天然氣計(jì)量誤差及優(yōu)化措施

葉羽婧，趙景龍，蔡思敏，王海峰

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田蘇里格南作業(yè)分公司 （陜西 西安 710018）

天然氣計(jì)量誤差及優(yōu)化措施

葉羽婧，趙景龍，蔡思敏，王海峰

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田蘇里格南作業(yè)分公司 （陜西 西安 710018）

由于受天然氣組分、天然氣計(jì)量?jī)x表及人員素質(zhì)等因素的影響，導(dǎo)致天然氣計(jì)量出現(xiàn)不同程度的差異,產(chǎn)生了計(jì)量誤差。為了提供準(zhǔn)確的計(jì)量數(shù)據(jù)，為分析井口數(shù)據(jù)和天然氣銷售提供準(zhǔn)確的依據(jù)，從現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量現(xiàn)狀入手，對(duì)蘇里格南計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，分析產(chǎn)生誤差的原因并提出減小誤差措施，包括加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)、及時(shí)錄入及分析數(shù)據(jù)、利用SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、加強(qiáng)運(yùn)行數(shù)據(jù)管理、嚴(yán)控管網(wǎng)泄漏損耗等。結(jié)果表明，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用優(yōu)化了單井計(jì)量設(shè)備，減小了誤差，保證流量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

天然氣計(jì)量；計(jì)量誤差；天然氣組分；優(yōu)化措施

蘇南項(xiàng)目目前已建成投產(chǎn)2座集氣站，C2集氣站的天然氣匯集到C1集氣站，再經(jīng)閥室輸送至處理廠。蘇里格南井場(chǎng)主要由水平井、BB9和BB9′組成，BB9井場(chǎng)由9口單井或1口水平井構(gòu)成，BB9′井場(chǎng)由3個(gè)BB9井場(chǎng)加BB9′井場(chǎng)的9口單井組成。3個(gè)BB9井場(chǎng)的來(lái)氣通過(guò)采氣支管輸送至BB9′井場(chǎng)，BB9′井場(chǎng)單獨(dú)建采氣干管接至本區(qū)塊的集氣站。

1 蘇里格南作業(yè)區(qū)天然氣計(jì)量現(xiàn)狀

蘇里格南作業(yè)分公司天然氣計(jì)量系統(tǒng)主要可分為4部分，即單井井口計(jì)量、集氣站外輸計(jì)量、第五處理廠濕氣交接計(jì)量、第五處理廠干氣計(jì)量，每日計(jì)量數(shù)據(jù)以天為單位進(jìn)行結(jié)算。

1.1 單井井口計(jì)量

單井流量計(jì)采用的是一體化多參量差壓式流量計(jì)，如ACD-3Q型流量計(jì)及ACF-1型流量計(jì)。井口帶液計(jì)量，單井井口計(jì)量可實(shí)時(shí)記錄單井的瞬時(shí)流量、管道壓力、管道孔板前后壓差、井口溫度等數(shù)據(jù)，為氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析、氣藏分析等研究提供準(zhǔn)確的井口數(shù)據(jù)。

1.2 集氣站計(jì)量

從井口輸送到集氣站的天然氣經(jīng)分離器進(jìn)行氣液分離，脫水后的天然氣經(jīng)計(jì)量區(qū)孔板計(jì)量后，外輸至第五處理廠。其主要作用是對(duì)集氣站外輸氣量進(jìn)行計(jì)量，并與第五處理廠的濕氣計(jì)量值進(jìn)行對(duì)比。

1.3 濕氣交接量計(jì)量

蘇南公司的濕氣計(jì)量點(diǎn)設(shè)在第五處理廠，集氣站外輸天然氣輸送到第五處理廠，經(jīng)三具預(yù)分離器進(jìn)行氣液分離后，天然氣進(jìn)4路標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)行濕氣計(jì)量。濕氣交接計(jì)量作為蘇里格南作業(yè)分公司與處理廠進(jìn)行商品氣和凝析油分配的依據(jù)。

1.4 干氣計(jì)量

計(jì)量后的蘇里格南天然氣與處理廠的天然氣經(jīng)增壓、脫烴脫水后進(jìn)入配氣區(qū)進(jìn)行外輸計(jì)量，干氣計(jì)量采用超聲波流量計(jì)計(jì)量，計(jì)量結(jié)果為蘇里格南干氣與長(zhǎng)慶自營(yíng)的干氣的總量，雙方根據(jù)濕氣比例進(jìn)行分配。

2 蘇里格南集氣站計(jì)量設(shè)備

蘇里格南集氣站現(xiàn)場(chǎng)主要采用的是標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)。

