關(guān)于海上油氣田油氣計(jì)量的探討

岳美榮

（中國海洋石油總公司節(jié)能減排監(jiān)測(cè)中心，天津，300452）

1 引言

海上油氣田既是能源開發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，也是耗能大戶。油氣計(jì)量方法的正確與計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確尤為重要，是油氣田生產(chǎn)管理和內(nèi)外交接的基礎(chǔ)，是分析海上油氣田是否經(jīng)濟(jì)、高效的開發(fā)依據(jù)之一。

2 海上油氣田生產(chǎn)特點(diǎn)及油氣計(jì)量分類

2.1 海上油氣田生產(chǎn)特點(diǎn)

海上油氣田的生產(chǎn)是在海洋平臺(tái)上或其它海上生產(chǎn)設(shè)施上進(jìn)行，通過油氣采集系統(tǒng)將海底油（氣）藏中的原油或天然氣開采出來，通過油氣水初步分離與加工，短期的儲(chǔ)存，裝船運(yùn)輸或經(jīng)海管外輸。主要產(chǎn)生原油、天然氣等能源。

海上油氣田要求其生產(chǎn)設(shè)施應(yīng)適應(yīng)惡劣的海況和海洋環(huán)境的要求，還要滿足安全生產(chǎn)和海洋環(huán)境保護(hù)的要求；由于海上油氣田空間有限，平臺(tái)上的設(shè)備更緊湊、自動(dòng)化程度更高；由于遠(yuǎn)離陸地，海上油氣田配有獨(dú)立的發(fā)電/配電系統(tǒng)，自產(chǎn)能源作為發(fā)電機(jī)組燃料，為海上生產(chǎn)設(shè)施提供動(dòng)力。

2.2 海上油氣田油氣計(jì)量分類

根據(jù)海上油氣田生產(chǎn)特點(diǎn)，油氣計(jì)量主要分為：原油計(jì)量、天然氣計(jì)量。原油計(jì)量又分為原油單井計(jì)量、處理后含水原油計(jì)量和合格原油計(jì)量；天然氣計(jì)量又分為天然氣單井計(jì)量、伴生氣計(jì)量和合格天然氣計(jì)量。需要配備的油氣計(jì)量器具主要包括：油流量計(jì)、氣體流量計(jì)、溫度儀表、壓力儀表等。

3 海上油氣田油氣計(jì)量方法

3.1 原油計(jì)量

海上油氣田原油計(jì)量主要有從井口采出液（油、氣、水混和物），經(jīng)過簡單處理的含水原油，經(jīng)過油氣處理后外輸?shù)暮细裨停蜌馓镫娬鞠牡脑偷取?/p>

1.原油單井計(jì)量

在原油開采過程中，為了確定各油井原油、天然氣產(chǎn)量，了解地層油氣含量，需要對(duì)油井產(chǎn)出液進(jìn)行連續(xù)計(jì)量并提供實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)，以優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，提高采收率。原油單井計(jì)量方法主要采用傳統(tǒng)的計(jì)量分離器方法和多相流量計(jì)方法。

（1）計(jì)量分離器方法

海上油氣田由于空間有限，不能對(duì)每口油井進(jìn)行連續(xù)計(jì)量，因此多采用計(jì)量分離與生產(chǎn)分離器相接合的方式。計(jì)量分離器根據(jù)分離器功能分為兩相分離器和三相分離器；按照流體流動(dòng)方向和安裝形式分為臥式分離器和立式分離器。臥室分離器海上平臺(tái)多以分離效果好的臥室分離器為主。典型的三相臥式和立式分離器基本結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

圖1 三相臥式分離器結(jié)構(gòu)圖

圖2 三項(xiàng)立式分離器結(jié)構(gòu)圖

氣液混合流體經(jīng)氣液進(jìn)口進(jìn)入分離器進(jìn)行基本相分離，氣體進(jìn)入氣體通道通過整流和重力沉降，分離出液滴；液體進(jìn)入液體空間分離出氣泡，同時(shí)在重力條件下，油向上流動(dòng)，水向下流動(dòng)得以油水分離，氣體在離開分離器之前經(jīng)捕霧器除去小液滴后從出氣口流出，油從頂部經(jīng)過溢流隔板進(jìn)入油槽并從出油口流出，水從排水口流出。分離出來的油、氣、水再分別計(jì)量，油主要使用渦輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)，氣體使用孔板流量計(jì)。

