自动重新开始累计产量直至月底得到该月的月产量后，又开始重新累计计量下个月的产量，一个季度计算存储一次季度产量，一年计算存储一次年产量，如是往复。监控和数据采集系统(SCADA)每经过1分钟便自动采集一次流经流量计A的流体所产生的历史累计流量值、流量计B的显示值、回压压力值、温度值及过滤缸内的压力值，并通过两流量值的变化、管道回压、过滤缸压力、上液温度等参数变化，自动检测判断上液状况及油井工作状况及现场警情，自动通过GPRS无线数据传输系统将异常状况或警情随时传递给远程终端装置(RTU)，由RTU通过网络发送到指定的用户终端的监控电脑上，并通过文字、声、光等手段不停报警，直至警情解除，并记录处理结果后警情方自动解除；在正常状况下，监控和数据采集系统每经过一小时将自动采集到的最新的流量计A、流量计B的历史累计流量、管道回压、井口温度、井口压力等参数传递给RTU，RTU会随之更新数据。RTU将这些生产信息通过网络发布到经过授权的用户的电脑上。用户通过网络便可随时查询每一口安装了本系统的油井的生产信息及工况。
本实用新型的成功打破了目前摆在油气开采过程中生产油井的液气混合介质不能通过流量计准确计量的难题，打破了单井难以实现准确计量的现状，为油气生产中提供规范、系统、统一、可靠的计量工具找到了捷径，对促进油气开采的合理性生产与投入、科学性管理、系统化调度具有重大而又深远的意义。