实习论文
SAGD采出液两相计量装置
实习生：赵 雪
导 师：赵晓梅
新疆石油勘察设计研究院油田工艺所
2013年X月X日
目 录
1 绪 论 ..................................................................................................................................... 1
1.1 新疆油田油井计量技术现状 ..................................................................................... 1
1.1.1 φ800/φ400立式计量装置 ................................................................................ 1
1.1.2 LET分体式计量装置 .................................................... 错误！未定义书签。
1.1.3 气液两相流计量仪 ........................................................................................... 1
2 单井气液两相计量装置的研发方向 ................................................................................... 2
2.1 功能化 ......................................................................................................................... 2
2.2 撬装化 ....................................................................................... 错误！未定义书签。
2.3 气液计量连续化 ......................................................................................................... 7
3 气液两相计量装置研发思路及内容 ................................................................................... 7
3.1 气液两相计量装置的研发思路 ................................................................................. 7
3.2 气液两相计量装置的研发内容 ................................................................................. 8
4 工艺流程介绍 ....................................................................................................................... 9
4.1 工艺流程简图 ............................................................................................................. 9
4.2 工艺流程简述 ............................................................................................................. 9
4.2.1 计量过程 ........................................................................................................... 9
5 主要设备的研究 ................................................................................................................. 10
5.1 油井计量的主要技术特点 ....................................................................................... 10
5.2 立式油气分离器部分 ............................................................................................... 10
5.3 计量泵部分 ............................................................................................................... 10
5.3.1 计量泵的选型 ................................................................................................. 10
5.3.2 计量泵的相关说明 ......................................................................................... 11
5.4 气体流量计部分 ....................................................................................................... 12
5.4.1 气体流量计的选型 ......................................................................................... 12
5.4.2 气体流量计的相关说明 ................................................................................. 12
5.5 自动化仪表部分 ....................................................................................................... 13
5.5.1 计量数据的输出过程 ..................................................................................... 13
6 单井气液计量装置的相关介绍 ......................................................................................... 15
6.1 计量装置工艺安装模型 ........................................................................................... 15
6.2 装置参数 ................................................................................................................... 15
6.3 装置特点 ................................................................................................................... 16
6.4 装置存在的问题 ....................................................................................................... 16
7 气液两相计量装置与LET分体计量、两相流量仪的比较 ........................................... 17
8 结论及市场前景 ................................................................................................................. 18
8.1 结论 ........................................................................................................................... 18
8.2 市场前景 ................................................................................................................... 18
9 研究中存在的问题 ............................................................................................................. 18
10 个人对单井计量的展望 ................................................................................................... 18
11 谢辞 ................................................................................................................................... 19
12 参考文献 ........................................................................................................................... 19
附件：1. 立式分离器的相关计算
2. 单井气液两相计量装置工艺安装图
3. 单井气液两相计量装置造价明细表
选题背景
在全球石油资源中常规原油(稀油)占30%,稠油占15%, 超稠油(沥青)和油砂占55% , 其中稠油、超稠油和沥青非常规能源约占了全球石油总资源的70%。新疆油田2008年稠油产量
t 占全油田产量的33%。近几年来为提高采收率, 加拿大等国家通过采用蒸汽驱
重力辅助泄油( SAGD )等新技术替代了以吞吐开发为主的稠油开发方式, 实现了对非常规能源的有效开发。新疆油田重32、重37井区已相继开展SAGD实验。通过对SAGD实验采出液的分析，主要表现为采出液具有温度高、含砂量大、携汽量大、油水乳化严重等特点。故对单井的计量要求也发生了改变，常规开发的的稀油或稠油的计量方式已不适用于SAGD采出液。
在这种形式下，我们需要选择一套结构简单的、计量精度准确的、自动化水平合适的、成本较低的、符合市场需要的SAGD采出液计量装置 ，对于SAGD的试验或大规模开采具有重要的意义。
摘 要
油井计量是油田生产管理中的一项重要工作，对油井产量进行准确、及时的计量，对掌握油藏状况，制定生产方案，具有重要的指导意义。尤其对于尚属起步阶段的SAGD开采方式，较高的计量精度对于SAGD的生产及动态分析尤为重要。因此选择一个合理的计量方式对SAGD的开采具有重要意义。
本论文主要内容有：通过对目前新疆油田区块单井计量装置的现状调查，找出目前计量方式用在SAGD采出液上所面临的问题，并针对存在的问题提出自己的计量思路(即先汽（气）液分离后换热（＜100℃）计量与汽（气）液分离后直接高温计量的两者比较，选取较为理想的计量方式)。本论文重点阐述先汽（气）液分离后换热的计量方式与汽（气）液分离后直接高温计量的工艺流程；楔形流量计的工作原理；科里奥利质量流量计的工作原理；然后对计量方式以及流量计进行整体介绍并进行比较(技术成熟性、计量精确度等方面)。最后得出结论：单井计量仍是主要的计量方法，SAGD采出液先换热后汽液分离，再通过质量流量计进行计量的方式是符合现阶段SAGD生产要求的。
关键词：SAGD采出液； 汽液分离 ；计量方式 ；楔形流量计 ；科里奥利质量流量计
Abstract
It is an important job to measure the output of oil wells.Oil wells demangd measure accurately and timely to master the condtion states and formulate productive scheme. So we need research measurement mechanism ,which can improve measurement technology with very important meanings.
The investigative and main contents in this thesis has Pass to the sparse oil in old area in current the oil-field of Xinjiang area a present condition for single well calculating device inquisition, find out the problem of calculating the device esse now and aim at the existent problem put forward own research way of thinking.( use to calculate the pump calculate the liquid mutually, calculate the spirit with the whirlpool flowmeter mutually).Single well in research in point in this thesis spirit liquid two calculate the craft process of the device mutually;Calculate the work principle of the pump and calculate the principle;The air flowmeter calculates the principle;Calculating the device automation gauge delivers the process;Then to calculate the device proceed the whole introduction and with calculate currently the device proceed the comparison.( investment, technique mature, calculate accuracy etc. aspect).Get a conclusion finally:Single well spirit liquid two calculate the device mutually to is all viable on the technique still on the economy regardless.
