一种油井套管气气量计量的装置和方法与流程

本发明涉及一种计量装置和方法，尤其涉及一种油井套管气气量的计量装置和方法，属于油气田环保技术领域。

背景技术：

长期以来，控制套管气是油田地面工程亟待解决的问题之一。油井套管气属于油田伴生气的一种，占到伴生气总量的一半以上。如果不能及时排出套管气，会对原油开采产生较大影响。消除套管气影响的常规做法是利用定压放气阀注入油管进行油气混输，但当定压放气阀不适用甚或无油管系统时，多数情况下只得打开套管阀门将套管气燃放到大气中。这样做既污染了环境，又使温室效应加剧，已引起石油行业、环保、社会各方面的高度重视。

据世界银行资助的全球火炬消减计划(ggfr)估算，全球每年因燃烧套管气新增温室气体排放约4亿吨二氧化碳当量。据国内报道，即使在近些年，国内油气田每年放空天然气量也高达10亿方左右。套管气的回收与控制受到广泛关注，无论是直接在井口安装各种设备，还是在下游汇集场站建设轻烃回收厂等，套管气产生量的准确计量与评估是保证措施效果的先决条件。

套管气主要成分是甲烷、乙烷、其他短链烷烃、水等，有的含有h2s、co2等酸性气体，不同油井的成分比例相差较大。因其气流条件具有诸多不寻常特点，如气体流量不稳定，并随时间周期性地大幅度变化，属脉动流体；气质中含水量大，并夹带原油及微量颗粒杂质，气流流经节流装置时产生凝析液；另外，不同井间、同一口井不同时期，气量都存在非常大的差异，变化无常，几无规律可寻；没有相应测量标准或规范；没有广泛适用的工程经验方程可供利用；缺乏准确历史数据积累等。故此，气量测量与评估，一直以来都是技术难题，既难于开展项目可行性分析，又无法进行有效监管。

目前，油井套管气气量评估主要有如下方式：

方法之一是通过气油比进行估算。油产量是企业掌握的最准确的生产数据，通常认为套管气产生量与油产量之间具有一定比例关系，通过设定一个平均的气油比，乘以油产量，得以估计套管气气量。常理认为，到油田开采中后期，随着原油含水率的升高，气油比将逐渐下降。但仍有为数不少的案例显示，气油比反而呈上升趋势。气油比变化区间范围非常大，估算误差极大。

方法之二是美国石油学会(api)发布的《石油和天然气行业温室气体排放评估方法纲要》(2009年版)，套管气排放量计算列于第5.6.4节“重油和原油沥青套管气排放”，要求通过检测套管气排放总流量(及其中甲烷浓度)，来计算温室气体排放量，但未提及套管气流量的检测方法和仪器。该节表5-18和表5-19分别给出了基于原油产量和井数的套管气甲烷排放因子。优势：计算工作量很小，适用于评估一个较大范围的总排放量。劣势：显然此固定的排放因子若用于评价千差万别的单井，则存在非常大的误差。

方法之三是使用孔板流量计，这是基于syl04-83《天然气流量的标准孔板计量方法》的标准方法。但该标准要求的气流条件应是单相、稳定或其变化比较缓慢的，套管气不能满足这些条件。

方法之四是利用小叶轮风速计或/皮托管流量计。这两种类同的仪器都是通过测量套管排气管口中心处气体流速，再乘以管口面积，来获得气体瞬时流量。优势：操作简便，可灵活移动多处测量。劣势：因套管气产生与排放波动较大，此方式只能粗略了解测试时段内的排放情况，若想提高数据准确度，需依照标准程序进行连续24h监测。

方法之五是利用智能流量积算仪进行套管气量测试，精度在0.1m³/h，可用于天然气管线流量等方面的测量。但是，该仪器也存在一定不足，主要表现在：当套管气流量很小时(小于1.5m³/h)，此仪器没有显示，对小流量套管气的油井不能用这种方法测试。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种准确、快速、便携、适用性强的油井套管气气量的计量装置，可实现在井口对不同管径、压力、流量等各种条件的套管气气量进行实地快速的评估和检测。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种油井套管气气量计量的装置，该装置包括：

接口软管、多效稳流检测管、气体流量计；

接口软管的一端与油井套管相连，接口软管的另一端与多效稳流检测管相连；

多效稳流检测管用于油井套管气稳定通过；

多效稳流检测管的外壁设置有两个固定夹，用于固定气体流量计的两个检测探头。

在上述装置中，优选地，多效稳流检测管长度与直径尺寸固定，内部设置有多个紧密排列的内管，内管横截面为等边六边形的直管；更优选地，所述直管的直径小于多效稳流检测管的直径，所述直管构成蜂窝状通道。

在上述装置中，在多效稳流检测管中设置内管的目的是缩小多效稳流检测管的气流的横截面的半径，以保证多效稳流检测管内的气流可以稳定的流过，使气体流量计的探头监测到的气体的流线均匀，确保检测的准确性，同时缩减多效稳流检测管的长度，使其便于携带。

