某平臺測試分離器與GLCC多相流量計使用效果對比分析

劉帥, 郝永順 (中海石油 (中國) 有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

某海上采油平臺投產(chǎn)時使用的原油測試多相流量計和生產(chǎn)多相流量計均為GLCC流量計，每個流量計出口均設(shè)置有三閥組，用來外接移動流量計進行標定。每日單井測試數(shù)據(jù)錄入以測試流量計為準，平臺綜合產(chǎn)量以生產(chǎn)流量計測試數(shù)據(jù)為準，并將生產(chǎn)流量計數(shù)據(jù)上報至陸岸終端，陸岸終端核實產(chǎn)量并將該產(chǎn)量發(fā)回至各平臺，核實產(chǎn)量與所有平臺上報產(chǎn)量加和的比值約為0.7左右，數(shù)據(jù)誤差較大，嚴重影響產(chǎn)量計量的準確性，為油藏評價，產(chǎn)量計劃編制等工作帶來了嚴重困擾。通過改造換型，需解決如下兩個問題：

(1)提高多相流量計的含水測試準確性；

(2)終端核實產(chǎn)量與上報產(chǎn)量比值較低，通過換型改造提高該比值數(shù)據(jù)。

1 項目背景

某海上采油平臺為近年來投產(chǎn)的井口平臺，平臺原油主流程為單井經(jīng)井口管線進入測試管匯或生產(chǎn)管匯，經(jīng)測試管匯原油需經(jīng)過GLCC測試多相流量計進入GLCC生產(chǎn)多相流量計，經(jīng)生產(chǎn)管匯原油直接進入GLCC生產(chǎn)多相流量計，原油經(jīng)過生產(chǎn)流量計計量后直接下海管外輸至下游處理平臺，相關(guān)流程示意圖如圖1所示。

圖1 平臺生產(chǎn)流程圖

該平臺前期使用的測試/生產(chǎn)多相流量計均為GLCC氣液柱狀旋流式流量計，它的主體結(jié)構(gòu)為帶有傾斜切入口的垂直管和氣、液相出口組成，油井產(chǎn)出的油氣水混合物在一定壓力下通過傾斜切向入口進入柱狀氣液旋流分離器，并在分離器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生強大的離心力。由于流體中氣液兩相密度的不同，導致其受到的離心力不同，從而氣相向氣液旋流分離器軸心處運動，形成向上的內(nèi)旋流氣核，液相向內(nèi)壁運動，形成向下的外旋流，促使氣液組分迅速分離。氣液分離后，氣相從頂部氣相出口排出，并經(jīng)過孔板流量計計量，液相從底部液相出口排出，經(jīng)過質(zhì)量流量計計量，并經(jīng)含水分析儀分析含水情況[1]。

在使用過程中，GLCC測試數(shù)據(jù)的準確性受到如下幾個方面的影響：一方面是頂部氣流中的含液量，另一方面底部液流中的含氣量，同時含水分析儀的準確性也對油水產(chǎn)量的計算產(chǎn)生較大影響。

在使用過程中發(fā)現(xiàn)，底部液流中質(zhì)量流量計測量密度在0.38-0.65 g/ml之間，遠低于手工化驗密度0.88 g/ml的數(shù)值，說明旋流分離器液相存在含氣現(xiàn)象。在旋流分離器頂部取樣，會有時斷時續(xù)的氣液混合物排出，說明旋流分離器氣相帶液，同時含水率分析儀的數(shù)值，與手工含水化驗數(shù)據(jù)相差較大，對比曲線如圖2所示。

圖2 改造換型前生產(chǎn)流量計含水與手工化驗含水對比曲線圖

2 影響因素分析

GLCC柱狀氣液旋流分離器的設(shè)計原理是依靠離心力來達到氣液分離的效果。在入口下方，由于離心力的作用，形成了以氣體為核心，液相沿分離器內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)的流動形態(tài)。隨著液面的逐漸降低，氣體核心縮小，逐漸變成以液體為主的流體性質(zhì)，這部分液體仍沿內(nèi)壁進行旋轉(zhuǎn)。理論上沿切線進入旋流分離器內(nèi)部的混合液分離效果要比只依靠重力進行沉降分離的效果要好，但在使用過程中，效果不盡如人意。GLCC原理示意圖如圖3所示。