Keywords: well measurement; separator; measurement equipment; The diaphragm calculates the
pump; Whirlpool flowmeter
1 绪 论
1.1 新疆油田油井计量技术现状
随着技术的发展，新疆油田的油井计量也经历了革命性的变革，最初是把计量装置置放在砖房里，再后来放在彩板房里，目前有部分计量站把计量装置放在保温盒里，计量装置从最初的不连续计量，到探索逐步实现连续计量；从人工计量到现在的自动计量，随着撬装化、模块化在计量装置上的成功应用，计量装置也在不断的优化、简化。
目前新疆油田采用的油井计量装置主要有：称重式计量，气液两相流计量仪，大罐计量，双容积计量。
1.1.1 称重式计量装置
油井产出液经进液口进入分离计量器，在流经上部分离器时油气分离，液相被下部收集伞集中并流入翻斗，翻斗中的流体质量达到一定数值时发生反转，达到计量的目的。
装置优点：称重式油井计量技术是一种功能强、自动程度高、计量精确、使用范围广泛, 与传统模式截然不同的计量新技术。该技术较好地解决了稠油粘度大和低油气比油井的单井计量问题, 同时也满足稀油和高油气比油井的单井计量, 具有广泛的适用性。
用在SAGD采出液计量上主要存在以下问题：
1） SAGD来液含有大量的蒸汽，蒸汽与液体混合的两相流进入计量装置，蒸汽会对
翻斗产生冲击，使翻斗在未收集满液体的情况下发生侧翻，进而影响计量的准确
性，失去计量的意义。
2） SAGD来液是稠油甚至超稠油，在称重式计量罐翻斗内会发生原油挂壁现象，在
每次计量时增加了计量误差
1.1.2 气液两相流计量仪
气液两相流量仪是采用静态混合器、文丘里管测量总流量,应用倒U型管测量气液比。主要构件包括：(1)多相整流器：缓冲管道内的压力脉动,分离部分气体，避免在管道中出现环状流,减少气相和液体速度滑差造成的误差.(2)计量构件主要由倒U型管、静态混合器、文丘里管和一些阀门组成.作用是测量气液比和总流量。
装置优点：
1) 气液两相流计量装置结构简单、撬装化设计体积小，用保温盒保温即可。
2) 油井两相流连续计量技术正是突破了常规的气、液分离计量技术，对油井气、液两相进行混合计量。
3) 自动化程度高，数据可以远传至控制室。
用在SAGD采出液计量上主要存在以下问题：
1) SAGD采出液含汽量大，对于汽量大的油井计量不准确。导致原油系统误差为
10% ～20%。
2) 由于该装置自动化计算模块用流体力学的相关公式编程模拟而成，当工况条件变化
时，导致原油系统误差为10% ～20%。
1.1.3 双容积计量装置
油气混合物由入口进入气液分离室，分离后的气体由气出口排出，进入站内气系统或与油系统汇合。分离后的液体部分进入下部储液室，下部储液室安装有高、低液位开关。当液位在低液位时，排液停止，下部储液室开始进液，当达到高液位时，进液停止，开始排液。重复进液和排液，根据单位时间内下部储液室的容积和排液次数，计算单井产液量。
装置优点：实现对单井产液量的连续计量，克服了传统计量分离器不能连续量油的弊端，同时有气和无气都能正常进行
用在SAGD采出液计量上主要存在以下问题：
SAGD采出液温度高，一般在200℃左右，流体的体积由于热胀冷缩而发生变化，对于体积计量的方式，会产生很大的误差。
综上所述，目前用在新疆油田的大部分计量装置，均无法满足SAGD采出液的计量需求，需要我们研究或选出一个计量准确、自动化水平较高、结构简单、能解决以上所存在的问题的合理计量方式，以加快推进SAGD的开发生产。
2 SAGD采出液计量方式选型方向内容
2.1 SAGD采出液单井计量
根据SAGD采出液温度高、含砂量大、携汽量大、油水乳化严重等特点，要使计量精确，
必须进行换热和汽液分离，因此考虑到两种计量方式：一种是先汽（气）液分离后换热（＜100℃）计量；一种是汽（气）液分离后直接高温（180~200℃）下计量。
2.2 汽（气）液分离后直接高温下（180~200℃）计量（方案二）
2.2.1 计量装置流程简述
SAGD单井采岀液，经蒸汽分离器分离，然后两级换热（其中：一级由200℃至120℃，二级由120℃至95℃）后，换热后的汽相与液相汇合进入流量计进行计量，在分离器排液管道设置螺杆泵排油，并在螺杆泵出口设流量计进行计量准确度校核。
设计量分离器旁通流程：当换热后（＜100℃），来液中不含汽（气）相，可以直接通过流量计计量单井来液。
二级换热器出油口设置两路电动球阀，根据检测出液温度判定进入计量分离器或旁通流程。
换热器热源（油）采用串联。冷源（水）采用并联方式，并在冷源进口设置流量计与调节阀，与换热器油出口温度联锁调节冷源流量。
2.2.2 计量装置工艺参数
液量计量范围：50-350t/d；
汽（气）量计量范围：3-15t/d；
工作压力：≤2.5MPa
工作温度：≤250℃
2.3 汽（气）液分离后直接高温下（180~200℃）计量（方案二）
2.3.1 计量装置流程简述
SAGD单井采岀液，经计量管道进入耐高温气液分离器进行气液分离后，液路通过流量计计量，气路通过流量计计量。计量后的汽体与液体再混合输回集油管道。
2.3.2 计量装置工艺参数
液量计量范围：50-350t/d；
汽（气）量计量范围：3-15t/d；
工作压力：≤2.5MPa
工作温度：≤250℃
2.4 两种选型方式对比分析
2.4.1 技术可行性分析
方案一换热后计量，解决了高温情况下闪蒸对计量精度的影响，容积计量和流量计计量两种计量方式适应性强。
方案二在高温下分离计量，正常情况下可以计量，但不能消除闪蒸对计量精度影响，流量计计量精度受分离效果影响较大。
2.4.2 价格比选
方案一计量装置每套180万 需要1套，计量管道费用152万元，合计332万元。
方案二计量装置每套30万 需要3套，合计90万元。
考虑到SAGD开发采油目前仍属摸索阶段，单井计量准确程度对SAGD开发效果评价及采取合适的井控措施有着非常重要的影响，为今后SAGD大规模开发做好技术储备，所以采用方案一。
2.5 仪表选型
由于SAGD采出液温度高、流量波动范围大、粘度较高，并携汽、携沙，其中操作温度范围90~100℃之间，混合液粘度范围2062~462.9mPa.s，总液量范围800~3500t/d，单井液量范围50~350 t/d，最大最小量程比达7:1，为确保采出液计量准确度和仪表使用的可靠性，通过对工艺流程及采出液物性分析，确定仪表选型方案。
2.5.1 方案一：采用楔形流量计对单井采出液进行计量
楔形流量计仪表特点：
◆ 检测元件采用楔形孔板，它是一块V形的节流件，通过测量流体流过节流件产生的
差压变化测量流量；
◆ 可用于粘性流体的流量测量，一般粘度小于500mPa•s，特殊情况粘度可达1000mPa
•s；
◆ 适用于含悬浮颗粒的液固混合物；
◆ 最大最小量程比可达1:10；
◆ 精确度2%-3%（含水原油）
◆ 含气量小于1%，当含气量增加时对测量精度造成影响；
2.5.2 方案二：采用科里奥利质量流量计对总采出液和单井采出液进行计量
科里奥利质量流量计特点：
◆ 是利用流体在振动管中流动时，产生与质量与质量流量成正比的科里奥利力的原理
而制成的；
◆ 直接测量质量流量，有很高的测量精确度；
◆ 可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气
体的液体、有足够密度的中高压气体；
◆ 测量管的振动幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍件和活动件；
◆ 对应对迎流流速分布不敏感，因而无上下游直管段要求；
◆ 测量值对流体粘度不敏感，流体密度变化对测量值得值的影响微小；
◆ 可做多参数测量，如同期测量密度，并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度，如
原油含水率。
2.6 方案比选
2.6.1 技术可行性分析
针对SAGD采出液计量工况条件，结合楔形流量计和科里奥利质量流量计技术特点可看出，采用楔形流量计或科里奥利质量流量计测量SAGD采出液流量在技术上是可行的。 由于目前采出液携汽量不确定，一般液体中含气量超过某一限值都会对测量精度造成影响，按照厂家咨询意见，如采用楔形流量计，含气量应小于1%，当含气量增加时对测量精度影响幅度将不可确定。如采用科里奥利质量流量计，以艾默生CMF型质量流量计（含气型）为例，当含气量小于20%时，可以测量，误差2~3%，符合相关规范要求，同时采用质量流量计还可同步测量原油密度、含水率、温度等参数，达到一表多功能的优点。
2.6.2 价格比选
楔形流量计：DN100 PN2.5MPa 4.0万/台; 单井计量
质量流量计： DN50 class300lb CFM型12万/台；F200型9万/台（没有含气测量功能）；单井计量
由于采出液携汽量存在不确定性，同时混合液粘度范围目前无法确定，为确保采出液计量准确度，因此采用质量流量计，同时对采出液进行汽液分离后再进行计量。
2.3 气液计量连续化
连续在线计量适应的计量范围更宽，即单井产出多少液量，计量装置就计量多少液量，不像容积型间断计量装置存在容积反映时间，因此可以解决单井产液量低时，计量慢的问题。
3 气液两相计量装置研发思路及内容
3.1 气液两相计量装置的研发思路
以单井气液两相计量装置的研发方向为指导，同时要求所研发的计量装置适应性强，投资低、安全、可靠。现对气液两相计量装置做以下设想：
单井来液通过立式分离器进行气液两相分离，分离出的气相通过气体流量计
计量，分离出的液相通过计量泵计量，同时配上多功能控制仪(RTU)以实现计量过程中的自动化控制。
计量装置由以下设备构成：
1) 1台立式分离器
采用立式分离器，允许油水界面在较大范围内波动，有利于分离效果的控制。同时要求分离器效果较好，以便于计量泵在计量过程中数据更准确。
