高含水后期轉油站外輸油流量計適應性分析
摘要：目前, 杏北油田正處于高含水開發(fā)后期, 并且, 隨著聚合物驅、三元復合驅等開采方式的應用, 采出液含水、含砂、含聚逐年增多, 造成了流量計測量元件磨損和腐蝕, 轉子卡堵現象時有發(fā)生, 影響轉油站外輸計量工作的正常運行。通過對杏北油田轉油站在用外輸油流量計應用情況、故障部位分析, 得出結論:速度式螺旋流量計安裝維修方便, 運行穩(wěn)定, 故障率低, 適用于油田高含水后期轉油站外輸液計量。
截至2017年3月, 杏北油田轉油站在用外輸油流量計共計61臺, 其中, 容積式流量計44臺 (腰輪流量計31臺、刮板流量計13臺) , 速度式流量計17臺 (螺旋流量計13臺、渦輪流量計4臺) 。容積式流量計適用于高黏度、高純度的液體測量[1]。但是, 目前各轉油站外輸油流量計測量介質絕大部分為含水85%~98%的油水混合物, 并且, 隨著聚合物驅、三元復合驅等開采方式的應用, 采出液中含水率、含聚濃度及砂含量逐年增多, 造成容積式流量計測量元件磨損和腐蝕嚴重, 影響了轉油站的正常生產運行。因此, 開展了轉油站外輸油流量計適應性調查。
1、常用流量計工作原理：
1.1、腰輪流量計：
腰輪流量計為容積式計量儀表, 用以連續(xù)測量封閉管道中流體的體積流量。腰輪流量計由殼體、腰輪、驅動齒輪、出軸密封、精度修正器、計數器等組成。其結構及工作原理見圖1。
圖1 腰輪流量計結構及工作原理圖
當被測流體流經計量腔時, 流體的流動壓力使進出口之間形成壓差, 腰輪在此壓力差作用下旋轉, 隨著腰輪的轉動, 不斷地將流體排向出口。由于計量腔的容積是固定的, 因此, 腰輪每轉動一圈排出的流體體積是恒定的, 即, 被測流體的體積與轉子轉數成正比。通過腰輪軸連接的變速機構、密封機構和精度修正機構, 將腰輪的轉動次數傳遞至計數器, 便可累積流體體積總量, 屬于機械傳動。
1.2、刮板流量計：
刮板流量計為容積式計量儀表, 由殼體、轉子、刮板、凸輪、齒輪減速機構、精度修正器、計數器等組成, 轉子、刮板、內殼體、上下蓋板組成計量腔。當被測液體進入流量計后, 流體推動刮板轉動, 并由刮板帶動轉子轉動。計量腔中有一個固定的軸, 軸上安裝有凸輪, 刮板上的滾子與凸輪保持接觸, 因此, 在刮板和轉子轉動時, 刮板在凸輪作用下產生伸出和縮進的動作。計數部分采用聯軸器將轉子的轉動次數傳遞至計數器, 便可累積流體體積總量, 屬于機械傳動。具體結構及工作原理見圖2。
圖2 刮板流量計結構及工作原理圖
1.3、螺旋流量計：
螺旋流量計為速度式計量儀表, 由殼體、整流件、前后導向架、轉子、顯示器等組成。其結構原理見圖3。轉子兩端鑲有硬質合金軸承, 由前后兩個導向架固定在殼體中。螺旋流量計的轉子葉片為兩片螺旋式的葉片。當流體通過管道時, 沖擊螺旋轉子的葉片, 對轉子產生驅動力矩, 使轉子克服摩擦力矩和流體阻力矩而產生旋轉[2]。對于一定的流體介質黏度, 轉子的旋轉速度與流體流速成正比, 從而可以計算得到管道的流體流量。計數部分采用導線將信號傳遞至計數器, 便可讀取流體瞬時和累計流量, 屬于磁感應。
圖3 螺旋流量計結構原理圖
2、對比分析：