油井生產(chǎn)的原油雖經(jīng)分離器處理后進(jìn)行計(jì)量，但計(jì)算出的產(chǎn)量受溫度、壓力、含水等因素的影響，需要進(jìn)行校正。標(biāo)準(zhǔn)狀況下的單井產(chǎn)量可通過式（1）計(jì)算得出。

式中：

q0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的油體積流量，m3/h；

qc——測(cè)試狀態(tài)下的油體積流量，m3/h；

fM——流量計(jì)校正系數(shù)；

fc——壓縮系數(shù)，由測(cè)試分離器的壓力和15℃時(shí)的原油相對(duì)密度查圖得到；

fw——含水校正系數(shù)，通過1-f′w（測(cè)試周期內(nèi)的平均含水率）得到；

ft——溫度校正系數(shù)，由測(cè)試時(shí)的取樣溫度和15℃時(shí)的原油相對(duì)密度查ASTM TABLE 54A表得到。

（2）多相流量計(jì)計(jì)量方法

多相計(jì)量是在沒有預(yù)分離的情況下，對(duì)油井產(chǎn)出液中的油、氣、水三相計(jì)量。在目前新油田的開發(fā)中，由于多相流量計(jì)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、實(shí)時(shí)在線測(cè)量，結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小，投資少、操作維護(hù)少，節(jié)能等特點(diǎn)，其逐步作為首選的油井計(jì)量方法來考慮，并使其在未來逐步替代傳統(tǒng)的兩相、三相計(jì)量分離器成為可能性。

多相流量計(jì)通常采用各相不分離計(jì)量和分離計(jì)量兩種方式。

不分離計(jì)量方式即不需要分離即可對(duì)管道中的多相流量與相分率進(jìn)行測(cè)量，例如：Fluenta MPFM1900、Framo流量計(jì)、Kongsherg MCF-351等都是采用此種方式。不分離計(jì)量多相流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 不分離式多相流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖

分離式多相流計(jì)量是對(duì)多相流進(jìn)行全部或部分分離，然后再利用較成熟的儀表分別計(jì)量,然后再混合在一起。該方法可以將測(cè)量流型和測(cè)量參數(shù)限制在相對(duì)變化較小的范圍內(nèi)，從而保證或提高多相流測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量范圍和測(cè)量準(zhǔn)確度。例如：美國Agar的MPFM-400型、Texeco SMS、蘭州海默的MPM2000H、Chervron GLCC是典型的分離式多相流量計(jì)。結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 分離式多相流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖

2.原油計(jì)量

海上油氣田根據(jù)其特點(diǎn)生產(chǎn)的原油部分油氣田就地銷售，部分油田處理后的含水原油或完全處理后的合格原油通過管道輸送到陸地終端進(jìn)一步處理后再進(jìn)行銷售。伴生氣量少的油田需要消耗部分自產(chǎn)原油，作為原油發(fā)電機(jī)發(fā)電燃料使用。

（1）原油計(jì)量用流量計(jì)

海上原油計(jì)量使用的流量計(jì)有：刮板流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、差壓式流量計(jì)。各種流量計(jì)的特點(diǎn)及適用條件如表1所示。

序號(hào) 類別 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 適用條件1刮板流量計(jì)●性能穩(wěn)定●計(jì)量準(zhǔn)確●易于維護(hù)●結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大笨重●固體顆粒雜質(zhì)易卡堵●不適應(yīng)低黏度流體適用于高粘度原油，多用于原油外輸計(jì)量2渦輪流量計(jì)●精度高●動(dòng)態(tài)性能好●使用范圍寬●抗干擾能力強(qiáng)●流體物性變化影響計(jì)量準(zhǔn)確性●安裝要求高適用于中、低黏度原油，多用于原油銷售計(jì)量3直接式質(zhì)量流量計(jì)●壓損大●只能用于較小管徑●對(duì)外界振動(dòng)干擾敏感適用于中小流量、小管徑4間接式●可直接測(cè)量質(zhì)量流量●不受物理參數(shù)變化、流態(tài)的影響●可靠性高●測(cè)量范圍寬●適用于各種介質(zhì)●可用于較大管徑場所●結(jié)構(gòu)復(fù)雜●計(jì)量準(zhǔn)確度低適用于中大流量、中大管徑5差壓流量計(jì)●結(jié)構(gòu)簡單●可靠性高●使用壽命長●測(cè)量范圍窄●安裝條件要求高●壓損較大適用于各類介質(zhì)，幾乎能測(cè)量到各種工況下的流量。

