这篇文章针对塔里木油田生产过程中传统计量方式难以满足精确计量要求的现状，介绍了ZLW型称重式油井计量装置的结构、原理、系统的组成和标定方法以及主要的计算公式。重点探讨了研制过程中采用的称重计量技术、高效旋流分离技术、计算机的防死机保护技术、多次沉降分离技术和计量分离器排液技术等几项关键技术。并进行了现场应用，能满足油田的需要，具有推广应用前景。

塔里木油田油井的单井产量计量是为掌握油井动态分析和科学制定生产措施及技术方案提供依据，也是降低输差、提高计量管理水平的重要手段之一。常规油井产量计量的方法主要是两相分离玻璃管量油、两相分离仪表计量、三相分离仪表计量及油气水不分离计量等。玻璃管量油是国内各油田普遍采用的传统计量方法，其装备简单、投资少；不足是无法实现连续计量，只能折算油井产量，原油系统误差约10%；两相分离仪表计量除具有玻璃管量油的优点外同时也实现了连续量油；不足是质量流量计受安装、结蜡和气体含量等因素的影响较大，计量精度不稳定；三相分离计量装置适用于高含水期和特高含水期的油井计量，所需设备和仪表多、流程复杂、管理操作难度大及维修费用高；油气水不分离计量技术，在占地面积等方面有很大的优越性，但现阶段在测量精度、适应性及可靠性等方面难以达到生产使用的要求。

由于塔里木油田的地下情况复杂，油井的各项生产指标差异很大。产液量从日产几吨至数百吨；气液比从几十到数千；油井含水从0%～99%；计量温度下液体黏度变化范围大。管道长、回压高、油气分离差、液中气含量高，流速状态复杂，油井产液中的砂、蜡、垢杂质含量高等，对各类计量装置产生不同程度的不利影响，一个计量间所辖的油井千差万别，共用一套传统的计量装置无法满足油田开发的需要。针对塔里木油田开发特点，研制了计量精度高、计量范围宽的ZLW 型称重式新型计量装置。

1 称重计量装置的研制
1.1 结构与主要技术指标

称重计量装置主要由计量分离系统、数据采集系统、计算机系统和多重保护系统等4部分组成。计量分离系统包括带有两套旋流气液分离的计量分离器、大小两个气路组成的气体计量回路、悬空隔离机构和压力调节控制系统；数据采集系统包括称重传感器、称重仪、气体流量测试仪表、含水分析仪、压力温度传感器和数据采集模块等；计算机系统包括组态软件平台、应用软件和工业控制计算机等；多重保护系统设有3重保护功能，压力保护、死机看门狗保护和安全阀保护。ZLW型称重计量装置主要技术指标：产液量为0～150 t/d、0～300 t/d、 0～500 t/d；产气量为50～3 000 Nm3/d、2000～30000 Nm3/d；工作压力为0～1.6 MPa 、0～2.5 MPa；环境温度≤80℃；产液量计量误差≤0.05；产液量计量分辨率≤1 kg；产气量计量误差≤2%。
1.2 计算方法

油井瞬时产液量的计量公式：
Qt = 86.5（Wt+1-WT）（1）
式中：Qt──油井瞬时产液量，t/d；
Wt+1──计量分离器的瞬时质量，kg；
Wt──前1秒计量分离器的瞬时质量，kg。
油井的平均产液量为：
（2）式中：QL──油井的平均产液量，t/d；
Qt──油井瞬时产液量，t/d；
T──累计计量时间，s。
当称重到达设定的重量后，单次记时结束，计量分离器出口的电动排油阀开启，开始向外部排油。在排油过程中，通过含水分析仪对排出的油水混合液进行含水测定，计算油井的产油量：
Q0 = 86.4(WT-Wt+1)fWt （3）
式中：Q0──油井瞬时产油量，t/d；
fWt──排油1s时间内测定的平均水含量，%。
测定的含水值fWt 经过排液量的加权平均后为油井平均含水率fW。
当液量排出到一定量时，排油过程结束,关闭电动排液阀，进入下一罐的计量，一直连续计量到设定的计量时间结束。

