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這篇文章針對塔里木油田生產過程中傳統(tǒng)計量方式難以滿足精確計量要求的現(xiàn)狀，介紹了ZLW型稱重式油井計量裝置的結構、原理、系統(tǒng)的組成和標定方法以及主要的計算公式。重點探討了研制過程中采用的稱重計量技術、高效旋流分離技術、計算機的防死機保護技術、多次沉降分離技術和計量分離器排液技術等幾項關鍵技術。并進行了現(xiàn)場應用，能滿足油田的需要，具有推廣應用前景。

塔里木油田油井的單井產量計量是為掌握油井動態(tài)分析和科學制定生產措施及技術方案提供依據(jù)，也是降低輸差、提高計量管理水平的重要手段之一。常規(guī)油井產量計量的方法主要是兩相分離玻璃管量油、兩相分離儀表計量、三相分離儀表計量及油氣水不分離計量等。玻璃管量油是國內各油田普遍采用的傳統(tǒng)計量方法，其裝備簡單、投資少；不足是無法實現(xiàn)連續(xù)計量，只能折算油井產量，原油系統(tǒng)誤差約10%；兩相分離儀表計量除具有玻璃管量油的優(yōu)點外同時也實現(xiàn)了連續(xù)量油；不足是質量流量計受安裝、結蠟和氣體含量等因素的影響較大，計量精度不穩(wěn)定；三相分離計量裝置適用于高含水期和特高含水期的油井計量，所需設備和儀表多、流程復雜、管理操作難度大及維修費用高；油氣水不分離計量技術，在占地面積等方面有很大的優(yōu)越性，但現(xiàn)階段在測量精度、適應性及可靠性等方面難以達到生產使用的要求。

由于塔里木油田的地下情況復雜，油井的各項生產指標差異很大。產液量從日產幾噸至數(shù)百噸；氣液比從幾十到數(shù)千；油井含水從0%～99%；計量溫度下液體黏度變化范圍大。管道長、回壓高、油氣分離差、液中氣含量高，流速狀態(tài)復雜，油井產液中的砂、蠟、垢雜質含量高等，對各類計量裝置產生不同程度的不利影響，一個計量間所轄的油井千差萬別，共用一套傳統(tǒng)的計量裝置無法滿足油田開發(fā)的需要。針對塔里木油田開發(fā)特點，研制了計量精度高、計量范圍寬的ZLW 型稱重式新型計量裝置。

1 稱重計量裝置的研制
1.1 結構與主要技術指標

稱重計量裝置主要由計量分離系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)和多重保護系統(tǒng)等4部分組成。計量分離系統(tǒng)包括帶有兩套旋流氣液分離的計量分離器、大小兩個氣路組成的氣體計量回路、懸空隔離機構和壓力調節(jié)控制系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括稱重傳感器、稱重儀、氣體流量測試儀表、含水分析儀、壓力溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊等；計算機系統(tǒng)包括組態(tài)軟件平臺、應用軟件和工業(yè)控制計算機等；多重保護系統(tǒng)設有3重保護功能，壓力保護、死機看門狗保護和安全閥保護。ZLW型稱重計量裝置主要技術指標：產液量為0～150 t/d、0～300 t/d、 0～500 t/d；產氣量為50～3 000 Nm3/d、2000～30000 Nm3/d；工作壓力為0～1.6 MPa 、0～2.5 MPa；環(huán)境溫度≤80℃；產液量計量誤差≤0.05；產液量計量分辨率≤1 kg；產氣量計量誤差≤2%。
1.2 計算方法

油井瞬時產液量的計量公式：
Qt = 86.5（Wt+1-WT）（1）
式中：Qt──油井瞬時產液量，t/d；
Wt+1──計量分離器的瞬時質量，kg；
Wt──前1秒計量分離器的瞬時質量，kg。
油井的平均產液量為：
（2）式中：QL──油井的平均產液量，t/d；
Qt──油井瞬時產液量，t/d；
T──累計計量時間，s。
當稱重到達設定的重量后，單次記時結束，計量分離器出口的電動排油閥開啟，開始向外部排油。在排油過程中，通過含水分析儀對排出的油水混合液進行含水測定，計算油井的產油量：
Q0 = 86.4(WT-Wt+1)fWt （3）
式中：Q0──油井瞬時產油量，t/d；
fWt──排油1s時間內測定的平均水含量，%。
測定的含水值fWt 經過排液量的加權平均后為油井平均含水率fW。
當液量排出到一定量時，排油過程結束,關閉電動排液閥，進入下一罐的計量，一直連續(xù)計量到設定的計量時間結束。

