多相流量計技術的開發應用

萬里(中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司,北京100085)

黃華倫(北京興油工程項目管理有限公司,北京100085)

管柱式氣液旋流分離器應用的是GLCC（Gas-Liquid Cylin?drical Cyclone）氣液柱狀旋流分離技術，利用氣液密度差在豎直管道中形成離心原理使氣液分離，是一種簡單高效的氣液分離技術。以GLCC分離技術為基礎的產品，能有效解決油氣水產量計量、氣液分離、段塞流處理等技術難題。本次使用的管柱式氣液旋流分離器位于多井匯聚的集輸站平臺上,共7口單井涵蓋3個油藏，基本包含了油田的主要產能油藏。

管柱式氣液旋流分離器相對傳統測試分離器來說具有小型化、計量回路簡單、重量輕、分離時間短、橇裝移動靈活等優勢，對現階段控制成本提高采油效率的油田運營來說有著更大的優勢。

1 管柱式氣液旋流分離器的分離原理

如圖1所示，根據分離過程中各階段實現的功能，由一個傾角向下的管道從切線方向與一個垂直的管道相連,既沒有可移動部件,也無需內部裝置,氣體和液體分離后分別從直管的頂部和底部排出,氣液相混合物是由旋流轉動產生的離心力以及重力進行分離,形成一個倒圓錐型的渦流面,從而實現油井產出物的氣液分離。

圖1

整個分離過程，通過氣相及液相管路所配的自動調節閥，采用優化控制方案，保證分離器的液位處于最佳,從而使系統穩定,分離效果好,以便提高計量準確度。同時，配置在液相管路中的自動調節閥通過PID調節，控制分離器的液位，并輸出一個開度反饋信號，傳送給氣相管路中的自動調節閥控制器，作為該控制器的輸入值控制氣相自動調節閥的開度，輔助液相自動調節閥對液位的控制，而壓力傳感器的信號輸入到氣相自動調節閥控制器，作為壓力高自動連鎖保護。圖2是管柱式氣液旋流分離器的控制原理示意圖。

圖2

2 產品應用

管柱式氣液旋流分離器分離計量橇應用于集輸站多井切換和聯合計量，實現產量計量、生產動態監測等，如圖3所示。在橇內同時集成了在線式含水率分析儀，可以實時地監測含水率的變化，用于油藏精細化管理和今后數字化油田對單井含水率變化的實時監測。

對于多相流所需要輸入的參數有油、氣、水三者的工況密度，設備本身直接測量的數據是液相的混合流量、氣相流量、含水率。經過套用Black oil模型進行PVT計算得出油、氣、水三者的流量。

國際上對多相流計量的油氣水三相計量不確定度的通用指標一般是10%以內，本次與測試分離器及勘探開發數據的對比，其油氣水三相的計量不確定度在設計條件下，通過高效分離和精確的補償算法，可以持續控制在8%以內；含水率的誤差在5%以內。

圖3

以下是單井的對比測試結果。

管柱式氣液旋流分離器氣相及液相均采用質量流量計，由于是對混合流體的持續計量，穩定時間在半小時內，所以每口單井的計量時間投運后可大幅度的縮減。同時，使用該裝置后相對傳統分離器能使壓損降低0.15 MPa-0.2MPa。如果應用在原油外輸環節也可以降低外輸泵功率,減少了電能的消耗。管柱式分離器的結構特點避免了氣串液路和液串氣路,管線沒有堵塞現象,基本不需要排污處理,有效的減少了環境污染。對于現場實際工況，可根據變化調整模型算法，便于更加適應實際需求。這一點對于油藏分析以及及時調整生產計劃有著積極的作用。

從對比測試結果可以看出：氣相不確定度≤7%，液相不確定度≤10%，含水率由于現階段基本趨近于1%，所有含水分析儀所帶入計算的值為實驗室提供，氣液比≤5%。基本滿足生產單位對多相流測試的要求。

3 結語

管柱式氣液旋流分離器計量裝置應用于高產油田。作為比對測試階段，此橇裝多相流量計基本滿足實際生產需要，體積和維護方面有著明顯優化提升，日常使用無需排污，計量時間短。尤其方便了在中東沙漠環境下的人員操作，提高計量效率。

多相流計量技術在中東油田的成功開發應用,實現了單井連續計量和分線連續計量,改善了傳統測試分離器計量方法的間斷性和不準確性,彌補了小體積分離計量準確度差的不足，達到了規范要求的計量精度,完善了石油多相流混相輸送工藝技術,通過對比測試，達到了油氣田集輸規范規定的單井油氣水計量準確度≤±10%的要求，為整個油田的產能精細化管理邁出了堅實的一步。