專利名稱：一種用于高含水砂原油計(jì)量分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于高含水砂原油計(jì)量分離器，它適用于做油田油井產(chǎn)油參數(shù)計(jì)量測試以及油井生產(chǎn)的管理等，特別適用于我國油田的高含水量和高砂量的石油油、氣、水三相分離計(jì)量測試。
現(xiàn)在油田使用的油、氣、水分裝置多采用隔板式分離方法，使用機(jī)電式儀表對分離油氣介面和油水介面進(jìn)行監(jiān)控并對產(chǎn)油量及排水量進(jìn)行計(jì)量。在使用中，由于油井輸入液中含砂量較高，對用于排水量計(jì)量儀表的渦輪等活動(dòng)件磨損嚴(yán)重，以致很短的時(shí)間后就不能再使用。同時(shí)，由于油井輸入液中的含水量很高，石油的產(chǎn)油量比較低，而計(jì)量用儀表都有一定的工作范圍，當(dāng)流量低于一定值時(shí)，計(jì)量儀表中的磨擦影響，會(huì)大大影響計(jì)量精度，特別是當(dāng)石油的粘度較大時(shí)，影響就更大，使產(chǎn)油量計(jì)量極不準(zhǔn)確。另一方面，現(xiàn)在采用的監(jiān)測和計(jì)量儀表，都是機(jī)電式儀表，它們由各種物理傳感器加上放大、顯示以及誤差校正和控制電路組成。因各個(gè)傳感器都存在非線性、靈敏度以及漂移等誤差，因此需要增加各種誤差補(bǔ)償校正電路，并要增加大量的人工調(diào)校標(biāo)定工作，使整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加。
本實(shí)用新型的目的是發(fā)明一種適用于高含水量和高含砂量的油氣水三相分離計(jì)量分離器，可以有較高的計(jì)量精度，使用機(jī)電一體化技術(shù)，把測量與控制結(jié)合為一體，結(jié)構(gòu)簡單。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如附

圖1所示，它有分離器容器1、隔板2、出水口閥門3、出油口閥門4、氣體濾網(wǎng)6，在出氣管路中有氣體排量壓差計(jì)量閥7、氣體壓力傳感器8、壓差傳感器9、溫度傳感器10、在分離器容器1近旁有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面13、中央控制計(jì)算機(jī)14，在油水介面處裝有油水介面?zhèn)鞲衅?1，在容器1中還裝有液面?zhèn)鞲衅?2，其特征在于在分離器容器1下面還有標(biāo)準(zhǔn)容量容器5，標(biāo)準(zhǔn)容量容器5與分離器容器1的排油口相連并且出油口閥門4與標(biāo)準(zhǔn)容量容器5的下部連接，在標(biāo)準(zhǔn)容量容器5上部有一細(xì)管15與分離器容器1的上部相連，在細(xì)管15下部裝有壓力傳感器16，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面13通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與中央控制計(jì)算機(jī)14相連，中央控制計(jì)算機(jī)14可以和其它控制及測量設(shè)備共有，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面13中，插有分別與傳感器8、9、10、11、12和16相連的測量適配模塊和與閥門3和4相連的控制適配模塊，出水口閥門3和出油口閥門4為數(shù)控計(jì)量閥。
附圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
本實(shí)用新型的油氣水分離原理與普通分離器的分離原理一樣，由分離器容器1的一端進(jìn)液，利用它們之間比重的差異進(jìn)行分離。隔板2的作用是保持已分離的油水不再混合和到達(dá)出液、氣口的油水有足夠的停留時(shí)間。在進(jìn)行高含水量油井的計(jì)量時(shí)，在中央控制計(jì)算機(jī)14的控制下，打開出油口的數(shù)控計(jì)量閥4，使標(biāo)準(zhǔn)容量容器5中的原油排出。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)容量容器5中的原油排空后，控制出油口的數(shù)控計(jì)量閥4關(guān)閉。同時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)14開始計(jì)時(shí)，并且不斷測量控制出水口數(shù)控計(jì)量閥3的流量和開度，對流量進(jìn)行積分，控制開度以保持油水介面位置。中央控制計(jì)算機(jī)14還在同時(shí)分別不斷地測量排氣溫度傳感器10、氣體壓力傳感器8、壓差傳感器9以及壓力傳感器16的數(shù)據(jù)，通過傳感器8、9和10的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出氣體流量，并對其積分。通過壓力傳感器16的值與氣體壓力傳感器8的值進(jìn)行比較，就可以判斷標(biāo)準(zhǔn)容量容器5是否已經(jīng)裝滿。