2) 1套气体流量计
要求气体流量计计量精确度≤±5％，计量数据具备上传的功能。
3) 1台计量泵
要求计量泵结构合理、性能可靠、运行平稳，计量精确度≤±5％，柱塞行程能在0～100％间自动调节。
该计量泵起两个作用：
a) 快速排油。对于油气比低的油井，排油难的问题通过泵解决。
b) 计量作用。(计量精度±5%)
4) 1套RTU(多功能控制仪)
RTU包括:液位指示控制仪(LIC)、执行指示控制仪(ZIC)、用于液相的流量指示计算仪和用于气相的流量指示计算仪(FIC)要具备以下功能：
① 实现液位信号与4～20mA电流信号的对应转变，预留信号传输接口；
② 计量值均传至RTU，由RTU进行存储、显示和读取，并可以通过站区天线远传至中控室。
3.2 气液两相计量装置的研发内容
论文的主要内容有：气液两相计量装置工艺流程；主要设备的可行性研究；计量装置自动化实现过程；通过与在用计量装置的比较论证装置的优越性；并得出结论单井气液两相计量装置不仅技术上还是经济上都是可行的。并展望了气液两相计量装置在新疆油田的市场前景。
4 工艺流程介绍
4.1 工艺流程简图
4.2 工艺流程简述
4.2.1 计量过程
初始条件下，计量泵停止、阻流阀关闭，气液混合物由罐上部进入气液分离罐，分离出的气体从罐上部引出，经过气体流量计后进入出油汇管；分离出的液体在罐内累积上升。当液位到达设定控制高度时，程序启动计量泵，阻流阀开启，系统开始计量，由气体流量计测Q气(Nm3/h)、由计量泵测Q液(m3/h)。XUC多功能控制仪控制计量过程中的信号并通过程序计算，显示出流量值。
所选用的计量泵具有自动调节的功能，根据来液量的变化，通过信号传给计量泵，计量泵根据此信号自动控制计量泵的计量量程，即泵的流量调节通过改变柱塞行程长度来实现，行程可在0～100％范围内无级调节，运行和停车时均可进行。
当液位大于设定的控制高度时，在XUC的控制下，增大计量泵的柱塞行程，反之，减小计量泵的柱塞行程。最终在XUC的控制下液位处于稳定状态(ΔQ入＝ΔQ出)时，系统开始计量。
5 主要设备的研究
5.1 油井计量的主要技术特点
在对计量设备的研发前我们一定要明确油井计量的主要技术特点，以便于我们在对设备的研发过程中合理选用设备
油井计量的工况较为复杂，主要技术特点是：
1) 被测量的介质是油、气、水的混合物，混合也不均匀，混合比是经常变化的；
2) 油、气、水混合物的流量波动大，流态变化大，会出现段塞流；
3) 被测量介质一般都不同程度地含有泥砂等机械杂质；
4) 测量的工况条件随油井的生产条件一起，经常变化；
5.2 立式油气分离器部分
选立式分离器做为气液分离设备主要原因在于立式分离器存在以下优点：
1) 允许油水界面在较大范围内波动，有利于分离效果的控制；
2) 立式分离器结构简单、维修方便，造价低；
3) 分离效果较好，能够满足气液两相计量装置对气液两相分离的要求；
根据目前油田的实际情况，确定分离器的处理规模为：
气处理规模为：0～2400m3/d；
液处理规模为：0～20t/d；
根据气液分离理论，运用相关经验公式算出：分离器直径0.426m；分离器高：1.55m(立式分离器的相关计算过程见附页)
5.3 计量泵部分
5.3.1 计量泵的选型
根据设计规模(产液量：20t/d)，选用J-DM1250/1.3型隔膜计量泵，该计量泵流量为1.25m3/h,额定排出压力为1.3MPa,电机功率为2.2KW。计量精度为±0.1％(理想情况)，一般情况≤±5％，隔膜连续运行时间≥8000h。
5.3.2 计量泵的相关说明
1) 计量泵简介
J系列计量泵是按工艺流程要求，0～100％调节定量输送腐蚀性液体、计量精度±1％的通用机械设备。输送温度一般在－30～100℃、粘度在0.3～800mm m2/s及不含固体颗粒的介质。按液体腐蚀性质，可选用不同材料满足其使用要求。根据要求有电控型、气控型、双调型、高温型、高粘度、等有特殊功能要求的计量泵。广泛用于石油化学工业。
2) 计量泵工作原理
J系列计量泵为卧式单作用可调式容积泵。液缸部分选用的是隔膜式。隔膜泵是借助柱塞在缸体内往复运动，使腔内油液产生脉动力，推动隔膜来回鼓动，在阀的启闭作用下达到吸液排液的目的。由于用隔膜把柱塞与被输送液体隔开，可防止液体向外渗漏造成污染和损失。若配上报警器，当隔膜破裂后能及时停车报警，有效地避免油料对流程管道的污染。更换隔膜后又可恢复正常运行。
泵的流量调节通过改变柱塞行程长度实现，行程可在0～100％范围内无级调节，运行和停车时均可进行。配上电控装置后，可实现远距离操作或自动化控制。
3) 计量泵计量原理
3－1 计量泵腔体结构图
由上图可以看出计量泵的长度为L;(0点)对应的电流信号为4 mA，L点对应的电流信号为20 mA,l点的电流信号为i,由几何关系可以得出：
l=
其中：
l：0～L之间的行程长度，mm；
L:最大行程长度，mm； i-4⨯L (3-1) 16
i：行程l相对应的电流信号；
v=S⨯l＝
其中：
v:行程l对应的体积量，mm3
S:腔体的横截面积，mm2； i-4i-4⨯L⨯S=Vmax (3－2) 1616
Vmax：行程L对应的体积量，mm3;
Q=f⨯v＝f⨯
其中：
Q:液量，mm3/s;
f:常量，冲程次数，Hz； i-4⨯Vmax (3-3) 16
即计量泵所测液量仅与电流信号i有关，4～20mA中的任一一个电流值，对应了一个流量值。即通过测量4～20mA中的任一一个电流值就可以测出所测液体的液量。
5.4 气体流量计部分
5.4.1 气体流量计的选型
根据设计规模(2400m3/d),选用LXW03－ZQ1FBINX型漩涡流量计，测量范围为：0～6480 Nm3/d(0.5～1.2MPa)，公称压力为1.6MPa。
5.4.2 气体流量计的相关说明
1) LXW-漩涡流量计简介
LXW型漩涡流量计是根据卡门涡街原理制造用于流量测量封闭管道中气体、蒸汽流量的精密仪表，内部无可动部件，无需进行现场维护，被广泛应用于石油、化工等行业的计量管理及过程控制。
2) LXW-漩涡流量计工作原理
当在流体中插入一个流动方向垂直的非流线型柱体，则在其下游侧会交替地产生二列内旋的漩涡列，被称为卡门漩涡。
在一定的雷诺数范围内，漩涡释放频率f与流体的流速v及漩涡发生体迎面宽度d成下列关系：
v f=St (1) d
(其中:St:斯特劳哈数strouhal(无量纲常数))
从上式可以看出，只要检测出漩涡的频率f，就可以测量出流体的流速v，从而达到测量管道内流体的流量Q
v=df (2) St
dS=f·S (3) Q=V·St
式中：
S：管道的截面积
d1dS为常数，S 则 Q=f/k (4) 令=·kStSt
式中：K：流量计的仪表系数(脉冲数/升)，通常用实际流量试验求出。
由于漩涡发生体两侧交替产生漩涡，该漩涡力作用于检测体，使之产生交变应力，该应力作用压电元件上，产生了与漩涡频率相同交变电荷信号，通过转换器处理后，输出与漩涡频率相同的脉冲信号或与流量成正比的4－20mADC信号。
5.5 自动化仪表部分
整个装置的仪表自动化主要由多功能控制仪(RTU)实现。主要由以下四个仪表构成 ：液位指示控制仪(LIC)、执行指示控制仪(ZIC)、气相和液相流量指示计算仪(FIC)。
5.5.1 计量数据的输出过程
1) 数据传输流程图
XUC:多功能控制仪
2) 传输流程说明
首先液位计给出一个液位信号，将此信号传给液位指示控制仪，液位指示控制仪将此液位信号转化为4～20mA的电信号，电信号再传给(ZIC:执行指示控制仪),从(ZIC)出来的信号(4～20mA)输给伺服电机，该信号直接控制伺服电机，伺服电机控制计量泵的柱塞行程，计量泵的实际冲程变化通过电信号的型式反馈给伺服电机，伺服电机反馈出一个4～20mA的电信号，然后该信号再次经过(ZIC),(ZIC)出来的信号传给流量指示控制仪(含有流量计算仪)。计算仪输出的数据就是所测流体的实际流量值。
当液位大于设定的控制高度时，在XUC的控制下，增大计量泵的柱塞行程，反之，减小计量泵的柱塞行程。最终在XUC的控制下液位处于稳定状态(ΔQ入＝ΔQ出)时，系统开始计量。时间从t1到t2区间内：
Q平均气=24⨯（⎰Q气dt）/∆t …(Nm3/d) t1t2
Q平均液=24⨯（⎰Q液dt）/∆t …(t/d) t1t2
计量时间：Δt = t2 – t1 …(S)
计量结果由RTU进行存储、显示和读取，并可以通过站区天线远传至中控室。
通过对以上计量装置主要设备的研究分析可以的出结论：以上计量设备在技术上是可行的，能够满足气液两相计量装置对计量设备的要求。
6 单井气液计量装置的相关介绍
根据气液两相计量装置的研发方向，以外型结构紧凑、可工厂预制、易于运输和撬装化生产安装；自动化程度高、安全可靠、易于管理为指导思想，运用AUTOPLANT软件画出了计量装置模型。
6.1 计量装置工艺安装模型
图6－1：单井气液两相计量装置工艺安装模型
6.2 装置参数
1) 装置主要技术参数：
2) 液体计量范围：≤20t/d；
3) 气体计量范围：≤6480Nm3/d(0.5—1.2MPa)
4) 压力设计等级： 1.6MPa；
5) 计量压力损失：≤0.01 MPa。
6) 装置计量精度：产液量≤±5%；
产气量≤±5%；
7) 装置外形尺寸：2100x1500x2110mm
6.3 装置特点
1) 撬装化设计，结构简单；
2) 气液均可连续在线计量；
3) 自动化程度高，自动化计量，数据可远传；
4) 解决因气液比低，分离器排油困难的问题；
5) 计量准确度高；≤±5％
6) 适用范围较广，稀油区块的油井在设计范围下的任意工况(包括：低油气比、高油气比、单井产液量低、单井产液量高的油井)；
6.4 装置存在的问题
1) 计量装置含动力设备有易损部件。
2) 存在因2.2kW计量泵带来的运行费用。
7 气液两相计量装置与LET分体计量、两相流量仪的比较
