油氣田多相流分離式計量撬研究與應用

楊祥祥，王永研，楊宇，趙藝皓(中國石油工程建設有限公司，北京 100120)

0 引言

近年來隨著油氣田的開采，油藏的不確定性，個別計量撬或個別井精度出現超標準的較大誤差，因而在較高油氣比(gas oil ratio, GOR)、較高黏度流體中要達到5%以上的計量精度成為一個難題[1-2]。多相流計量按照計量方式可分為分離式和不分離式計量，但目前由于安全原因，應用伽瑪源的不分離式計量技術逐漸被禁用[3]。盡管計量撬本身的技術發展日趨成熟，但隨著生產工藝，油品特性及油藏變化，計量撬精度性不確定的現象已引起各生產商和承包商的高度重視，因此開展多相流分離式計量撬工藝包的研究，即把生產工藝與計量撬本身工藝的結合來保證精度，是當前生產上提出的新課題[4-6]。

1 分離式計量撬工藝技術

采用兩相分離器將油井采出液分離成液相和氣相，然后分別用氣體流量計測量氣體流量，用液相流量計測量液體流量，用在線含水分析儀測量分離出的液體中水的含量，由此計算出油井的油、氣、水產量[7]。兩相分離計量撬主要由氣液分離罐、氣體流量計、液體流量計、含水分析儀等組成。具體的分離計量設備的選型根據油品性質和工藝模擬情況而定。多相流分離式計量撬工藝原理流程圖如圖1所示，多相流流體通過裝置入口進入氣液分離罐1進行分離，分離出的氣體通過氣體流量計3進行計量，分離出的液體通過液體流量計5進行測量，其中的含水率是通過含水分析儀4進行測量，所有測量數量均傳送到撬塊控制系統2進行處理，最后通過換算，即可得到多相流的總流量。

圖1 多相流分離式計量撬工藝原理流程圖

將多相流分離式計量撬分離計量系統、撬塊控制系統及配套閥門、管道等集成在一個框架橇座上，分離、計量、儀控等核心部件高度集成，整體橇裝結構緊湊，便于整體運輸。

2 撬塊控制系統

通過對原油物性參數，經模擬三相混輸流體分析，從而為分離罐的選型和流量計等關鍵設備和儀表的選型提供工藝輸出條件[8]。

2.1 儀表選型

液相計量儀表使用Micro Motion質量流量計，傳感器為Micro Motion 3000系列，傳感器尺寸為3″；純油流量計算機(NOC)為3700系列。分離出的伴生氣計量儀表采用Emerson一體化孔板流量計(帶溫度補償)。分離器液位控制采用浮球控制三通閥門，通過液位浮球控制三通閥氣相和液相開度的比例，從而控制罐內液位。質量流量計能夠測出液相體積流量和油水混合液密度，NOC可從含水分析儀獲得含水率并分別計算出純油和水的質量流量。NOC也可通過在組態時輸入的純油和純水在一定溫度和壓力下的密度值來計算出純油流量和含水率。純油流量計算機具有連續計量和單井計量模式，可為不同井口單獨輸入并保存工藝參數。

2.2 儀表通信

儀表信號全部傳送到撬塊PLC，PLC與OGM RTU串行通訊將信號送至FPF站內。質量流量計通過RS modbus485和PLC進行通信；含水分析儀信號送到NOC，用于NOC計算油水比率；其余的儀表信號包括氣相孔板流量計，壓力和溫度變送器，分離罐液位變送器等全部硬連接到PLC。撬塊控制系統如圖1所示。

3 氣液分離罐計算書及數據表

3.1 結構原理圖

因目前部分井口計量撬的分離罐無法達到氣液完全分離效果，故對現有技術設計的分離罐進行優化，從而滿足流量計的計量要求。井口采出液經過入口E進入氣液分離罐，首先通過一次分離單元H進行初步分離，之后經過二次分離單元F，分離過的伴生氣體通過濕氣提取單元B，氣體通過出氣口A經過氣體流量計測量體積；分離過的液體通過液體收集單元K和出液口L，經過液體流量計測量體積；其他液體通過排污口N排出整個多相流分離式計量撬。立式氣液分離罐結構原理圖如圖2所示。

圖2 立式氣液分離罐結構原理圖

3.2 輸入條件

結合南蘇丹3/7區PALOUGE區塊某油田的現場調研，以及投產油井的油品物性，輸入條件確定如下：設計流量：500～4 500 BBL/D (即79.5～15.5 m3/d)；設計溫度：90 ℃；設計壓力：4 000 kPag；操作溫度：80 ℃；操作壓力：1 400 kPag；油氣比：80(SCF/BBL)；設備尺寸：1 m×3.8 m；油密度：930 kg/m3；氣密度：17.11 kg/m3。

3.3 計算校核

測試分離罐尺寸采用API標準進行校核，其中K值選擇如表1所示，停留時間選擇如表2所示。

表1 K值的選擇

表2 停留時間選擇

最大表面黏度Va(Pa·s)：

API油比重：API(°)=141.5/(ρL/ρWater)-131.5=21.5°；根據表2，停留時間t≥2 min；

不包括罐頂的體積，以罐頂邊緣作為邊界進行核算停留時間：

罐內容器內所需液體容積Qr(m3)：Qr=Q×t=0.745 3 m3；

以總高度30%進行計算罐內液體體積Ql(m3)：Ql=H×Q/Va=0.9 m3；

綜上，Ql>Qr，經過核算停留時間是合格的。

4 現場應用

通過模擬三相混輸流體，對業主提供的原油物性參數進行分析，從而為分離罐的選型和流量計等關鍵設備和儀表的選型提供工藝輸出條件。將計量系統、撬塊控制系統及配套閥門、管道等集成在一個框架橇座上，核心部件高度集成，整體橇裝結構緊湊、自動化程度高、占地面積少、便于整體運輸、易于搬遷、裝置成本大幅降低。此多相流分離式計量撬裝置已經應用于南蘇丹3/7區PALOUGE區塊某項目現場，已通過業主驗收，計量精度滿足業主要求，產生了良好的經濟效益。