GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)在海洋工程中的應(yīng)用

桑英春，郭 璽

（中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司海工事業(yè)部，山東青島 266555)

GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)在海洋工程中的應(yīng)用

桑英春，郭 璽

（中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司海工事業(yè)部，山東青島 266555)

GLCC（柱狀旋流式氣—液分離器）多相流量計(jì)系統(tǒng)是一種新型的計(jì)量設(shè)備，在海洋工程的應(yīng)用中它有著體積小、重量輕、計(jì)量效果好及安全性高等優(yōu)勢(shì)。文章結(jié)合GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)在冀東油田NP1-29項(xiàng)目中的應(yīng)用情況，介紹了GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)的原理、組成、功能特點(diǎn)，并分析了GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)在海洋平臺(tái)上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

多相流量計(jì)；柱狀旋流式氣—液分離器；海洋工程

0 引言

在海上平臺(tái)多井油氣生產(chǎn)處理設(shè)施中，均設(shè)置一個(gè)測(cè)試分離器，以定期測(cè)定每個(gè)油氣井的油、氣、水的含量，以便合理進(jìn)行配產(chǎn)。我們一般稱完成油、氣、水三相流量測(cè)量的系統(tǒng)為多相流量計(jì)系統(tǒng)。

本文介紹的GLCC（Gas-Liquid Cylindrical Cyclone柱狀旋流式氣—液分離器）多相流量計(jì)系統(tǒng)是基于GLCC原理設(shè)計(jì)的。其在海洋平臺(tái)的應(yīng)用中有著體積小、重量輕、計(jì)量效果好及安全性高等優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于氣液比波動(dòng)大的特殊工況有著其他多相流量計(jì)無可比擬的優(yōu)勢(shì)，是適合在海洋工程中推廣使用的計(jì)量設(shè)備。

1 多相流量計(jì)的發(fā)展

海洋平臺(tái)上應(yīng)用的多相流量計(jì)，最早是利用臥式三相分離器進(jìn)行油、氣、水的三相分離，再分別對(duì)每相流量進(jìn)行測(cè)量。后來將三相分離器改進(jìn)為立式氣液兩相分離器，分別測(cè)量氣液兩相流量，再通過含水分析儀計(jì)算出油、水的產(chǎn)量。由于都使用了傳統(tǒng)分離器，這些多相流量計(jì)設(shè)備往往體積大，重量大，投資高，系統(tǒng)控制復(fù)雜。

還有一種多相流量計(jì)是在井液不分離的情況下，通過對(duì)一些流體參數(shù)的測(cè)量給出三相流的油、水、氣流量。其基本原理是通過確定每一種組分的瞬時(shí)速度和截面占有率來確定每一組分的量。此種流量計(jì)雖然有體積小，重量輕，投資少的優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量相分率需要用到放射源，增加了危險(xiǎn)性，其組合測(cè)量方法也影響了系統(tǒng)計(jì)量的不確定度，最主要的是由于測(cè)量中沒有實(shí)現(xiàn)氣液分離，高含氣率會(huì)對(duì)計(jì)量的結(jié)果產(chǎn)生很大影響。

GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)基于GLCC柱狀旋流式氣—液分離器原理，完全克服了傳統(tǒng)分離器體積、重量大的缺點(diǎn)，同時(shí)又具有較大的氣液比跨度、測(cè)量精度高、無放射源等優(yōu)點(diǎn)，非常適合海洋平臺(tái)的應(yīng)用環(huán)境。其在NP1-29項(xiàng)目應(yīng)用中取得很好的效果。

2 NP1-29項(xiàng)目GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)測(cè)量原理

GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)通過分離器對(duì)上游的兩相流進(jìn)行氣液分離，然后采用單相流儀表對(duì)氣、液分別進(jìn)行計(jì)量，并通過含水分析儀計(jì)算出油、水的產(chǎn)量及累積量，從而達(dá)到單井監(jiān)測(cè)的功能。其測(cè)量原理如圖1所示。

