液控活塞式小流量计的研制
高粘度低产原油单井计量一直是困扰油田原油生产管理的一个未解决的问题。由于计量不准确,费时间,很难做到其管理的科学性和高效率。目前使用的高粘度低产原油单井计量方法是采用传统的容积法,这种方法对于高粘度低产原油的计量存在着计量误差大(有时可达到20%),计量时间长(低产井计量一次有时需两个多小时)的显著缺点。为了克服上述缺点,我们研制出了液控活塞式小流量计。经现场实验证明,该液控活塞式小流量计具有良好的应用前景。
技术参数
为了适用于高粘度、低产量的偏远生产井实现快速、准确、自动地进行产液量的计量,我们提出液控活塞式小流量计的技术参数如下:
流量范围 1m3/d~10m3/d(水)
测量误差 <2%
工作压力 0.5MPa~6.0MPa
原油粘度 200Pa・s~300Pa・s
工作温度 -15℃~60℃
原油体积质量 0.8g/cm3~1.0g/cm3
原油含气 <3%
原油含砂 不确定
仪器常数标定 (5.8896)
设计原理与结构
1. 工作原理和产液量计算[1]
液控活塞式小流量计工作原理如图1所示。
图1中,活塞在左死点时,由井口流出的高压液体使集成液控换向单元5控制的阀1、阀4通,阀2、阀3不通,液体推动活塞向右运动,活塞右边液缸内的液体输送到集输站。活塞行至右死点,由井口流出的高压液体使集成液控换向单元5控制的阀1、阀4不,阀2、阀3通,液体推动活塞向左运动,活塞左边液缸内的液体输送到集输站。这样周而复始,用一机械计数器6记下活塞往复的次数,根据液缸的容积就可计算出总产液量。
液控活塞式小流量计的产液量计算公式为
2. 结构与工艺设计
设计工作主要是根据技术参数做详细的设计计算、结构设计、工艺设计等[2]。
设计计算包括流量、强度、摩擦力、计数频率等的设计计算。
结构设计包括体积计量单元、液控换向单元、计数方法和超压保护的设计等。
工艺设计包括选择合适的加工工艺,降低开发成本,特别考虑现场适应性,如安装、防盗、寿命、排砂等。在样机的制造过程中,采用了缸体和流体通道的整体浇铸工艺。
3. 技术关键
(1)结构设计中,在缸体上集成四个液控换向阀,并实现强制换向。
(2)加工工艺设计中容积缸体、控制缸体流体通道的整体铸造。
(3)过压保护设计中嵌入缸体的过压保护安全阀。
(4)采用机械计数器实现流量的累计积数。
实验测试
1. 室内实验
室内进行的实验其工作介质为机油,体积质量0.93g/cm3,实验温度为10℃。实验测得的有关数据经整理见表1[3]。
表1 液控活塞式小流量计实验数据
序号 次数 时间(min) 理论值(L) 流量(L) 误差(%) 1 1 8.58 3.70 3.65 1.35 2 1 3.70 3.70 0.0 3 1 8.00 3.70 3.70 0.0 4 1 3.70 3.75 1.35 5 1 7.30 3.70 3.70 0.0 6 1 3.70 3.70 0.0 7 1 6.51 3.70 3.70 0.0 8 1 3.70 3.70 0.0 9 1 7.83 3.70 3.70 0.0 10 1 3.70 3.70 0.0
计算结果的平均流量为3.70L(1L=10-3m3)/次,最大误差<1.35%,平均误差为0.27% 。在实验室的实验结果较为理想。
2. 现场实验
现场实验分冬、夏季两次在胜利油田某采油厂进行。冬季进行的实验是为了考核仪器的的结构设计是否满足现场要求,工作的可靠性和耐低温性能。仪器运行约3个月,实验证明了该单元设计是合理的,工作可靠,测量准确。夏季进行的实验,仪器已运行约6个月。本次实验的目的是进一步考核仪器测量的准确性,长时间工作的可靠性。
结论
该流量计体积较,对于低产井特别是间歇出油的油井生产计量,具有一定的使用价值。通过实验证明该仪器设计合理,结构简单,安装方便,运行安全。
该流量计采用体积连续计量的方法,克服了利用分离器量油不能连续计量的缺陷,满足预定的技术指标,对于单井计量具有较好的推广价值。
参考文献
1 赵仕俊.偏置式钻井往复泵活塞运动特性的计算机分析.石油钻探技术,1989,(2)
2 机械工程手册(第14卷) 机械工业出版社.1982
3 鲁绍曾.现代计量学概论.中国计量出版社.1987