2 計量裝置設計中采用的關鍵技術
2.1 計量分離器的稱重法計量技術

ZLW型稱重式新型油井計量裝置采用成熟的電子衡稱重計量系統(tǒng)對油井產出液體進行計量，主要技術關鍵包括：
（1）分離器內部結構設計的對稱分布，消除了內部液流產生震動對電子衡稱重系統(tǒng)造成波動對計量精度特別是瞬時產量產生的影響。
（2）分離器外部的安全閥出口、天然氣出口、進液口、排液口及其連接軟管的對稱設計，消除了水平方向上的應力，提高了計量精度。
（3）利用稱重技術調節(jié)計量分離器的進液量，提高了設備的穩(wěn)定性和可靠性，降低了系統(tǒng)的制造成本，解決了多年來采用液面和界面控制儀表安裝復雜和測量誤差大等問題。

2.2 高效旋流氣液分離技術
高效旋流氣液分離技術是一項成熟的技術，但在油氣計量分離器中較少采用。在開發(fā)ZLW 型稱重式新型油井計量裝置時，選擇了旋流分離沉降分離捕霧器的油氣分離技術，使分離器具有了小型化和高能氣液率的特點。
油井產出的油氣混合液從分離器底部油氣混合液進液管進入分離器中，分離器的分液管將油氣混合物分配給對稱分布的兩個高效氣液旋流器，分離后的天然氣含液小于1%，當氣體向出口的捕霧器低速流動過程中，在分離器中間沉降區(qū)氣體中的液體進一步分離沉降，在天然氣流出分離器前進入捕霧器實現(xiàn)氣液的最后捕霧分離。，經過三次分離后能夠分離出天然氣99.99%的液態(tài)成分，分離效率比同類裝置高。

2.3 計算機的防死機保護技術

利用MCGSE組態(tài)軟件平臺，在開發(fā)稱重計量應用軟件時，首先定義一個計時器，計時器定時發(fā)出多個高電平的開關觸發(fā)信號，通過中間固體繼電器推動一個時間繼電器，時間繼電器帶動計量裝置的排液電動閥，設定時間繼電器的定時時間間隔大于觸發(fā)時間間隔，保證在計算機正常工作時計時器不會使時間繼電器動作。一旦計算機死機，超過設定時間間隔后這種被稱為“喂狗”信號的觸發(fā)信號就會停止時間繼電器吸合，吸合的時間繼電器打開計量裝置的排液電動閥。避免了由于計算機的死機使計量裝置繼續(xù)進油而造成事故，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

2.4 計量分離器的多次沉降分離技術

計量分離器采用多次沉降分離技術，提高了純油的計量精度。當原油進入計量分離器后，油水混合液體開始分離，分離后油中含水一般不高于30%，水中含油一般低于5%。分離后原油部分的純油計量誤差不超過3%，含油污水部分的純油計量誤差雖然接近40%～100%，但由于含油污水部分油含量遠遠小于原油部分的油含量，加權平均后對全部油水混合液中純油計量的精度影響很小。含水儀對純油的計量誤差小于3%。滿足了油田三級計量對純油誤差小于5%的要求。
2.5 計量分離器的排液技術

根據(jù)油井工況及工藝條件的不同，稱重計量裝置一般采用兩種不同的排液方法：平衡氣罐天然氣循環(huán)排液技術（見圖3）和自力式調節(jié)閥排氣技術。平衡氣罐天然氣循環(huán)排液技術適用于當前我國一些產量低、油氣比低、高含水的油田：自力式調節(jié)閥排氣技術適用于含氣量較高的油田。

由圖3可知：在對某一口井計量時，該井的油氣進入計量油氣分離器，分離出的天然氣流出分離器，而原油囤積在分離器中：分離出的天然氣通過液晶稱重儀表計量后經連通管進入平衡罐中，其他油井中的天然氣經管線進入平衡罐進行油氣分離，天然氣囤積在平衡罐中，原油經管線送出站外。當計量停止后，電動閥打開，分離器中的原油在位差重力作用下流入平衡罐，平衡罐中的天然氣經管線回流入分離器中，實現(xiàn)了低產氣井的順利排液。該方法與管道泵排液法相比提高了安全性，節(jié)約了運行成本。自力式調節(jié)閥排氣技術是在出氣口的天然氣計量液晶稱重儀表后加裝1臺自力式調節(jié)閥，使分離器的壓力大于管路壓力0.2～0.8 MPa，當計量結束時排液電動閥打開，分離器上部的天然氣體積膨脹，將分離器底部原油排出。