7-1 单井气液两相计量装置与目前新疆在用计量装置的比较
8 结论及市场前景
8.1 结论
通过以上对单井气液两相计量装置的研发内容可以得出结论：单井气液两相计量装置无论在技术上还是在经济上都是可行的，且能够解决目前新疆油田稀油区块在用计量装置存在的问题。完全能够满足油田生产的需求。
8.2 市场前景
由于两相计量装置具有计量准确、连续、自动化高、操作简单等特点，同时配上自动化选井工艺可以实现计量站全自动远程控制及数据传输，可以有效提高劳动生产率和油田的管理水平。
目前新疆油田老油田老区块较多，每年需要改造或大修的计量站数量较多，因此单井气液两相计量装置市场形势非常可观。
9 研究中存在的问题
本论文是在短时间内完成的，由于本人知识水平有限，尤其对自动化仪表、机泵方面的部分内容了解不够深入，因此在论文中难免有不妥当之处。望各位专家批评指正。本人将十分感激！
10 个人对单井计量的展望
在计量装置的研究过程中，查了国内外很多有关单井计量技术方面的资料，对未来的单井计量有一些个人的看法与思考。归结如下：
1）单井计量的发展方向应该是自动化仪表与计量软件的完美接合
随着计量技术的不断发展，计量站将在油田上成为历史，单井计量过程直接在井口完成。该技术的核心是自动化仪表和计量软件的研发。通过用自动化仪表间接测量与流量有关的参数，将其参数传输至中控室，软件将对其处理并计算出流量值，并通过软件将其参数进行动
态模拟，进一步了解油井生产动态。如目前已在大港油田推广和在新疆陆梁油田试验的比较成熟的功图法计量就是自动化仪表与计量软件接合的一个案例。
功图法计量：涉及一种油田抽油机井产出液计量的方法及其采用的装置。在分析抽油杆柱、油管柱、液柱三个系统的三维空间振动，其位移、速度、应变、应力和负荷与时间关系，并研究三个系统的受力和位移相互耦合的基础上。利用载荷、位移传感器采集油井相关数据，通过计算机进行处理，计算出抽油泵有效冲程，实现了油井产液量的计量。在计量油井产出液的同时，还时刻对油井工作状况进行诊断分析及对油井远距离监控。
2）向油气不分离技术发展
单井计量不需要计量站，计量直接在单井管线上完成。将文丘里管、密度计或不同的流量传感器结合起来计量气体和液体的流量，液体部分用双γ射线密度计、电容、微波水含量监控仪来确定油和水的含量，从而计算出油、气、水各自的产量。
11 谢辞
本论文是在所指导师傅骆伟、黄强，组指导师傅张杰的耐心指导和悉心教导下完成的，他们具有丰富的理论知识和实际的设计经验，在他们严谨的工作态度及严格要求下，让我掌握了大量的专业知识，并具备了一定的独立处理问题的能力，确实受益非浅，同时也得到了其它师傅的热心指导，在此特向他们表示崇高的敬意和真诚的感谢！
12 参考文献
[1] 冯叔初等编.油气集输.石油大学出版社，1995
[2] 曾绍逸等编.油田油气集输设计技术实用手册.石油工业出版社，2007
[3] 郭长会发表学术论文.《油井计量技术现状及其发展趋势》.石油管理局勘察设计研究院，2006
[4] 薛国民、沈毅发表学术论文.《油井计量方法及关键技术发展方向》. 哈尔滨工业大学控制科学与工程系，2006
[5] 第一机械工业部通用机械研究所编辑 《计量泵》. 第一机械工业部通用机械研究所，1973
[6] 孙延祚编 《流量检测技术及仪表》.北京化工大学出版社，1992
实习论文
SAGD采出液两相计量装置
实习生：赵 雪
导 师：赵晓梅
新疆石油勘察设计研究院油田工艺所
2013年X月X日
目 录
1 绪 论 ..................................................................................................................................... 1
1.1 新疆油田油井计量技术现状 ..................................................................................... 1
1.1.1 φ800/φ400立式计量装置 ................................................................................ 1
1.1.2 LET分体式计量装置 .................................................... 错误！未定义书签。
1.1.3 气液两相流计量仪 ........................................................................................... 1
2 单井气液两相计量装置的研发方向 ................................................................................... 2
2.1 功能化 ......................................................................................................................... 2
2.2 撬装化 ....................................................................................... 错误！未定义书签。
2.3 气液计量连续化 ......................................................................................................... 7
3 气液两相计量装置研发思路及内容 ................................................................................... 7
3.1 气液两相计量装置的研发思路 ................................................................................. 7
3.2 气液两相计量装置的研发内容 ................................................................................. 8
4 工艺流程介绍 ....................................................................................................................... 9
4.1 工艺流程简图 ............................................................................................................. 9
4.2 工艺流程简述 ............................................................................................................. 9
4.2.1 计量过程 ........................................................................................................... 9
5 主要设备的研究 ................................................................................................................. 10
5.1 油井计量的主要技术特点 ....................................................................................... 10
5.2 立式油气分离器部分 ............................................................................................... 10
5.3 计量泵部分 ............................................................................................................... 10
5.3.1 计量泵的选型 ................................................................................................. 10
5.3.2 计量泵的相关说明 ......................................................................................... 11
5.4 气体流量计部分 ....................................................................................................... 12
5.4.1 气体流量计的选型 ......................................................................................... 12
