气体流量计适用性研究

摘要：单井间歇式计量大大节约了一次性建设投资的成本，有效地降低了生产维护成本。但随着使用年限的增加，在长期的生产使用中，单井间歇时计量存在不完善的地方。近几年来，针对单井高压流量计量做了大量的试验，对试验仪表在试验过程中出现的问题进行分析，为榆林气田高压流量计量做好技术储备。
榆林气田根据低渗透、低丰度、中低产、地域跨度大、单井产量偏低的现状和特点，在前期开发试验的基础上，本着以提高经济效益为目的，合理开发自然资源，确定了单井天然气流量计量采用“间歇式”计量方式的体原则。目前，榆林气田平均每座集气站有2到6口生产井，多者达到1O口井以上，一般两套多三套孔板计量装置就可实现所有井的计量。单井间歇式计量的优点是：可节约一次性建设投资并有效降低生产维护成本。但在长期的使用中，发现单井间歇式计量还存在不完善的地方，在某些计量条件下，明显存在不足的地方，突出表现为不适用于计量产量波动大、产水量大的井；无法实现产量比大于4：1多口井的计量。随着气田数字化建设的逐步深人，实现集气站无人值守的生产模式指日可待，以及单井产量更换计量孔板的工作无法解决。
针对以上问题，近几年来，在生产现场做了大量的试验，以期能找到量程比宽、耐脏污、占空间小、安装方便、维护量小、能适用于恶劣环境条件下的气体流量计，弥补榆林气田间歇式计量技术的不足，为油气藏技术研究提供准确的数据资料，同时提高气田的数字化水平。
1、弯管气体流量计
1.1工作原理
流体流经弯管时，由于弯曲管壁的导流作用，其内侧流速会逐渐增大，外侧流速会逐渐减小，形成了各个过流断面的梯形速度分布规律，且在弯管45°截面处达到大。在流出弯管侧流动过程相反。图3是弯管气体流量计系统组成示意图。
1.2系统组成

1-弯管传感器；2-排污阀；3-隔离器；4-一次阀；5-三阀组；6-差压变送器；7-差压支架；8-隔离栅；9-屏蔽电缆；1O-二次仪表；11-压力变送器；12-温度组件
根据质量守恒定律、能量守恒定律和动量矩守恒定律，由于各质点流速的变化，就形成了弯管的内外侧压差△P。这个压力差在45°截面时达到大，稳定。
流体平均速度ν与压差△P符合平方比例关系，流量愈大，差压愈大。
当弯管传感器的几何结构尺寸确定之后，只要测取弯管45°截面的内、外侧压差△P和流体的密度P就可以确定。
2、槽道气体流量计
2.1工作原理
槽道气体流量计是新一代差压式气体流量计，主要是其节流装置为纺锤体，以伯努力方程和连续性方程为基本原理，然后用流出系数对流体粘性的影响进行修正，后计算出流经管道的流体数量。

主要由测量管、现场二次仪表和智能气体流量计算机组成。
3、威力巴气体流量计
3.1工作原理
威力巴气体流量计采用差压测量原理，美国VERIS公司推出的全新均速流量探头-威力巴，使得一次源的测量精度、重复性和可靠性达到一个崭新高度。图5为威力巴气体流量计工作原理示意图。当流体流过探头时，在其前部产生一个高压分布区，高压分布区的压力略高于管道的静压。根据伯努利方程原理，流体流过探头时速度加快，在探头后部产生一个低压分布区，低压分布区的压力略低于管道的静压。流体从探头流过后在探头后部产生部分真空，并且在探头的两侧出现漩涡。均速流量探头的截面形状、表面粗糙状况和低压取压孔的位置是决定探头性能的关键因素。威力巴均速流量探头地检测到由流体的平均速度所产生的平均差压。

3.2系统组成
主要由测量管、现场二次仪表和智能流量计算机组成。
4、艾伯特气体流量计
4.1工作原理
艾伯特气体流量传感器结合了文丘里和均速管两种不同的差压技术，无需直管段要求。由流量传感器、变送器和计算仪组成。图6为艾伯特流量计工作原理及系统组成示意图。

5、现场试验
5.1试验仪表现场安装

图5、图6、图7分别是弯管气体流量计、槽道气体流量计、艾伯特气体流量计、威力巴气体流量计现场试验安装示意图。弯管气体流量计于2006年现场试验。其余三种试验仪表均在2007年同时现场试验。依据试验仪表的计量特l生，以及试验仪表现场考核的内容，分别选择了榆9站、榆l0站。
5.2试验考核内容
(1)试验仪表在高压天然气含液态物质较多、腐蚀性较大、产水量较多的情况下，天然气流量连续计量的稳定性、可靠性；

