文献标识码：B文章编号：1003-0492（2023）11-076-03中图分类号：TP29

★韩宏志，张雅楠，陈冰，刘淼，郭新冬（中国石油昆仑数智科技有限责任公司北京102206）

关键词：物联网；原油产量；在线检测；现场应用；降本增效

生产计量是油气田生产的基础性工作，直接影响着油田勘探开发及生产运行，对油气生产管理具有重要的意义。油气生产计量的数字化升级，可简化地面工艺、优化生产管理模式、提高油田决策及时性和准确性，是企业管理提升的重要需求^[1-3]。此外，随着互联网、大数据、人工智能能力的大幅提升和深度融合，非分离多相流计量技术正在向智能化、低成本方向发展，油气生产计量技术已经由气液分离+人工化验的传统方法向非分离自动计量方向过渡，无人值守的人工智能检测系统将逐渐成为主流^[4-6]。

随着中国石油数字化建设的加速，多数油田已经实现油气生产过程的实时监控、精准调控，但我们也要看到，传统的油气生产计量依然缺乏可靠的数字化计量手段。油气多相计量作为计量技术的发展趋势，是集团公司油气田地面建设的核心攻关技术之一。该技术的研发及应用将成为集团公司油气生产物联网的重要补充，能够进一步升级、完善油气生产环节的数字化程度，助力企业数字化转型。

1　实时在线三相流量计

为实现单井、区块的油、气、水产量数据的实时自动采集，优化油气田企业地面工艺流程，项目组针对三相流量计量产品开展了联合研发工作。经过三年的不懈攻关，项目组取得了技术突破，形成了一套智能化、小型化、非辐射、低成本的第一代三相流量计产品，填补了国内低成本、不分离三相流在线计量的技术空白。

实时在线三相流量计基于文丘里效应及虚高理论，使用特殊的文丘里结构配合高可靠性的差压传感器，可实现宽流量范围、多种井况下的高精度气液两相流量计量。该测量模块能够秒级的输出结果，对微小的井况波动和流型变化都能够及时做出反馈；它基于高低双通道高频微波技术，可以获取液相中的含水率^[7-8]。

2　油井生产数据采集系统

基于第一代实时在线三相流量计的研发思路，项目组开发集成了RTU功能的实时在线三相流量计（V2.0），同时配备相应的倒井控制柜。控制柜与流量计采用Modbus/TCP协议进行通信，组成了油气生产数据采集系统，如图1所示。该系统可实现采集计量站内的管汇压力、温度、产量数据和控制站内的计量启停、倒井顺序，以及数据反馈超限后的报警功能。将倒井控制与产量数据查询的功能集成在系统中的倒井控制柜上，地面投资成本将进一步降低。

该系统是在项目组充分理解油气生产数字化实际需求的基础上被设计出来的高度集成化产品，其硬件设计基于工业级高性能ARM硬件平台，软件设计搭载实时操作系统，具备丰富的数据通信协议支持，可支持MOBUS RTU、A11 GRM等工业通信协议。该系统提供二次编程接口，可支持IEC61131编程功能和有线设备的自定义数据采集，以及完整的数据映射。该系统内置实时数据库，具有历史数据存储功能，可支持代码在线升级、远程升级、参数远程配置和数据本地显示。

图1 油井生产数据采集系统示意图

3　现场应用

3.1　应用背景

新疆油田Y采油厂的管辖区块主要分布在准噶尔盆地西北缘，南北长约25km，东西宽8.25km。

因生产的自然环境限制，Y采油厂建设初期即采用包含计量站的三站层级管理和人工巡检相结合的生产管理模式，在自动计量方面大量采用计量站单井量油作为获取单井生产数据的主要依据。

随着油田管理模式和生产工艺模式的升级，利用计量站获取单井生产数据已经无法满足油田精细化管理和持续降本增效的要求，这就对单井油、气、水产量的数据获取方式的优选提出了更高的挑战。

3.2　油田工艺现状

新疆油田传统的原油计量工艺为“双容积式倒井计量”，其依托于现场计量站内安装的多通阀将计量站周围的多口采油井以管道形式连接至双容积计量容器，并通过多通阀控制柜控制多通阀选井。使用容器上安装的液位计、气体流量计和含水仪对来液的油、气、水的单次计量产量进行测量，再将测量结果传输至计量控制器进行日产量计算。这种传统的计量控制系统环节多，操作繁琐，操作和维护工作量大。

3.3　工艺改造方案

针对上述技术痛点，项目组利用现有计量站倒井计量流程，用基于三相流量计的油气生产数据采集系统替代传统的计量系统，在满足流量计测算液量、气量的同时，实现自动倒井逻辑，并通过倒井控制柜控制倒井，将生产数据实时上传至监控中心。现场整体计量流程得到了简化，设备运维的难度进一步降低；同时实现计量井的自动识别、自动倒井和数据的自动化采集上传，大幅减少了含水取样化验次数，真正实现了计量间无人值守，检测相关操作费用也将大幅度下降。