5.4.2 气体流量计的相关说明 ................................................................................. 12
5.5 自动化仪表部分 ....................................................................................................... 13
5.5.1 计量数据的输出过程 ..................................................................................... 13
6 单井气液计量装置的相关介绍 ......................................................................................... 15
6.1 计量装置工艺安装模型 ........................................................................................... 15
6.2 装置参数 ................................................................................................................... 15
6.3 装置特点 ................................................................................................................... 16
6.4 装置存在的问题 ....................................................................................................... 16
7 气液两相计量装置与LET分体计量、两相流量仪的比较 ........................................... 17
8 结论及市场前景 ................................................................................................................. 18
8.1 结论 ........................................................................................................................... 18
8.2 市场前景 ................................................................................................................... 18
9 研究中存在的问题 ............................................................................................................. 18
10 个人对单井计量的展望 ................................................................................................... 18
11 谢辞 ................................................................................................................................... 19
12 参考文献 ........................................................................................................................... 19
附件：1. 立式分离器的相关计算
2. 单井气液两相计量装置工艺安装图
3. 单井气液两相计量装置造价明细表
选题背景
在全球石油资源中常规原油(稀油)占30%,稠油占15%, 超稠油(沥青)和油砂占55% , 其中稠油、超稠油和沥青非常规能源约占了全球石油总资源的70%。新疆油田2008年稠油产量
t 占全油田产量的33%。近几年来为提高采收率, 加拿大等国家通过采用蒸汽驱
重力辅助泄油( SAGD )等新技术替代了以吞吐开发为主的稠油开发方式, 实现了对非常规能源的有效开发。新疆油田重32、重37井区已相继开展SAGD实验。通过对SAGD实验采出液的分析，主要表现为采出液具有温度高、含砂量大、携汽量大、油水乳化严重等特点。故对单井的计量要求也发生了改变，常规开发的的稀油或稠油的计量方式已不适用于SAGD采出液。
在这种形式下，我们需要选择一套结构简单的、计量精度准确的、自动化水平合适的、成本较低的、符合市场需要的SAGD采出液计量装置 ，对于SAGD的试验或大规模开采具有重要的意义。
摘 要
油井计量是油田生产管理中的一项重要工作，对油井产量进行准确、及时的计量，对掌握油藏状况，制定生产方案，具有重要的指导意义。尤其对于尚属起步阶段的SAGD开采方式，较高的计量精度对于SAGD的生产及动态分析尤为重要。因此选择一个合理的计量方式对SAGD的开采具有重要意义。
本论文主要内容有：通过对目前新疆油田区块单井计量装置的现状调查，找出目前计量方式用在SAGD采出液上所面临的问题，并针对存在的问题提出自己的计量思路(即先汽（气）液分离后换热（＜100℃）计量与汽（气）液分离后直接高温计量的两者比较，选取较为理想的计量方式)。本论文重点阐述先汽（气）液分离后换热的计量方式与汽（气）液分离后直接高温计量的工艺流程；楔形流量计的工作原理；科里奥利质量流量计的工作原理；然后对计量方式以及流量计进行整体介绍并进行比较(技术成熟性、计量精确度等方面)。最后得出结论：单井计量仍是主要的计量方法，SAGD采出液先换热后汽液分离，再通过质量流量计进行计量的方式是符合现阶段SAGD生产要求的。
关键词：SAGD采出液； 汽液分离 ；计量方式 ；楔形流量计 ；科里奥利质量流量计
Abstract
It is an important job to measure the output of oil wells.Oil wells demangd measure accurately and timely to master the condtion states and formulate productive scheme. So we need research measurement mechanism ,which can improve measurement technology with very important meanings.
The investigative and main contents in this thesis has Pass to the sparse oil in old area in current the oil-field of Xinjiang area a present condition for single well calculating device inquisition, find out the problem of calculating the device esse now and aim at the existent problem put forward own research way of thinking.( use to calculate the pump calculate the liquid mutually, calculate the spirit with the whirlpool flowmeter mutually).Single well in research in point in this thesis spirit liquid two calculate the craft process of the device mutually;Calculate the work principle of the pump and calculate the principle;The air flowmeter calculates the principle;Calculating the device automation gauge delivers the process;Then to calculate the device proceed the whole introduction and with calculate currently the device proceed the comparison.( investment, technique mature, calculate accuracy etc. aspect).Get a conclusion finally:Single well spirit liquid two calculate the device mutually to is all viable on the technique still on the economy regardless.