2.1 孔板流量計(jì)的計(jì)量原理

標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)屬于差壓式流量計(jì)，按照流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流元件，在元件的前端和后端產(chǎn)生壓差，壓差和流量的平方成正比，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量[1]。

2.2 孔板流量計(jì)的計(jì)量特性

1）孔板流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)：①標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件屬于全用型，無(wú)需進(jìn)行實(shí)流校準(zhǔn)，就可以投用，并得到了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的認(rèn)可；②應(yīng)用歷史悠久，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最全；③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，且性能穩(wěn)定，使用期限長(zhǎng)，價(jià)格低廉，應(yīng)用范圍廣。

2）主要缺點(diǎn)：①測(cè)量的精確度受眾多因素的影響很難提高；②測(cè)量的范圍一般僅3∶1～4∶1；③對(duì)直管段的要求較高，占地面積大；④壓力損失最大可達(dá)25%～50%；⑤孔板以內(nèi)孔銳角線來(lái)保證精度，因此對(duì)腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污敏感，長(zhǎng)期使用精度難以保證，因此需每年進(jìn)行一次強(qiáng)檢；⑥采用法蘭連接，易產(chǎn)生跑、冒、滴、漏油等問(wèn)題，因而增加了維護(hù)的工作量。

3 蘇里格南計(jì)量誤差的原因

天然氣誤差指計(jì)量值與實(shí)際輸出值之間的誤差。針對(duì)第五處理廠與蘇里格南集氣站計(jì)量量值之間的誤差，即

式中：η為交接相對(duì)誤差，%；Q1為蘇里格南集氣站外輸量，m3；V1為蘇里格南集氣站自用氣量，m3；Q5為第五處理廠接收氣量，m3。

3.1 計(jì)量?jī)x表本身的誤差

蘇里格南井口、集氣站及第五處理廠濕氣計(jì)量均采用孔板計(jì)量，該流量計(jì)的測(cè)量精度能夠滿足GB/T 21446—2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》的要求，但在實(shí)際生產(chǎn)中，孔板的偏心和彎曲是孔板的制造、安裝和使用中影響計(jì)量?jī)x表精度的主要因素。由于孔板的安裝和維護(hù)不當(dāng)，孔板會(huì)發(fā)生彎曲或變形，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。

而第五處理廠4路計(jì)量的孔板直徑都是不同的，適用不同孔徑的孔板是為適應(yīng)不同的流量。這會(huì)造成所選擇的計(jì)量管與實(shí)際流量匹配度不夠，造成計(jì)量不確定度增高，進(jìn)而影響計(jì)量精度。

3.2 天然氣氣質(zhì)的影響

1）采出的天然氣經(jīng)分離、除塵、脫水等處理工藝，仍會(huì)因處理不徹底、集氣管網(wǎng)及輸氣干線內(nèi)腐蝕物的影響，導(dǎo)致液體或固體雜質(zhì)不能完全清理[2]。

2）天然氣中所含的雜質(zhì)會(huì)對(duì)孔板造成一定的沖刷和腐蝕，所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)定期對(duì)孔板進(jìn)行清潔或更換并且對(duì)測(cè)量的流量進(jìn)行修正。

3）天然氣中的液體導(dǎo)致孔板流量計(jì)差壓變送器、壓力變送器的導(dǎo)壓管堵塞，造成流量計(jì)算錯(cuò)誤。

在日常維護(hù)時(shí)，要對(duì)孔板流量計(jì)的孔板進(jìn)行清洗，使節(jié)流件保持干凈、光潔，同時(shí)還要吹掃壓變和差壓變送器的導(dǎo)壓管；當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示異常時(shí)，及時(shí)更換損壞件，避免流量計(jì)計(jì)量誤差的進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.3 氣體組分的影響

天然氣是一種混合氣體，它是由甲烷、乙烷、丙烷等烴類組分和氮、二氧化碳等非烴類組分組成，其含量也不相同[3]。即使是在同一區(qū)塊，天然氣組分也不一樣。孔板流量計(jì)的計(jì)量方式與天然氣組分有關(guān)，如果沒(méi)有對(duì)計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行在線修正，計(jì)量誤差就會(huì)增大。因此，天然氣物性參數(shù)如果出現(xiàn)變化，要及時(shí)修正氣體組分及密度值。

3.4 儀表參數(shù)設(shè)置原因

天然氣氣體組分是流量計(jì)量程序中的重要參數(shù)，氣井生產(chǎn)過(guò)程中，因?qū)嶋H開(kāi)井不同，導(dǎo)致氣體組分的不同[4]。目前，集氣站及第五處理廠的組分參數(shù)根據(jù)實(shí)際化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修改，但因氣井?dāng)?shù)量多，井口組分參數(shù)變化大，導(dǎo)致井口參數(shù)并不能按照實(shí)際進(jìn)行設(shè)置。