圖3 GLCC原理示意圖

2.1 影響生產(chǎn)GLCC多相流量計測試不準的因素分析

改造換型前該平臺日均產(chǎn)氣量約為生產(chǎn)流量計處理能力的124%，處理量超過了該流量計的設(shè)計處理能力。由上述介紹可知，GLCC處理氣量如果過大，旋流分離器入口處產(chǎn)液與上升中的氣體核心相遇，使部分液體隨氣體核心從氣相控制閥流出。同時由于氣相流速過大，氣液界面被氣壓向下壓，部分氣體未完全從液相中分離出來，即從液相帶出流量計，造成液相跑氣。

2.2 影響測試GLCC多相流量計測試不準的因素分析

改造換型前該平臺部分生產(chǎn)井單井測試產(chǎn)氣超過測試GLCC多相流量計處理上限和下限，最高為15萬方/天，最低為0方/天，其中低于1000方/天產(chǎn)氣量的井占全部生產(chǎn)井的半數(shù)，完全在該分離器處理產(chǎn)氣能力范圍內(nèi)的生產(chǎn)井只有3口。與生產(chǎn)流量計測不準的原因相同，產(chǎn)氣量超高的生產(chǎn)井均出現(xiàn)氣相跑液和液相跑氣的現(xiàn)象，部分產(chǎn)氣量較低的生產(chǎn)井，同時產(chǎn)液量也較低，流體進入旋流分離器后，無法充分發(fā)揮旋流離心作用，氣液兩相的分離效果不佳，導致了部分生產(chǎn)井的液相存在未完全脫出的氣體，影響液相產(chǎn)量的計量。

2.3 含水率儀測試含水不準確的原因分析

GLCC流量計的含水率分析儀采用射頻導納含水率儀，基本原理是根據(jù)流體介電常數(shù)隨原油含水率不同而產(chǎn)生的規(guī)律性變化來確定油水混合物的含水率。從測量原理來看，該類含水率儀不能處理高含水情況下的油水分析。而且在實際使用中，含水率分析儀需依賴手工化驗含水值進行擬合校正處理，該種校正方式，一方面無法完全保證化驗值的準確性，另一方面流體物性一旦發(fā)生變化，某一時間點求取的校正關(guān)系不能保證在不同含水階段的通用性，造成含水率分析儀在使用過程中誤差不斷增大。

旋流分離器的三個重要參考指標均出現(xiàn)異常，由于GLCC多相流量計的結(jié)構(gòu)特殊性，其核心結(jié)構(gòu)均在柱狀氣液旋流分離器內(nèi)部，從經(jīng)濟性和解決問題的準確性角度出發(fā)，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造的難度較大，經(jīng)濟性不高，這時多相流量計的換型就顯得勢在必行。經(jīng)過多方面考慮，決定選取不經(jīng)過含水率分析儀測量含水，同時能夠保證產(chǎn)液有足夠時間沉降的測試分離器代替GLCC測試多相流量計[2]。

3 測試分離器結(jié)構(gòu)和原理

測試分離器的結(jié)構(gòu)分為混合腔和油腔，生產(chǎn)井產(chǎn)出的油氣水混合物進入三相分離器，經(jīng)整流板、波紋板組后大部分液體在分離器混合腔內(nèi)進行沉降，剩余的極少部分液體經(jīng)捕霧器進一步分離，天然氣體通過壓力控制閥進入下游流程。沉降下來的油、水混合液停留一段時間后，因密度的差別逐漸進行分層，水沉積在混合腔的底部，混合腔的上部為油層。當油層的液位高出堰板頂部時則慢慢流入油腔內(nèi)，然后由油室下部的出油口排出，混合腔的水沉降分離到混合腔的底層，并經(jīng)過出水口排出，油、氣、水三相分別經(jīng)過質(zhì)量流量計進行計量。

測試分離器結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 測試分離器結(jié)構(gòu)示意圖

4 使用效果對比分析

測試分離器目前已使用近半年，改造后流程圖如圖5所示。投用初期，與GLCC多相流量計做比較，選取生產(chǎn)過程無段塞流且產(chǎn)氣和產(chǎn)液相對較穩(wěn)定的生產(chǎn)井數(shù)據(jù)進行對比分析。