3.4　设备升级改造

Y采油厂某作业区的J计量站阀室配备倒井多通阀，控制11口井的阀位切换；计量间装有双容积式压力容器以及液位计等各类计量仪表，负责产量测量；仪控间配套控制倒井柜，计量控制柜负责控制多通阀启停和日产量计算。

项目组首先对J计量站进行工艺改造，利用三相流量计计量平台替换传统的双容积式计量仪器，并拆除仪控间的倒井控制柜和计量控制柜，换装一体化倒井控制柜。

图2 升级后计量系统结构示意图

与改造前的传统计量系统相比，基于实时在线数据采集系统将现场仪控间内的多通阀控制箱和计量控制箱集成为一体化控制箱，简化了控制流程，提高了系统集成的程度，降低了设备采购的成本。将计量间内的双容积式计量容器，以及匹配于容器的液位计、电动阀、温度变送器、压力变送器、气体流量计、含水分析仪等设备替换为三相流量计计量平台，极大程度地提高了计量仪器的统一性，降低了设备维护的难度以及维护成本。

图3 系统优化后流程对比

与传统的先分离后计量方式相比，基于实时在线三相流量计的油气生产数据采集系统能够提供产气、产液变化趋势，相关指标全部基于24小时真实计量数据获得。三相流量计具有实时在线输出秒级气、液及液相含水率三相计量数据的优势，可以让油气田用户发现非常规生产事件以及直观地观察到油气井生产特征。

3.5　应用效果

基于三相流量计的油气生产数据采集系统上线后，实现了单井来液的油气水三相实时计量、控制倒井以及历史产量查询的功能，并能将计量数据以A11_GRM协议规定的地址传输至Y采油厂的数据中心。

系统已平稳运行近18个月，成功实现了现场11口油井按排序自动计量、实时采集现场计量结果、自动入库保存以及网络共享。通过实时数据页面可以查看油相、气相、液相的实时流量数据，同时也可查看实时温度压力数据，实现了历史产量数据查询以及日产量数据、实时计量参数以秒级的传输频率回传至数据中心，如图4所示。

图4 实时数据监测示意图

以油田作业区为计算样本，每年对产量计量仪器的维护需花费100万元以上。基于实时在线三相流量计的油气生产数据采集系统上线后，每年可节约各类设备维护费用30万元，减少仪器维护更换费用20万元，综合经济效益近50万元/年，相关成本下降近50%。

4　总结

（1）基于三相流量计的油气生产数据采集系统在油田得到了较好应用。与传统的先分离后计量方式相比，三相流量计能够模拟预测油、气、水产量变化趋势，相关指标全部基于24小时真实计量数据获得。

（2）新系统通过远程可视化监控，实现无人值守；此外，本地生产参数实时监控显示，异常报警；倒井计量制度支持定制，实现智能倒井控制和远程启停管理，极大地提高了现场计量的自动化程度。

（3）利用一体化倒井控制柜替换传统的倒井控制柜和计量控制柜，实现了现场计量流程的简化，提高了设备运维的便利性，降低了设备投资成本，桶油操作费用进一步降低，为油田公司创造了较好的经济效益。

作者简介：

韩宏志（1982-），男，黑龙江人，工程师，学士，现就职于中国石油昆仑数智科技有限责任公司，主要从事石油行业数字化转型咨询及项目管理工作。

参考文献：

[1] 张琳, 李长俊. 多相流量计的应用研究[J]. 计量技术, 2006 (9) : 3.

[2] 王宏春, 陈文, 朱安江. 多通阀在油井计量中的应用[J]. 油气田地面工程, 2011, 30 (11) : 2.

[3] 蔡珂盈, 黄琬曦, 郭碧清, 等. 油气水三相流量计发展现状[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2018, 38 (24) : 92 - 93.

[4] 穆乃刚. 低产液油井三相计量的研究[D]. 大庆: 东北石油大学, 2013.

[5] 张瑞萍, 刘彤, 杨敏, 等. 三相流量计的发展状况分析[J]. 石油仪器, 2009, 23 (05) : 30 - 33 + 100.

[6] 言伯祥, 李宗乾. 一种新型的三相流量计[J]. 国外油田工程, 1992, (2) : 54.

[7] 史鹏涛, 李宏宏, 欧阳雪峰, 等. 三相流量计自动倒井计量的研究[J]. 自动化博览, 2021, 38 (9) : 80 - 83.

[8] 陈冰, 闵利昆, 张雅楠, 等. 基于实时在线三相流量计的倒井一体化装置[J]. 仪器仪表户, 2020, 27(12) : 5 - 7.

摘自《自动化博览》2023年11月刊