（2）原油計(jì)量方法

原油流量計(jì)在計(jì)量過程中受原油溫度、輸油壓力、原油密度、原油黏度等因素的影響，原油的物理性質(zhì)隨溫度和壓力的變化要發(fā)生一定變化。當(dāng)原油以流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量時(shí),由于溫度、壓力、黏度等因素的變化均會(huì)影響原油的體積。其中溫度是流量計(jì)計(jì)量中影響最大的一個(gè)參數(shù)。

海上油氣田原油計(jì)量方法主要為動(dòng)態(tài)計(jì)量。用流量計(jì)測(cè)量工況下的原油體計(jì)量，人工或自動(dòng)取樣測(cè)定出原油密度和含水，人工或自動(dòng)讀取工況壓力、溫度過，對(duì)原油體積進(jìn)行壓力、溫度修正，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積量，在測(cè)量出密度，計(jì)算出原油的凈質(zhì)量。工況下的流量、密度、含水、壓力、溫度等參數(shù)都應(yīng)實(shí)時(shí)測(cè)量。由流量計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算出原油量。如果使用質(zhì)量流量計(jì)可直接測(cè)量出原油質(zhì)量。

用于原油銷售的流量計(jì)在使用前后，應(yīng)分別進(jìn)行在線實(shí)液標(biāo)定，確定流量計(jì)系數(shù)及精度，使流量計(jì)滿足貿(mào)易結(jié)算的使用要求。

3.2 天然氣計(jì)量

海上氣田生產(chǎn)的天然氣在海上平臺(tái)進(jìn)行脫水和增壓后通過海底管道輸送到陸地終端進(jìn)行處理合格后就地銷售。海上油田生產(chǎn)的伴生氣利用的經(jīng)濟(jì)性一般有以下幾種解決方式：

●經(jīng)海上平臺(tái)進(jìn)行處理后與原油混輸?shù)疥懙亟K端進(jìn)行進(jìn)一步處理合格后銷售；

●經(jīng)處理合格后用于油田透平發(fā)電機(jī)發(fā)電或燃?xì)忮仩t供熱，富裕部分如有條件通過海底天然氣管網(wǎng)輸送到其他油氣田利用；

●通過火炬燃燒放空。

1.天然氣計(jì)量用流量計(jì)

海上油氣田天然氣計(jì)量使用的流量計(jì)主要包括：孔板流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、超聲波氣體流量計(jì)。各種流量計(jì)的特點(diǎn)及適用條件如表2所示。

表2 海上油氣田天然氣計(jì)量流量計(jì)特點(diǎn)及適用條件

2.天然氣計(jì)量方法

使用不同的流量計(jì)，天然氣計(jì)量方法不同。

（1）孔板流量計(jì)天然氣計(jì)量方法

孔板流量計(jì)測(cè)量原理：天然氣流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，流速在孔板處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，在孔板前后產(chǎn)生靜壓壓差，氣流的流速越大，孔板前后產(chǎn)生的差壓越大，從而可通過測(cè)量差壓來衡量天然氣流經(jīng)節(jié)流裝置的流量大小。

天然氣量可通過式（2）計(jì)算得出：

式中：

qn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的天然氣體積流量，m3/h；

c——流出系數(shù)；

E——漸近速度系數(shù)；

d——工況下孔板內(nèi)徑，mm；

FG——相對(duì)密度系數(shù)；

ε——可膨脹系數(shù)；

FZ——超壓縮因子；

FT——流動(dòng)溫度系數(shù)；

p1——孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對(duì)靜壓，MPa；

Δp——?dú)饬髁鹘?jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓，Pa。

對(duì)工況變化、準(zhǔn)確度要求高的場所則需配置壓力計(jì)（傳感器或變送器）、溫度計(jì)（傳感器或變送器）、流量計(jì)算機(jī)，組分不穩(wěn)定時(shí)還需要配置在線密度計(jì)（或色譜儀）等。