在上述装置中，内管的长度短于多效稳流检测管的长度，且短于多效稳流检测管外壁上固定夹的位置。

在上述装置中，优选地，固定夹设置在靠近多效稳流检测管出口端的两侧外壁上。

在上述装置中，优选地，两个固定夹在多效稳流检测管的外壁上斜向外延伸。

在上述装置中，优选地，固定夹与多效稳流检测管的外壁呈45°角设置。

在上述装置中，优选地，固定夹为短管，以插入的方式固定气体流量计的两个检测探头。

在上述装置中，优选地，气体流量计为多普勒超声波气体流量计。

在上述装置中，优选地，该油井套管气气量计量的装置还包括远程数据接收端，远程数据接收端用于接受气体流量计的数据。

在上述装置中，接口软管可以根据油井套管的尺寸选择合适的软管，接口软管的长度以使多效稳流检测管可以平稳的水平放置与地面为佳。

本发明采用的多普勒超声波气体流量计通过检测流体对超声束(超声脉冲)的作用来测量流体流量的仪器，为非接触式，具有测量范围宽、可精确测量脉动流、无可动部件、无压力损失等优点。虽然套管气中多含有液滴、固态杂质等，给多数仪器检测带来不便，但多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体，如含杂质多的水、浆液和油类等，适用于油井套管气的测量。

本发明的油井套管气气量计量的装置包括多效稳流检测管，多效稳流检测管将油气从油气套管中引流出来，在油气套管的外部检测油气的气量，避免了将流量计直接安装在油气管上而引发的失准等问题，使得检测更简单、方便；而且，由于在多效稳流检测管的外部设置有固定夹，使得可以一次性设置多普勒检测器的参数，不必因地点和油井的变化而重新设置，减少工作量和差错；在多效稳流检测管的内部设置有内管，可以使气体在多效稳流检测管中稳定通过，并且直管的横截面设计为等边六边形，便于加工，可避免因搬运等引起的内管脱落问题。

本发明的油井套管气气量计量的装置适用于各种类型套管气的测量，包括不同管径、压力、流量、气体组成等。

本发明还提供一种油井套管气气量计量的方法，该方法是利用上述油井套管气气量计量的装置完成的。

上述方法具体包括以下步骤：

安装油井套管气气量计量的装置，开启油井套管的阀门，30min-1h后，多效稳流检测管内的套管气平稳通过时，开启气体流量计检测套管气的气量；

在检测含蒸汽套管气时，在仪器菜单设置中，选择流体介质为“水蒸汽(steam)”，便可准确测量显示排出气流的流量，并借助有关参数，直接计算得到含水率，进而得出扣除水蒸汽的烃类气体的净排放量。

本发明的油井套管气气量计量的装置中，接口软管可适应不同尺寸的油井套管，增强了装置的普遍适用性和现场操作的便利性。

本发明的油井套管气气量计量的装置和方法，可以准确、快速的计量油井套管气气的气量，适用性强，而且装置携带便携。

附图说明

图1是实施例1的油井套管气气量计量的装置的结构示意图。

图2为多效稳流检测管的结构图示意图。

图3为多效稳流检测管稳流段的截面图。

主要附图符号说明

1接口软管2多效稳流检测管3多普勒超声波气体流量计4第一短管5第二短管

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种油井套管气气量计量的装置，其结构如图1所示，该装置包括：

接口软管1、多效稳流检测管2、多普勒超声波气体流量计3，

接口软管1的一端与油井套管相连，接口软管1的另一端与多效稳流检测管2相连；多效稳流检测管2用于油井套管气稳定通过；

在靠近多效稳流检测管2出口端外壁的两侧上设置有第一短管4和第二短管5，与多效稳流检测管2的外壁呈45°角斜向外延伸，如图2所示，多普勒超声波气体流量计3的两个检测探头分别插入第一短管4和第二短管5中；

多效稳流检测管2内部设置有多个紧密排列的横截面为等边六边形的内管，构成蜂窝状通道，如图3所示，使气体流量计的探头监测到的套管气流线均匀，确保检测准确性。

利用上述装置完成的油井套管气气量计量的方法，具体包括以下步骤：

安装油井套管气气量计量的装置，开启油井套管的阀门，30min-1h后，多效稳流检测管内的套管气平稳通过时，开启气体流量计检测套管气的气量。

另外，多普勒超声波气体流量计3可将气体流量数据通过信号传输装置实时传输至远程数据接收端，实现现场无人操作与监控。

如有进一步需求，可用气袋采集气样，利用气相色谱仪分析套管气中各种烃类组分浓度，便可准确核算直接排放和燃烧排放等方式的温室气体排放量。

本发明的油井套管气气量计量的装置和方法，可以准确、快速的计量油井套管气气的气量，适用性强，而且装置携带便携。