淺析CO2注入系統(tǒng)計量方法

高圣宏（大慶榆樹林油田開發(fā)有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163000）

淺析CO2注入系統(tǒng)計量方法

高圣宏（大慶榆樹林油田開發(fā)有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163000）

Y油田從2008年開始CO2驅(qū)提高采收率的先導(dǎo)性礦場試驗研究，試驗效果較好，目前已進入工業(yè)化應(yīng)用階段。截止目前為止CO2累計總注入量為17萬t。CO2注入量的計量準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到開發(fā)效果、方案調(diào)整及后期的評價，所以CO2注入量的精準(zhǔn)計量尤為重要。不同相態(tài)下的CO2需要與其特性相適應(yīng)的計量方法，才能實現(xiàn)準(zhǔn)確計量。低壓液態(tài)CO2，宜選用內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，本身產(chǎn)生節(jié)流和壓降較小的流量計，如差壓式流量計；高壓液態(tài)CO2，可選用適合于液態(tài)計量的流量計，如浮子流量計或者漩渦流量計；超臨界態(tài)的CO2，應(yīng)盡量控制工況條件、避開邊界線，可以使計量變的簡單。

CO2計量;相態(tài);埋存

1 CO2驅(qū)的工藝概況

Y油田的CO2驅(qū)油試驗從開始先導(dǎo)性礦場實驗開始，到目前的工業(yè)化應(yīng)用階段，地面配套工藝共經(jīng)歷了三次突破性的變革，而最終形成一套比較成熟的CO2注入、采出集輸處理工藝。

初期先導(dǎo)性試驗，注入采用外購液態(tài)CO2經(jīng)罐車拉運至井場，注入泵車高壓液相的方式，采出液集輸采用單井架罐拉油；后期擴大礦場試驗規(guī)模后，外來氣態(tài)CO2經(jīng)過氨制冷工藝液化后，經(jīng)柱塞泵集中高壓液相注入，采出液的集輸工藝采用單井架罐拉油；工業(yè)化應(yīng)用階段，采出液集輸系統(tǒng)實現(xiàn)密閉集輸，待采出氣達到回收規(guī)模，將摻混純CO2進行混相注入。

2 不同工況及相態(tài)下CO2特性

根據(jù)CO2相態(tài)圖及礦場試驗的工藝特點，可以將CO2分為四種不同的工況。在CO2溫度與壓力關(guān)系的相態(tài)圖中有兩個的關(guān)鍵點，一個為三相點，一個為臨界點。三相點溫度為-56.6℃，壓力為0.535MPa，該點處CO2可以氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三種相態(tài)共存。臨界點溫度為31.1℃，壓力為7.38 MPa，當(dāng)溫度與壓力均大于臨界值時，CO2處于超臨界狀態(tài)。

2.1 氣相

CO2溫度大于-78.5℃時，氣相壓力曲線下方區(qū)域，該工況下的CO2屬于常規(guī)氣體，氣體的密度會隨溫度和壓力的變化而變化，在一定的溫度和壓力下，特性比較穩(wěn)定，具有穩(wěn)定的密度。

2.2 低壓液相

CO2溫度大于-56.6℃，壓力大于0.535MPa，低于7.38MPa的區(qū)域，該工況下的CO2屬于低壓液相區(qū)，該工況下的CO2物理性質(zhì)并不穩(wěn)定，密度隨溫度和壓力參數(shù)的變化產(chǎn)生較大的變化，并且隨著流動狀態(tài)、壓力、溫度參數(shù)變化，可在在氣相和液相之間相互轉(zhuǎn)化。

2.3 高壓液相

CO2溫度小于31.1℃，壓力大于7.38MPa的區(qū)域，該工況下的CO2屬于穩(wěn)定單一的液相區(qū)，該工況下的CO2物理性質(zhì)比較穩(wěn)定，在同一溫度和壓力條件下，相態(tài)穩(wěn)定，密度一定。

2.4 超臨界態(tài)

CO2溫度大于31.1℃，壓力大于7.38MPa的區(qū)域，該工況下的CO2屬于超臨界態(tài)，可以理解為超過臨界壓力和溫度的高壓液體又被升溫，抑或超過臨界溫度和壓力后的高溫氣體又被加壓，所以超臨界狀態(tài)的CO2具有氣體和液體兩相特征，如氣體擴張性、液體溶解性和超低的表面張力。