2.2 GLCC分離器工作原理

GLCC分離器工作原理如圖2所示，分離器由傾角向下的管道沿特定角度的切線方向與鉛垂管道相連，多相流經(jīng)入口段預(yù)分離后進(jìn)入主分離器。在主分離器中，由于離心力、重力和浮力的作用形成一個(gè)倒圓錐型的渦流面。密度大的液相沿鉛垂管道的管壁流到分離器底部，密度小的氣相沿渦旋的中央上升至渦面并流至分離器頂部，最終氣相和液相分別從分離器的頂部和底部排出。并通過控制閥調(diào)整液位和壓力，實(shí)現(xiàn)兩相充分分離。

2.3 多相流量計(jì)系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)裝置由三大部分組成：GLCC氣液兩相分離器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和計(jì)量系統(tǒng)。具體設(shè)備如表1所示。

表1 NPL29A項(xiàng)目多相流量計(jì)系統(tǒng)組成

2.4 工藝流程說明

多相流量計(jì)系統(tǒng)工藝流程如圖3所示。油氣水多相流經(jīng)多路選擇閥切換，由多相流量計(jì)入口進(jìn)入GLCC高效分離器，通過旋流將氣、液兩相完全分離；GCV（Gas Control Valve氣相控制閥）和LCV（Liquid Control Valve液相控制閥）通過 “優(yōu)化控制”方法控制GLCC內(nèi)液位，使其保持恒定。分離后的氣液兩相通過氣相和液相流量計(jì)分別計(jì)量，根據(jù)質(zhì)量流量計(jì)的密度輸出數(shù)據(jù)，通過計(jì)算可以得到液相中的含水率，從而計(jì)算出油氣水三相流量。

2.5 GLCC控制描述

在一般情況下，系統(tǒng)的控制由 “優(yōu)化控制”實(shí)現(xiàn)。默賽公司 （MSI）針對(duì)GLCC專門開發(fā)了一種優(yōu)化控制方法，在實(shí)現(xiàn)高效控制的基礎(chǔ)上，能夠盡量減少控制閥壓力的波動(dòng)頻率，從而提高調(diào)節(jié)閥的使用壽命。但為了防止壓力可能偶爾超出設(shè)定范圍，我們?cè)黾恿藟毫刂颇K，如圖4所示。

圖4GLCC壓力控制框

當(dāng)壓力處于正常范圍時(shí)，為優(yōu)化控制模式；當(dāng)壓力超出正常范圍時(shí)，氣路上的控制閥將切換到整體控制模式，即當(dāng)壓力超出正常范圍時(shí)，氣路控制閥將不再以液位控制為優(yōu)先，而是以壓力控制為優(yōu)先。這樣壓力將迅速穩(wěn)定至正常水平。

2.6 系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格

（1）NP1-29項(xiàng)目GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)處理能力如表2所示。

表2 NP1-29項(xiàng)目GLCC多相流量計(jì)處理能力

（2）NP1-29項(xiàng)目GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)操作工況如表3所示。

表3 NP1-29項(xiàng)目GLCC多相流量計(jì)操作工況

（3）系統(tǒng)計(jì)量不確定度：總氣體流量 （標(biāo)況）<5%；總液體流量<5%；含水率<0.2%。

2.7 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）體積小，計(jì)量實(shí)時(shí)在線。

（2）無放射源元件。

（3）應(yīng)用范圍寬，對(duì)于氣液比跨度較大的工況，具有其他多相流量計(jì)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

