1．哈爾濱工業(yè)大學(xué)控制科學(xué)與工程系，哈爾濱 150001；2大慶油田公司質(zhì)量安全環(huán)保部，黑龍江大慶 163453 　　[摘要]文章闡述了計(jì)量間、單井計(jì)量車和新型智能多相流量計(jì)等多種油井計(jì)量方法，分析了分離器、流量計(jì)和相含率檢測(cè)三個(gè)方面關(guān)鍵技術(shù)，提出了油井計(jì)量關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向。 　　[關(guān)鍵詞]油井計(jì)量：分離器：流量計(jì)：相含率檢測(cè) 　　油井生產(chǎn)過(guò)程中形成油、氣、水三相流動(dòng)，油井計(jì)量的任務(wù)是動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)油井的產(chǎn)液量、產(chǎn)油量和產(chǎn)氣量，并通過(guò)產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)分析得知井下油藏地質(zhì)情況變化和生產(chǎn)異常，為生產(chǎn)決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，需要測(cè)出油、氣、水三相的分相流量，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求計(jì)量準(zhǔn)確度為±10％。 　　1 油井計(jì)量方法 　　油井計(jì)量有計(jì)量間計(jì)量、翻斗計(jì)量、計(jì)量車、軟件量油和新型智能多相流量計(jì)等多種計(jì)量方式。其中計(jì)量間計(jì)量、翻斗計(jì)量、計(jì)量車和大部分智能多相流流量計(jì)采用氣液分離計(jì)量方法，部分單井測(cè)量裝置采用不分離計(jì)量方法。軟件量油屬于間接測(cè)量產(chǎn)量的軟 測(cè)量方法。 　　計(jì)量間采用三相分離器將每口油井的油、氣、水分開或采用兩相分離器將氣、液相分開，然后分相計(jì)量。這種傳統(tǒng)分離器測(cè)量方法通過(guò)間斷性的進(jìn)液排液計(jì)量產(chǎn)液量，計(jì)量方法不連續(xù)，工作過(guò)程繁瑣，而且人為因素很大。 翻斗計(jì)量在計(jì)量罐中裝兩個(gè)小型翻斗，井口來(lái)液先進(jìn)入其中一個(gè)翻斗，當(dāng)翻斗內(nèi)液體達(dá)到設(shè)定重量時(shí)翻斗翻轉(zhuǎn)，然后來(lái)液進(jìn)第二個(gè)翻斗，依次循環(huán)，翻斗每翻轉(zhuǎn)一次記數(shù)器記一次數(shù)，實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)液計(jì)量。其優(yōu)點(diǎn)是裝置小、原理簡(jiǎn)單、操作方便。其缺點(diǎn)是氣體直接放空不能計(jì)量，翻斗裝置在北方油田冬季容易出現(xiàn)原油凝結(jié)現(xiàn)象。 　　單井計(jì)量車量油方式采用小型重力沉降式油氣分離器將井口原油分離成氣、液兩相，分別計(jì)量。單井計(jì)量車的優(yōu)點(diǎn)是采用車載分離計(jì)量方式，應(yīng)用靈活，適合于單井產(chǎn)量較低，油井分散、距離較遠(yuǎn)的油區(qū)使用。其缺點(diǎn)是適用的單井產(chǎn)量范圍小，仍是不連續(xù)量油，產(chǎn)氣量不計(jì)量或氣路計(jì)量準(zhǔn)確度較低。 　　軟件量油主要有示功圖法和液面恢復(fù)法。示功圖是通過(guò)示功儀記錄抽油機(jī)每完成一次抽油過(guò)程（上沖程和下沖程）電流變化，從而計(jì)算出抽油機(jī)井載荷變化的圖示。載荷的變化反映了抽油泵抽吸油量的變化。液面恢復(fù)法的原理是停止抽油，油井內(nèi)液面上升，通過(guò)回聲測(cè)井儀測(cè)量油井內(nèi)液面的上升速度即可計(jì)算出相應(yīng)的產(chǎn)液量。 　　智能化多相流量計(jì)通常采用各相不分離計(jì)量和部分分離計(jì)量?jī)煞N方式。不分離計(jì)量原理如圖1所示，通過(guò)多個(gè)傳感器對(duì)整個(gè)多相流進(jìn)行測(cè)量，其商業(yè)化產(chǎn)品已在美國(guó)、北海的一些油田得到應(yīng)用。 　　