(2)试验仪表维护量小，维护操作简单；
(3)威力巴量程比宽10：1；艾伯特量程比宽65：1；
(4)对直管段不作要求的情况下计量的准确性；
(5)通过试验仪表与孔板气体流量计计量数值的比对，对试验仪表作出综合评价。
6、试验效果评价
6.1试验过程中出现的问题
(1)2006年4月12日，弯管流量计试验正式启动。试验过程中，安装在井口的弯管气体流量计，出现二次仪表差压变送器下游积液严重现象，现场差压显示浮动较大。2006年6月3日，由于频繁排液，终导致差压变送器放空阀刺漏，试验停止。
(2)2006年7月8日，现场Y42—12试验仪表处压力变送器信号电缆短路，采用就近管线上压力变送器信号。分离器2处试验仪表的温度变送器信号短路，采用下游孔板处的温度信号。
(3)槽道流量计于2009年3月5日进入试验数据录取阶段。2009年5月6日，榆9站槽道气体流量计出现间断式显示。2009年6月8日，榆10站槽道流量计出现流量间断式显示。技术人员现场维护多次，故障依然存在。
(4)2009年4月1日威力巴气体流量计现场安装组态完毕。试验数据进入数据录取阶段。2009年9月，榆10站产量降低。9月16日，榆10站计量分离器1配产4万m3此
时试验仪乏压／J、于lOOPa时，试验仪表无流量显示。
(5)2009年4月6日开始了艾伯特气体流量计的试验数据录取工作。2009年5月8日凌晨四点，艾伯特气体流量计瞬时流量显示为零，经检查差压变送器坏。2009年9月16日，艾伯特气体流量计佩戴的温度变送器进水。更换后，恢复正常。
6.2试验数据分析
6.2.1弯管气体流量计由于榆42—12井处弯管流量计未投用(榆42～12井筒冻堵)，所以实验过程中采集到的数据仅有计量分离器2处弯管流量计计量数值与孔板气体流量计计量数值。从图8可以看出：

(1)计量偏差较大图8中小偏差为-49.85％，大偏差为91.16％。
(2)孔板计量数据比较平稳，而试验仪表计量数值波动较大，且无明显的规律可循。
(3)弯管流量计计量结果高于孔板流量计计量结果。计量气量△偏差小为-0.7329万m，大△偏差为5.4425m。在现场录取的53组数据中，51组数据都为正偏差，占有率为92.6％。
(4)因生产实际，弯管流量计量程比宽性能特点无法取证。三口井的大配产量之和为4万1.13，因此，考证弯管流量计量程比宽这一性能到了试验客观条件的限制。
6.2.2槽道气体流量计

 

安装在榆9、榆l0站的槽道气体流量计，在试验开始的一个月后均出现流量问断显示的现象，因此能录取到的数据较少。图11为槽道气体流量计试验数据与孔板气体流量计计量数据比对图。从图11可以发现：
(1)槽道气体流量计计量数值出现较多“负气量”。
(2)孔板计量数据比较平稳，而试验仪表计量数值波动较大。
(3)槽道气体流量计与孔板气体流量计计量数据差值较大。
如图13所示。计量气量△偏差小为-0.5520万m3，大△偏差为15.2286m。在现场录取的53组数据中，23组数据为负数据，占录取数据的43.4％。
6.2.3威力巴气体流量计
图12为威力巴气体流量计试验数据与孔板流量计计量数据比对图。因威力巴气体流量计在差压测量小于100Pa时，试验仪表无流量显示，因此录取到的数据也不是试验过程中的全部数据。从图12可以发现：试验仪表计量数值与孔板计量数值差距较大。但从第17组数据之后可以发现，虽然试验仪表与孔板计量数值之间仍存在较大的误差，但是基本上存在一致的分布规律。

6.2.4艾伯特气体流量计

图13艾伯特气体流量计试验数据与孔板气体流量计计量数据比对图。从图13可以发现:试验仪表计量数值与孔板计量数值误差较小，并与孔板气体流量计量数值存在比较近似的分布规律。第45505165-73数据存在明显的误差，其原因是由于温度变送器进水导致，待温变恢复正常后，计量趋势又很快与孔板流量计保持一致。
6.3影响气体流量计计量准确因素分析
(1)弯管气体流量计与槽道流量计实质上均属于差压式气体流量计，区别在于采用的节流件不同。因此，还是逃脱不了导压管路积液、堵塞的现象，导致差压测量失真，终使得流量计量误差较大。
(2)弯管气体流量计与槽道气体流量计均安装在井口，天然气未经过任何处理，含液、杂质较多，是导压管路积液、堵塞的主要原因。
(3)威力巴气体流量计在选型时，试验仪表规格尺寸选择比实际较大，因此，出现了差压小于100Pa时，无流量显示的现象。
(4)艾伯特气体流量计虽然本质上也属于差压式气体流量计，但是其安装在分离器之后，天然气气质较干净，并且在差压测量上采用较光进的测量技术，因此计量数值比较理想。
6.4经济效益分析
表1为建立孔板气体流量计量系统与建立艾伯特气体流量计量系统的费用明细。从表中可以发现，艾伯特气体流量计量系统的费用要高出孔板气体流量计费用近一倍。因此，从经济效益方面考虑，艾伯特气体流量计用于榆林气田单井天然气计量还有待于考核和验证。

7、结论
由于榆林气田工艺的特点，单井高压天然气含液、油、固体杂质较多，单井产气量较小，因此给单井天然气计量仪表的选型、使用维护、准确计量等方面带来了难度。目前选用的流量计，仅限于单井的天然气流量计量，而对于单井产液量的计量还停滞不前，因此应该在考虑计量单井产气量的同时，产液量也得到准确计量。
在试验仪表的选型上，考虑近几年来的流量仪表，为合理开采油气田资源提供了准确基础数据，全面提高了榆林气田计量技术水平。