（4）計(jì)量準(zhǔn)確度高。

（5）全自動(dòng)無人值守。

（6）不需參照下游產(chǎn)量調(diào)整參數(shù)。

3 應(yīng)用分析

在NP1-29項(xiàng)目中，GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)使用GLCC高效兩相分離器代替?zhèn)鹘y(tǒng)三相分離器。GLCC分離器相比傳統(tǒng)分離器大大縮小了分離器的體積和重量，進(jìn)而縮小了多相流量計(jì)的體積和重量，節(jié)省了平臺(tái)的空間，同時(shí)也簡(jiǎn)化了儀表控制回路。而且因氣液在GLCC中分離時(shí)間短，減少了井液的停留時(shí)間，從而縮短了測(cè)試時(shí)間，提高了測(cè)試的效率。這對(duì)簡(jiǎn)化平臺(tái)中控系統(tǒng)、提高平臺(tái)運(yùn)行效率和穩(wěn)定性有很大幫助。

近年來，海洋平臺(tái)事故較多，其主要原因是海洋環(huán)境惡劣和多變，這就要求平臺(tái)上的設(shè)備安全系數(shù)盡可能高，穩(wěn)定性好。由于GLCC多相流量計(jì)使用容器分離測(cè)量技術(shù)，沒有放射源的使用，這不僅降低了施工難度，也大大提高了施工和生產(chǎn)安全性。

在海洋工程中，油田開發(fā)設(shè)計(jì)相對(duì)于陸地上有一定難度，很有可能出現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際值相差很大的情況。GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)通過優(yōu)化控制較好地控制了GLCC分離器中的液位，減少了氣液波動(dòng)對(duì)計(jì)量的干擾，不僅提高了測(cè)量精度，同時(shí)增強(qiáng)了對(duì)氣液比跨度較大工況的適應(yīng)能力。這有效地縮小了NP1-29項(xiàng)目設(shè)計(jì)值與實(shí)際值的差距，避免了計(jì)量設(shè)備二次改造，創(chuàng)造了很高的經(jīng)濟(jì)效益。

GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)自動(dòng)化程度很高，能很好地并入平臺(tái)控制系統(tǒng)中。其在NP1-29平臺(tái)的成功應(yīng)用為今后的平臺(tái)設(shè)計(jì)提供了參考。

4 結(jié)束語(yǔ)

GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)是一種體積小、計(jì)量準(zhǔn)、安全性高、適應(yīng)性強(qiáng)的新型計(jì)量設(shè)備。通過GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)在NP1-29項(xiàng)目中的成功應(yīng)用，證明了其在海洋平臺(tái)領(lǐng)域的適用性，隨著海洋石油工程的發(fā)展，GLCC多相流量計(jì)系統(tǒng)必將得到更多的應(yīng)用和發(fā)展。

[1]Optimal Control Strategy and Experimental Investigation of Gas-Liquid Compact Separators，SPE 63120.[A].SPE 14th Annual Meeting[C].Dallas，USA：SPE，2000.

[2]API-1989，12J SPECIFICATION FOR OIL AND GAS SEPARATOR[S].

[3]SY/T 0515-1997,油氣分離器設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]潘兆波，賀公安.多相流量計(jì)的發(fā)展與應(yīng)用[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2006，22（9）：53-54.

Application of GLCC Multiphase Flowmeter System in Offshore Engineering

SANG Ying-chun（Offshore Engineering Fabrication&Construction Division of China National Petroleum Offshore Engineering Co.,Ltd.,Qingdao 266555,China）,GUO Xi

Gas-liquid cylindrical cyclone separator（GLCC） multiphase flowmeter system is a new type of metering device which has advantages such as small volume,light,good metering effect and high safety.Based on the application practice of GLCC multiphase flowmeter system in NP1-29 project of Jidong Oilfield,this paper describes the principle,configuration and functions of the system and analyzes its predominance in application to offshore platforms.

multiphase flowmeter;gas-liquid cylindrical cyclone separator （GLCC）;offshore engineering中—英譯者 陳國(guó)祥 Translated by CHEN Guo－xiang

TE863.1

B

1001－2206（2011）增刊－0094－03

桑英春 （1985-），男，遼寧瓦房店人，助理工程師，2008年畢業(yè)于大連理工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事儀表加工設(shè)計(jì)工作。

2011-08-23