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石油平臺的流量計應用分析

發布日期:2022-03-18 15:25:25  來源:中海油能源發展采油服務分公司  作者:李丙焱 鄭慶軍 張文平 王建國  瀏覽次數:
【導讀】:現在實際應用比較多并且可靠程度比較高的多相流量計多數采用放射性原理來測量相分率、采用文丘里來衡量流體的流量。多相流量計能夠給出連續的數據,對油井的動態有持續的監測,可以提前判斷油井的產能趨勢。......

       多相流量計自 20 世紀末大范圍使用在單井計量領域之后,通過長時間的實際應用,已被市場篩選出適應性非常適宜的產品類型,F在實際應用比較多并且可靠程度比較高的多相流量計多數采用放射性原理來測量相分率、采用文丘里來衡量流體的流量。多相流量計能夠給出連續的數據,對油井的動態有持續的監測,可以提前判斷油井的產能趨勢。

 
1. 多相流量計簡述
γ 源多相流量計從 20 世紀 90 年代面世,實際生產中應用比較普遍,油氣量屬于油氣田單井計量層面范疇,相對于常規的三相分離裝置,多相流量計裝置有占地面積比較小、日常維護和保養便捷、計量過程是連續的操作、測量精度理想穩定以及測量的數值區間寬等明顯優勢,在油田應用完全滿足生產計量的需求,具有很好適用性。本文以某平臺在用的 γ 源多相流量計為基礎進行分析。平臺根據不同流量選擇不同的文丘里進行測量。3 "液路:入口→ 3 "單能傳感器→ 3 "經典文丘里→ 3 "切換閥(切換閥開啟)→流型調整裝置1.5 "液體流通線路:入口→ 3 "單能類型傳感裝置→ 3 "文丘里裝置→ 1.5 "單能傳感裝置→ 1.5 "文丘里裝置→流型調整裝置(將切換閥進行關閉操作)實驗過程中的被測介質一旦流進多相流量計裝置之后,就能夠依據流體流量的數值大小通過手動切換到 3 "液路以及 1_1/2 "液路這 2 條流量測量線路之中的任意一條實施計量操作。此類流量計裝置的初始情況為:液路切換閥常開,默認為 3 "液路進行測量操作。
 
如果 3 "液路內流體的差壓變送裝置所捕捉到的差壓數值小于該變送裝置初始設定的測量下限數值的時候,由操作人員發指令給切換閥的執行器,切換閥關閉,測量管段切換到 1.5 "液路,此時,3 "單能傳感其和通過 3 "文丘里的差壓變送器的信號已被計算機忽略,計算結果是通過采集的1.5 "單能傳感器、通過 1.5 " 文丘里的差壓變送器而計算得出的。
 
相反當 1_1/2 "液路上的差壓變送器所測差壓高于此變送器的測量上限時,操作人員手動操控切換閥裝置轉換為開啟的狀態,多相流量計裝置的狀態即轉換為 3 "液路繼續實施測量操作。
 
流量計的溫度變送器位于 3 "和 1_1/2 "液路部分的交匯之處,對于多相流體的溫度數值進行測量。2 臺壓力數值變送裝置此時對于 2 條液路內流體介質的壓力數值進行分別測量。流量計算機(置于防爆箱內)采集以上流體的溫度、壓力、壓差、單雙傳感器裝置的各類信號實施處理。
 
通過計算可以得到被測流體的總液量、總氣量、總體的含水率、純油量數值。
 
MPFM-PC 機 與 DAU 建 立 通 訊, 由 MPFM-PC 機 控 制計量過程,下傳標定數據及相關的設定參數,然后其輸出測量結果。
 
2.γ 源的多相流量計主要原理
通常的多相流量計裝置借助單能類型的 γ 傳感器裝置對流體中的含氣率進行測量、雙能類型的 γ 傳感器裝置則負責對于流體的含水率進行測量,文丘里裝置負責對流體的總流量進行測量,隨后進過基本類型的流量計算過程以及 PVT轉換過程獲得標準狀態條件之下的油氣水流量數值。多相流量計利用 γ 傳感器測量氣和液的相分率以及液相的含水率。γ 射線是放射性同位素發射的一種電磁輻射,它有很強的穿透介質的能力。當一束從放射源發射的 γ 射線穿過介質時,它的強度將因流體介質的吸收效應而進一步削弱。介質不同對于伽馬射線的吸收效應也會有所差異。當一束 γ 射線穿過進入管線的油、氣、水介質時,根據射線的衰減關系,將引起混合液分子中的電子或者原子核的衰減,不同的介質衰減也不同。當 2 種不同的介質被用于基數標定, 根據公式就可以確定混合液的相分率,一個單能γ 傳感器就可以測量出多相流的氣、液相分率。如果 2 種 γ 射線(雙能 γ 傳感器)集合起來,就能用 2 個方程來確定出多相流的含水率。多相流量計安裝了單能類型的 γ 傳感器裝置對于流體的氣、液相分率進行測量,雙
能類型的 γ 傳感器裝置負責含水量的測量。
 