Keywords: well measurement; separator; measurement equipment; The diaphragm calculates the
pump; Whirlpool flowmeter
1 绪 论
1.1 新疆油田油井计量技术现状
随着技术的发展，新疆油田的油井计量也经历了革命性的变革，最初是把计量装置置放在砖房里，再后来放在彩板房里，目前有部分计量站把计量装置放在保温盒里，计量装置从最初的不连续计量，到探索逐步实现连续计量；从人工计量到现在的自动计量，随着撬装化、模块化在计量装置上的成功应用，计量装置也在不断的优化、简化。
目前新疆油田采用的油井计量装置主要有：称重式计量，气液两相流计量仪，大罐计量，双容积计量。
1.1.1 称重式计量装置
油井产出液经进液口进入分离计量器，在流经上部分离器时油气分离，液相被下部收集伞集中并流入翻斗，翻斗中的流体质量达到一定数值时发生反转，达到计量的目的。
装置优点：称重式油井计量技术是一种功能强、自动程度高、计量精确、使用范围广泛, 与传统模式截然不同的计量新技术。该技术较好地解决了稠油粘度大和低油气比油井的单井计量问题, 同时也满足稀油和高油气比油井的单井计量, 具有广泛的适用性。
用在SAGD采出液计量上主要存在以下问题：
1） SAGD来液含有大量的蒸汽，蒸汽与液体混合的两相流进入计量装置，蒸汽会对
翻斗产生冲击，使翻斗在未收集满液体的情况下发生侧翻，进而影响计量的准确
性，失去计量的意义。
2） SAGD来液是稠油甚至超稠油，在称重式计量罐翻斗内会发生原油挂壁现象，在
每次计量时增加了计量误差
1.1.2 气液两相流计量仪
气液两相流量仪是采用静态混合器、文丘里管测量总流量,应用倒U型管测量气液比。主要构件包括：(1)多相整流器：缓冲管道内的压力脉动,分离部分气体，避免在管道中出现环状流,减少气相和液体速度滑差造成的误差.(2)计量构件主要由倒U型管、静态混合器、文丘里管和一些阀门组成.作用是测量气液比和总流量。
装置优点：
1) 气液两相流计量装置结构简单、撬装化设计体积小，用保温盒保温即可。
2) 油井两相流连续计量技术正是突破了常规的气、液分离计量技术，对油井气、液两相进行混合计量。
3) 自动化程度高，数据可以远传至控制室。
用在SAGD采出液计量上主要存在以下问题：
1) SAGD采出液含汽量大，对于汽量大的油井计量不准确。导致原油系统误差为
10% ～20%。
2) 由于该装置自动化计算模块用流体力学的相关公式编程模拟而成，当工况条件变化
时，导致原油系统误差为10% ～20%。
1.1.3 双容积计量装置
油气混合物由入口进入气液分离室，分离后的气体由气出口排出，进入站内气系统或与油系统汇合。分离后的液体部分进入下部储液室，下部储液室安装有高、低液位开关。当液位在低液位时，排液停止，下部储液室开始进液，当达到高液位时，进液停止，开始排液。重复进液和排液，根据单位时间内下部储液室的容积和排液次数，计算单井产液量。
装置优点：实现对单井产液量的连续计量，克服了传统计量分离器不能连续量油的弊端，同时有气和无气都能正常进行
用在SAGD采出液计量上主要存在以下问题：
SAGD采出液温度高，一般在200℃左右，流体的体积由于热胀冷缩而发生变化，对于体积计量的方式，会产生很大的误差。
综上所述，目前用在新疆油田的大部分计量装置，均无法满足SAGD采出液的计量需求，需要我们研究或选出一个计量准确、自动化水平较高、结构简单、能解决以上所存在的问题的合理计量方式，以加快推进SAGD的开发生产。
2 SAGD采出液计量方式选型方向内容
2.1 SAGD采出液单井计量
根据SAGD采出液温度高、含砂量大、携汽量大、油水乳化严重等特点，要使计量精确，
必须进行换热和汽液分离，因此考虑到两种计量方式：一种是先汽（气）液分离后换热（＜100℃）计量；一种是汽（气）液分离后直接高温（180~200℃）下计量。
2.2 汽（气）液分离后直接高温下（180~200℃）计量（方案二）
2.2.1 计量装置流程简述
SAGD单井采岀液，经蒸汽分离器分离，然后两级换热（其中：一级由200℃至120℃，二级由120℃至95℃）后，换热后的汽相与液相汇合进入流量计进行计量，在分离器排液管道设置螺杆泵排油，并在螺杆泵出口设流量计进行计量准确度校核。
设计量分离器旁通流程：当换热后（＜100℃），来液中不含汽（气）相，可以直接通过流量计计量单井来液。
二级换热器出油口设置两路电动球阀，根据检测出液温度判定进入计量分离器或旁通流程。
换热器热源（油）采用串联。冷源（水）采用并联方式，并在冷源进口设置流量计与调节阀，与换热器油出口温度联锁调节冷源流量。
2.2.2 计量装置工艺参数
液量计量范围：50-350t/d；
汽（气）量计量范围：3-15t/d；
工作压力：≤2.5MPa
工作温度：≤250℃
2.3 汽（气）液分离后直接高温下（180~200℃）计量（方案二）
2.3.1 计量装置流程简述
SAGD单井采岀液，经计量管道进入耐高温气液分离器进行气液分离后，液路通过流量计计量，气路通过流量计计量。计量后的汽体与液体再混合输回集油管道。
2.3.2 计量装置工艺参数
液量计量范围：50-350t/d；
汽（气）量计量范围：3-15t/d；
工作压力：≤2.5MPa
工作温度：≤250℃
2.4 两种选型方式对比分析
2.4.1 技术可行性分析
方案一换热后计量，解决了高温情况下闪蒸对计量精度的影响，容积计量和流量计计量两种计量方式适应性强。
方案二在高温下分离计量，正常情况下可以计量，但不能消除闪蒸对计量精度影响，流量计计量精度受分离效果影响较大。
2.4.2 价格比选
方案一计量装置每套180万 需要1套，计量管道费用152万元，合计332万元。
方案二计量装置每套30万 需要3套，合计90万元。
考虑到SAGD开发采油目前仍属摸索阶段，单井计量准确程度对SAGD开发效果评价及采取合适的井控措施有着非常重要的影响，为今后SAGD大规模开发做好技术储备，所以采用方案一。
2.5 仪表选型
由于SAGD采出液温度高、流量波动范围大、粘度较高，并携汽、携沙，其中操作温度范围90~100℃之间，混合液粘度范围2062~462.9mPa.s，总液量范围800~3500t/d，单井液量范围50~350 t/d，最大最小量程比达7:1，为确保采出液计量准确度和仪表使用的可靠性，通过对工艺流程及采出液物性分析，确定仪表选型方案。
2.5.1 方案一：采用楔形流量计对单井采出液进行计量
楔形流量计仪表特点：
◆ 检测元件采用楔形孔板，它是一块V形的节流件，通过测量流体流过节流件产生的
差压变化测量流量；
◆ 可用于粘性流体的流量测量，一般粘度小于500mPa•s，特殊情况粘度可达1000mPa
•s；
◆ 适用于含悬浮颗粒的液固混合物；
◆ 最大最小量程比可达1:10；
◆ 精确度2%-3%（含水原油）
◆ 含气量小于1%，当含气量增加时对测量精度造成影响；
2.5.2 方案二：采用科里奥利质量流量计对总采出液和单井采出液进行计量
科里奥利质量流量计特点：
◆ 是利用流体在振动管中流动时，产生与质量与质量流量成正比的科里奥利力的原理
而制成的；
◆ 直接测量质量流量，有很高的测量精确度；
◆ 可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气
体的液体、有足够密度的中高压气体；
◆ 测量管的振动幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍件和活动件；
◆ 对应对迎流流速分布不敏感，因而无上下游直管段要求；
◆ 测量值对流体粘度不敏感，流体密度变化对测量值得值的影响微小；
