专利名称：油气地面计量热交换节流保温一体化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种油气地面计量热交换节流保温一体化装置，是一种集热交换、节流、保温功能于一体的多功能计量设备；属于石油天然气测试技术中地面计量作业工程设备领域。
背景技术：
油气地面计量作业是石油勘探开发过程中，在一定的工作制度(油嘴)下，通过对生产井产出的流体流量、压力的控制以及必要时对流体进行处理，如化学剂注入、加热等， 并借助于分离器将流体的油、气、水各相分离开，分别进行精确计量，最终求得生产井在该工作制度下井口压力、温度、油、气、水的产量及物性等参数的施工工艺。在地面计量施工中，天然气井中都同时伴生有大量的水蒸汽，当含水蒸汽的地层流体经过节流装置后，压力骤降，地层流体出现了一个大量吸热的过程，气流的压力和温度就会下降到某些天然气组分的霜冻点之下而形成水化物，水化物是固体混合物，它以结晶体形式出现，随着结晶的累积和温度的不断下降，就会造成油嘴、管道和设备及计量仪表的冻堵，进而导致地面测试流程的下游设备发生冰冻，造成计量数据无法录取甚至施工中断。在本发明之前，为了减少天然气水化物冻堵，保证地面计量施工的正常进行，通常采用如下方法一是在地面计量流程中连接油嘴管汇、水套炉设备，通过化学注入泵向油嘴管汇中的油嘴上游注入解冻剂如乙二醇或甲醇，或破乳剂，防止油嘴冻堵；还通过燃烧柴油或天然气给水套炉加温，加热流经水套炉的地层流体。这种方法需要消耗大量的解冻剂，以及保证水套炉正常运转所消耗的燃料，会使作业的施工成本大大增加；另外在某些高压、高产气井施工中，天然气产量大、流速快，高速通过水套炉时，水套炉不能进行有效加热，还需要安装换热率更高的蒸汽换热器，这样既增加了劳动强度又增加了设备使用成本。二是在地面计量流程中连接多台油嘴管汇，安装两个以上不同尺寸的油嘴，采用多级节流的方式连接，通过逐级减压，逐步减小天然气流经放喷油嘴时的前后压差，减少气体膨胀时所吸收的热量，避免产生水化物冻堵。但是在实际运用过程中，三级节流装置会对计量数据产生一定的影响，所得气产量需要经过校正计算，才可使用，在计算中会产生一定的计量误差，影响了参数生成的科学性和精确性。况且三级节流装置要想在施工中实现逐级降压，达到提高油嘴及下游管线温度的目的，各级压力就都要保持临界流动状态，这样的状态在施工中比较难于实现。另外，设备的增加会造成地面计量作业占用庞大的施工场地， 海上或沙漠平台难以满足场地要求，内陆油田会增加可观的征用土地费用。直接使用加热装置，在地层流体通过油嘴前提高其温度，是最直接有效的解决油嘴冻堵方法。根据这个思路，我们以现有的地面计量节流、加热设备为基础，根据现场经验和施工需要设计了“双层保温节流管汇”，采用同心管串连和油嘴管汇结合的方式，通过蒸汽在同心管中循环，加热管线内的地层流体，从而达到防冻保温的目的。但是由于此设计偏重于节流保温效果，不具备加热功能，在施工中必须与蒸汽发生器配合使用，还是增加了设备投入。另外，由于该设备使用同心管夹层通入蒸汽进行保温，换热空间和换热面积都受到很大的限制，换热比较低，不能达到需要的保温效果。此后又设计的“节流保温加热装置”将五阀油嘴管汇变形，使五个阀门、两只固定油嘴、一只可调油嘴以及旁通阀与加热(换热)容器融合在一起。该装置具备油嘴管汇和水套炉两种设备的功能，使用更简便并且保温效果更好，可实现全流程无霜冻，无需化学剂注入，彻底解决了节流过程中和节流后的冻堵问题， 减少了设备投入和保温燃料的成本消耗。但没有相应的蒸汽热交换功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油气地面计量热交换节流保温一体化装置，简化地面计量流程，彻底解决地面计量施工中天然气水化物冻堵地面流程及设备的问题；将测试计量期间井内产出的天然气作为加热燃料，油嘴不再需要化学解冻剂注入，节约燃油和解冻剂，达到节能减排的效果。