橇裝式氣液兩相混輸計量裝置設計與應用

賴海濤，梁凌云，田發國，任越飛，陳龍，王惠

（1.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安710018；3.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內蒙古烏審旗017300）

橇裝式氣液兩相混輸計量裝置設計與應用

賴海濤1，2，梁凌云1，2，田發國1，2，任越飛3，陳龍3，王惠1，2

（1.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安710018；3.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內蒙古烏審旗017300）

設計了一種橇裝式氣井井口氣液兩相混輸計量裝置，采用氣液分離法計量液量和氣量，實現了實時在線計量天然氣和水產量，結合智能流量計，可以連續穩定地在氣液兩相混合流動中計量兩相瞬時和累計流量，數據通過無線系統上傳。該計量裝置采用氣液混輸，避免了液體外排污染環境，節能環保，同時設計為車載模式，移動方便。通過室內與現場試驗表明，該計量裝置能連續穩定地在氣液兩相混合流動中同時計量各相流量，平均誤差均小于±5%，滿足現場對氣井產水、產氣量計量精度要求。

氣液混輸；兩相計量；氣井井口；撬裝式

隨著氣田開發，產水井數逐步增多，為解決氣井產水量和產氣量準確計量問題，摸清氣井產水情況，方便取準氣田動態分析資料和采取有效的排水采氣措施，設計了一種橇裝式氣井井口氣液兩相混輸計量裝置。該裝置采用氣液分離計量工藝，經計量后氣液混輸，避免了液體外排，保護環境，同時設計為車載模式，移動方便。

1　裝置結構及工作原理

1.1裝置結構

氣液兩相混輸計量儀主要由過濾器、氣液分離器、容積管、電動四通閥、緩沖罐和反向穩定裝置組成。

圖1　撬裝式氣液兩相混輸計量裝置示意圖

該計量裝置采用分離法計量，實現實時在線測量天然氣及液態流量，可以提供計量時的溫度、壓力等信息，對采集的數據進行有效的統計和管理。結合智能流量計，可以連續穩定地在氣液兩相混合流動中計量兩相瞬時和累計流量，數據通過無線系統上傳。

1.2工作原理

井口流體經小型過濾器后，流體首先進入柱狀氣液分離器進行氣液分離，氣體向上進入氣路采用旋進漩渦氣體流量計進行計量；液體經電動四通閥進入容積管，推動其中的活塞從左端向右端運動，活塞到達體容管右端時，觸發電感應接近傳感器，電感應接近傳感器發信號給四通閥電動執行器，執行倒閥。倒閥后容積管出、入口調換，液體繼續推動活塞向左端運動，到達左端后，完成1個工作循環（包括2個行程）在一段時間內記錄活塞往返次數即可得出液體流量，最后液體通過反向穩定裝置與氣路匯合，進入輸氣管線。

1.2.1氣液分離器利用互不相容介質間的密度差進行分離的，一部分密度小的介質向軸心運動，另一部分密度較大的介質向邊壁外運動，最終分別由不同的出口排出柱狀氣液分離器而完成分離的全過程，即氣液混合流的高速切向直線運動在柱狀氣液分離器幾何結構的約束下轉變成強旋轉運動。在離心力的作用下，兩種混合在一起且密度不一樣的混合物中重相介質液相沿外旋流向下運動至液相出口處排出；輕相介質即氣相順內旋流沿氣相出口排出。

1.2.2電動四通閥電動執行器與閥門連接，通過控制系統的指令來改變切換來流體的方向。研制了聚四氟乙烯材料的閥芯，較好解決了四通閥采用鋼制閥芯內漏較大，而內漏量會直接導致液量誤差。

1.2.3容積管容積管采用與先進的行程位移傳感器相結合，通過浮球在管內的往復運動計算液體的總容積流量。在研制過程中采用鎳磷度工藝解決了防腐問題。

1.2.4反向穩定裝置活塞及密反向穩定器的大小尺寸設計有嚴格的要求，它的作用是緩沖氣路對液路的影響，在整流器中保持液面，防止氣體進入液路影響計量精度。

1.2.5采集器采集系統是將裝置所有的儀表信號匯集到采集模塊，與電腦連接一同實現數據的控制、采集、存儲、遠傳和通訊等功能。

設備程序配置：（1）運行環境為Windows系統；（2）開發程序為VB6.0可視化開發軟件；（3）Access數據庫。

1.3主要技術參數

測量精度：氣相±5%，液相±5%；測量范圍：氣相（0～4）×104m3/d，液相0.2 m3/d～10 m3/d；耐壓等級：6.4 MPa；電氣要求（電動四通閥）：220 V；接口管線：DN50、DN100；環境溫度：-40℃～40℃。

