前沿视线: 油井仪器仪表、计量方法及关键技术发展方向(中)

油井计量的关键技术包括计量分离装置、流量计和相含率检测仪表几个方面。
  分离器按力学原理可分为重力式、离心式和混合式。
  重力式分离器依据油气水三相密度不同,油气水流体在进入分离器后,液相中气泡受到浮力作用上浮至气液界面,气相中的液滴受重力作用下降到气液界面实现气液分离。
  旋流分离器是一种利用离心力作用原理将非均匀混合物中不同密度的相分离的机械设备。根据旋流分离器的原理,不管什么混合物只要密度存在差异就可以实现分离,所以通常的旋流分离器有气液分离器、液液分离器、液固分离器、气液固三相分离器等。旋流分离器由于其结构尺寸比重力分离器小,通过特殊的结构设计可以达到理想的分离效果,所以在石油、化工等行业得到了大量的研究和应用。气液旋流分离器用于油气水多相计量环路作为油气分离的核心部分时,工程要求分离器的操控方法简便易行故障率低、结构简单尺寸较小便于安装运输、分离效果好保证计量准确度、压力损失小不影响油井正常生产。
  目前,对气液旋流分离器的研究和工程应用方面还存在以下不足,一是没有完整的力学计算理论公式可以作为确定旋流分离器结构尺寸的依据;二是对旋流分离的过程参数变化、分离效果缺少过程检测方法,无法对分离效果进行可靠的预测;三是分离器通用性差,对工艺条件变化或介质物性变化适应能力差;四是气液分离器的压力和液位控制方法需要进一步研究,使其可以适应生产过程的波动,并有效地保证气液分离效果。所以,设计出对流动条件变化适应性强、结构简单、尺寸小、操控方便的气液分离器是研究发展方向。
  流量计分为体积流量仪表和质量流量仪表两大类。体积流量仪表可以分为容积式和速度式两种。质量流量计指检测仪表的输出信号直接反映质量流量,主要检测仪表有:科里奥利质量流量计、热式质量流量计等。
容积式流量计的主要优点是作为总量仪表准确性高,适应高粘度流体测量,粘度提高可以减少计量室漏失,多用于总量交接或贸易计量。主要缺点是机械结构复杂、庞大笨重,固体颗粒杂质容易造成流量计卡堵,不适应低粘度流体和以低粘度介质为主体的混合多相流体测量,压损较高。油井流量计量的特点是多相混合介质、介质含率变化较大、井口还含有泥沙等杂质,所以容积式流量计用于油井流量计量存在不适应性。
  速度式流量计主要有差压式流量计(如孔板、喷嘴、文丘里管、弯管等)、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声流量计、相关流量计等。
  差压式流量计主要优点是结构简单牢固、便于制造、工作可靠、使用寿命长。其主要缺点是测量范围度窄,安装条件要求高,压损较大,引压部分是仪表的薄弱环节。故其发展方向是解决上述不足,开发线性节流装置提高测量范围度、降低节流件压力损失,节流装置与流动调整器配合使用减少直管段长度,把节流装置和取压装置做成一体,加上智能计算显示二次表,形成智能型差压流量计,从而省去引压管,改善动态特性,方便安装使用。
涡轮流量计主要优点是测量准确度等级可达0.5级以上;可测的*小流量较小,反应迅速;线性区间较大,量程比一般可达到10∶1。涡轮流量计的主要缺点是测量多相介质时各相含率动态变化物性变化影响计量准确性,安装要求高。
  电磁流量计适用于测量导电单相液体或含有固体颗粒或纤维的液固二相流体,如纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆和污水等。
  超声流量计优点有:可作非接触测量、无额外压力损失、适用于大型圆形管道和矩形管道,且原理上不受管径限制,多普勒USF可测量固相含量较多或含有气泡的液体,USF可测量非导电性液体,在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。可见,USF是非常具有应用潜力的一种速度式流量计。

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