克服以往装置功能单一的不足，在装置内方便的实现“水套炉”和 “蒸汽热交换器”两种加热模式的切换，用一台设备满足油田的不同要求，适应性更强，且极大地减少了设备成本投入。可更方便地实现“稳压降产”、“稳产降压”、“固定油嘴求产”等多种形式的试油、试采作业。本发明采用如下的技术方案，即一种油气地面计量热交换节流保温一体化装置由承压炉体、固定油嘴、可调油嘴、管汇阀门、阀门钢套、盘管管线、直管管线、双燃料燃烧器、 密闭阀、进水管线、排水管线、热水循环泵、油气管线、支架、燃烧加热管线、蒸汽进入管线、 蒸汽排出管线、蒸汽管线安全阀和底橇构成，承压炉体为卧式罐状，承压炉体底部有支架， 双燃料燃烧器也有支架，支架置于底橇上，其特征在于承压炉体有左、右两个端面，其中左端面上安装有可调油嘴、固定油嘴、进水管线的水管阀和蒸汽排出管线，蒸汽排出管线直接与承压炉体的内腔相通，油气管线经阀门钢套上的阀门分别与可调油嘴、固定油嘴和承压炉体内的盘管管线相连，盘管管线和直管管线置于承压炉体内，盘管管线和直管管线的右端与承压炉体右端面的油嘴或管汇阀门相连接，进水管线置于承压炉体内腔的中部，承压炉体内靠近炉体底部设置有燃烧加热管线，燃烧加热管线一端与承压炉体右端面的双燃料燃烧器入口相连，燃烧加热管线另一端在承压炉体左端顶部开口，在开口处装有人工起降的烟囱，承压炉体右端面从炉体内探出的管线经管汇阀门的连接到油气管线上，承压炉体底部开有排水管线，排水管线上安装有热水循环泵和排水阀，在承压炉体上部开口装有密闭阀，在承压炉体右侧端装有蒸汽进入管线、蒸汽进入管线直接与承压炉体内腔相通，蒸汽进入管线上安装有蒸汽管线安全阀。油嘴(可调油嘴和固定油嘴)嵌入承压炉体端面，直接加热天然气通过的节流点， 彻底消除节流点冻堵的形成因素。可调油嘴和固定油嘴其可依据实际工作制度安装所需的型号和尺寸。在上述装置的油嘴上、下游的油气管线上预留了数据采集接口，可根据施工设计要求，安装温度和压力的数据采集器，实时录取压力温度等相关数据。盘管管线是为了使油气管线中油气的加热时间得以延长，而将油气管线在承压炉体内拉长，反复盘绕多次，使管线内的油气在承压炉体内滞留并充分加热的一组油气管线。 盘管的长度可以根据需要盘卷加长或缩短。
直管管线是一条直接经由承压炉体一端穿到另一端的直线型的油气管线。适用于不用长时间加热的产出油气。上述装置中的盘管管线和直管管线设置于承压炉体内腔的上部或中部。进水管线是为了给承压炉体添加水而专门设计的进水管线。承压炉体可采用与现有技术中水套炉壳体相同的承压材料和制造工艺制造。上述的承压炉体可承压IMpa。承压炉体的右端外部装有液位计。双燃料燃烧器可以使用柴油和天然气两种燃料燃烧，为系统内的水介质加热。燃料可自由切换使用，燃气燃烧器还可直接使用井口天然气，且无须供电，可长期无电力消耗运转。使用双燃料燃烧器时将其插入承压炉体右端面的双燃料燃烧器入口。烟囱可通过人力起降，便于在水套炉和蒸汽热交换器两种设备功能模式间转换。 当作为水套炉使用时，需要将烟囱竖起，以便燃烧器通过燃烧加热管线加热水套炉内的水， 同时废气经烟囱排出；当作为蒸汽热交换器使用时，将炉内水排净，不必竖起烟囱，只需封闭密封阀，保障炉内的蒸汽压力不大于IMpa。本发明的油气地面计量热交换节流保温一体化装置，其左端面和右端面可以功能互换，只要将相应的配件均左右互换后，重新组装即可。本装置曾在东北两个油田的地面计量施工中试验应用，在使用不同工作制度油嘴放喷的过程中，虽然井口温度变化比较剧烈，但经过“地面计量热交换节流保温一体化系统”后，油嘴部位的地层流体温度基本稳定在30°C，油嘴之后的地层流体温度基本保持在 20°C，极大地满足了生产过程中对于温度的要求。