油氣井多相流量計的應用現狀與技術分析

蘇啟龍

在油氣田生產中,多相流量計應用是具有前瞻性的應用技術。多相流量計一般是采用直接計量油井各相流量的方法,可以取消計量用分離器、以及計量匯管,節約占地面積和資金,并能連續計量各油井的產量,簡化了流程。通過對目前多相流量計應用情況的介紹和分析,指出智能式、組合式、通用性和經濟性是未來多相流量計發展的主要趨勢。

1.主要原理和特點

在油氣田生產中,傳統的計量方法是把油井產物送入三相分離器,由分離器將其分成油、氣、水三相,通過安裝在分離器各相出口管線上的流量計,計量三種流體的產量。系統的質量和體積都較大,給設計和施工增加了很大難度。采用多相流流量計直接計量油井各相流量的方法可以取消計量用分離器、計量管線以及計量匯管,因此,多相流流量計可節約空間、資金并能連續計量各油井的產量,簡化了流程。

多相流量計與計量分離器相比,主要的特點:對油氣進行連續、在線、自動測量,可測出日產油、水、氣的量以及井口壓力、溫度數據,并把它們顯示、打印出來。如果與多路閥結合使用,可實現單井無人計量。系統質量輕,結構緊湊,占地面積小。多相流量計基本上由傳感器和探測器組成,沒有可動部件,可靠性高。多相流量計對被測介質溫度無要求,只要介質能夠流動就可以進行計量。考慮到日常維護費用、占用平臺面積等間接因素,具有投資少、操作費用低的特點。

2.當前主要多相流量計的應用分析

蘭州海默MFM2000多相流量計:該流量計采用單能伽馬互相關流量計測定各種流速,雙能伽馬射線相分率計測定含水率和含氣率。當低含氣時,可采用轉子流量計(或其他流量計)測定總流量。該產品結構較為緊湊,壓力損失較小。該流量計已在陸上油田、海上油田使用。潿洲11-4東平臺采用了該公司的多相流量計,是我國海上平臺第一次使用多相流量計,目前正在運行中。另外,秦皇島32-6油田井口平臺和綏中36-1Ⅱ期井口平臺的總流量計量也采用了該多相流量計。

威Roxar公司MF1多相流量計:該流量計流速測量采用微波互相關法,相分率采用微波傳感器伽馬密度計法。可選用文丘里流量計擴展總流量的測量。該多相流量計結構緊湊,無可動部件,壓力損失較小。該流量計已在陸上、海上油田使用,已銷售130多套(包括用于實驗)。文昌油田井口平臺采用了該公司的產品。

國AGAR公司MPFM-301多相流量計:該流量計采用正排量(PD)流量計測定總體積流量,由2個文丘里管組成的雙動量流量計測定含氣量,再用專業微波原油含水分析儀測定含水率。該流量計系統相對龐大,結構復雜,壓力損失較大,而且有可動部件和電控閥門。該型號流量計已在陸上、海上油田使用,其各種型號的多相流量計已銷售了90多套。

挪威Framo公司MPFM多相流量計:該流量計采用文丘里管測量總流量,用雙能伽馬儀測相分率。該流量計結構精巧,無可動部件,壓力損失小,其靜態混合器是該公司的專利產品。該型號流量計已在陸上、海上油田及海底使用,目前已銷售50多套。

挪威Fluenta公司MPFM-1900/1900VI多相流量計:該流量計流速測量采用電容互相關法,相分率采用電容、電感傳感器加伽馬密度計法,同時可選用文丘里流量計測量總流量。該多相流量計結構緊湊,無可動部件,壓力損失小。該型號流量計已在陸上、海上油田使用,已銷售90多套,秦皇島32-6油田的井口計量就采用了該公司的產品。

英國Jiskoot公司Mixrneter多相流量計:該流量計用差壓變送器測定總流量,用雙能伽馬射線相分率計測定含水率和含氣率。該多相流量計結構較緊湊,無可動部件,壓差損失較小。該產品已有數十套在油田使用。

3.多相流量計的存在問題、發展方向和未來趨勢

雖然多相流量計應用逐漸得到認同和推廣,但由于技術水平的限制,油氣田多相流量計尚存在一些問題,主要包括:

現有的大多數多相流量計都需要測量若干數據后,再根據這些數據計算出各相的流量,使計量精度受到很大影響,目前市場上大多數多相流量計在大部分流態下各相測量誤差為?0%。

有目前用于多相計量的技術都要求必須掌握流體的特性,如介電常數、質量吸收系數等,才能比較精確地計量。如果流體特性出現變化或多相流量計用于多井計量,必須頻繁地評價和標定多相流量計的傳感器。

前市場上幾種主要多相流量計的最高適用含氣率為0.9~1.0,隨著含氣率的增加,液相的計量精度將受到影響。

相流量計普遍采用像微波等輻射源,而有關法規對使用輻射源有嚴格的限制。

有的多相流量計標定設施只能較好地標定組分測量儀器,而對流速測量尚未有令人滿意的標定方法。此外,很多情況下是采用計量分離器來標定,由于計量分離器計量不準確,標定沒有實際意義。

隨著石油工業的發展,多相流量計將被越來越多的使用,今后其發展趨勢是:

智能型:要確保測量模型和方案的正確性,需重視特征參數的選取。由于多相流動狀態的不確定性及不穩定性,為了確保多相計量的準確性,應用智能化的測量方法進行數據處理,特別是應用模糊數學理論、人工智能技術、網絡技術及小波分析理論。

合型:組合式一方面是指功能上的組合,例如將流速表和組分表組合起來使用;另一方面是指組合多種方法和技術來完成一種功能。盡可能地應用單相計量和氣、液兩相流動測試比較成熟的方法和技術,為實現在線實時計量,應滿足信號連續采集。為適應數據實時處理,應與計算機合為一體,可操作性強。

用型:目前的多相流儀表的測量范圍受到很多限制,如受含氣率、含油率、含水率、粘度、鹽度等的影響。因此,開發和研制大范圍的多相流儀表勢在必行,增加其通用性。同時,應建立比較完善的檢測裝置,對多相流量計進行標定,保證準確性。

濟性:降低成本,加快工業化進程。在進行實驗室研究工作后,需做大量的工作,尤其是現場實驗,因為在實驗室有許多方面沒能考慮到,這是應該注意的。

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