表1　撬裝式氣液兩相混輸計量裝置室內試驗數據

2　試驗情況

2.1室內試驗

從室內試驗選取5個流量點，每個流量點測量3次，共15組數據。室內試驗測得的結果，其中最大誤差-3.50%，最小誤差1.96%，全部滿足液量5%的精度要求。

2.2現場試驗

為有效驗證撬裝式氣液兩相混輸計量裝置精度，開展了氣液兩相混輸計量現場試驗，利用三相分離器進行了12井次的氣液兩相計量標定試驗。標定井次中最高氣量3.75×104m3/d，最低氣量0.49×104m3/d，可滿足現場不同類型氣井（0.2～3.0）×104m3/d氣井產水、產氣量計量需要。由表2可見，氣體計量平均氣量誤差為3.9%，液體計量平均氣量誤差為3.6%，滿足現場對氣井產水、產氣量大計量精度要求。

表2　撬裝式氣液兩相混輸計量裝置現場標定數據

3　結論

（1）針對蘇里格氣田井間串接、帶液計量的不計量（2）通過室內與現場試驗表明，氣液兩相混輸計量裝置能夠連續穩定地在氣液兩相混合流動中同時計量各相流量，平均誤差小于±5%，滿足蘇里格氣田現場對氣井產水、產氣量計量精度要求。

液量的工藝特點，設計了氣井井口氣液兩相混輸計量裝置，可有效計量井口氣量和液量。

（3）裝置采用氣液分離計量工藝，經計量后氣液混輸，避免了液體外排，保護環境，同時設計為車載模式，移動方便。

［1］劉祎，等.蘇里格氣田地面系統標準化設計［J］.天然氣工業，2007，27（12）：124－125.

［2］黨進，高湘.低產量氣井氣、液自動計量技術改進［J］.油氣田地面工程，2009，28（7）：61－62.

［3］張春，張春雨，李署亮，等.蘇里格氣田單井產量計算方法研究［J］.天然氣技術與經濟，2011，5（5）：37－39.

［4］王惠，梁博羽，王曉榮，等.TPH－03小液量氣液兩相混輸計量儀［J］.石油機械，2011，39（7）：88－90.

Mounted type gas-liquid two phase mixed measuring metering design and application

LAI Haitao1，2，LIANG Lingyun1，2，TIAN Faguo1，2，REN Yuefei3，CHEN Long3，WANG Hui1，2
（1.Sulige Gasfiled Research Center of PetroChina Changqing Oilfiled Company，Xi'an Shanxi 710018，China；2.Low Permeability Oil and Gas Field Exploration and Development of National Engineering Laboratory，Xi'an Shanxi 710018，China；3.Gas Production Plant 3 of PetroChina Changqing Oilfiled Company，Wushenqi Neimenggu 017300，China）

The design of a skid mounted type gas-liquid two-phase wellhead multiphase metering device.The device adopted gas-liquid separation to measure fluid volume and gas volume，realized the real-time online measurement of gas and water production，combined with the intelligent meter，could continuous steady measure instantaneous and cumulative two phase flow，finally the data is gained via wireless system.The metering device adopted the mixed gas and liquid，avoiding the liquid polluting the environment，energy conservation and environmental protection，design for vehicle model at the same time，making it move easily. Through indoor and field test showing that the metering device can continuously steadily ingas liquid two phase mixture flow measurement of each phase flow at the same time，the average error is less than±5%，could meet the scene on gas well water production，gas production measurement accuracy requirements.

gas-liquid mixing；two phase measurement；gas well wellhead；mounted type

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.07.025

TE931.1

A

1673-5285（2015）07-0107-04

2015－06-03

賴海濤，男（1980-），2006年畢業于西南石油大學資源勘查工程專業，現從事氣田開發采氣工藝技術研究工作，郵箱：lht_cq@petrochina.com.cn。