3.5 濕氣計(jì)量造成的誤差

井口天然氣中存在大量液滴和固體顆粒雜質(zhì)，在計(jì)量管段內(nèi)，流態(tài)可認(rèn)為氣液兩相，會(huì)直接影響孔板的差壓。井口計(jì)量比集氣站外輸計(jì)量偏大的一個(gè)重要原因是井口為帶液計(jì)量，集氣站是經(jīng)分離器氣液分離之后的計(jì)量，部分飽和氣態(tài)的伴生氣將從氣態(tài)轉(zhuǎn)換成液態(tài)，從而導(dǎo)致集氣站比井口計(jì)量偏低。

3.6 其他原因

1）孔板閥積液及引壓管積液會(huì)產(chǎn)生計(jì)量誤差。在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，所有靜壓和差壓變送器的引壓管幾乎為水平安裝，傾斜度較小，是造成正負(fù)壓引壓管氣體帶液的重要原因，因此應(yīng)定期對(duì)引壓管及孔板閥進(jìn)行吹掃。

2）氣井井口孔板的孔徑未經(jīng)過(guò)嚴(yán)格標(biāo)定，存在較大誤差。而集氣站、第五處理廠計(jì)量孔板經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的計(jì)量?jī)x表A類標(biāo)定。

3）蘇里格南所轄氣井的井口流量計(jì)均為一體式流量計(jì)，儀表精度低，存在較大誤差。

4）儀表故障。使用一段時(shí)間后，儀器的溫度、壓力、差壓等零點(diǎn)出現(xiàn)漂移，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量結(jié)果不準(zhǔn)，這種情況主要出現(xiàn)在井口流量計(jì)。

4 降低誤差的方法

4.1 儀表維護(hù)

加強(qiáng)設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)對(duì)儀表進(jìn)行標(biāo)定更換，儀表本身的準(zhǔn)確度是影響計(jì)量數(shù)據(jù)的重點(diǎn)因素之一。因此，做好計(jì)量設(shè)備的定期校驗(yàn)、檢查、維護(hù)及更換工作，保證計(jì)量?jī)x表的相對(duì)準(zhǔn)確性。

4.2 提高氣體組分錄入及時(shí)性

目前氣體組分取樣分析周期為10天一次，其局限性及波動(dòng)性較大。

4.3 利用SCADA系統(tǒng)對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控

用SCADA(監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)對(duì)計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。蘇里格南分公司對(duì)天然氣計(jì)量系統(tǒng)監(jiān)控是通過(guò)SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，集氣站及控制中心可利用SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢查計(jì)量的壓力、溫度、差壓等相關(guān)參數(shù)，并可對(duì)相關(guān)參數(shù)設(shè)置上下報(bào)警限，控制流量長(zhǎng)時(shí)間超限，以降低計(jì)量漏失。

4.4 及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

對(duì)于出現(xiàn)偏差的數(shù)據(jù)，由作業(yè)區(qū)計(jì)量員利用SCADA系統(tǒng)對(duì)相關(guān)壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。

4.5 加強(qiáng)管道的運(yùn)行數(shù)據(jù)管理

做好管道置換、通球掃線等過(guò)程中天然氣用量的統(tǒng)計(jì)記錄工作；做好管道陰極保護(hù)系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析工作[5]。

4.6 嚴(yán)控管網(wǎng)泄漏損耗

認(rèn)真巡線，發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)及時(shí)上報(bào)處理，防止跑、冒、滴、漏油的產(chǎn)生；做好陰極防腐工作，延長(zhǎng)管道的使用壽命，減少管道因腐蝕引起泄漏的情況發(fā)生[6]；定期對(duì)各閥門進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

5.1 優(yōu)化單井計(jì)量設(shè)備

2012年至2015年蘇里格南分公司采用ACD-3Q型計(jì)量設(shè)備以及標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)行單井計(jì)量，最小計(jì)量范圍為8 000～20 000 m3/d，瞬時(shí)流量計(jì)量范圍為330～830 m3/h，最大范圍為4：1。但隨著氣井的生產(chǎn)，大部分氣井受井底積液影響，會(huì)產(chǎn)生不定期波動(dòng)，且波動(dòng)范圍較大，現(xiàn)有設(shè)備的計(jì)量范圍不能滿足生產(chǎn)現(xiàn)狀，經(jīng)常出現(xiàn)流量計(jì)無(wú)瞬時(shí)或差壓超量程等計(jì)量不準(zhǔn)確情況。

