流量計加放射性含水儀在分線計量中的應用

分線計量檢測是油田開發某一塊、某一層或某一單位采油井經管線匯聚到一起進入分離器經氣液分離,對液體進行流量計量和含水計量***終得出全天水量、油量的點。我廠分線采用單轉子流量計量儀表加放射性含水儀,信號輸入計算機系統經乘法運算,油、水分別累積運算得出全天油量和水量。分線計量數據對井口數據的偏差進行了修補,并核實了井口單位的產量,對單位考核、噸耗成本計算提供了可靠的數據。

1.分線計量技術概況

 

分線計量檢測是油田開發某一塊、某一層或某一單位采油井經管線匯聚到一起進入分離器經氣液分離,對液體進行流量計量和含水計量***終得出全天水量、油量的點。

 

油、氣、水三相混合計量曾經是世界難題,近幾年有所突破,且價格昂貴,無法批量使用。我廠采用單轉子流量計量儀表加放射性含水儀,信號輸入計算機系統經乘法運算,油、水分別累積運算得出全天油量和水量。

2 .在線原油含水自動監測儀

 

2.1 工作原理

 

射線型原油含氣、含水率自動監測儀,是根據低能γ光子在與被測介質相互作用時的吸收衰減原理設計的工業同位素儀表,其工作原理是:具有一定初始強度的γ射線穿過油、氣、水三相混合介質,通過探測器分別在其透射方向測出透射計數和在 90o方向測出其散射計數,然后進行計算,得到其混合介質的氣液體積比和油水體積比,從而得到含氣率和含水率,其原理如下:

測量1.jpg

當一定能量的γ射線穿過一定厚度的某一介質時,其衰減后強度滿足指數衰減規律,即 Pn=n0exp(-μx)P 式中:n0─γ光子源強度;Pn─衰減后的強度;Px─射線穿過某物質的厚度;Pμ─某物質對γ射線的吸收系數,它與物質的密度有關。

 

當射線穿過含有兩種物質的混合介質時,則上式可表示為:Pn=n0exp[-μ1η-μ2(1-η)]lP 式中:μ1、μ

 

2─兩種被測物質對γ射線的吸收系數;Pl─源和探測器之間的空間距離;Pη-兩種被測物質體積比。上式經整理可得:η=alnn+b (式中的 a、b 是常數)。

 

當我們測得透射計數 n 時,根據上式就很容易得到兩種物質的體積比η。在油田原油計量中,如果原油不含氣,則η就是原油的體積含水率。然而,在油田實際生產中,原油經常是油、氣、水三相混合液,而當射線穿過混合液時,由于不同物質有不同的吸收系數[2][4],而油、氣、水三種物質的密度有明顯的差別,因此基于射線的吸收原理得到相應的衰減方程,是可以做到的。但在三相混合液中,我們要得到的是油、水體積比η和氣、液體積比λ兩個未知數,僅靠一個探測器得到透射計數,通過解一個透射方程是得不到兩個未知數的,必須再有另一個相關方程,通過解方程組才能同時得到含水率和含氣率,其解決途徑是通過成功引入散射方法得到的。

 

根據γ射線的散射原理,γ射線與物質作用后在一定角度的散射強度 i(θ)與物質的密度有關[1],且可以表示為:i(θ)=kρhexp(-bρx)f(θ)P 式中:k─與γ源強度有關的一個常數;Pρ─被測物質的密度;Ph─密度指數常數;Px─源到探測器的距離;Pb─與γ源初始能量有關的一個常數;Pθ─探測器和源的夾角;Pf(θ)─夾角修正值。

 

這樣,用另一個探測器在某一角度(一般為 90o)可測得射線與物質作用后的散射計數。因為混合液的密度是和油、氣、水三種介質的比例有關,即:Pρ=[ρ1η+ρ2(1-η)](1-λ)+ρ3λP 式中ρ1、ρ2、ρ3 為分別為油、氣、水的密度,因此通過散射是可以得到相關的含水率和含氣率信息的。

 

用探測器分別在透射和 90o散射方向測得透射計數和散射計數,用上述分析可得到下列方程組:P 透射:ln(nx/n0)=(1-λ)(a+bη)P 散射:ln(mx/n0)=(1-λ)(a+b

 

η)P 式中:a、b─與被測介質有關的常數;Pa、b─與介質及散射角有關的常數;Pn0、m0─空管道時透射和散射計數;Pnx、mx─管道內有介質時的透射和散射計數;Pλ、η─含氣率和含水率。

 

從上述方程組可得知,只要分別測出 nx、mx,即可求出含氣率λ和含水率η。而方程中的有關常數,對確定的油品而言,只需標定(人工化驗)一次即可得到。

 