被測液體的純凈度是影響流量計計量準確度的重要指標之一。實際生產中, 產出井產液的同時, 會從地層中攜帶出泥沙和雜質;采出液在運輸過程中, 管道堵漏、機泵維修、清罐產生的焊渣、盤根、碎石等異物, 也會影響流量計的正常計量。
杏北油田在轉油站外輸油流量計前和外輸油泵前均安裝有過濾器, 且根據不同開采方式與實際情況設定了不同的過濾器清洗周期。每臺過濾器平均清洗周期為15 d, 基本可以過濾掉介質中的雜質和異物, 保證流量計正常運轉。
因此, 以下對比分析中排除大顆粒雜質對流量計使用的影響。
2.1、技術參數對比：
杏北油田轉油站在用外輸油流量計中, 腰輪、刮板、螺旋三種流量計應用較多, 占在用流量計總數的93.4%。對這三種流量計的技術參數進行對比, 具體見表1。表1中流量計的長、寬、高尺寸以公稱通徑200 mm為例。
表1 三種流量計技術參數對比
由表1可以看出, 腰輪流量計和刮板流量計體積及質量較大, 而螺旋流量計體積及質量較小。由于流量計結構與質量的不同, 腰輪流量計和刮板流量計采用立式安裝, 需要設置水泥底座, 螺旋流量計采用水平配管安裝, 便于流量計的安裝、維修與更換。
2.2、應用情況分析：
杏北油田轉油站在用的外輸油流量計中, 速度式流量計全部投產于2010年之后。因此, 對2010年后投產的34臺容積式及速度式流量計進行對比, 運行及維修數據對比見表2。其中, 平均運行時間為2010年至2016年的統(tǒng)計數據, 維修次數為2014年至2016年的數據。
表2 流量計運行及維修情況統(tǒng)計
由表2可以看出, 與容積式腰輪、刮板流量計相比, 速度式螺旋流量計平均運行時間***長, 且統(tǒng)計時間內維修次數為0, 運行狀態(tài)遠優(yōu)于其他類型流量計。
2.3、故障部位分析：
2014年至2016年, 杏北油田轉油站外輸油流量計的損壞維修全部為容積式流量計, 主要是由于容積式流量計結構相對復雜, 轉動、傳動部件較多, 易損部件多于速度式流量計。轉油站在用外輸油流量計2014年至2016年故障部位統(tǒng)計見表3。
由表3可以看出, 容積式流量計內部轉子軸承、驅動齒輪及齒輪箱損壞次數較多, 占總數的78.4%。主要是由于杏北油田處于高含水開發(fā)后期, 轉油站油水混合物含水率普遍升高, 平均為89%。同時, 伴隨著三次采油的推廣應用, 導致采出液含聚濃度、含砂、含水及各項離子含量均呈上升趨勢, 轉油站外輸液成分復雜, 轉動部件長期得不到有效潤滑, 加劇了機械磨損, 轉動部件存在結垢現象, 使流量計故障時有發(fā)生。
表3 2014年至2016年流量計故障部位統(tǒng)計
3、結論：
杏北油田轉油站在用外輸油流量計基本滿足轉油站外輸油計量需求, 但是, 隨著油田步入高含水開發(fā)后期, 采出液含水普遍升高, 三次采油采出液成分復雜。由于容積式流量計結構復雜, 轉動部位較多, 其重要測量部位 (轉子) 均與被測流體直接接觸, 受被測介質影響較大, 因此, 腰輪和刮板流量計故障時有發(fā)生。
速度式螺旋流量計結構簡單, 旋轉部件較少, 安裝維修方便, 運行穩(wěn)定, 故障率低, 適用于油田高含水后期轉油站外輸液計量。因此, 處于高含水開發(fā)后期的油田在新建轉油站或已建轉油站外輸油流量計更換時, 建議使用速度式螺旋流量計計量外輸液體。