创新的油井产量计量技术

SAGD单井注采调配计量撬的研制与应用

文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:22 发布时间:2018-05-09
本文研究了目前常用计量技术和存在的问题,结合现场实际情况和用户需求,研发了一套单井注采调配计量撬,实现了SAGD单井的精准计量,完成了相关采集工作,完善蒸汽注入计量与调节控制以及改进采出液控制方式,不但能简化工艺流程,免建中间计量站,而且通过对SAGD单井的注气量、单井产液量等数据的实时检测和全自动控制实现SAGD井集中监控、远程操控和精细调控。
创新的油井产量计量技术

计量技术研究

油井产量计量是油井管理的一项重要工作。原油的准确计量与油田各生产单位效益息息相关,直接影响油井的精细调控。目前国内油田原油产量计量方法主要有玻璃管液面计量油、示功图量油和翻斗称重量油等。

玻璃管量油采用连通器原理,在分离器上安装一根与分离器构成连通管的玻璃管液面计,分离器内一定质量的油将水压打到玻璃管内,根据玻璃管内水上升的高度与分离器内油量的关系得到分离器内油的质量,从而测得玻璃管内液面上升高度所需要的时间,折算出油井产量。此方法在稀油计量应用较多,对稠油的计量却比较困难,由于稠油油气比低、产气量少,压液面非常困难。

功图量油通过地面示功图来推算地下生产情况,同时考虑泵挂深度、杆柱组合、气液比、出砂情况和油品性质等边界条件得到井下泵功图,然后应用泵功图识别技术来计算油井产液量。SAGD井的工况始终处于不断变化的状态,生产阶段不固定,在现实生产中的油井产量标定周期不适应油井的不定期变化,因此应用该技术存在较大计量误差。

翻斗计量是在计量罐中装两个小型翻斗,井口来液先进入其中一个翻斗,当翻斗内液体达到设定重量时翻斗翻转,然后来液进第二个翻斗,依次循环,翻斗每翻转一次记数器记一次数,实现单井产液计量。在实际计量过程中,气体会对翻斗产生冲击,使翻斗在未收集满液体的情况下发生侧翻,致使计量出的数据波动大,存在误差。

目前大部分计量装置均采用多通阀的选井计量方式,一套计量装置分时计量多井产量,产液量为计量时间段内累计量计算得出,是计算平均值,不能根据现场生产情况变化及时反映产量变化,不能实现连续计量。

计量撬整体结构

针对目前常规计量技术存在的问题,结合现场已有设备的具体情况,在稠油生产现场开展自动计量装置的试验,可以满足SAGD生产计量需求,提高计量精度。

现场SAGD井组配套有4套数据采集与控制系统,分别是井口数据采集系统、井下数据采集系统、抽油机控制系统以及蒸汽计量与控制系统。采出液计量均采用“称重式计量仪+多通阀”的轮井翻斗计量方式,井组采用的油嘴均为手动可调油嘴,油嘴生产口径变更均需通过人工手动操作实现,无法及时进行自动调节。4套系统相互独立,数据从不同系统采集,协调性差,不便于管理集中管理和数据分析。

本次研制计量撬在原SAGD井工艺流程基础上规范地面工艺布局、简化流程,按照模块化设计,橇装化集成,整合原有的4套数据采集系统,在注采调配计量撬内实现井口温压数据采集、井下温压数据采集、抽油机数据采集与控制,将现场手动调节阀更换为自动调节阀完成蒸汽注入自动调控,更换自动可调油嘴并在计量撬内部完成采出液计量。计量撬工艺模型布局如图1所示。

关键技术研究

计量装置主要由管道式汽液分离器、自力式液位跟踪调节阀和质量流量计组成。单井产液首先进入高效液力旋流子进行汽液充分分离,蒸汽经过气体管路和液位跟踪调节阀汇入生产管汇,分离后的经过质量流量计计量,再通过液位跟踪调节阀汇入生产管汇。