2.2 結構性能和技術參數(1)結構性能

 

射線型原油含氣、含水率自動監測儀由測量管道、傳感器(一次儀表)和計算機數據獲取處理系統(二次儀表)兩大部分構成,如圖所示:

(2)技術參數 a)、含水率測量范圍:1%~100%,測量誤差:±0.10%;Pb)、含氣率測量范圍:0~30%,測量精度:0.25%Pc)、工作方式:全自動在線連續測量;Pd)使用范圍和環境:適用于油田各種規格管線的計量分析; P 環境溫度:10~45℃;P 介質溫度:10℃~80℃P 濕度(相對):≤85%P 振動:振幅:≤1mm,頻率:≤20%Pe)、工作壓力:1.6mpa、2.5mpa、6.4mpa;Pf)、工作電源:220v±15%(50hz)Pg)、防爆等級:diibt4;Ph)、信號有效傳輸距離:200m。

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經過試驗室模擬測試及現場運行檢測,以及中石油計量檢測研究所的檢測,證明該監測儀的各項技術指標,均已達到設計指標,適合于油田現場的計量要求。

 

2.3 特點

 

(1)射線型原油含氣、含水率自動監測儀,實現了原油含氣、含水率在線全流量的測量,消除了由于含氣對含水測量帶來的誤差,克服了其它種類含水儀表由于水包油或油包水等因素造成的測量范圍小、非線性誤差大以及由于分流取樣測量而導致的含水測量代表性差的不足。就在線測量而言,射線型含水儀表的測量精度優于其他種類儀表。

 

(2)該儀表是通過監測同位素射線穿過被測介質后的透射和散射計數實現油氣水三組分在線自動測量的,由于射線是與介質的原子發生作用,因而儀表的精度不受原油的流態的影響。又由于該儀表的創新之處在于使用了散射方式,這一新的測量方式將為多相流的在線監測提供了新的方法。

 

(3)非接觸式測量方法是該儀表的特點,這將使得儀表避免了原油結垢、結蠟的問題,使一次儀表免維護得到技術上的保證。

 

(4)該儀表監測量程寬、自動化程度高、安裝方便、操作簡單易學,給現場操作人員帶來諸多方便,使油田原油計量水平上了一個臺階。例如:由于微機將分離器的管道壓力、含水情況能及時顯示出來,并能夠對特殊情況作報警,使得分離器操作人員能隨時了解分離器的工作狀態,這對于分離器的平穩運行十分重要,不僅使原油分離效果好,而且還大大減輕了分離器操作工和化驗工的勞動強度。

 

(5)該儀表是低劑量同位素工業儀表,對γ射線采用了嚴密的輻射屏蔽,沒有任何計劑量的泄漏,儀表周圍任意距離的γ劑量大大低于安全劑量標準。此外,儀表采用了防爆措施,防爆等級為 dⅱbt4,保證環境和工作人員的絕

對安全。

 

3 .分線計量在我廠生產中的作用

 

3.1 在線含水儀分線計量的優勢目前測量原油含水率的現有方法中,主要有人工蒸餾化驗法、電容法、短波法、微波法(或射頻法)、振動密度計法等,這些方法都有一定的局限性,由于原油的腐蝕性較強,結垢、結蠟嚴重,致使儀表長期運行的可靠性差,尤其是這些儀表都無法消除含氣對含水率測量帶來的影響,因而使原油計量自動化始終處于一個低水平,給油田開發管理帶來諸多不變。

 

3.2 分線計量為油田開發服務分線計量具有計量準確,維護方便等特點,能夠掌握我廠九個作業區各個區塊的產量情況。能及時反映各個作業區產量的變化情況和實際產量,通過分線計量的綜合報表可以及時發現產量的增減情況和異常變化,可以及時的查找問題,做到有的放矢。同時通過分線計量產量并分配產量可以起到監督和促進各個作業區生產源動力。

 

3.3 分線計量為我廠指導生產提供重要依據分線計量作為我廠各集油站生產的重要組成部分,作為我廠九個作業區產量分配和定產的重要依據。月度定產、年度定產都要使用分線數據對采油隊井口數據進行修正。井口數據經過集油站分線數據修正后才能做為開發數據采用。

4 .總結

 

經過多年的應用,流量計加放射性含水儀的分線計量方式比起目前世界上三相流計量技術是便宜的。第二,流量計加放射性含水儀是準確的、統計三年的數據,月度分線總油量與全廠產油量相吻合。第三,為我廠原油生產起到監督和促進作用。

 

 

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