在原油处理过程中,油水分离是十分重要的环节,为了避免浪费和污染,提高油井采出率,了解各种经济指标的完成情况,降低原油开采成本,更好地监控生产,需要对各种参数如:温度、流量、油量、密度、压力和含水率等进行测量,其准确性很重要。目前,油气集输泵站,主要采用大罐人工检尺量油、计算站内原油库存,通过外输罗茨流量计倒算油井产液、产油量,这种原始计量方法存在以下缺点:(1)计量误差较大,人为因素较多；(2)用万用电表测量一级沉降罐水位高度不符合油罐安全操作规程:(3)上罐检尺量油受气候条件及天气变化的影响,不能准确计量；(4)油水界面凭经验确定,测量误差大；(5)液量高度监控能力差,无安全报警功能。目前油罐油水界面的确定和含水计量一直是令管理部门头疼的问题,尤其是油水界面的确定,先后有电容法、电荷转移法、微波反射法、密度法和放射法等在线测量技术提出及应用,但由于其可靠性、稳定性和实用性及现场维护方面存在一些问题,无法在油田生产中得到广泛的应用。随着我国市场经济体制的建立,石油企业逐步建立适应现代企业制度的新的管理模式,原油从井口到外销交接的全过程均有专门的部门和人员管理,加入WTO之后更是加剧了石油石化行业深化改革的局势。油气计量实质上是提高企业经营管理水平,避免决策失误的重要技术基础,经济发展的需要迫切需要准确的计量。因此,计量管理日趋重要,自动计量技术得到了充分的重视,迫切需要自动化程度高、可靠性强的现代化管理操作方式,进行精细管理、经济运作,以提高生产经营的质量。
1 目前实用的油罐液位测量技术和方法有以下几种
1.1 人工检尺:油罐测量始于人工检尺(国际标准API2545),这种方法目前仍广泛采用,并且作为其他液位计性能效验的工具之一。
1.2 浮子钢带液位计(包括光导电子式):这种继续式测量仪表的典型准确度是10mm。由于
滑轮、盘簧机构与机械计数器的摩擦力,其可靠性较差。
1.3 伺服式液位计:伺服式液位计在浮子驱动式液位计基础上有了很大的改进。一个精巧的浮子取代了以前大而重的浮子,由一个电动伺服马达取代了盘簧机构来升降浮子。一套智能的测力系统连续测量浮子的重量和浮力并控制伺服系统,伺服马达同时驱动一体化变送器。这种液位计不仅可以测量液位,也可测量油水界面。在大于40mm测量上限的油罐上,一般可得到1mm的准确度。
1.4 雷达液位计:利用雷达波测量油罐液位是一项新技术,它无可动部件,只有天线深进罐
内,故使用维护费用低。雷达表使用微波,对液位的测量通常在10GHz附近。雷达液位计的微波传播不需要空气介质,几乎不受空气密度变化的影响,易挥发性气体和惰性气体对雷达液位计的测量均没有影响。因此,它完全适合对高温介质进行物位测量,能在真空或受压状态下正常工作。对于高粘度介质、有害介质和液面波动剧烈的介质储罐,特别适合。缺点是一次性投资较高。
1.5 静压式液位测量:静压测量法(HTG)是随着高准确度智能数字式压力变送器的问世兴
起的,内置微处理器件,可以对温度影响和系统偏差给予补偿,HTG系统的一个优越性是,可以对油罐进行连续质量测量,实用的HTG组合有以下几种:一套简单的HTG系统只包括一台罐底安装的压力变送器P1,总质量等于所测压力乘以罐的截面积。在距P1一定高度的上方增加一台压力变送器P2,油品密度即可由压差P1- P2得到,即γ=(P1- P2)/ h,液位可由密度与P1计算:L= (P1- P2)h。罐顶可增一台压力变送器P3来消除蒸汽压力对P1和P2的影响。
1.6 综合式计量管理系统:综合式计量管理系统将现代化油罐液位测量技术与HTG结合起
来。对于高准确度的计量管理,液位计量是最根本的,将压力测量与液位测量相结合可以提供一个全液位范围的真正的平均密度测量值,进而对质量进行测算；测量温度用来计算在参考温度下的标准体积和密度。伺服或雷达液位计可以直接与智能变送器进行通讯,成为一个完善的计量系统,提供液面、油水界面、体积、质量、平均密度、平均温度和蒸汽温度等参数。使用伺服式液位计可以很容易升级为综合式计量管理系统。
