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海上油田注水流量计误差在线测试方法的研究

发布时间:2019-04-15 17:05:38 浏览:

0 引言

随着油田逐步开采, 地层能量递减, 注水成为提高油田采收率的重要手段。注水效果的好坏直接影响到石油开采的效果[1], 过多注水会造成地层紊乱, 油井产液含水上升, 甚至地层破坏, 环境污染;注水量过少会引起地层压力下降, 油井产液量不足, 影响油田经济效益, 所以油田注水准确计量显得尤为重要。为保持注水流量计的准确性, 需对其进行定期或不定期的误差测试, 目前海洋石油平台注水流量计误差测试一般采用传统方法——测井测试和拆卸返陆地校验。测井测试作业费用昂贵, 拆卸返陆地校验方法存在水井关井时间长, 流量计拆卸和安装劳动强度大, 海洋运输环节多, 综合费用高等缺点, 因此海洋石油平台注水流量计误差在线测试迫在眉睫。笔者借鉴多家厂矿企业计量仪表标定和校验方法, 根据海洋石油平台独有特点, 探索适合其注水流量计误差在线测试的有效方法。

1 注水流量计误差在线测试方法

渤海南部海域, 某油田地层天然能量不足, 采用注水开发方式。该油田A平台设污水处理系统和注水系统, 如图1所示, 生产污水和水源井水经过生产污水处理系统处理后, 通过注水泵增压, 注水管汇分配到各注水井, 回注地层。每口注水井设有流量计, 测试单井注水量。A平台某注水井配注385 m3/d, 但通过调节注水压力、改变水嘴开度等, 该井流量计显示均达不到配注量, 初步判断该井注水流量计可能存在测量误差。为克服采用测井测试或者拆卸返陆地校验的缺点, 探索在平台上完成该流量计误差测试的有效方法。

图1 A平台注水流程示意图Fig.1 Schematic diagram of the platform water injection process

图1 A平台注水流程示意图Fig.1 Schematic diagram of the platform water injection process   下载原图

1.1 便携仪表法

便携式超声波流量计使用两个传感器夹在流体管道外壁, 可测量管内流体流量。便携式超声波流量计适用于河水、海水、工业污水、燃油和化工液体等。使用时, 首先选择合适的检测位置, 该位置的管道要有足够长的直管道, 且此段管道内必须灌满液体, 不能有气泡;然后用砂纸打磨掉管道外壁防腐层, 用检测探头检测管道工艺结构, 确保无裂缝、焊渣、工艺缺陷等, 再使用测厚探头测量该位置管壁厚度。

在便携式超声波流量计设置管道外径、壁厚、材质、液体种类和传感器安装方式等, 查看传感器的轴向安装距离。安装完毕后, 可测量管道流体流量。尽管携式超声波流量计体积小、自动化程度高、安装方便、测量时无需拆卸流量计或改变工艺流程, 但被测介质、现场环境、壁厚测量以及安装都会影响测量结果准确性。

1.2 容积法

为克服以上因素对误差测试准确性的影响, 利用平台现有设备设施尝试新方法。测试分离器是平台计量单口油井产气产液量的设备, 如图2所示, 使用高压软管连通注水井采油树和测试分离器, 使流过该注水井流量计的液体流入到测试分离器, 通过测量测试分离器内液体体积计算流体流量, 即容积法。

图2 容积法流程图Fig.2 Volumetric process chart

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该平台测试分离器为立式圆柱罐体。测量时, 隔离排空测试分离器。使用高压软管连接流程, 一端连接该井采油树服务管汇生产翼阀法兰, 另一端连接测试分离器顶部预留口法兰。紧固法兰, 水压测试正常后, 关闭采油树水嘴和主阀, 导通采油树服务管汇生产翼阀和计量分离器顶部预留口隔离阀, 缓慢开启水嘴, 通过观察流量计, 调节流量和该井注水工况流量相近, 且流量波动较小时, 在平台中控操作站启动流量计流量累计, 记录罐体液位L1和时间T1。经一段时间后, 停止流量计流量累计, 记录此时累计流量Q、液位L2和时间T2, 然后关闭采油树水嘴、服务管汇生产翼阀, 停止测试。该流量计的基本误差为:

 

式中:Δq是流量计基本误差, Q是流量计累计流量, D是测试分离器直径, L1、L2分别是开始和停止测试时的液位, T1、T2分别是开始和停止测试时的时间。

容积法充分利用海洋石油平台现有的设备设施, 测试成本低, 方法简单, 对操作人员技术要求不高, 但由于计量分离器容积较小, 罐体液位计精度限制, 只能对注水流量计误差初步测试, 排查出误差较大的流量计, 进一步检验和标定还需返陆地。

1.3 标准表法

尝试使用高精度标准流量计, 在容积法测试工艺流程加入移动式标准流量计, 这种改良后的方法称标准表法。如图3所示, 标准表法的关键是被测流量计和标准流量计在工艺流程串联, 使流过被测流量计和标准流量计的流量相等, 通过标准表对比计算出被测表误差。

图3 标准表法流程图Fig.3 Standard meter process chart

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标准表法与容积法在测试时流程工艺略有差异。标准表法可以不在计量分离器储存液体, 通过其原油出口管线输送到生产流程。导通流程, 记录被测流量计和标准流量计数据, 按下式计算绝对误差和相对误差。

 

式中:ε是绝对误差, δ是相对误差, Q是被测流量计读数, Q是标准流量计读数。

测试数据如表1所示, 显示该井流量计存在测量误差, 对于误差比较大的流量计, 可测量多组数据, 采用最小二乘法求出流量计修正系数, 对被测流量计数据进行修正, 以提高流量计准确度。

 

式中:K是修正系数, iQ是被测流量计第i次读数, iQ是标准流量计第i次读数。

实际测量中, 一般测量4~5个不同的流量值。该井流量计明显存在较大误差, 利用公式 (4) 计算出修正系数K=1.492 1, 对测量数据进行修正, 修正后流量对比曲线如图4。

表1 该井注水流量计误差Tab.1 Deviation of the well water injection flowmeter     下载原表

表1 该井注水流量计误差Tab.1 Deviation of the well water injection flowmeter
图4 该井注水流量计测试和修正曲线Fig.4 Test and correction curve of the well water injec-tion flowmeter

图4 该井注水流量计测试和修正曲线Fig.4 Test and correction curve of the well water injec-tion flowmeter   下载原图

修正前, 若该井以表观12.8 m3/h (修正前流量计测试值) 注水, 则实际以19.4 m3/h向地层注水, 每年地层多注水约5.8万m3, 长此以往将造成地层油藏严重紊乱, 甚至破坏环境。修正后的测量结果大幅度提高了注水精细化程度。

由于在海洋石油平台现有设备的基础上, 需要采购标准表, 且需配置与高压软管相适应的法兰连接口, 额外增加成本, 但其准确性高, 操作简易, 可连续测试多个流量点, 为修正测量值提供足够数据。

2 结论

(1) 传统的流量计校准方法在海洋石油平台注水流量计校准中普遍使用, 其劳动强度大, 费用高, 工时比较长, 给油田注水精细管理带来困难。

(2) 便携仪表法、容积法和标准表法均实现平台注水流量计误差在线测试, 解决了传统方法的局限性, 且标准表法和最小二乘法结合在流量计误差测试和修正方面取得预期效果。

(3) 用流量计误差在线测试方法可及时发现注水流量计误差, 并采取相应措施, 提高注水井精细化管理水平, 防止环境污染, 提高油田运行效益。