◆ 可做多参数测量，如同期测量密度，并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度，如
原油含水率。
2.6 方案比选
2.6.1 技术可行性分析
针对SAGD采出液计量工况条件，结合楔形流量计和科里奥利质量流量计技术特点可看出，采用楔形流量计或科里奥利质量流量计测量SAGD采出液流量在技术上是可行的。 由于目前采出液携汽量不确定，一般液体中含气量超过某一限值都会对测量精度造成影响，按照厂家咨询意见，如采用楔形流量计，含气量应小于1%，当含气量增加时对测量精度影响幅度将不可确定。如采用科里奥利质量流量计，以艾默生CMF型质量流量计（含气型）为例，当含气量小于20%时，可以测量，误差2~3%，符合相关规范要求，同时采用质量流量计还可同步测量原油密度、含水率、温度等参数，达到一表多功能的优点。
2.6.2 价格比选
楔形流量计：DN100 PN2.5MPa 4.0万/台; 单井计量
质量流量计： DN50 class300lb CFM型12万/台；F200型9万/台（没有含气测量功能）；单井计量
由于采出液携汽量存在不确定性，同时混合液粘度范围目前无法确定，为确保采出液计量准确度，因此采用质量流量计，同时对采出液进行汽液分离后再进行计量。
2.3 气液计量连续化
连续在线计量适应的计量范围更宽，即单井产出多少液量，计量装置就计量多少液量，不像容积型间断计量装置存在容积反映时间，因此可以解决单井产液量低时，计量慢的问题。
3 气液两相计量装置研发思路及内容
3.1 气液两相计量装置的研发思路
以单井气液两相计量装置的研发方向为指导，同时要求所研发的计量装置适应性强，投资低、安全、可靠。现对气液两相计量装置做以下设想：
单井来液通过立式分离器进行气液两相分离，分离出的气相通过气体流量计
计量，分离出的液相通过计量泵计量，同时配上多功能控制仪(RTU)以实现计量过程中的自动化控制。
计量装置由以下设备构成：
1) 1台立式分离器
采用立式分离器，允许油水界面在较大范围内波动，有利于分离效果的控制。同时要求分离器效果较好，以便于计量泵在计量过程中数据更准确。
2) 1套气体流量计
要求气体流量计计量精确度≤±5％，计量数据具备上传的功能。
3) 1台计量泵
要求计量泵结构合理、性能可靠、运行平稳，计量精确度≤±5％，柱塞行程能在0～100％间自动调节。
该计量泵起两个作用：
a) 快速排油。对于油气比低的油井，排油难的问题通过泵解决。
b) 计量作用。(计量精度±5%)
4) 1套RTU(多功能控制仪)
RTU包括:液位指示控制仪(LIC)、执行指示控制仪(ZIC)、用于液相的流量指示计算仪和用于气相的流量指示计算仪(FIC)要具备以下功能：
① 实现液位信号与4～20mA电流信号的对应转变，预留信号传输接口；
② 计量值均传至RTU，由RTU进行存储、显示和读取，并可以通过站区天线远传至中控室。
3.2 气液两相计量装置的研发内容
论文的主要内容有：气液两相计量装置工艺流程；主要设备的可行性研究；计量装置自动化实现过程；通过与在用计量装置的比较论证装置的优越性；并得出结论单井气液两相计量装置不仅技术上还是经济上都是可行的。并展望了气液两相计量装置在新疆油田的市场前景。
4 工艺流程介绍
4.1 工艺流程简图
4.2 工艺流程简述
4.2.1 计量过程
初始条件下，计量泵停止、阻流阀关闭，气液混合物由罐上部进入气液分离罐，分离出的气体从罐上部引出，经过气体流量计后进入出油汇管；分离出的液体在罐内累积上升。当液位到达设定控制高度时，程序启动计量泵，阻流阀开启，系统开始计量，由气体流量计测Q气(Nm3/h)、由计量泵测Q液(m3/h)。XUC多功能控制仪控制计量过程中的信号并通过程序计算，显示出流量值。
所选用的计量泵具有自动调节的功能，根据来液量的变化，通过信号传给计量泵，计量泵根据此信号自动控制计量泵的计量量程，即泵的流量调节通过改变柱塞行程长度来实现，行程可在0～100％范围内无级调节，运行和停车时均可进行。
当液位大于设定的控制高度时，在XUC的控制下，增大计量泵的柱塞行程，反之，减小计量泵的柱塞行程。最终在XUC的控制下液位处于稳定状态(ΔQ入＝ΔQ出)时，系统开始计量。
5 主要设备的研究
5.1 油井计量的主要技术特点
在对计量设备的研发前我们一定要明确油井计量的主要技术特点，以便于我们在对设备的研发过程中合理选用设备
油井计量的工况较为复杂，主要技术特点是：
1) 被测量的介质是油、气、水的混合物，混合也不均匀，混合比是经常变化的；
2) 油、气、水混合物的流量波动大，流态变化大，会出现段塞流；
3) 被测量介质一般都不同程度地含有泥砂等机械杂质；
4) 测量的工况条件随油井的生产条件一起，经常变化；
5.2 立式油气分离器部分
选立式分离器做为气液分离设备主要原因在于立式分离器存在以下优点：
1) 允许油水界面在较大范围内波动，有利于分离效果的控制；
2) 立式分离器结构简单、维修方便，造价低；
3) 分离效果较好，能够满足气液两相计量装置对气液两相分离的要求；
根据目前油田的实际情况，确定分离器的处理规模为：
气处理规模为：0～2400m3/d；
液处理规模为：0～20t/d；
根据气液分离理论，运用相关经验公式算出：分离器直径0.426m；分离器高：1.55m(立式分离器的相关计算过程见附页)
5.3 计量泵部分
5.3.1 计量泵的选型
根据设计规模(产液量：20t/d)，选用J-DM1250/1.3型隔膜计量泵，该计量泵流量为1.25m3/h,额定排出压力为1.3MPa,电机功率为2.2KW。计量精度为±0.1％(理想情况)，一般情况≤±5％，隔膜连续运行时间≥8000h。
5.3.2 计量泵的相关说明
1) 计量泵简介
J系列计量泵是按工艺流程要求，0～100％调节定量输送腐蚀性液体、计量精度±1％的通用机械设备。输送温度一般在－30～100℃、粘度在0.3～800mm m2/s及不含固体颗粒的介质。按液体腐蚀性质，可选用不同材料满足其使用要求。根据要求有电控型、气控型、双调型、高温型、高粘度、等有特殊功能要求的计量泵。广泛用于石油化学工业。
2) 计量泵工作原理
J系列计量泵为卧式单作用可调式容积泵。液缸部分选用的是隔膜式。隔膜泵是借助柱塞在缸体内往复运动，使腔内油液产生脉动力，推动隔膜来回鼓动，在阀的启闭作用下达到吸液排液的目的。由于用隔膜把柱塞与被输送液体隔开，可防止液体向外渗漏造成污染和损失。若配上报警器，当隔膜破裂后能及时停车报警，有效地避免油料对流程管道的污染。更换隔膜后又可恢复正常运行。
泵的流量调节通过改变柱塞行程长度实现，行程可在0～100％范围内无级调节，运行和停车时均可进行。配上电控装置后，可实现远距离操作或自动化控制。
3) 计量泵计量原理
3－1 计量泵腔体结构图
由上图可以看出计量泵的长度为L;(0点)对应的电流信号为4 mA，L点对应的电流信号为20 mA,l点的电流信号为i,由几何关系可以得出：
l=
其中：
l：0～L之间的行程长度，mm；
L:最大行程长度，mm； i-4⨯L (3-1) 16
i：行程l相对应的电流信号；
v=S⨯l＝
其中：
v:行程l对应的体积量，mm3
S:腔体的横截面积，mm2； i-4i-4⨯L⨯S=Vmax (3－2) 1616
Vmax：行程L对应的体积量，mm3;
Q=f⨯v＝f⨯
其中：
Q:液量，mm3/s;
f:常量，冲程次数，Hz； i-4⨯Vmax (3-3) 16
即计量泵所测液量仅与电流信号i有关，4～20mA中的任一一个电流值，对应了一个流量值。即通过测量4～20mA中的任一一个电流值就可以测出所测液体的液量。
5.4 气体流量计部分