2 计量装置设计中采用的关键技术
2.1 计量分离器的称重法计量技术

ZLW型称重式新型油井计量装置采用成熟的电子衡称重计量系统对油井产出液体进行计量，主要技术关键包括：
（1）分离器内部结构设计的对称分布，消除了内部液流产生震动对电子衡称重系统造成波动对计量精度特别是瞬时产量产生的影响。
（2）分离器外部的安全阀出口、天然气出口、进液口、排液口及其连接软管的对称设计，消除了水平方向上的应力，提高了计量精度。
（3）利用称重技术调节计量分离器的进液量，提高了设备的稳定性和可靠性，降低了系统的制造成本，解决了多年来采用液面和界面控制仪表安装复杂和测量误差大等问题。

2.2 高效旋流气液分离技术
高效旋流气液分离技术是一项成熟的技术，但在油气计量分离器中较少采用。在开发ZLW 型称重式新型油井计量装置时，选择了旋流分离沉降分离捕雾器的油气分离技术，使分离器具有了小型化和高能气液率的特点。
油井产出的油气混合液从分离器底部油气混合液进液管进入分离器中，分离器的分液管将油气混合物分配给对称分布的两个高效气液旋流器，分离后的天然气含液小于1%，当气体向出口的捕雾器低速流动过程中，在分离器中间沉降区气体中的液体进一步分离沉降，在天然气流出分离器前进入捕雾器实现气液的最后捕雾分离。，经过三次分离后能够分离出天然气99.99%的液态成分，分离效率比同类装置高。

2.3 计算机的防死机保护技术

利用MCGSE组态软件平台，在开发称重计量应用软件时，首先定义一个计时器，计时器定时发出多个高电平的开关触发信号，通过中间固体继电器推动一个时间继电器，时间继电器带动计量装置的排液电动阀，设定时间继电器的定时时间间隔大于触发时间间隔，保证在计算机正常工作时计时器不会使时间继电器动作。一旦计算机死机，超过设定时间间隔后这种被称为“喂狗”信号的触发信号就会停止时间继电器吸合，吸合的时间继电器打开计量装置的排液电动阀。避免了由于计算机的死机使计量装置继续进油而造成事故，提高了系统运行的可靠性。

2.4 计量分离器的多次沉降分离技术

计量分离器采用多次沉降分离技术，提高了纯油的计量精度。当原油进入计量分离器后，油水混合液体开始分离，分离后油中含水一般不高于30%，水中含油一般低于5%。分离后原油部分的纯油计量误差不超过3%，含油污水部分的纯油计量误差虽然接近40%～100%，但由于含油污水部分油含量远远小于原油部分的油含量，加权平均后对全部油水混合液中纯油计量的精度影响很小。含水仪对纯油的计量误差小于3%。满足了油田三级计量对纯油误差小于5%的要求。
2.5 计量分离器的排液技术

根据油井工况及工艺条件的不同，称重计量装置一般采用两种不同的排液方法：平衡气罐天然气循环排液技术（见图3）和自力式调节阀排气技术。平衡气罐天然气循环排液技术适用于当前我国一些产量低、油气比低、高含水的油田：自力式调节阀排气技术适用于含气量较高的油田。

由图3可知：在对某一口井计量时，该井的油气进入计量油气分离器，分离出的天然气流出分离器，而原油囤积在分离器中：分离出的天然气通过液晶称重仪表计量后经连通管进入平衡罐中，其他油井中的天然气经管线进入平衡罐进行油气分离，天然气囤积在平衡罐中，原油经管线送出站外。当计量停止后，电动阀打开，分离器中的原油在位差重力作用下流入平衡罐，平衡罐中的天然气经管线回流入分离器中，实现了低产气井的顺利排液。该方法与管道泵排液法相比提高了安全性，节约了运行成本。自力式调节阀排气技术是在出气口的天然气计量液晶称重仪表后加装1台自力式调节阀，使分离器的压力大于管路压力0.2～0.8 MPa，当计量结束时排液电动阀打开，分离器上部的天然气体积膨胀，将分离器底部原油排出。

