1．哈爾濱工業大學控制科學與工程系，哈爾濱 150001；2大慶油田公司質量安全環保部，黑龍江大慶 163453 　　[摘要]文章闡述了計量間、單井計量車和新型智能多相流量計等多種油井計量方法，分析了分離器、流量計和相含率檢測三個方面關鍵技術，提出了油井計量關鍵技術的發展方向。 　　[關鍵詞]油井計量：分離器：流量計：相含率檢測 　　油井生產過程中形成油、氣、水三相流動，油井計量的任務是動態監測油井的產液量、產油量和產氣量，并通過產量的動態分析得知井下油藏地質情況變化和生產異常，為生產決策提供準確的數據支持，需要測出油、氣、水三相的分相流量，國家標準要求計量準確度為±10％。 　　1 油井計量方法 　　油井計量有計量間計量、翻斗計量、計量車、軟件量油和新型智能多相流量計等多種計量方式。其中計量間計量、翻斗計量、計量車和大部分智能多相流流量計采用氣液分離計量方法，部分單井測量裝置采用不分離計量方法。軟件量油屬于間接測量產量的軟 測量方法。 　　計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，然后分相計量。這種傳統分離器測量方法通過間斷性的進液排液計量產液量，計量方法不連續，工作過程繁瑣，而且人為因素很大。 翻斗計量在計量罐中裝兩個小型翻斗，井口來液先進入其中一個翻斗，當翻斗內液體達到設定重量時翻斗翻轉，然后來液進第二個翻斗，依次循環，翻斗每翻轉一次記數器記一次數，實現單井產液計量。其優點是裝置小、原理簡單、操作方便。其缺點是氣體直接放空不能計量，翻斗裝置在北方油田冬季容易出現原油凝結現象。 　　單井計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，分別計量。單井計量車的優點是采用車載分離計量方式，應用靈活，適合于單井產量較低，油井分散、距離較遠的油區使用。其缺點是適用的單井產量范圍小，仍是不連續量油，產氣量不計量或氣路計量準確度較低。 　　軟件量油主要有示功圖法和液面恢復法。示功圖是通過示功儀記錄抽油機每完成一次抽油過程（上沖程和下沖程）電流變化，從而計算出抽油機井載荷變化的圖示。載荷的變化反映了抽油泵抽吸油量的變化。液面恢復法的原理是停止抽油，油井內液面上升，通過回聲測井儀測量油井內液面的上升速度即可計算出相應的產液量。 　　智能化多相流量計通常采用各相不分離計量和部分分離計量兩種方式。不分離計量原理如圖1所示，通過多個傳感器對整個多相流進行測量，其商業化產品已在美國、北海的一些油田得到應用。 　　部分分離式多相流計量基本原理是將多相流導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，然后分別計量，構成如圖2所示。這樣可以將測量流型和測量參數限制在相對變化較小的范圍內，從而保證或提高多相流測量系統的測量范圍和測量準確度，美國Agar公司的MPFM-400型多相流量計、英國Jiskoot公司基于小型氣液旋流分離器的多相流量計、國內蘭州海默公司的MPM2000H型多相流量計是典型的部分分離式多相流量計。 　　不分離與部分分離計量方式具有各自的優缺點，不分離計量裝置體積小、重量輕，更適合于海上平臺使用，但其結構組件比較復雜，受來流流型影響大，成本高技術不夠成熟，通常有放射性構件；部分分離式計量裝置不局限于某種特殊流型限制，結構和測量原理相對簡單容易實現，成本低技術成熟，但體積和重量略大，王棟等人研究的分流分相的測量方法可以大大減小計量裝置的體積。 　　2 油井計量關鍵技術及發展方向 　　油井計量的關鍵技術包括計量分離裝置、流量計和相含率檢測儀表幾個方面。 　　（1）分離器 　　分離器按力學原理可分為重力式、離心式和混合式。 　　重力式分離器依據油氣水三相密度不同，油氣水流體在進入分離器后，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現氣液分離。 　　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械設備。根據旋流分離器的原理，不管什么混合物只要密度存在差異就可以實現分離，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構尺寸比重力分離器小，通過特殊的結構設計可以達到理想的分離效果，所以在石油、化工等行業得到了大量的研究和應用。氣液旋流分離器用于油氣水多相計量環路作為油氣分離的核心部分時，工程要求分離器的操控方法簡便易行故障率低、結構簡單尺寸較小便于安裝運輸、分離效果好保證計量準確度、壓力損失小不影響油井正常生產。 　　目前，對氣液旋流分離器的研究和工程應用方面還存在以下不足，一是沒有完整的力學計算理論公式可以作為確定旋流分離器結構尺寸的依據；二是對旋流分離的過程參數變化、分離效果缺少過程檢測方法，無法對分離效果進行可靠的預測；三是分離器通用性差，對工藝條件變化或介質物性變化適應能力差；四是氣液分離器的壓力和液位控制方法需要進一步研究，使其可以適應生產過程的波動，并有效地保證氣液分離效果。