橇裝式氣液兩相混輸計(jì)量裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用

賴海濤，梁凌云，田發(fā)國(guó)，任越飛，陳龍，王惠

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗017300）

橇裝式氣液兩相混輸計(jì)量裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用

賴海濤1，2，梁凌云1，2，田發(fā)國(guó)1，2，任越飛3，陳龍3，王惠1，2

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗017300）

設(shè)計(jì)了一種橇裝式氣井井口氣液兩相混輸計(jì)量裝置，采用氣液分離法計(jì)量液量和氣量，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線計(jì)量天然氣和水產(chǎn)量，結(jié)合智能流量計(jì)，可以連續(xù)穩(wěn)定地在氣液兩相混合流動(dòng)中計(jì)量?jī)上嗨矔r(shí)和累計(jì)流量，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線系統(tǒng)上傳。該計(jì)量裝置采用氣液混輸，避免了液體外排污染環(huán)境，節(jié)能環(huán)保，同時(shí)設(shè)計(jì)為車(chē)載模式，移動(dòng)方便。通過(guò)室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該計(jì)量裝置能連續(xù)穩(wěn)定地在氣液兩相混合流動(dòng)中同時(shí)計(jì)量各相流量，平均誤差均小于±5%，滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)氣井產(chǎn)水、產(chǎn)氣量計(jì)量精度要求。

氣液混輸；兩相計(jì)量；氣井井口；撬裝式

隨著氣田開(kāi)發(fā)，產(chǎn)水井?dāng)?shù)逐步增多，為解決氣井產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量準(zhǔn)確計(jì)量問(wèn)題，摸清氣井產(chǎn)水情況，方便取準(zhǔn)氣田動(dòng)態(tài)分析資料和采取有效的排水采氣措施，設(shè)計(jì)了一種橇裝式氣井井口氣液兩相混輸計(jì)量裝置。該裝置采用氣液分離計(jì)量工藝，經(jīng)計(jì)量后氣液混輸，避免了液體外排，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)設(shè)計(jì)為車(chē)載模式，移動(dòng)方便。

1　裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1裝置結(jié)構(gòu)

氣液兩相混輸計(jì)量?jī)x主要由過(guò)濾器、氣液分離器、容積管、電動(dòng)四通閥、緩沖罐和反向穩(wěn)定裝置組成。

圖1　撬裝式氣液兩相混輸計(jì)量裝置示意圖

該計(jì)量裝置采用分離法計(jì)量，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量天然氣及液態(tài)流量，可以提供計(jì)量時(shí)的溫度、壓力等信息，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)和管理。結(jié)合智能流量計(jì)，可以連續(xù)穩(wěn)定地在氣液兩相混合流動(dòng)中計(jì)量?jī)上嗨矔r(shí)和累計(jì)流量，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線系統(tǒng)上傳。

1.2工作原理

井口流體經(jīng)小型過(guò)濾器后，流體首先進(jìn)入柱狀氣液分離器進(jìn)行氣液分離，氣體向上進(jìn)入氣路采用旋進(jìn)漩渦氣體流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量；液體經(jīng)電動(dòng)四通閥進(jìn)入容積管，推動(dòng)其中的活塞從左端向右端運(yùn)動(dòng)，活塞到達(dá)體容管右端時(shí)，觸發(fā)電感應(yīng)接近傳感器，電感應(yīng)接近傳感器發(fā)信號(hào)給四通閥電動(dòng)執(zhí)行器，執(zhí)行倒閥。倒閥后容積管出、入口調(diào)換，液體繼續(xù)推動(dòng)活塞向左端運(yùn)動(dòng)，到達(dá)左端后，完成1個(gè)工作循環(huán)（包括2個(gè)行程）在一段時(shí)間內(nèi)記錄活塞往返次數(shù)即可得出液體流量，最后液體通過(guò)反向穩(wěn)定裝置與氣路匯合，進(jìn)入輸氣管線。

1.2.1氣液分離器利用互不相容介質(zhì)間的密度差進(jìn)行分離的，一部分密度小的介質(zhì)向軸心運(yùn)動(dòng)，另一部分密度較大的介質(zhì)向邊壁外運(yùn)動(dòng)，最終分別由不同的出口排出柱狀氣液分離器而完成分離的全過(guò)程，即氣液混合流的高速切向直線運(yùn)動(dòng)在柱狀氣液分離器幾何結(jié)構(gòu)的約束下轉(zhuǎn)變成強(qiáng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在離心力的作用下，兩種混合在一起且密度不一樣的混合物中重相介質(zhì)液相沿外旋流向下運(yùn)動(dòng)至液相出口處排出；輕相介質(zhì)即氣相順內(nèi)旋流沿氣相出口排出。

1.2.2電動(dòng)四通閥電動(dòng)執(zhí)行器與閥門(mén)連接，通過(guò)控制系統(tǒng)的指令來(lái)改變切換來(lái)流體的方向。研制了聚四氟乙烯材料的閥芯，較好解決了四通閥采用鋼制閥芯內(nèi)漏較大，而內(nèi)漏量會(huì)直接導(dǎo)致液量誤差。

1.2.3容積管容積管采用與先進(jìn)的行程位移傳感器相結(jié)合，通過(guò)浮球在管內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)計(jì)算液體的總?cè)莘e流量。在研制過(guò)程中采用鎳磷度工藝解決了防腐問(wèn)題。