部分分離式多相流計(jì)量基本原理是將多相流導(dǎo)人某種形式的氣液分離器，將三相流分離成以液相和氣相占主體的兩種流體，然后分別計(jì)量，構(gòu)成如圖2所示。這樣可以將測(cè)量流型和測(cè)量參數(shù)限制在相對(duì)變化較小的范圍內(nèi)，從而保證或提高多相流測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量范圍和測(cè)量準(zhǔn)確度，美國(guó)Agar公司的MPFM-400型多相流量計(jì)、英國(guó)Jiskoot公司基于小型氣液旋流分離器的多相流量計(jì)、國(guó)內(nèi)蘭州海默公司的MPM2000H型多相流量計(jì)是典型的部分分離式多相流量計(jì)。 　　不分離與部分分離計(jì)量方式具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，不分離計(jì)量裝置體積小、重量輕，更適合于海上平臺(tái)使用，但其結(jié)構(gòu)組件比較復(fù)雜，受來(lái)流流型影響大，成本高技術(shù)不夠成熟，通常有放射性構(gòu)件；部分分離式計(jì)量裝置不局限于某種特殊流型限制，結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理相對(duì)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，成本低技術(shù)成熟，但體積和重量略大，王棟等人研究的分流分相的測(cè)量方法可以大大減小計(jì)量裝置的體積。 　　2 油井計(jì)量關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方向 　　油井計(jì)量的關(guān)鍵技術(shù)包括計(jì)量分離裝置、流量計(jì)和相含率檢測(cè)儀表幾個(gè)方面。 　?。?）分離器 　　分離器按力學(xué)原理可分為重力式、離心式和混合式。 　　重力式分離器依據(jù)油氣水三相密度不同，油氣水流體在進(jìn)入分離器后，液相中氣泡受到浮力作用上浮至氣液界面，氣相中的液滴受重力作用下降到氣液界面實(shí)現(xiàn)氣液分離。 　　旋流分離器是一種利用離心力作用原理將非均勻混合物中不同密度的相分離的機(jī)械設(shè)備。根據(jù)旋流分離器的原理，不管什么混合物只要密度存在差異就可以實(shí)現(xiàn)分離，所以通常的旋流分離器有氣液分離器、液液分離器、液固分離器、氣液固三相分離器等。旋流分離器由于其結(jié)構(gòu)尺寸比重力分離器小，通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以達(dá)到理想的分離效果，所以在石油、化工等行業(yè)得到了大量的研究和應(yīng)用。氣液旋流分離器用于油氣水多相計(jì)量環(huán)路作為油氣分離的核心部分時(shí)，工程要求分離器的操控方法簡(jiǎn)便易行故障率低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單尺寸較小便于安裝運(yùn)輸、分離效果好保證計(jì)量準(zhǔn)確度、壓力損失小不影響油井正常生產(chǎn)。 　　目前，對(duì)氣液旋流分離器的研究和工程應(yīng)用方面還存在以下不足，一是沒(méi)有完整的力學(xué)計(jì)算理論公式可以作為確定旋流分離器結(jié)構(gòu)尺寸的依據(jù)；二是對(duì)旋流分離的過(guò)程參數(shù)變化、分離效果缺少過(guò)程檢測(cè)方法，無(wú)法對(duì)分離效果進(jìn)行可靠的預(yù)測(cè)；三是分離器通用性差，對(duì)工藝條件變化或介質(zhì)物性變化適應(yīng)能力差；四是氣液分離器的壓力和液位控制方法需要進(jìn)一步研究，使其可以適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程的波動(dòng)，并有效地保證氣液分離效果。所以，設(shè)計(jì)出對(duì)流動(dòng)條件變化適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、操控方便的氣液分離器是研究發(fā)展方向。 　