本计量撬所使用的计量分离器突破常规沉降分离器设计的约束,在常规的容器中设置高效气液分离装置,形成高效气液旋流分离技术。相互独立设置的气液分离装置主要由旋流器、折流板捕雾器和稀气筒组成,其中旋流器又分别由液力旋流子和气流旋风旋流子构成,单井来液首先进入第1级液力选流子,液流利用自身压力和旋流片产生离心力使气液得以充分分离。分离出的气体从中心管上升进入第二级气流旋风旋流子,使得气体中夹带的少量的液滴得到充分分离,液流经过旋流器锥壁进入稀气筒,同样液流中夹带的少量的气泡沿稀气筒柱向通过通气孔溢出。气、液通过2次分离,确保了液流的计量精度。

油井产出液中,会携带大量的高温蒸汽。汽液经管道式分离器分离后,为保障产液的准确计量和蒸汽通道畅通,需通过自力式液位跟踪调节阀对分离器液位进行动态跟踪调节。

系统功能

 本次研制计量撬已经应用于现场SAGD单井的生产计量监控。计量撬的系统功能如下:

1、数据采集

井口数据主要包括生产井和注气井主管、副管和套管温度压力等,本计量撬采用无线的方式采集井口数据,使用无线仪表替换原有的有线仪表,减少了现场施工量,同时也能够减少日后系统的维护工作。仪表通过ZigBee方式采用Modbus协议与计量撬通信,完成数据采集。

井下数据包括12个井下温度和1个井下压力,现场采用多通道温压存储器显示记录仪加毛细管测压、热电偶测温的方式,测量生产井井下压力与温度。计量撬利旧采集仪表增加数据采集模块,直接从仪表中读取井下压力和温度。

抽油机控制器能采集SAGD单井示功图、负荷、电机频率和三相电参数,同时还具备远程起停控制、频率设置和故障诊断等功能。原抽油机控制器已经具备完整功能,采用在SAGD井组抽油机控制柜中增加ZigBee无线通信模块,与计量撬进行通信,将抽油机控制器数据以标准Modbus协议传送至计量撬中。

2、蒸汽注入量调节与控制

计量撬采用电动调节阀对注入蒸汽流量精细调配,采用锥形孔板流量计对注入蒸汽流量精确计量。注采工艺主要包括循环预热和正常生产两个阶段,循环预热阶段采油井和注汽井均主管注汽、副管排液,正常生产阶段注汽井主、副管同时注汽,采油井采用主、副管同时采油。注汽站来蒸汽分两路进入调配装置,每一支路都安装一体化锥形孔板蒸汽流量计与电动调节阀。电动调节阀对注入蒸汽流量精细调配,根据设定的流量值控制电动调节阀进行PID调节,调节注入的蒸汽量。

3、采出液计量控制

计量装置对单井产量进行计量,将现场手动油嘴更换为自动可调油嘴,根据单井产液量的变化、井口排液压力和井下温度等参数的变动来实现可调油嘴的自动调节。从中控室设定产量,通过控制油嘴的开度达到控制流过质量流量计的瞬量,进而控制日产量稳定。

采出液计量控制原理

4、数据上传和远程控制

计量撬整合现场井口、井下和抽油机数据采集系统,可以优化蒸汽注入调节和控制功能,实现采出液自动计量和调节。通过4G网络将数据上传到中控室生产管理系统,同时接收生产管理系统控制指令。数据通信如图5所示。

中控室生产管理系统可以实时查看井口、井下、抽油机和蒸汽注入和计量数据等,并且能够远程启停抽油机、设置蒸汽注入量和采出液流量。  

结语

计量撬的研制与现场应用通过对井口控制设备的集成,减少井口控制设备的数量,降低单井配套设备的成本。智能化无线仪表数据准确性满足生产管理的需求,现场采用无线通信,中控室采用4G通信减少了设备故障率,提供了生产管理效率。

计量撬集成自动计量功能将原来计算结果的方式转变为准确计量的方式,提高了计量的精度,减少操作人员排井计量工作量,降低了劳动强度。将现场需手动调节的参数转换为远程调整,将需要人工判断的调节参数转换为自动闭环控制,并进行人工把控。既提高了井口控制的及时性,又解决了人工效率低的问题。 

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