1.2.4反向穩(wěn)定裝置活塞及密反向穩(wěn)定器的大小尺寸設(shè)計(jì)有嚴(yán)格的要求，它的作用是緩沖氣路對(duì)液路的影響，在整流器中保持液面，防止氣體進(jìn)入液路影響計(jì)量精度。

1.2.5采集器采集系統(tǒng)是將裝置所有的儀表信號(hào)匯集到采集模塊，與電腦連接一同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的控制、采集、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)傳和通訊等功能。

設(shè)備程序配置：（1）運(yùn)行環(huán)境為Windows系統(tǒng)；（2）開(kāi)發(fā)程序?yàn)閂B6.0可視化開(kāi)發(fā)軟件；（3）Access數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3主要技術(shù)參數(shù)

測(cè)量精度：氣相±5%，液相±5%；測(cè)量范圍：氣相（0～4）×104m3/d，液相0.2 m3/d～10 m3/d；耐壓等級(jí)：6.4 MPa；電氣要求（電動(dòng)四通閥）：220 V；接口管線：DN50、DN100；環(huán)境溫度：-40℃～40℃。

表1　撬裝式氣液兩相混輸計(jì)量裝置室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2　試驗(yàn)情況

2.1室內(nèi)試驗(yàn)

從室內(nèi)試驗(yàn)選取5個(gè)流量點(diǎn)，每個(gè)流量點(diǎn)測(cè)量3次，共15組數(shù)據(jù)。室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果，其中最大誤差-3.50%，最小誤差1.96%，全部滿足液量5%的精度要求。

2.2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為有效驗(yàn)證撬裝式氣液兩相混輸計(jì)量裝置精度，開(kāi)展了氣液兩相混輸計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，利用三相分離器進(jìn)行了12井次的氣液兩相計(jì)量標(biāo)定試驗(yàn)。標(biāo)定井次中最高氣量3.75×104m3/d，最低氣量0.49×104m3/d，可滿足現(xiàn)場(chǎng)不同類(lèi)型氣井（0.2～3.0）×104m3/d氣井產(chǎn)水、產(chǎn)氣量計(jì)量需要。由表2可見(jiàn)，氣體計(jì)量平均氣量誤差為3.9%，液體計(jì)量平均氣量誤差為3.6%，滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)氣井產(chǎn)水、產(chǎn)氣量大計(jì)量精度要求。

表2　撬裝式氣液兩相混輸計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定數(shù)據(jù)

3　結(jié)論

（1）針對(duì)蘇里格氣田井間串接、帶液計(jì)量的不計(jì)量（2）通過(guò)室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，氣液兩相混輸計(jì)量裝置能夠連續(xù)穩(wěn)定地在氣液兩相混合流動(dòng)中同時(shí)計(jì)量各相流量，平均誤差小于±5%，滿足蘇里格氣田現(xiàn)場(chǎng)對(duì)氣井產(chǎn)水、產(chǎn)氣量計(jì)量精度要求。

液量的工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了氣井井口氣液兩相混輸計(jì)量裝置，可有效計(jì)量井口氣量和液量。

（3）裝置采用氣液分離計(jì)量工藝，經(jīng)計(jì)量后氣液混輸，避免了液體外排，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)設(shè)計(jì)為車(chē)載模式，移動(dòng)方便。

［1］劉祎，等.蘇里格氣田地面系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)［J］.天然氣工業(yè)，2007，27（12）：124－125.

［2］黨進(jìn)，高湘.低產(chǎn)量氣井氣、液自動(dòng)計(jì)量技術(shù)改進(jìn)［J］.油氣田地面工程，2009，28（7）：61－62.

［3］張春，張春雨，李署亮，等.蘇里格氣田單井產(chǎn)量計(jì)算方法研究［J］.天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2011，5（5）：37－39.

［4］王惠，梁博羽，王曉榮，等.TPH－03小液量氣液兩相混輸計(jì)量?jī)x［J］.石油機(jī)械，2011，39（7）：88－90.

Mounted type gas-liquid two phase mixed measuring metering design and application

LAI Haitao1，2，LIANG Lingyun1，2，TIAN Faguo1，2，REN Yuefei3，CHEN Long3，WANG Hui1，2
（1.Sulige Gasfiled Research Center of PetroChina Changqing Oilfiled Company，Xi'an Shanxi 710018，China；2.Low Permeability Oil and Gas Field Exploration and Development of National Engineering Laboratory，Xi'an Shanxi 710018，China；3.Gas Production Plant 3 of PetroChina Changqing Oilfiled Company，Wushenqi Neimenggu 017300，China）

The design of a skid mounted type gas-liquid two-phase wellhead multiphase metering device.The device adopted gas-liquid separation to measure fluid volume and gas volume，realized the real-time online measurement of gas and water production，combined with the intelligent meter，could continuous steady measure instantaneous and cumulative two phase flow，finally the data is gained via wireless system.The metering device adopted the mixed gas and liquid，avoiding the liquid polluting the environment，energy conservation and environmental protection，design for vehicle model at the same time，making it move easily. Through indoor and field test showing that the metering device can continuously steadily ingas liquid two phase mixture flow measurement of each phase flow at the same time，the average error is less than±5%，could meet the scene on gas well water production，gas production measurement accuracy requirements.

gas-liquid mixing；two phase measurement；gas well wellhead；mounted type

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.07.025

TE931.1

A

1673-5285（2015）07-0107-04

2015－06-03

賴海濤，男（1980-），2006年畢業(yè)于西南石油大學(xué)資源勘查工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事氣田開(kāi)發(fā)采氣工藝技術(shù)研究工作，郵箱：lht_cq@petrochina.com.cn。