?。?）流量計(jì) 　　流量計(jì)分為體積流量?jī)x表和質(zhì)量流量?jī)x表兩大類。體積流量?jī)x表可以分為容積式和速度式兩種。質(zhì)量流量計(jì)指檢測(cè)儀表的輸出信號(hào)直接反映質(zhì)量流量，主要檢測(cè)儀表有：科里奧利質(zhì)量流量計(jì)、熱式質(zhì)量流量計(jì)等。 容積式流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是作為總量?jī)x表準(zhǔn)確性高，適應(yīng)高粘度流體測(cè)量，粘度提高可以減少計(jì)量室漏失，多用于總量交接或貿(mào)易計(jì)量。主要缺點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大笨重，固體顆粒雜質(zhì)容易造成流量計(jì)卡堵，不適應(yīng)低粘度流體和以低粘度介質(zhì)為主體的混合多相流體測(cè)量，壓損較高。油井流量計(jì)量的特點(diǎn)是多相混合介質(zhì)、介質(zhì)含率變化較大、井口還含有泥沙等雜質(zhì)，所以容積式流量計(jì)用于油井流量計(jì)量存在不適應(yīng)性。 　　速度式流量計(jì)主要有差壓式流量計(jì)（如孔板、噴嘴、文丘里管、彎管等）、渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)、相關(guān)流量計(jì)等。 　　差壓式流量計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、便于制造、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)。其主要缺點(diǎn)是測(cè)量范圍度窄，安裝條件要求高，壓損較大，引壓部分是儀表的薄弱環(huán)節(jié)。故其發(fā)展方向是解決上述不足，開發(fā)線性節(jié)流裝置提高測(cè)量范圍度、降低節(jié)流件壓力損失，節(jié)流裝置與流動(dòng)調(diào)整器配合使用減少直管段長(zhǎng)度，把節(jié)流裝置和取壓裝置做成一體，加上智能計(jì)算顯示二次表，形成智能型差壓流量計(jì)，從而省去引壓管，改善動(dòng)態(tài)特性，方便安裝使用。 渦輪流量計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確度等級(jí)可達(dá)0.5級(jí)以上；可測(cè)的最小流量較小，反應(yīng)迅速；線性區(qū)間較大，量程比一般可達(dá)到10∶1。渦輪流量計(jì)的主要缺點(diǎn)是測(cè)量多相介質(zhì)時(shí)各相含率動(dòng)態(tài)變化物性變化影響計(jì)量準(zhǔn)確性，安裝要求高。 　　電磁流量計(jì)適用于測(cè)量導(dǎo)電單相液體或含有固體顆?；蚶w維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。 　　超聲流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)有：可作非接觸測(cè)量、無(wú)額外壓力損失、適用于大型圓形管道和矩形管道，且原理上不受管徑限制，多普勒USF可測(cè)量固相含量較多或含有氣泡的液體，USF可測(cè)量非導(dǎo)電性液體，在無(wú)阻撓流量測(cè)量方面是對(duì)電磁流量計(jì)的一種補(bǔ)充?？梢?，USF是非常具有應(yīng)用潛力的一種速度式流量計(jì)。 　　相關(guān)流量計(jì)是利用流體在管道中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的許多與流動(dòng)有關(guān)的隨機(jī)流動(dòng)特征信號(hào)，通過(guò)相關(guān)分析獲得流體的相關(guān)流速。在多相流測(cè)量中應(yīng)用的相關(guān)測(cè)量方法有基于光纖、超聲波、電導(dǎo)、溫度等參數(shù)測(cè)量原理的儀表，同時(shí)通過(guò)這些參數(shù)的分析還可得到分相含率數(shù)據(jù)。相關(guān)流量計(jì)不干擾流體流動(dòng)、小壓損、受流體物性變化影響小，非常適應(yīng)油井流量測(cè)量的需要，能夠同時(shí)測(cè)量流量和相含率的的相關(guān)流量計(jì)將具有較好的應(yīng)用前景。 　　