5.4.1 气体流量计的选型
根据设计规模(2400m3/d),选用LXW03－ZQ1FBINX型漩涡流量计，测量范围为：0～6480 Nm3/d(0.5～1.2MPa)，公称压力为1.6MPa。
5.4.2 气体流量计的相关说明
1) LXW-漩涡流量计简介
LXW型漩涡流量计是根据卡门涡街原理制造用于流量测量封闭管道中气体、蒸汽流量的精密仪表，内部无可动部件，无需进行现场维护，被广泛应用于石油、化工等行业的计量管理及过程控制。
2) LXW-漩涡流量计工作原理
当在流体中插入一个流动方向垂直的非流线型柱体，则在其下游侧会交替地产生二列内旋的漩涡列，被称为卡门漩涡。
在一定的雷诺数范围内，漩涡释放频率f与流体的流速v及漩涡发生体迎面宽度d成下列关系：
v f=St (1) d
(其中:St:斯特劳哈数strouhal(无量纲常数))
从上式可以看出，只要检测出漩涡的频率f，就可以测量出流体的流速v，从而达到测量管道内流体的流量Q
v=df (2) St
dS=f·S (3) Q=V·St
式中：
S：管道的截面积
d1dS为常数，S 则 Q=f/k (4) 令=·kStSt
式中：K：流量计的仪表系数(脉冲数/升)，通常用实际流量试验求出。
由于漩涡发生体两侧交替产生漩涡，该漩涡力作用于检测体，使之产生交变应力，该应力作用压电元件上，产生了与漩涡频率相同交变电荷信号，通过转换器处理后，输出与漩涡频率相同的脉冲信号或与流量成正比的4－20mADC信号。
5.5 自动化仪表部分
整个装置的仪表自动化主要由多功能控制仪(RTU)实现。主要由以下四个仪表构成 ：液位指示控制仪(LIC)、执行指示控制仪(ZIC)、气相和液相流量指示计算仪(FIC)。
5.5.1 计量数据的输出过程
1) 数据传输流程图
XUC:多功能控制仪
2) 传输流程说明
首先液位计给出一个液位信号，将此信号传给液位指示控制仪，液位指示控制仪将此液位信号转化为4～20mA的电信号，电信号再传给(ZIC:执行指示控制仪),从(ZIC)出来的信号(4～20mA)输给伺服电机，该信号直接控制伺服电机，伺服电机控制计量泵的柱塞行程，计量泵的实际冲程变化通过电信号的型式反馈给伺服电机，伺服电机反馈出一个4～20mA的电信号，然后该信号再次经过(ZIC),(ZIC)出来的信号传给流量指示控制仪(含有流量计算仪)。计算仪输出的数据就是所测流体的实际流量值。
当液位大于设定的控制高度时，在XUC的控制下，增大计量泵的柱塞行程，反之，减小计量泵的柱塞行程。最终在XUC的控制下液位处于稳定状态(ΔQ入＝ΔQ出)时，系统开始计量。时间从t1到t2区间内：
Q平均气=24⨯（⎰Q气dt）/∆t …(Nm3/d) t1t2
Q平均液=24⨯（⎰Q液dt）/∆t …(t/d) t1t2
计量时间：Δt = t2 – t1 …(S)
计量结果由RTU进行存储、显示和读取，并可以通过站区天线远传至中控室。
通过对以上计量装置主要设备的研究分析可以的出结论：以上计量设备在技术上是可行的，能够满足气液两相计量装置对计量设备的要求。
6 单井气液计量装置的相关介绍
根据气液两相计量装置的研发方向，以外型结构紧凑、可工厂预制、易于运输和撬装化生产安装；自动化程度高、安全可靠、易于管理为指导思想，运用AUTOPLANT软件画出了计量装置模型。
6.1 计量装置工艺安装模型
图6－1：单井气液两相计量装置工艺安装模型
6.2 装置参数
1) 装置主要技术参数：
2) 液体计量范围：≤20t/d；
3) 气体计量范围：≤6480Nm3/d(0.5—1.2MPa)
4) 压力设计等级： 1.6MPa；
5) 计量压力损失：≤0.01 MPa。
6) 装置计量精度：产液量≤±5%；
产气量≤±5%；
7) 装置外形尺寸：2100x1500x2110mm
6.3 装置特点
1) 撬装化设计，结构简单；
2) 气液均可连续在线计量；
3) 自动化程度高，自动化计量，数据可远传；
4) 解决因气液比低，分离器排油困难的问题；
5) 计量准确度高；≤±5％
6) 适用范围较广，稀油区块的油井在设计范围下的任意工况(包括：低油气比、高油气比、单井产液量低、单井产液量高的油井)；
6.4 装置存在的问题
1) 计量装置含动力设备有易损部件。
2) 存在因2.2kW计量泵带来的运行费用。
7 气液两相计量装置与LET分体计量、两相流量仪的比较
7-1 单井气液两相计量装置与目前新疆在用计量装置的比较
8 结论及市场前景
8.1 结论
通过以上对单井气液两相计量装置的研发内容可以得出结论：单井气液两相计量装置无论在技术上还是在经济上都是可行的，且能够解决目前新疆油田稀油区块在用计量装置存在的问题。完全能够满足油田生产的需求。
8.2 市场前景
由于两相计量装置具有计量准确、连续、自动化高、操作简单等特点，同时配上自动化选井工艺可以实现计量站全自动远程控制及数据传输，可以有效提高劳动生产率和油田的管理水平。
目前新疆油田老油田老区块较多，每年需要改造或大修的计量站数量较多，因此单井气液两相计量装置市场形势非常可观。
9 研究中存在的问题
本论文是在短时间内完成的，由于本人知识水平有限，尤其对自动化仪表、机泵方面的部分内容了解不够深入，因此在论文中难免有不妥当之处。望各位专家批评指正。本人将十分感激！
10 个人对单井计量的展望
在计量装置的研究过程中，查了国内外很多有关单井计量技术方面的资料，对未来的单井计量有一些个人的看法与思考。归结如下：
1）单井计量的发展方向应该是自动化仪表与计量软件的完美接合
随着计量技术的不断发展，计量站将在油田上成为历史，单井计量过程直接在井口完成。该技术的核心是自动化仪表和计量软件的研发。通过用自动化仪表间接测量与流量有关的参数，将其参数传输至中控室，软件将对其处理并计算出流量值，并通过软件将其参数进行动
态模拟，进一步了解油井生产动态。如目前已在大港油田推广和在新疆陆梁油田试验的比较成熟的功图法计量就是自动化仪表与计量软件接合的一个案例。
功图法计量：涉及一种油田抽油机井产出液计量的方法及其采用的装置。在分析抽油杆柱、油管柱、液柱三个系统的三维空间振动，其位移、速度、应变、应力和负荷与时间关系，并研究三个系统的受力和位移相互耦合的基础上。利用载荷、位移传感器采集油井相关数据，通过计算机进行处理，计算出抽油泵有效冲程，实现了油井产液量的计量。在计量油井产出液的同时，还时刻对油井工作状况进行诊断分析及对油井远距离监控。
2）向油气不分离技术发展
单井计量不需要计量站，计量直接在单井管线上完成。将文丘里管、密度计或不同的流量传感器结合起来计量气体和液体的流量，液体部分用双γ射线密度计、电容、微波水含量监控仪来确定油和水的含量，从而计算出油、气、水各自的产量。
11 谢辞
本论文是在所指导师傅骆伟、黄强，组指导师傅张杰的耐心指导和悉心教导下完成的，他们具有丰富的理论知识和实际的设计经验，在他们严谨的工作态度及严格要求下，让我掌握了大量的专业知识，并具备了一定的独立处理问题的能力，确实受益非浅，同时也得到了其它师傅的热心指导，在此特向他们表示崇高的敬意和真诚的感谢！
12 参考文献
[1] 冯叔初等编.油气集输.石油大学出版社，1995
[2] 曾绍逸等编.油田油气集输设计技术实用手册.石油工业出版社，2007
[3] 郭长会发表学术论文.《油井计量技术现状及其发展趋势》.石油管理局勘察设计研究院，2006
[4] 薛国民、沈毅发表学术论文.《油井计量方法及关键技术发展方向》. 哈尔滨工业大学控制科学与工程系，2006
[5] 第一机械工业部通用机械研究所编辑 《计量泵》. 第一机械工业部通用机械研究所，1973
[6] 孙延祚编 《流量检测技术及仪表》.北京化工大学出版社，1992