2.6 標定方法

ZLW型稱重式新型油井計量裝置的標定方法參照《固定式電子衡》GB7723-87和《數(shù)字指示秤國家計量檢定規(guī)程》JJG539-97兩個標準的標定方法，和《油井計量分離器檢定規(guī)程》JJG（石油）26-2000標準的標定周期對裝置進行標定。具體做法：先排空分離器內部的液體，在稱重儀的面板上按零點校正鍵完成零點校正，然后，在計量裝置分離器的支架上放上不低于滿刻度1/2質量的砝碼，在稱重儀的面板上將這個砝碼重量的數(shù)值輸入稱重儀的計算機內，按回車鍵即可完成標定。

3 計量裝置技術性能特點
3.1 與典型的常規(guī)計量裝置性能比較

通過對ZLW稱重式新型油井計量裝置與常規(guī)計量裝置的技術性能進行比較可知，無論是計量方式、保護功能、標定難易程度及自動化程度，還是計量精度、計量范圍、含水測試精度等各個方面的對比（見表1），稱重計量裝置均優(yōu)于其他各類常規(guī)計量裝置。

3.2 技術特點

（1）測量范圍大。稱重計量裝置對油井產液量的測量范圍為0～500 t/d，產氣量為50～30000Nm3/d，幾乎能覆蓋了所有油井的產量范圍，可用于油田開采初期及高含水和特高含水的油田開采后期，也可用于稠油區(qū)塊的油井計量，便于應用和推廣。

（2）計量精度高。在寬的計量范圍內產液量的計量精度不大于1 kg。
表1 稱重計量裝置與常規(guī)計量裝置技術性能比較

（3）分離器結構氣液分離效果好。采用了對稱的旋流設計提高了油氣分離效果，稱重系統(tǒng)的設計也消除了壓力、溫度、密度、黏度、含砂、含蠟和含氣等因素的影響。

（4）無運動部件。采用稱重計量技術簡化了計量分離器的內部結構，不再采用復雜的內部液面界面控制儀表，提高了設備的可靠性。

（5）可靠性和安全性高。計算機系統(tǒng)采用的看門狗防死機技術和分離器壓力保護控制技術與分離器安全閥構成了三道有效的保護屏障，使計量裝置的可靠性和安全性有了大幅度的提高。

（6）由于裝置采用儀表計量，且用于液量計量的質量流量計和用于氣量計量的旋進旋渦流量計均可定期標定，實現(xiàn)了油井的連續(xù)測量，提高了單井計量的精度和油井產量的準確性。

（7）橇裝化安裝簡單，內部沒有任何儀表和控制構件，便于維修和管理。

4 現(xiàn)場試驗應用
稱重計量裝置于2005年在塔里木油田輪南作業(yè)區(qū)1#計量站上應用取得了滿意的效果，該計量站共有生產井4口，最高產液量約為100 t，最低產液量只有2～3t，常規(guī)的計量裝置無法滿足油田計量的要求。尤其對低產的LN10-2井，平均產液量一般在2～5 t/d，而且間歇出油，曾經40 min計量過只產出3 kg的液體，這一計量結果表明其他形式的油井計量裝置是無法實現(xiàn)的。應用ZLW 型稱重計量裝置在油井油氣產量變化較大的范圍內，油、氣、水的產量資料準確及可靠，取得了較好的試驗效果（見表2）。

表2 稱重計量裝置計量結果

* 最大產液量為165 t/d：最小產液量為8kg/h
ZLW型稱重計量裝置的研制成功，實現(xiàn)了在較寬的量程內有較高的計量精度，提高了現(xiàn)場計量參數(shù)的準確性、可靠性和設備運行的安全性，具有操作簡單、維修方便等特點。ZLW 型稱重計量裝置消除了壓力、溫度、密度、黏度、含砂、含蠟和含氣等油井計量的不利因素影響，實現(xiàn)了間斷連續(xù)在線監(jiān)測，滿足了塔里木油田的需要，具有廣闊的推廣應用前景。

 

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