气井多相计量技术研究与应用

龙爱伟

中国石化华北油气分公司采气二厂陕西咸阳712000

摘要：随着天然气工业的快速发展，对简化工艺流程、降低生产成本、及时了解地质信息、提高气藏和气井的科学管理水平、合理开发与保护天然气能源、延长气井生产寿命等都提出了更高的要求。

关键词：多相流量计；在线计量；误差；试验；推广

0引言

为了给地面工程部署提供依据，为气藏评价提供分析，实现气井精细化管理，且根据《气田集输设计规范》GB50349-2015中对气井两相计量也提出了明确要求：气井产出的水和天然气凝液的计量准确度应根据生产需求确定，允许偏差应为±10%。天然气、水应分别计量，以满足生产动态分析的需要。各个方面的需求及要求下，实现气田开发中的单井气液计量已经十分必要。

1天然气计量现状及多相计量技术发展

1.1凝析天然气两相流测量技术简介

随着天然气工业的快速发展，对气田开发各个方面均提出了更高的要求，而现有测量技术无法满足湿气测量对测量范围、测量精度和实时性的需求。因此，凝析天然气在线检测新技术的研究具有重要的现实意义，已经引起越来越多的湿气生产者、流量计研究者和生产厂商的极大关注。

1.2我国井口天然气计量现状

目前，我国井口天然气计量现状主要有以下3种情况：①利用分离法远端分时计量；②传统的单相测量仪表计量；③根本不计量。

传统的分离法计量是将若干个气井产物分别采用独立管线集中输送到远端中心集气站，对进站阀组流程的切换后通过计量分离器实现远端天然气气井的流量分时测量。此种站内轮换计量方式简化来说就是采用计量分离器实现气、液分离计量，属于非连续计量方式。存在流程复杂、占地广、设备庞大、成本高、需要独立敷设输送管线和不能实现对每口井实时计量等问题。目前涩北气田以及华北油气分公司大牛地气田采用此种计量方式。

2国外多相计量技术

Texaco公司的多相流量计的系统组成可以分为两部分，其中一个是利用装在取样回路上的微波含水分析仪来测定含水率，它可以准确的测得流体中的含水率。一个是存放在海底的重力分离器，它的主要工作是对对油井产出液进行气、液两相分离，通过分离后得到的液体被装在气出口的流量计测量，可以得出气体的含量，总液量则用一个差压流量计进行测量，这些数据再加上测得的温度值、压力，通过计算机软件进一步运算即可计算出油、气、水的流量。

MpFM-301多相流量计采用的是利用不同类型的流量传感器进行多相流的气、液两相计量，用由两个文丘里管组成的双动量流量计来测得流体总的质量和流量，再用一台容积式流量计来测量多相流的总体积以及流量，通过这些测得的数据可计算出多相流的气、液流量。最后再加上一个专用微波原油含水分析仪，通过该仪器可以测定进行含水率，该含水分析仪可在同一流体中存在气相的条件下测出混合液中的含水率。这样通过数据分析即可得出油、气、水各单相流量。

3国内多相计量技术

目前国内湿气实时计量技术的工作原理分类与特点如下：

3.1基于传统单相仪表的湿气流量测量技术

目前，在国内的单井湿气计量中多数仍采用传统的单相仪表，如漩涡流量计、涡轮流量计和气体罗茨流量计等。漩涡流量计属于流体振荡型仪表，流速较低时测量受限。此外，由于单井湿气中液相的存在，流型变化多样也会对测量产生较大的影响。涡轮流量计也会受液量影响较大，且对污染介质敏感度高。容积式流量计不受流体密度和黏度的影响，对流体状态和速度分布无特殊要求，可在各种雷诺数条件下使用，具有较高的测量精度，如气体罗茨流量计，我国的大庆油气田和塔里木油气田已有应用，但容积式流量计只能对气液总量进行计量。综上所述，无论哪一种单相仪表均无法解决气液两相流的分相流量计量与总量流量计量问题。

3.2基于分离法的湿气流量在线测量技术

完全分离法是将气液混合物分离成单相气体和单相液体后分别计量，具有工作可靠、测量精度高、测量范围宽且不受流型变化影响等优点，但是最大的缺点是分离设备体积庞大。基于分离法的湿气流量在线测量技术分为简单分离法和分流分相法两类技术。简单分离器具有更小的体积，内部一般含有1个简单高效气液分离器，但是这种分离效果仍显不足，分离后的液态仍然存在两种相态，需要两相仪表测量。分流分相技术是先通过分配器取样一部分两相流体分别分离计量，然后依据分配比例进行折算。此方法存在比例参数受流型和波动影响，同时该方法的体积和压力损失相对较大，因此误差较大。

3.3基于文丘里的组合式湿气测量技术

该测量技术利用长喉颈文丘里、双文丘里、文丘里与γ射线、文丘里与电容（电感）等组合方式获得气液两相流量。

根据调研，天津天大泰和采用的长喉颈文丘里湿气两相流量计已经在中石油及涪陵气田有试用，它的测量传感器是经CFD计算流体力学优化设计并具有专利技术的长喉颈三差压文丘里管，其原理与取压位置示意图所示：三差压分别为文丘里上游与喉部形成的前差压△PF、喉部与下游形成的后差压△PB以及上、下游之间形成的总压损△PLOSS。经优化设计的长喉颈文丘里管的前差压、后差压、总压损均可随液相含率的变化而单调变化。

图1湿气两相流量计结构示意图

湿气两相流量计包含长喉颈文丘流量计量管、压力/差压/温度变送器、两相流量智能计算仪、通讯单元等构成，支持多种供电方式，如图2所示。

图2湿气两相流量计结构示意图

3.4基于双节流技术的湿气测量技术

2008年天津大学开发了一种基于内锥与文丘里组合的新型双节流多级差压湿气测量技术。该技术考虑了内锥边壁收缩与文丘里中心收缩的特性，将两者上下游串联形成双差压测量信息通过虚高模型差异性，实现了较高的测量精度。

2010年初橇装式凝析天然气两相流量计在中国石油西南油气田公司川中油气矿合川区块开始使用.从为期1a的测井数据看，计量效果较好。气相测量误差在士2%以内。液相测量误差在士10%以内。

4结论

石油工业领域对多相流技术的发展寄予了极大的重视，通过不断发展的经验技术的积累，国内已经开发出来计量较为准确的测量系统。

目前多相流技术发展虽然取得了里程碑式的发展，但从短时间来看未来的每种多相流量计只能应用于某一特定的区域，从另一方面来说就是高含水井和气举井需要应用到不同的多相流测量计。

参考文献：

[1]吴浩江.油气水多相流流型智能识别的研究[D].西安：西安交通大学，1999.

[2]金英.多相流计量研究的现状[J].国外油田工程，1997（13）6：39-42.

作者简介：龙爱伟（1987-），男，山东临沂人，采气二厂业务主管，目前主要从事油气田开发的地面工程设计、研究及相关工作。通讯地址：内蒙古自治区鄂尔多斯市杭锦旗锡尼镇中石化基地；邮编：017000；