差壓變送器

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新型撬裝式單井三相流量計(jì)量裝置的研制及應(yīng)用原理分析

作時(shí)間:2019-07-05  來源:中石化勝利油田分公司信息化管理中心,荊州市明德科技有限公司  作者:魯玉慶,劉駿,王雄,戴剛,周發(fā)文
   
[摘要]研制了一種新型撬裝式單井三相流量計(jì)量裝置,基本組成包括三相流體積流量計(jì)、差壓變送器、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器、積算與顯示儀表、測試管匯與撬裝座體。撬裝式單井三相流量計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)簡單、方便使用、易于維護(hù),不需要?dú)庖簝上嗷蛴、水、氣三相分離就可實(shí)現(xiàn)三相流量各自準(zhǔn)確計(jì)量。
原油單井計(jì)量對于掌握單井不同開采時(shí)期油井產(chǎn)能、三相含量的變化規(guī)律,調(diào)整、優(yōu)化驅(qū)油與抽油的生產(chǎn)參數(shù),保證穩(wěn)產(chǎn)及增產(chǎn)節(jié)能有十分重要的意義[1~3]。由于各油田原油成分及物性差異大,簡易的兩相或三相分離計(jì)量裝置又很難分離干凈徹底,導(dǎo)致計(jì)量誤差大;而昂貴復(fù)雜的裝置不適合單井現(xiàn)場使用[4~6]。當(dāng)前在用的單井計(jì)量裝置,比如各種氣液兩相分離單井計(jì)量裝置,實(shí)際計(jì)量系統(tǒng)誤差都接近10%[7];而各種稱重罐只能計(jì)量油水混合流量,卻不能計(jì)量含水量、含氣量。為此,筆者研制了一種新型撬裝式單井三相流量計(jì)量裝置。
1 組成特征
研制的新型撬裝式單井三相流量計(jì)量裝置基本組成如圖1所示
 撬裝式單井三相流量計(jì)量裝置基本組成
1)三相流體積流量計(jì)、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器都通過安裝接口安裝在測試管匯上,與輸送的原油相通,積算與顯示儀表有電氣連接;測試管道設(shè)有輸入口、輸出口,并通過設(shè)置的安裝接口將各儀表及截止閥連通成管匯;截止閥安裝在測試管道的原油輸入口后面;積算與顯示儀表置于防爆箱中。
2)測試管匯設(shè)置有垂直于撬體平面的門型管架,其流入立管上隔一定間距設(shè)置差壓變送器的傳感器兩安裝接口,接口距離立管兩端彎曲處大于管子公稱直徑的5倍。
3)測試管匯還設(shè)置有垂直于撬體平面的管架,含水分析儀安裝接口設(shè)置在#高豎直管道的頂端。
4)儀表主機(jī)設(shè)置凈化原油的密度與礦化水的密度,可以讀取并顯示體積流量計(jì)、差壓變送器、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器的測量值,計(jì)算并顯示當(dāng)前油、水、氣三相流的瞬時(shí)體積分?jǐn)?shù)及計(jì)量過程中三相流各自的累計(jì)流量。
2 技術(shù)方案
研制新型撬裝式單井三相流量計(jì)量裝置的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單且不需要進(jìn)行液、氣兩相或油、水、氣三相分離的單井三相流量計(jì)量裝置,可以對油、水、氣三相流分別計(jì)量。為了實(shí)現(xiàn)上述目的,采用如下技術(shù)方案:
1)整個(gè)測試裝置設(shè)置有原油輸入口與輸出口,用于連接井口預(yù)留的測試接口,測試時(shí)作為原油輸送的旁通管道。積算與顯示儀表置于防爆箱中,儀表主機(jī)可以讀取并顯示體積流量計(jì)、差壓變送器、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器的瞬時(shí)值,計(jì)算并顯示當(dāng)前油、水、氣三相流的瞬時(shí)體積百分比及計(jì)量過程中三相流各自的累計(jì)流量。
2)三相流體積流量計(jì)為容積式流量計(jì),設(shè)置在所述裝置的輸入口后面,三相流的總體積為凈原油、礦化水、伴生氣的體積之和。
3)差壓變送器安裝在一截豎直的均勻管道中,用于測試三相流在管中產(chǎn)生的壓差,計(jì)算井口原油的密度。工程上等速流動(dòng)的原油密度計(jì)算式如下:
20190705100734.jpg
式中:Δp為差壓變送器測得的壓差,MPa;g為重力加速度,m/s2;h為差壓變送器的2個(gè)壓力傳感器的安裝中心距離,m;ρz為實(shí)時(shí)測得的井口原油密度,kg/m3。
4)含水分析儀傳感器插入所輸送的原油中,用于測試原油含水率ω。
5)壓力變送器與溫度變送器,用于分別測試計(jì)量時(shí)輸送原油的壓力p與溫度T,校正凈原油的密度及計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的體積。
6)積算與顯示儀表可以是PLC(可編程邏輯控制器)或單片機(jī)開發(fā)的至少具有一路脈沖信號輸入接口、4路4~20mA信號輸入接口、電源輸入口、液晶顯示器及防爆殼體組成的儀表,具有設(shè)置輸入凈原油密度、礦化水密度功能。
積算與顯示儀表計(jì)算瞬時(shí)體積流量的公式為:
20190705100744.jpg
式中:Vs、Vy、Vq分別為礦化水、凈原油、伴生氣的體積,m3;Vz為三相流的總體積,m3;ω為原油含水率,1;ρs為實(shí)驗(yàn)室測得的該井礦化水密度,kg/m3;ρy為實(shí)驗(yàn)室測得的該井凈原油密度,kg/m3。
7)測試管匯至少由輸入接口、輸出接口、連接管道、閥門及在管道上的體積流量計(jì)、差壓變送器、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器安裝接口組成。為了使用、維護(hù)方便,可以設(shè)置若干截止閥、旁通管、清潔氣體快速接頭、廢液出口等。
8)差壓變送器的兩壓力傳感器安裝接口的直管段應(yīng)是垂直設(shè)置的,其內(nèi)徑均勻,具有足夠的長度,其位于壓力傳感器前面的直管長度值應(yīng)大于公稱直徑的5倍,保證流過兩壓力傳感器的流型穩(wěn)定,流速相同。
3 結(jié)語
新型撬裝式單井三相流量計(jì)量裝置,采用現(xiàn)有的通用測量儀器,只需要對管匯結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定設(shè)計(jì)并對流量計(jì)積算與顯示儀表進(jìn)行二次開發(fā),就能夠?qū)尉瓦M(jìn)行不分離直接計(jì)量,其三相流量計(jì)量系統(tǒng)誤差小、結(jié)構(gòu)簡單、制造與使用成本較低,具有很好的市場前景。
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