最终证明该系统结构合理、工作稳定可靠，其作业成功率达到了 100%，完全杜绝了地面测试求产作业过程中，因温度波动、冻堵问题而导致施工失败的发生，完全达到了原始设计的性能指标。取得了非常好的效果，获得了服务单位的一致好评，具有广阔的应用前景。本发明的有益效果，油嘴管汇串入承压炉体内部后，和承压炉体集成为一个整体， 提高设备的集成化；承压炉体两端的油嘴嵌入承压炉体内部，直接加热天然气通过的节流点，彻底消除节流点冻堵的形成因素；承压炉体承压IMpa，并安装有安全阀，整体可实现密封和常压两种状态，常压状态下，可作为水套炉在施工现场燃烧加热；密封状态下，可最大承压IMpa，作为蒸汽热交换器，与井场外的蒸汽锅炉配合使用。热水循环泵，可在冬季与计量罐等设备建立循环，实现热水或蒸汽供热。在实际应用中证明其结构合理、工作稳定可靠，作业成功率达到100%，具有广阔的应用前景。
图1是本发明的承压炉体内部结构示意图；图2是本发明的承压炉体的左端面结构示意图；图3是本发明的承压炉体的右端面结构示意图；上述图中，承压炉体1、进水管线2、蒸汽进入管线3、蒸汽管线安全阀4、管汇阀门 5、可调油嘴6、阀门钢套7、盘管管线8、直管管线9、固定油嘴10、双燃料燃烧器11、双燃料燃烧器入口 12、密闭阀13、烟囱14、液位计15、热水循环泵16、排水管线17、蒸汽排出管线 18、水管阀19、燃烧加热管线20、支路排水管21、支架22、底橇23、油气管线24。
具体实施例方式下面结合图1、图2和图3，对本发明的具体结构予以进一步说明，本发明的油气地面计量热交换节流保温一体化装置由承压炉体1、固定油嘴10、可调油嘴6、管汇阀门5、阀门钢套7、盘管管线8、直管管线9、双燃料燃烧器11、密闭阀13、进水管线2、排水管线17、热水循环泵16、油气管线M、支架22、燃烧加热管线20、蒸汽进入管线3、蒸汽排出管线18、蒸汽管线安全阀4和底橇23构成，承压炉体1为卧式罐状，承压炉体1底部有支架22，双燃料燃烧器11也有支架22，支架22置于底橇23上，其特征在于承压炉体1有左、右两个端面， 其中左端面上安装有可调油嘴6、固定油嘴10、进水管线2的水管阀19和蒸汽排出管线18， 蒸汽排出管线18直接与承压炉体的内腔相通，左端面上的油气管线M经阀门钢套7上的管汇阀门5分别与可调油嘴6、固定油嘴10和承压炉体1内的盘管管线8和直管管线9的左端相连，盘管管线8和直管管线9置于承压炉体(1)内，盘管管线8和直管管线9的右端与承压炉体1右端面的油嘴或管汇阀门5相连接，进水管线2置于承压炉体1内腔的中部， 承压炉体1内靠近炉体底部设置有燃烧加热管线20，燃烧加热管线20 —端与承压炉体1右端面的双燃料燃烧器入口 12相连，燃烧加热管线20另一端在承压炉体左端顶部开口，开口处装有人工起降的烟囱14，承压炉体1右端面从炉体内探出的管线经管汇阀门5的连接到油气管线M上，承压炉体1底部开有排水管线17，排水管线17上安装有热水循环泵16和水管阀19，在承压炉体1的背部开口装有密闭阀13，在承压炉体1右侧端装有蒸汽进入管线3、蒸汽进入管线3直接与承压炉体1内腔相通，蒸汽进入管线3上安装有蒸汽管线安全阀4。承压炉体1的右端外部装有液位计15。排水管线17上安装有热水循环泵16和水管阀19的为主排水管，另外一条不经热水循环泵16的排水管线和水管阀19构成支路排水管21。上述的双燃料燃烧器11在使用时，需插入承压炉体右端面的双燃料燃烧器入口 12中。本发明将油嘴管汇和水套炉融为一体，节约设备使用空间和购置成本；延长地层流体在系统内的停留时间，提高加热效果；两个端面可更换油嘴镶入炉体，直接对油嘴加热，可随着加热功率的提高彻底解决天然气水化物造成的油嘴冻堵；地面计量施工中无须在油嘴前注入解冻剂，可节约注入化学解冻剂的施工成本；可承压炉体，能在施工中，根据现场要求，在“水套炉”和“蒸汽热交换器”两种加热模式间方便切换；热水循环泵可带动炉体内的热水，为其它设备循环供热；双燃料燃烧器，以井口天然气作为燃料，可节约燃料成本。