为了对不同的计量系统进行比较。现将对各测量系统影响最终误差的各个参数进行分析。原油计量总的误差是各个单一参数误差的综合结果,主要误差来源:(1)液位测量即液位传感器与安装的不稳定性；(2)温度测量即温度分层与液体分部的不均匀；(3)静压法(HTG):主要一变送器位置、风力、储罐带压等有关。油罐的实际形状受很多因素的影响。如果其中的一些影响是已积压的并且是重复性的,可在计算机内对这些进行补偿。要想取得最佳测量准确度,一个稳定的测量平台是先决条件。定位管的使用是一项实用的技术,并且已在很多油罐上(无论有无浮顶)成功应用。在旧罐改造工程中安装一个定位管是一项可取得高准确度的措施。对于雷达液位计,定位管可保证仪表的机械稳定性,在高压储罐上,推荐使用带参考针的定位管,分别在定位管的上、中、下3个位置安装3枚参考针,在罐使用中,可随时测量,以达到不开罐就能校验雷达表的目的。温度是一个易被忽视的测量变量,准确的平均温度测量对于取得高准确度的油品计量是十分必要的。当油品温度出现分层现象时,单点的温度测量是没有意义的。静压测量系统中,压力变送器P1要安装得尽可能低,但必须在沉淀物上面。目前,很多品种的油罐测量仪表可适用于不同类型的油罐,每一种测量原理各有优势。因此各种技术之间存在更多的互补性。现代的雷达和伺服液位计已得到了很大改进,几乎不需要维护,如果运用适当,基本上可以无故障运行,将伺服式、雷达式、静压式结合起来,可利用各种测量技术的优点。
2 油田集输泵站罐区计量技术
通过对胜利油田原油开采难度逐年增加,原油含水高、生产成本居高不下等现状分析,结合国内外油罐计量技术和管理方法,可以发现:在目前激烈的市场竞争中,企业以挖潜增效为手段,包括油罐准确的计量管理、油品连续调和控制、泄漏检测等内容的罐区自动化系统将日益显示出其重要性。在注水开发初期低含水阶段,油水乳状液通常呈“油包水”型,而在高含水阶段,则转化成“水/油/水”和“水包油”型的多重乳状液。当对原油进行集中处理时,应当根据不同含水率和乳状液的物性、乳化程度等,优选破乳剂及其最佳用剂量和加入区域,确定合理的脱水温度和沉降时间。因此,区分原油集输油罐油水界面,进行精确计量是必须的,目前油田最缺乏的正是这一点。油田原油集输泵站油罐自动计量技术包括:(1)处理油罐的油水介面自动测量；(2)纯油罐的液面计量；(3)计算原油库存量；(4)对对单罐有关技术数据进行显示和罐区计量安全报警,通过网络技术,实现远距离数据传输等。通过比较不同的检测方法,我们认为,同伺服液位计、压力变送器和数据采集及微机处理系统组成的泵站自动计量管理系统能够完成罐区自动化计量工作的要求。
2.1 集输泵站原油处理油罐的检测
罐中自上而下液体分层为原油、油水过渡层和水等三个部分,选用伺服液位计可实现处理油罐的原油检测。智能化的伺服液位图1 油水介面测量图计有很高的测量精度,其液位分辨率达到1mm,密度分辨率0.005g/cm3。其工作原理为:一个精巧的浮子取代了以前大而重的浮子,由一个电动伺服马达取代了盘簧机构来升降浮子。一套智能的测力系统连续测量浮子的重量和浮力并控制伺服系统,伺服马达同时驱动一体化变送器。(1)密度测量时,上密度:ρu=(W- Wu)/ V下密度:ρm=(Wu- Wm)/ V+ρu低密度:ρb=(Wm- Wb)/ V+ρm式中:W-浮子重量测量值；ρu-上层水密度；ρm-过渡层液体密度；ρb-下层水密度；V-浮子体积；Wu-上层液体中浮子重量测量值；Wm-中层液体中浮子重量测量值；Wb-上层液体中浮子重量测量值。
(2)油水介面测量如图1所示,当测量密度小于水的密度时,则为水和过渡带的分界线,当测量密度为原油密度时,则为原油与过渡带的分界线。其高度由计算机采集计算。
2.2 测量单一液体油罐即纯油罐时用HTG法
采用高精度的智能压力变送器测量罐内下压,根据下压、罐内原油密度等计算出原油的质量和罐内原油的液位高度。其工作原理图如2所示。
2.3 数据采集微机处理系统
采用工业控制计算机为平台,以JY- 32A/D采集子系统,采集32路模拟量,内部由微处理器进行数据采集和处理,然后传递给工控机进行计算和管理。图3是JY- 32A/D采集子系统。
2.4 系统整体试验
该系统经胜利油田现场试验,性能稳定,人机介面清晰,操作简单易学。其试验结果见表1、表2。
它实现了对储罐进行自动实时监测、计量动态显示；解决了油水乳化过渡层的精确测量问题,提高了液位的测量精度；对液位进行高、低限越限报警,进行安全防护。
3 小结
从上述试验结果看,用伺服液位计检测原油集输油罐的原油密度和原油液面
高度与人工检尺基本吻合,并通过计算,测出纯油量,达到了油罐检测目的。