結(jié)合上述生產(chǎn)工況，蘇里格南分公司對(duì)計(jì)量設(shè)備及孔板進(jìn)行優(yōu)化，采用ACF-1型流量計(jì)以及新型平衡孔板，最小計(jì)量范圍為1 000～10 000 m3/d，瞬時(shí)流量計(jì)量范圍為42～420 m3/h，將測(cè)量范圍由4：1提升至10：1，初期選取23口氣井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，詳細(xì)情況見(jiàn)表1。

對(duì)比ACF-1型與ACD-3Q型流量計(jì)的使用情況，從計(jì)量準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性對(duì)ACF-1型流量計(jì)進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估結(jié)果如下：

表1 流量計(jì)試驗(yàn)效果分析

1）對(duì)比流量計(jì)更換前后單井的產(chǎn)量、瞬時(shí)流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)變化，與氣井投運(yùn)至今的數(shù)據(jù)一致，說(shuō)明ACF-1型流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確，與ACD-3Q型流量計(jì)相比，計(jì)量誤差較小。

2）根據(jù)ACF-1型流量計(jì)計(jì)量的瞬時(shí)氣量，計(jì)量范圍基本符合孔板的計(jì)量范圍，說(shuō)明該型流量計(jì)計(jì)量精度準(zhǔn)確，最小計(jì)量滿足蘇里格南分公司需求，如SN0xxx-01井，瞬時(shí)計(jì)量可計(jì)量至72 m3/h。

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估，蘇南公司對(duì)140口無(wú)瞬時(shí)或計(jì)量不準(zhǔn)確的低產(chǎn)氣井進(jìn)行了計(jì)量設(shè)備升級(jí)，目前有135口氣井可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)量，措施有效率96.4%。

5.2 定期維護(hù)計(jì)量設(shè)備，減小誤差

蘇南公司與第五處理廠每10天對(duì)計(jì)量交接設(shè)施進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，對(duì)集氣站計(jì)量設(shè)備每15天進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，確保計(jì)量設(shè)備完好，保證流量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。通過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行維護(hù)制度，基本保證蘇南公司集氣站外輸計(jì)量和第五處理廠計(jì)量對(duì)比平均誤差在0.69%，在正常允許輸差1%之內(nèi),詳細(xì)情況見(jiàn)表2。

表2 歷年交接計(jì)量設(shè)備數(shù)差分析

6 結(jié)束語(yǔ)

天然氣計(jì)量是天然氣貿(mào)易中的交易手段，只有了解和掌握了計(jì)量的原理以及適用范圍才能因地制宜采用不同的計(jì)量方法，確保公平的交易。此外，計(jì)量的準(zhǔn)確性需要通過(guò)誤差控制才能得以保證，所以計(jì)量工作者需要盡可能地控制計(jì)量誤差，為企業(yè)發(fā)展發(fā)揮更大的作用。

[1]晁宏洲,王赤宇,趙建彬,等.天然氣流量計(jì)量的高級(jí)孔板閥計(jì)量特性與誤差分析[J].工業(yè)計(jì)量.2007,17(3)：25-28.

[2]陳庭煌,楊曉寧,王 玲,等.天然氣輸差問(wèn)題的分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2003,22(1)：39-42.

[3]張祥兆,何登剛,柴新麗.加強(qiáng)計(jì)量管理降低燃?xì)庥?jì)量輸差[J].工業(yè)計(jì)量.2010,20(4)：46-48.

[4]馬 瑾,齊寶軍,蔣成銀,等.蘇里格氣田天然氣輸差的產(chǎn)生原因[J].石油化工應(yīng)用,2007,27(2)：53-56.

[5]張書(shū)麗,尤永建.天然氣輸差的產(chǎn)生原因及降低途徑[J].天然氣與石油,2005,23(3)：20-22.

[6]董宏遠(yuǎn),郭振杰,劉 沖.淺談天然氣計(jì)量的誤差分析及控制[J].中國(guó)化工貿(mào)易,2014(2)：291.

Due to the influence of natural gas components,natural gas measuring instrument and measurement personnel quality,there is the measurement error of natural gas.In order to provide accurate measurement data for wellhead data analysis and gas sales,the field status of South Sulige metering system is briefly introduced,the causes of metering error are analyzed,and some measures for decreasing the natural gas metering error are proposed,such as strengthening equipment maintenance,timely inputting and analyzing data,realtime monitoring using SCADA system,strengthening operation data management,strictly controlling leakage loss of pipe network,etc.Field application results show that the single well metering equipment is optimized,the metering error is reduced,and the accuracy of flow rate data is ensured.

natural gas measurement;metering error;natural gas composition;optimization measures

葉羽婧（1988-），女，主要從事地質(zhì)及計(jì)量方面工作。

2017-07-11