科里奧利質(zhì)量流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)：直接測(cè)量質(zhì)量流量，有很高的測(cè)量精確度，可測(cè)量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體。測(cè)量管的振動(dòng)幅小，可視作非活動(dòng)件，測(cè)量管路內(nèi)無(wú)阻礙件和活動(dòng)件。對(duì)應(yīng)流速分布不敏感，因而無(wú)上下游直管段要求。又因流體密度會(huì)影響測(cè)量管的振動(dòng)頻率，而密度與頻率有固定的關(guān)系，因此CMF也可測(cè)量流體密度，并由此可以計(jì)算出混合介質(zhì)的分相含率。缺點(diǎn)是壓損大。 　　通過(guò)對(duì)流量計(jì)的分析可見，在油井計(jì)量方面，容積式流量計(jì)存在不適應(yīng)性，差壓流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)和渦輪流量計(jì)等速度式流量計(jì)不同程度存在不足，研制開發(fā)基于相關(guān)原理可同時(shí)測(cè)量流量和相含率的速度式流量計(jì)將具有較好的應(yīng)用前景。 　　（3）相含率測(cè)量 　　相含率測(cè)量方法有密度法、成像法等多種方法。密度法原理簡(jiǎn)單易行，是油田應(yīng)用最多的一種方法。電容法適合不導(dǎo)電介質(zhì)為連續(xù)相的測(cè)量。電導(dǎo)法是當(dāng)導(dǎo)電介質(zhì)為連續(xù)相時(shí)替代電容法的一種方法。射線分析法是根據(jù)不同介質(zhì)對(duì)穿過(guò)射線吸收率不同的原理設(shè)計(jì)的，優(yōu)點(diǎn)是受流態(tài)影響小準(zhǔn)確度高，缺點(diǎn)是儀表含放射源物質(zhì)。電導(dǎo)探針或電容探針?lè)ɡ锰筋^處介質(zhì)的導(dǎo)電特性變化來(lái)確定該點(diǎn)處的介質(zhì)類型，通過(guò)多探頭組合檢測(cè)確定相分布，進(jìn)而確定相含率。光纖探針?lè)ㄊ抢糜退驓庖合喙獾恼凵渎什煌?，通過(guò)檢測(cè)反射回來(lái)光的強(qiáng)度變化確定探頭處的介質(zhì)，通過(guò)多探頭組合檢測(cè)確定相分布，從而確定相含率。探針?lè)ńM成結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，設(shè)備要求高。成像法主要有超聲成像、射線成像等方法，此類方法原理復(fù)雜，儀器費(fèi)用較高。目前，油田應(yīng)用較多的是密度法、電容法、射線衰減法的儀表。用于油井計(jì)量的含率檢測(cè)儀表的發(fā)展方向是開發(fā)原理簡(jiǎn)單、尺寸小、成本低的儀表，與流量計(jì)結(jié)合成一體最佳。 　　3 結(jié)束語(yǔ) 　　油井計(jì)量是多相流的計(jì)量，盡管目前有多種方法可以實(shí)現(xiàn)，但首先進(jìn)行氣液分離然后分別計(jì)量的方式占主體。分離計(jì)量方式包括分離器、流量計(jì)、相含水儀表等幾項(xiàng)技術(shù)。根據(jù)重力和離心原理開發(fā)設(shè)計(jì)對(duì)流動(dòng)條件變化適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單尺寸小、操控方便的氣液旋流分離器是研究發(fā)展方向。在油井計(jì)量方面，容積式流量計(jì)存在不適應(yīng)性，基于相關(guān)原理的速度式流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)流量和相含率的同時(shí)測(cè)量，具有較好的開發(fā)應(yīng)用前景。根據(jù)油田開發(fā)和管理要求，開發(fā)設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單、尺寸小、成本低、與流量計(jì)結(jié)合成一體的相含率檢測(cè)儀表符合油井計(jì)量的要求。 來(lái)源：工業(yè)計(jì)量