所以，設計出對流動條件變化適應性強、結構簡單、尺寸小、操控方便的氣液分離器是研究發展方向。 　　（2）流量計 　　流量計分為體積流量儀表和質量流量儀表兩大類。體積流量儀表可以分為容積式和速度式兩種。質量流量計指檢測儀表的輸出信號直接反映質量流量，主要檢測儀表有：科里奧利質量流量計、熱式質量流量計等。 容積式流量計的主要優點是作為總量儀表準確性高，適應高粘度流體測量，粘度提高可以減少計量室漏失，多用于總量交接或貿易計量。主要缺點是機械結構復雜、龐大笨重，固體顆粒雜質容易造成流量計卡堵，不適應低粘度流體和以低粘度介質為主體的混合多相流體測量，壓損較高。油井流量計量的特點是多相混合介質、介質含率變化較大、井口還含有泥沙等雜質，所以容積式流量計用于油井流量計量存在不適應性。 　　速度式流量計主要有差壓式流量計（如孔板、噴嘴、文丘里管、彎管等）、渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、超聲流量計、相關流量計等。 　　差壓式流量計主要優點是結構簡單牢固、便于制造、工作可靠、使用壽命長。其主要缺點是測量范圍度窄，安裝條件要求高，壓損較大，引壓部分是儀表的薄弱環節。故其發展方向是解決上述不足，開發線性節流裝置提高測量范圍度、降低節流件壓力損失，節流裝置與流動調整器配合使用減少直管段長度，把節流裝置和取壓裝置做成一體，加上智能計算顯示二次表，形成智能型差壓流量計，從而省去引壓管，改善動態特性，方便安裝使用。 渦輪流量計主要優點是測量準確度等級可達0.5級以上；可測的最小流量較小，反應迅速；線性區間較大，量程比一般可達到10∶1。渦輪流量計的主要缺點是測量多相介質時各相含率動態變化物性變化影響計量準確性，安裝要求高。 　　電磁流量計適用于測量導電單相液體或含有固體顆粒或纖維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。 　　超聲流量計優點有：可作非接觸測量、無額外壓力損失、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可測量固相含量較多或含有氣泡的液體，USF可測量非導電性液體，在無阻撓流量測量方面是對電磁流量計的一種補充。可見，USF是非常具有應用潛力的一種速度式流量計。 　　相關流量計是利用流體在管道中流動時產生的許多與流動有關的隨機流動特征信號，通過相關分析獲得流體的相關流速。在多相流測量中應用的相關測量方法有基于光纖、超聲波、電導、溫度等參數測量原理的儀表，同時通過這些參數的分析還可得到分相含率數據。相關流量計不干擾流體流動、小壓損、受流體物性變化影響小，非常適應油井流量測量的需要，能夠同時測量流量和相含率的的相關流量計將具有較好的應用前景。 　　科里奧利質量流量計優點：直接測量質量流量，有很高的測量精確度，可測量流體范圍廣泛，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。測量管的振動幅小，可視作非活動件，測量管路內無阻礙件和活動件。對應流速分布不敏感，因而無上下游直管段要求。又因流體密度會影響測量管的振動頻率，而密度與頻率有固定的關系，因此CMF也可測量流體密度，并由此可以計算出混合介質的分相含率。缺點是壓損大。 　　通過對流量計的分析可見，在油井計量方面，容積式流量計存在不適應性，差壓流量計、電磁流量計、超聲流量計和渦輪流量計等速度式流量計不同程度存在不足，研制開發基于相關原理可同時測量流量和相含率的速度式流量計將具有較好的應用前景。 　　（3）相含率測量 　　相含率測量方法有密度法、成像法等多種方法。密度法原理簡單易行，是油田應用最多的一種方法。電容法適合不導電介質為連續相的測量。電導法是當導電介質為連續相時替代電容法的一種方法。射線分析法是根據不同介質對穿過射線吸收率不同的原理設計的，優點是受流態影響小準確度高，缺點是儀表含放射源物質。電導探針或電容探針法利用探頭處介質的導電特性變化來確定該點處的介質類型，通過多探頭組合檢測確定相分布，進而確定相含率。光纖探針法是利用油水或氣液相光的折射率不同，通過檢測反射回來光的強度變化確定探頭處的介質，通過多探頭組合檢測確定相分布，從而確定相含率。探針法組成結構相對復雜，設備要求高。成像法主要有超聲成像、射線成像等方法，此類方法原理復雜，儀器費用較高。目前，油田應用較多的是密度法、電容法、射線衰減法的儀表。用于油井計量的含率檢測儀表的發展方向是開發原理簡單、尺寸小、成本低的儀表，與流量計結合成一體最佳。 　　3 結束語 　　油井計量是多相流的計量，盡管目前有多種方法可以實現，但首先進行氣液分離然后分別計量的方式占主體。分離計量方式包括分離器、流量計、相含水儀表等幾項技術。根據重力和離心原理開發設計對流動條件變化適應性強、結構簡單尺寸小、操控方便的氣液旋流分離器是研究發展方向。在油井計量方面，容積式流量計存在不適應性，基于相關原理的速度式流量計可以實現流量和相含率的同時測量，具有較好的開發應用前景。根據油田開發和管理要求，開發設計原理簡單、尺寸小、成本低、與流量計結合成一體的相含率檢測儀表符合油井計量的要求。 來源：工業計量