海上平臺質量流量計選型分析

張中華，錢 欣，王愛軍，唐寧依，劉愛明

（1.中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津 300450；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

在海洋石油平臺上，為滿足流程需求，需要對單井油氣產量進行計量。一般做法是在井口平臺設置測試分離器，單井產物流通過測試管匯進入測試分離器，進行油氣水三相分離后，對油氣兩相分別進行計量。由于測試分離器需要同時滿足多口井的計量需求，面臨的工藝環境比較嚴苛，單井的流量、溫度、壓力、粘度等參數各不相同，對流量計量程比、材質選擇、流程允許壓降提出一定要求；再加上海洋石油平臺空間緊張，設備布置緊湊，直管段需求、平臺震動等現實因素，油氣計量的精度要求較高，使得測試分離器油氣兩相測量的流量計選型面臨相當大的困難。

本文回顧了某油田測試分離器油氣兩相流量計選型過程，提出質量流量計可滿足工藝流程及測量需求，效果較優。

1 海上常用流量計的特征要素

海上平臺常用的流量計一般包括質量流量計，超聲波流量計（管段式、插入式、外夾式），容積式流量計孔板流量計、差壓流量計、電磁流量計、渦輪流量計，渦街流量計、轉子流量計等。下面根據流量計的具體特征，從適用性、安全性、安裝條件、經濟性等諸多方面加以分析（見表1），以期選出最適合此工況的流量計類型。

表1 海上常用流量計的主要選型要素Table 1 Main selection elements of common offshore flow meters

2 工藝流程分析及測量需求

為跟蹤并獲取單井的油氣水產量，需要對單井進行計量。在海洋石油平臺，被測試單井的井產物流經由測試管匯進入測試分離器，進行油氣水三相分離后，在油相、氣相出口分別設置流量計進行計量如圖1 所示，并將流量數據上傳至中控系統進行儲存管理。

以圖1 中所展示項目的流程為例，該流程液相流量計編號為FE/FIT-1301，氣相流量計編號為FE/FIT-1314，其流程工藝參數見表2。

對于此位置的油氣計量，一方面是為了掌握單井的產能狀況，為持續追蹤地層情況、反饋地質油藏專業開發方案做好數據保障；另一方面井口平臺油氣總產量數據多來自于測試分離器的測量數據綜合計算后得到，是油田群內部單平臺產量劈分提供依據。因此，該處計量宜采用精度較高、保證安全性、不易損壞的流量儀表。一個平臺開發的一批生產井，由于所處開發層位不同，巖性特征、埋深、油藏類型、油層厚度、滲透率等參數各不相同，單井的產量有重大差異。而伴隨油田開發進程不斷推進，從單井產量剖面可以非常直觀地發現，隨著時間推移，開發井的產液量不斷升高，含水率升高，油量、氣量持續遞減。測試分離器既要應對同一時期不同單井的計量需求，又要應對油田全生命周期內產量遞減趨勢，因此要求流量計需要應對大量程比工況。以上述選取的渤海某油田為例，全生命周期考慮所有生產井的液相量程比為22.5:1，氣相量程比為25:1，需要選定的流量計類型可以適應此大量程比范圍。同時，溫度、壓力、壓降等因素也需要充分考慮。

圖1 某油田測試分離器工藝流程圖Fig.1 Test separator process flow chart of an oilfield

3 流量計選型分析

以表1 列舉的海上平臺常用的流量計為基礎，針對上述工藝流程參數開展流量計選型具體工作。

表2 某油田測試分離器出口流量計工藝參數Table 2 Process parameters of flow meter at the outlet of test separator in an oilfield

表3 某油田測試分離器出口流量計選型結論Table 3 Selection conclusion of flowmeter at the outlet of test separator in an oilfield

初步篩選可結合表1 各類流量計的特征，針對工況進行分析。分離器出口處由于前述原因，量程比需大于25:1，因而排除容積式、差壓式、渦輪、渦街、轉子等類型的流量計。同時，由于最大流量7.2 Sm3/h，轉子流量計也是不合適的。工藝介質為原油、天然氣，不導電，因此電磁流量計不適用。由于流程最小流量為0.32 Sm3/h，管徑為3”，若采用縮徑為2”的流量計，流速為0.05m/s，遠低于超聲流量計對0.3m/s 流速下限的要求，因而超聲亦不適合。

經過初步篩選，海上常用流量計僅余下質量流量計為可選項。結合質量流量計的以下特征再進一步針對性精確比對[2,3]：

◇ 根據質量流量計的測量原理，科氏力與流體質量流量直接相關，能進行直接質量流量測量，本例中可減少轉換變量的影響，測量結果準確可靠。

◇ 質量流量計靈活適應多種測量介質，如氣體、液體、蒸汽、漿糊等，在化工領域應用廣泛，與本例中測試分離器出口油相和氣相的質量流量測量需求能良好匹配。

◇ 測量精度較高，可達0.2%，適用于對精度要求比較高的場所；可良好適應本例測試分離器承擔的油田產量計量及劈分需求。

◇ 多變量輸出，能同時測量質量、密度、溫度等參數，準確表征流體特性，可做到一表多用[4]。

◇ 流體工藝參數、流型分布對測量結果影響很小，不要求上下游直管段，適合應用在空間緊張的海洋石油平臺上。

根據表1 流量計所處流程工藝參數，FE/FIT-1301、FE/FIT-1301 的最終選型結果見表3。

本項目工藝介質為普通原油、天然氣，測量管材質使用SS316L 即可滿足要求。流程設計溫度為105℃，無需考慮特殊措施。測試分離器為低壓流程，設計壓力1100kPaG，采用ANSI 150#壓力等級即可，法蘭為RF 形式。根據廠家樣本及計算書，所選型產品可滿足工藝流程條件、安全需求、壓降、精度、材質、安裝等一系列要求。

圖2 Krohne ANSI 150# SS316L及哈氏合金標準腔體承壓曲線Fig.2 Pressure bearing curve of KROHNE ANSI 150#SS316L and Hastelloy standard cavity

測量管是承壓的主要部件，為了進一步保證安全性，應對二次泄漏，質量流量計的外殼腔體也具備承壓能力。以液相FE/FIT-1301 所選流量計為例，其外殼腔體的承壓曲線如圖2 所示。

4 結束語

質量流量計以其測量精確、無需直管段、安全可靠、故障率低等優勢，在海上平臺具有廣泛的應用。由于可測量溫度、密度、流量等多種參數，而這些參數其他儀表也進行測量讀取，密度參數與物性化驗也息息相關，下一步可以在一表多用、參數互證方面繼續研究。