圖5 測試分離器接入示意圖

4.1 測試分離器與GLCC多相流量計測試產(chǎn)油對比分析

各生產(chǎn)井分離器測試產(chǎn)油和GLCC測試產(chǎn)油比值如圖6所示。

圖6 分離器與GLCC測試產(chǎn)油比值

通過分析曲線可知，比值大多數(shù)分布在0.7左右，也就是說測試分離器測試產(chǎn)油相當于GLCC測試產(chǎn)油的70%。

4.2 測試分離器與GLCC多相流量計測試產(chǎn)水對比分析

分離器測試產(chǎn)水和GLCC測試產(chǎn)水比值如圖7所示。

圖8 分離器與GLCC測試產(chǎn)水比值

通過分析曲線可知 (如圖8所示)，去除分離器測試產(chǎn)水為0的生產(chǎn)井數(shù)據(jù)，大多數(shù)比值分布在0.7左右，區(qū)間在0.6-0.8之間，也就是說測試分離器測試產(chǎn)水相當于GLCC測試產(chǎn)水的70%，分離器測試產(chǎn)油和產(chǎn)水與GLCC測試數(shù)據(jù)的比值均分布在0.7左右。

4.3 測試分離器與GLCC多相流量計測試產(chǎn)液對比分析

分離器測試產(chǎn)液和GLCC測試產(chǎn)液比值如下圖：

圖7 分離器與GLCC測試產(chǎn)液比值

通過分析曲線可知，大多數(shù)比值分布在0.7左右，也就是說測試分離器測試產(chǎn)液相當于GLCC測試產(chǎn)液的70%，進一步驗證測試分離器測試的油水產(chǎn)量與GLCC多相流量計測試的油水產(chǎn)量存在一定的正比例關(guān)系。

4.4 測試分離器與GLCC多相流量計測試產(chǎn)氣對比分析

通過對比測試數(shù)據(jù)，GLCC測試的部分不產(chǎn)氣的單井，經(jīng)測試分離器測試均有氣產(chǎn)量。目前測試分離器使用的為質(zhì)量流量計，準確度較高，GLCC氣相測量使用的是孔板流量計，部分GLCC測試不產(chǎn)氣的單井，在井口取樣均有較多氣體。綜合分析測試分離器氣相測量相對較精確。

4.5 測試分離器測試含水與手工化驗含水對比分析

改造換型后，該平臺改變上報陸岸終端產(chǎn)量的方法，由原來生產(chǎn)流量計計量數(shù)據(jù)上報的方式，變?yōu)闇y試分離器測試數(shù)據(jù)加和的方式進行上報，之后的綜合產(chǎn)油的測試含水率和手工化驗含水率關(guān)系曲線如圖9所示，含水率的差距有了明顯的縮小，測試含水率更接近手工化驗的含水率。

圖9 綜合含水與手工化驗含水對比

5 結(jié)語

(1)經(jīng)過分別對比產(chǎn)油、產(chǎn)水和產(chǎn)氣三組數(shù)據(jù)可知，測試分離器測試產(chǎn)液量較GLCC測試產(chǎn)液量低30%左右，測試分離器測試產(chǎn)氣數(shù)據(jù)相對較準確。

(2)調(diào)整平臺上報綜合產(chǎn)量的方式，由原來的以生產(chǎn)流量計計量數(shù)據(jù)為依據(jù)，變?yōu)橐詼y試分離器測試數(shù)據(jù)加和的方式進行上報，平臺的綜合含水與手工化驗含水差距縮小，趨勢相同，綜合含水率的準確性有了大幅度提高。

(3)調(diào)整平臺上報綜合產(chǎn)量的方式，以測試分離器測試單井產(chǎn)油加和的方式上報至陸岸終端，經(jīng)過逐漸的調(diào)試摸索，終端核實產(chǎn)量與上報產(chǎn)量比值由前期的0.7，逐漸上升至近期的0.96，該比值有了很大幅度的提高。

(4)測試分離器的接入充分考慮了將來流量計的標定問題，通過預留接口的方式，同時滿足了兩臺測試流量計的標定需求[3]。