（2）渦輪流量計(jì)天然氣計(jì)量方法

渦輪流量計(jì)測(cè)量原理：流動(dòng)流體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度與體積流量近似成比例，通過流量計(jì)的體積流量示值是以渦輪葉輪轉(zhuǎn)數(shù)為基準(zhǔn)的。

天然氣量可通過式（3）計(jì)算得出：

式中：

qn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的天然氣體積流量，m3/h；

q——工況下天然氣體積流量，m3/h；

P——工況下壓力，Pa；

T——工況下溫度，K；

Pn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)壓力，Pa；

Tn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度，K；

Z——工況下天然氣壓縮因子，根據(jù)天然氣組分、溫度、壓力、相對(duì)密度等參數(shù)參考AGA8或其他壓縮因子計(jì)算公式迭代計(jì)算得出；

Zn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣壓縮因子，約為1。

4 海上油氣田油氣計(jì)量存在的問題及建議

4.1 合理選擇計(jì)量儀表

海上油氣田由于其生產(chǎn)特點(diǎn)，所計(jì)量的介質(zhì)物性、流態(tài)差異大、變化大。在計(jì)量儀表選型時(shí)，特別是流量計(jì)量儀表，當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整量程和相關(guān)參數(shù)。

4.2 加強(qiáng)能源計(jì)量管理工作

海上油氣田應(yīng)從計(jì)量規(guī)范管理的角度出發(fā)，在合理配備計(jì)量管理人員、完善的計(jì)量管理制度、計(jì)量器具規(guī)范管理、計(jì)量網(wǎng)絡(luò)建立等方面進(jìn)一步加強(qiáng)。

4.3 加強(qiáng)計(jì)量儀表的檢定、校準(zhǔn)工作

海上油氣田涉及到外輸及交接貿(mào)易的計(jì)量儀表都按照國家檢定、校準(zhǔn)規(guī)程定期進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，卻往往忽略了生產(chǎn)流程中的、油氣自耗量計(jì)量用的計(jì)量儀表的檢定或校準(zhǔn)。應(yīng)該嚴(yán)格按照計(jì)量檢定規(guī)程和國家的計(jì)量法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定期檢定、校準(zhǔn)或自校準(zhǔn)。確保計(jì)量儀表的準(zhǔn)確。

4.4 嘗試采用新技術(shù)、新方法

由于海上油氣田生產(chǎn)的復(fù)雜性，在可回收油氣計(jì)量、火炬燃燒放空天然氣量計(jì)量等方面還比較薄弱；在單井計(jì)量方面還大多采用常規(guī)的計(jì)量分離器。建議加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)、新方法的了解和收集，嘗試新型多相流測(cè)量技術(shù)、超聲波測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用。

4.5 在ODP設(shè)計(jì)階段，提出油氣計(jì)量器具配備的要求

海上油氣田在ODP設(shè)計(jì)階段，嚴(yán)格按照國家計(jì)量法及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求提出油氣計(jì)量器具的配備要求。

5 結(jié)束語

海上油氣田油氣計(jì)量雖然具有自動(dòng)化程度高、計(jì)量儀表比較先進(jìn)等特點(diǎn)，但合理確定油氣計(jì)量方法、合理選擇油氣計(jì)量儀表是確保油氣計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提和關(guān)鍵。另外，對(duì)油氣計(jì)量儀表后期的維護(hù)和定期的檢定或校準(zhǔn)是油氣計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的保障。

[1]《海上采油工程手冊(cè)》編寫組.《海上采油工程手冊(cè)》.石油工業(yè)出版社，2011年.

[2]《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì).《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》.石油工業(yè)出版社，2007年6月.

[3]王文良.《石油計(jì)量及檢測(cè)技術(shù)概論》.石油工業(yè)出版社，2009年1月.

[4]宋艾玲，梁光川.天然氣流量計(jì)量現(xiàn)狀與發(fā)展.《石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督》，2006年03期.

[5]趙丹，賈明鑫，張小鋼，魏麗.多相流量計(jì)在海洋石油工程中的應(yīng)用.《第十四屆中國海洋 （岸）工程學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集（下冊(cè)）》，2009年.