权利要求
1.一种油气地面计量热交换节流保温一体化装置由承压炉体(1)、固定油嘴(10)、可调油嘴(6)、管汇阀门(5)、阀门钢套(7)、盘管管线(8)、直管管线(9)、双燃料燃烧器(11)、 密闭阀(13)、进水管线O)、排水管线(17)、热水循环泵(16)、油气管线(M)、支架(22)、燃烧加热管线(20)、蒸汽进入管线(3)、蒸汽排出管线(18)、蒸汽管线安全阀(4)和底橇03) 构成，承压炉体(1)为卧式罐状，承压炉体(1)底部有支架(22)，双燃料燃烧器(11)也有支架(22)，支架02)置于底橇03)上，其特征在于承压炉体(1)有左、右两个端面，其中左端面上安装有可调油嘴(6)、固定油嘴(10)、进水管线O)的水管阀(19)和蒸汽排出管线 (18)，蒸汽排出管线(18)直接与承压炉体的内腔相通，左端面上的油气管线04)经阀门钢套(7)上的管汇阀门(5)分别与可调油嘴(6)、固定油嘴(10)和承压炉体⑴内的盘管管线(8)和直管管线(9)的左端相连，盘管管线(8)和直管管线(9)置于承压炉体(1)内，盘管管线(8)和直管管线(9)的右端与承压炉体(1)右端面的油嘴或管汇阀门(5)相连接，进水管线(2)置于承压炉体(1)内腔的中部，承压炉体(1)内靠近炉体底部设置有燃烧加热管线(20)，燃烧加热管线OO) —端与承压炉体(1)右端面的双燃料燃烧器入口(1 相连， 燃烧加热管线OO)另一端在承压炉体左端顶部开口，开口处装有人工起降的烟囱(14)，承压炉体(1)右端面从炉体内探出的管线经管汇阀门(5)的连接到油气管线04)上，承压炉体(1)底部开有排水管线(17)，排水管线(17)上安装有热水循环泵(16)和水管阀(19)，在承压炉体(1)的背部开口装有密闭阀(13)，在承压炉体(1)右侧端装有蒸汽进入管线(3)、 蒸汽进入管线(3)直接与承压炉体(1)内腔相通，蒸汽进入管线(3)上安装有蒸汽管线安全阀⑷。
2.如权利要求1所述的油气地面计量热交换节流保温一体化装置，其特征在于所述的油嘴(6、10)嵌入承压炉体(1)端面。
3.如权利要求1所述的油气地面计量热交换节流保温一体化装置，其特征在于所述的承压炉体(1)可承受IMpa压力。
4.如权利要求1所述的油气地面计量热交换节流保温一体化装置，其特征在于所述的承压炉体(1)的右端外部装有液位计(15)。
全文摘要
本发明涉及一种油气地面计量热交换节流保温一体化装置，可简化地面计量流程。该装置由承压炉体、固定油嘴、可调油嘴、管汇阀门、盘管管线、直管管线、双燃料燃烧器、密闭阀、水管线、热水循环泵、油气管线、燃烧加热管线、蒸汽管线和底橇构成。本发明将油嘴管汇和水套炉融为一体，提高加热效果；油嘴镶入炉体，直接对油嘴加热，解决了水化物造成的油嘴冻堵；地面计量施工中无须注入解冻剂，降低了成本；根据现场要求，可在“水套炉”和“蒸汽热交换器”两种加热模式间切换；热水循环泵可带动炉体内的热水或蒸汽为其它设备循环供热；双燃料燃烧器以井口天然气作为燃料，降低燃料成本。
文档编号E21B36/02GK102226386SQ20111010030
公开日2011年10月26日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者刘平, 李玉巧, 杜成良, 王志国, 王晋, 程高峰 申请人:中国石油集团渤海钻探工程有限公司