2.6 标定方法

ZLW型称重式新型油井计量装置的标定方法参照《固定式电子衡》GB7723-87和《数字指示秤国家计量检定规程》JJG539-97两个标准的标定方法，和《油井计量分离器检定规程》JJG（石油）26-2000标准的标定周期对装置进行标定。具体做法：先排空分离器内部的液体，在称重仪的面板上按零点校正键完成零点校正，然后，在计量装置分离器的支架上放上不低于满刻度1/2质量的砝码，在称重仪的面板上将这个砝码重量的数值输入称重仪的计算机内，按回车键即可完成标定。

3 计量装置技术性能特点
3.1 与典型的常规计量装置性能比较

通过对ZLW称重式新型油井计量装置与常规计量装置的技术性能进行比较可知，无论是计量方式、保护功能、标定难易程度及自动化程度，还是计量精度、计量范围、含水测试精度等各个方面的对比（见表1），称重计量装置均优于其他各类常规计量装置。

3.2 技术特点

（1）测量范围大。称重计量装置对油井产液量的测量范围为0～500 t/d，产气量为50～30000Nm3/d，几乎能覆盖了所有油井的产量范围，可用于油田开采初期及高含水和特高含水的油田开采后期，也可用于稠油区块的油井计量，便于应用和推广。

（2）计量精度高。在宽的计量范围内产液量的计量精度不大于1 kg。
表1 称重计量装置与常规计量装置技术性能比较

（3）分离器结构气液分离效果好。采用了对称的旋流设计提高了油气分离效果，称重系统的设计也消除了压力、温度、密度、黏度、含砂、含蜡和含气等因素的影响。

（4）无运动部件。采用称重计量技术简化了计量分离器的内部结构，不再采用复杂的内部液面界面控制仪表，提高了设备的可靠性。

（5）可靠性和安全性高。计算机系统采用的看门狗防死机技术和分离器压力保护控制技术与分离器安全阀构成了三道有效的保护屏障，使计量装置的可靠性和安全性有了大幅度的提高。

（6）由于装置采用仪表计量，且用于液量计量的质量流量计和用于气量计量的旋进旋涡流量计均可定期标定，实现了油井的连续测量，提高了单井计量的精度和油井产量的准确性。

（7）橇装化安装简单，内部没有任何仪表和控制构件，便于维修和管理。

4 现场试验应用
称重计量装置于2005年在塔里木油田轮南作业区1#计量站上应用取得了满意的效果，该计量站共有生产井4口，最高产液量约为100 t，最低产液量只有2～3t，常规的计量装置无法满足油田计量的要求。尤其对低产的LN10-2井，平均产液量一般在2～5 t/d，而且间歇出油，曾经40 min计量过只产出3 kg的液体，这一计量结果表明其他形式的油井计量装置是无法实现的。应用ZLW 型称重计量装置在油井油气产量变化较大的范围内，油、气、水的产量资料准确及可靠，取得了较好的试验效果（见表2）。

表2 称重计量装置计量结果

* 最大产液量为165 t/d：最小产液量为8kg/h
ZLW型称重计量装置的研制成功，实现了在较宽的量程内有较高的计量精度，提高了现场计量参数的准确性、可靠性和设备运行的安全性，具有操作简单、维修方便等特点。ZLW 型称重计量装置消除了压力、温度、密度、黏度、含砂、含蜡和含气等油井计量的不利因素影响，实现了间断连续在线监测，满足了塔里木油田的需要，具有广阔的推广应用前景。

 

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