雙液路多相流量計(典型)的組成如下:
該多相流量計裝置的部件主要包含文丘里裝置(差壓變送裝置)、取樣器裝置、γ 變送器裝置、切換閥門、含水儀閥、溫度及壓力變送器等功能部件。其中:
(1)文丘里用來測量工況下油相、水相以及氣相的綜合流量數值;
(2)γ 變送器裝置用于相分率的測量;
(3)切換閥門用來切換大小流量的測試液路;
(4)含水儀閥門主要用來便利標定雙能 γ 傳感器;
(5)溫度和壓力變送器等用于工標況體積轉換的 PVT因子計算。
 
3. 影響多相流計量的重要因素
影響多相流計量基于含水率校核計算公式、含氣體率計算公式、總體流量計算公式到標準工況條件下氣油水產出的相關過程進行詳細說明。γ 傳感裝置測量含水率計算公式如下:
γ 傳感裝置測量含水率計算公式
當中
λ、η 分別代表雙能 γ 傳感裝置非常大橫截面的含氣體率及含水率;
N0 代表空管狀態計數率;
Nx 代表在線計數率;
D 代表雙能傳感裝置管體內壁直徑;
ρgρoρw 分別代表合理工況下天然氣體、全油脂、全水的額定密度;
vgvovw 分別代表天然氣體、全油脂、全水的總重量吸收參數。
 
使用文丘里計量總流量的公式為:
文丘里計量總流量的公式
C 代表流出參數;E 代表速度漸變參數;d 代表喉徑,Δp 代表流體流經過程中的高壓與低壓端的壓力差值,ρmin是流體的混合密度,是各相密度與各相相分率乘積之和,其中 Δp 由差壓變送器采集。
 
4. 影響計量的重要原因
平臺流量計測試各井數據如下:
平臺流量計測試各井數據如
通過氣體密度在通常狀況下用 Lockhart-Matinelli 相關參數進行歸類。此時 LM 在 0.69 至 6.4 之間,屬于第三類濕氣(LM 值 >0.3)即常規多相流,對這類流體來說,其主要目的是獲取油相和氣相,因此重點保證計量液量、計量含水和氣量的準確度。
 
為了評估影響計量的關鍵因素,我們將各量變化 0.5%,則對非常終結果的影響如下述表所示,可以看出同比例的波動,高低能空管計數率對測試結果影響非常大。水密度增大 0.5%,水質量吸收系數相應降低 0.5%,對各量的影響如下:
20220318152755.jpg
氣密度增大 0.5%,氣質量吸收系數相應降低 0.5%,對各量的影響如下:
20220318152801.jpg
雙能高能計數率增大 0.5% 對各量的影響如下:
360桌面截圖20220318152809.jpg
雙能低能計數率增大 0.5% 對各量的影響如下:
20220318152813.jpg
差壓零點漂移 0.5Kpa 對各量的影響如下:
20220318152818.jpg
由此可見,對該平臺各井來說,空管計數率和差壓零點對各量有比較大的制約。
 
5. 性能相關保障解決方案
經過相關計算及研究,性能保障解決方案有 3 點內容:
(1)設置相關周期參數,實施分離排空校核空管相關計數率,每個月進行空管標定試驗 1 次;
(2)隔離排空過程中必須查看差壓表 0 點,假如顯示數值大于 ±0.55kpa 需要重新標定;
(3)該流量計為雙液路,需要在產量調整時根據實際差壓選擇合適的液路,具體表現為:使用大液路測試時,若大液路差壓低于 8kpa,則切換為小液路測試;若小液路差壓高于 100kpa,則切換為大液路測試。
 
以上措施的實施可以在一定程度上保證多相流量計在該項目測試中達到流量測量精度。
 
6. 結語
根據某平臺的多相流量計 γ 傳感器相分率和非常終標況流量計算的理論分析,找到了影響標況下氣、油、水測量精度的因子,為多相流量計調試、運行及維護給予了支持性數據;通過對該平臺測試實測數據的技術和分析,認識了影響各井計量結果的關鍵因素,制定實施的性能保障措施有效保障測試計量準確性,為單井監測和生產優化打下了堅實的基礎;該平臺應用的多相流流量計,有著測量范圍寬、精度高、穩定性好等特點,在油藏基礎數據不確定的邊際開發項目具有很好的適用性。
 
李丙焱(1981—) ,男,河北保定,本科,中級工程師,研究方向:海上石油平臺設備。

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