3 礦場試驗中CO2計量方法的適應(yīng)性分析

3.1 原料氣的測量

原料氣為氣體CO2，設(shè)計壓力為2.7MPa，設(shè)計溫度范圍為2～5℃；實際運行壓力為2.2MPa左右，溫度為4℃左右,完全在設(shè)計范圍內(nèi)。該工況下的CO2屬于穩(wěn)定的氣體，密度約為4.3g/l，可選用渦街流量計，旋進漩渦流量計，渦輪流量計等測量氣體的流量計，需要依據(jù)實際運行工況參數(shù)校正流量即可。

3.2 液化后去儲罐的成品CO2計量

液化后成品氣的設(shè)計壓力范圍為其壓力設(shè)計范圍為2.0～2.3MPa，溫度設(shè)計范圍為左右-20～-14℃。該工況下的液態(tài)二氧化碳屬于飽和態(tài)，在一定的溫度和壓力下，處于氣液兩相平衡狀態(tài)。但是，當(dāng)有升溫或者降壓時，液相就會向氣相轉(zhuǎn)換；當(dāng)有降溫或升壓時，氣相就會向液相轉(zhuǎn)換。在這種工況下，處于的流動狀態(tài)的介質(zhì)中一定有氣泡存在，當(dāng)介質(zhì)經(jīng)過管線彎頭，大小頭，或流量計本身時，氣泡量都會增加，泡狀流會影響測量的準(zhǔn)確性。這種情況下，可以采用保冷的方式，降低升溫，來減小氣泡帶來的測量誤差。

在-17℃，液態(tài)CO2的飽和蒸汽壓為2.1MPa。考慮到解析氣和溶解氣泡的存在，應(yīng)該選用本身對介質(zhì)產(chǎn)生節(jié)流壓降或溫升作用小的流量計，避免產(chǎn)生更多的氣泡，導(dǎo)致測量值偏大，精確計量困難。該工況下推薦選用差壓式流量計，如彎管、文丘里管流量計，還有間接式的速度流量計，如超聲波流量計。

3.3 高壓柱塞泵后的液態(tài)CO2計量

成品液態(tài)CO2經(jīng)高壓柱塞泵升壓后，再經(jīng)過單井的注入閥組回注地層。單井注入的流量計設(shè)置在單井注入閥組。高壓柱塞泵出口實際運行壓力在21～23 MPa范圍內(nèi)，溫度在-8℃左右。該工況下的液態(tài)CO2屬于第三種高壓液相態(tài)。該工況下的液態(tài)CO2的粘度、流動性等特性與水類似，密度稍大于水，一般使用除了電磁流量計外其它測量液體的流量計，因為CO2屬于非極性物質(zhì)，不具有導(dǎo)電性，其余類型流量計均可。推薦的流量計有差壓式、容積式、旋渦式流量計均可選擇。對于以上各種流量計，都需要依據(jù)相應(yīng)工況下的溫度、壓力等參數(shù)校正流量計。該種工況下，礦場試驗使用的流量計有渦街流量計、漩渦流量計、金屬管浮子流量計。

3.4 超臨界態(tài)CO2計量

超臨界態(tài)除了邊界區(qū)域存在相態(tài)的相互轉(zhuǎn)化，計量難度大外，邊界區(qū)域除外的剩余區(qū)域，可以按照單一的氣態(tài)或者液態(tài)來計量。對于邊界處的多相流計量，一般會采用多次重復(fù)測量，制作壓力、溫度和密度值的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫越完善，計量越精確。

超臨界態(tài)CO2的計量，應(yīng)盡量控制工況條件，避開7.31MPa和31.3℃的邊界區(qū)，可以使計量更簡單，更準(zhǔn)確。

4 幾點認識

（1）低于7.1MPa的低壓液態(tài)CO2，宜選用內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，本身產(chǎn)生節(jié)流和壓降較小的流量計，如差壓式流量計。

（2）壓力大于7.1MPa的高壓液態(tài)CO2，可選用除了電磁流量計以外的，適合于液態(tài)計量的流量計，如浮子流量計或者漩渦流量計。

（3）超臨界態(tài)的CO2，應(yīng)盡量控制工況條件，避開邊界線，可以使計量變的簡單容易。

（4）不論在那種工況條件下，都需要按照實際的壓力和參數(shù)來校正計量結(jié)果，方可使計量更為精準(zhǔn)。