在標(biāo)準(zhǔn)容量容器5未滿時(shí)，壓力傳感器16和8的值由于細(xì)管15的連通而相等(不考慮由于高差產(chǎn)生的氣柱壓力)，而當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)容量容器5滿后，油面沿細(xì)管上升超過壓力傳感器16后，壓力傳感器16的壓力由于在它位置之上油柱重量的作用而增大一個(gè)值，與壓力傳感器8的壓力不相等。在中央控制計(jì)算機(jī)14測得壓力傳感器16的值大于壓力傳感器8的值后，停止計(jì)算排水流量的積分和排氣流量的積分以及停止計(jì)算機(jī)計(jì)時(shí)。由于標(biāo)準(zhǔn)容量容器5的容量是事先知道的，因而可計(jì)算出在單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)油量、排水量和排氣量，從而達(dá)到計(jì)量的目的。產(chǎn)油量的高低只影響進(jìn)行積分的時(shí)間，而與出油口的計(jì)量裝置無關(guān)，可以得到很高的計(jì)量精度。
本實(shí)用新型中，出水口閥門3采用數(shù)據(jù)計(jì)量閥門，可以是如專利申請?zhí)枮镃N91218716的閥門，它沒有計(jì)量時(shí)的運(yùn)動(dòng)部件，象普通通止閥一樣，因而可以大大減小由于排水中高含砂量對它的磨損，適用于對高含砂量油井的計(jì)量。本發(fā)明中的出油口閥門4采用的數(shù)控計(jì)量閥門，可以是和出水口數(shù)控計(jì)量閥門3相同的形式。對于含水率不高的油井，可以讓中央控制計(jì)算機(jī)14控制標(biāo)準(zhǔn)容量器5在滿油狀態(tài)時(shí)，控制出油口數(shù)控計(jì)量閥4打開并測量其流量，達(dá)到計(jì)量的目的。
在本實(shí)用新型中，所有的傳感器都只是一個(gè)簡單的測量元件，如溫度傳感器10只是一個(gè)熱敏元件，壓力或壓差傳感器8、9或16只是一個(gè)壓敏元件等。所有的物理量信號處理都由插于標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(簡稱RTU)13中的適配模塊和中央控制計(jì)算機(jī)14完成，使用了標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)。在中央控制計(jì)算機(jī)14的控制下，在需要檢測排氣溫度時(shí)，先通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口給RTU13發(fā)出地址選通信號，RTU13選通相應(yīng)的溫度傳感器10適配模塊，通過溫度傳感器10的適配模塊把溫度傳感器10測得的值經(jīng)A／D變換后送回到中央控制計(jì)算機(jī)14。其它測量值也用相同方法進(jìn)行采集。在對各個(gè)閥門，如對出水口閥門3的開度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)14通過串口發(fā)出地址選通信號，通過RTU13選通出水口閥門3的適配模塊，然后再經(jīng)過串口發(fā)出開口數(shù)據(jù)，經(jīng)過適配模塊的D／A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為模擬量信號后驅(qū)動(dòng)閥門3動(dòng)作。氣體排量壓差計(jì)量閥7是一個(gè)銳孔閥，它的孔徑是已知的，氣體排出流量的測量，通過中央控制計(jì)算機(jī)14分別選通壓力及壓差傳感器和溫度傳感器，得到它們的值，通過計(jì)算機(jī)處理得到出氣口流量。中央控制計(jì)算機(jī)14對所有系統(tǒng)參數(shù)的測量可以使用掃描的方式，不斷輪流進(jìn)行，以得到實(shí)時(shí)系統(tǒng)參數(shù)，對各個(gè)閥門進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)量與控制。
在本實(shí)用新型中，各種傳感器通過電線與相應(yīng)的適配模塊相連，沒有使用傳統(tǒng)的自動(dòng)化儀表的形式。由傳感器直接得到的電信號被適配模塊直接數(shù)字化送入計(jì)算機(jī)，而各種傳感器的非線性、靈敏度以及漂移誤差由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算校正，不使用校正控制電路，且各傳感器的調(diào)校標(biāo)定也由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，并把各種修正數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)。這既簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低成本，也減少了人工調(diào)校的工作量，提高了計(jì)量精度。同時(shí)，只有傳感器裝于分離器容器上，而其它的電路都裝于RTU箱內(nèi)，不受環(huán)境影響，適應(yīng)于各種惡劣環(huán)境。
本實(shí)用新型中，壓力傳感器16可以換為壓差傳感器，壓差傳感器的兩端分別接在細(xì)管15下部和分離器容器1上部。當(dāng)該壓差傳感器的輸出為零時(shí)，表示標(biāo)準(zhǔn)容量容器5未充滿，而當(dāng)該壓差傳感器的輸出不為零，則表示標(biāo)準(zhǔn)容量容器5已充滿。只用一個(gè)傳感器的輸出值就可以得到標(biāo)準(zhǔn)容量容器5的狀態(tài)。
本實(shí)用新型中，RTU13可以使用美國OPTO22公司的LC4的控制器。本實(shí)用新型的RTU13可以采用裝入如專利號為CN89214959的“密閉型標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面箱體結(jié)構(gòu)”的箱體中，完全隔絕外界環(huán)境對RTU以及各適配模塊的影響。在本實(shí)用新型中，出水口閥門3、出油口閥門4可以是如專利申請?zhí)枮镃N91218716的“一種機(jī)電一體化數(shù)控計(jì)量閥裝置”中所設(shè)計(jì)的計(jì)量閥，也可以使用普通可控閥門加流量測量裝置。本實(shí)用新型中，流面?zhèn)鞲衅?2可以使用如專利號為CN90200023的“一種流體比重液位測量單元”的測量傳感器，它由兩根有一定長度差的管子和壓力、壓差傳感器組成，該傳感器測量精度高，適應(yīng)于機(jī)電一體化的要求。也可以用其它的如光電、浮子液位傳感器。本實(shí)用新型中的油水介面?zhèn)鞲衅?1可以使用光電傳感器，利用油和水的透光率不同，通過不同位置上感光元件的輸出不同來測量位置。也可以使用電容傳感器，由于油和水的介電常數(shù)差別很大，因而不同的介面位置有不同電容量。由于油水介面位置不影響油氣水的分離性能，測量精度可以不用很高。
本實(shí)用新型中的中央控制計(jì)算機(jī)14可以使用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，也可以使用PC機(jī)，還可以采用如美國ME公司(MECHATRONIC EQUIPMENT INC.)的PCS－1通用過程控制工作站。在這種工作站中裝有功能很強(qiáng)的PARAGON500通用過程軟件，可以不用編程而使用交互輸入方式輸入控制要求與策略，自動(dòng)生成運(yùn)行程序。
在本實(shí)用新型中，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面13也可以選用美國ME公司(MECHA－TRONIC EQUIPMENT INC.)的I／O 32，或是美國OPTO 22公司的PB16AH。測量適配模塊可以采用OPTO 22公司的AD3或類似的A／D轉(zhuǎn)換模塊?？刂七m配模塊可選用OPTO 22公司的DF3或類似的D／A轉(zhuǎn)換模塊。
權(quán)利要求1.一種用于高含水砂原油計(jì)量分離器，它有分離器容器(1)、隔板(2)、出水口閥門(3)、出油口閥門(4)、氣體濾網(wǎng)(6)，在出氣管路中有氣體排量壓差計(jì)量閥(7)、氣體壓力傳感器(8)、壓差傳感器(9)、溫度傳感器(10)、在分離器容器(1)近旁有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(13)、中央控制計(jì)算機(jī)(14)，在油水介面處裝有油水介面?zhèn)鞲衅?11)，在容器(1)中還裝有液面?zhèn)鞲衅?12)，其特征在于在分離器容器(1)下面還有標(biāo)準(zhǔn)容量容器(5)，標(biāo)準(zhǔn)容量容器(5)與分離器容器(1)的排油口相連并且出油口閥門(4)與標(biāo)準(zhǔn)容量容器(5)的下部連接，在標(biāo)準(zhǔn)容量容器(5)上部有一細(xì)管(15)與分離器容器(1)的上部相連，在細(xì)管(15)下部裝有壓力傳感器(16)，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(13)通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與中央控制計(jì)算機(jī)(14)相連，中央控制計(jì)算機(jī)(14)可以和其它控制及測量設(shè)備共有，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(13)中，插有分別與傳感器(8)、(9)、(10)、(11)、(12)和(16)相連的測量適配模塊和與閥門(3)和(4)相連的控制適配模塊，出水口閥門(3)和出油口閥門(4)為數(shù)控計(jì)量閥。
專利摘要一種用于高含水砂原油計(jì)量分離器，它適用于油井產(chǎn)油計(jì)量及生產(chǎn)管理。它有標(biāo)準(zhǔn)分離器、氣壓、壓差、溫度、油水介面和液面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟谟信c出油口相連的標(biāo)準(zhǔn)容量容器和標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面及中央控制計(jì)算機(jī)，在控制介面內(nèi)插有各傳感器的適配模塊和油、水計(jì)量閥控制適配模塊。由于采用了機(jī)電一體化的形式，對裝滿標(biāo)準(zhǔn)容量容器進(jìn)行計(jì)時(shí)，可有很高的計(jì)量精度，并用軟件的方法對各傳感器的各項(xiàng)誤差進(jìn)行校正，簡化了電路結(jié)構(gòu)。
文檔編號G01F1/34GK2143766SQ91228408
公開日1993年10月13日 申請日期1991年11月16日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月16日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗(yàn)廠