國(guó)產(chǎn)多相流量計(jì)在海上油田的應(yīng)用

陳文林

中海石油（中國(guó)）有限公司海南分公司，中國(guó)·海南 海口 570100

1 引言

多相流量計(jì)的作用是實(shí)現(xiàn)油、氣、水三相流在不分離狀態(tài)下各相流量的實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量，在海上平臺(tái)通常與多路閥配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)單井的在線三相計(jì)量。中國(guó)南海某油田原安裝有一臺(tái)挪威ROXAR 多相流量計(jì)，多年來(lái)由于測(cè)量結(jié)果偏差較大，對(duì)作業(yè)公司生產(chǎn)優(yōu)化以及油藏管理難以提供可靠有效的數(shù)據(jù)支持。兼之技術(shù)服務(wù)費(fèi)用昂貴且缺乏及時(shí)保障，造成單井計(jì)量的困難和油藏管理的問(wèn)題，客觀上迫切需要根本的解決方案。

2 測(cè)量原理

海默多相流量計(jì)主要由文丘里流量計(jì)、流型調(diào)整器、單能伽馬傳感器、雙能伽馬傳感器以及壓力變送器、溫度變送器等輔助儀表和數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)組成。基本原理是通過(guò)確定三相流體中每一種組分的瞬時(shí)速度和截面占有率，從而確定每一組分的量。

伽馬射線通過(guò)流過(guò)管道的油、水、氣混合物時(shí)，由混合物中分子的電子和原子引起衰減，介質(zhì)組分不同衰減也不同，根據(jù)這一原理可以制造出非接觸的組分相分率測(cè)量?jī)x表。將伽馬射線源放置在管子的一側(cè)，在管子的另一側(cè)放置一個(gè)檢測(cè)探頭，這樣探頭便可檢測(cè)到射線的強(qiáng)度（計(jì)數(shù)）。

當(dāng)兩相介質(zhì)流過(guò)管道時(shí)，根據(jù)混合物相分率的不同，探頭測(cè)量的強(qiáng)度（計(jì)數(shù)）也不同，當(dāng)兩種純凈介質(zhì)分別經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)標(biāo)定后，則可以根據(jù)測(cè)得的混合物的計(jì)數(shù)按方程確定相分率。一個(gè)單能伽馬傳感器可以測(cè)量?jī)煞N流體介質(zhì)混合物的相分率。

如果設(shè)置兩個(gè)不同的伽馬射線源，就可以建立兩個(gè)方程來(lái)求得油、氣、水混合液中的相分率。由此，海默多相流量計(jì)配備了單能伽馬傳感器來(lái)測(cè)量氣液相分率，配備了雙能伽馬傳感器來(lái)測(cè)量含水率。

文丘里流量計(jì)是一種傳統(tǒng)的差壓式流量計(jì)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于濕氣計(jì)量和多相流量計(jì)量。文丘里流量計(jì)可以適用于含氣流體和粘性流體的流量測(cè)量，當(dāng)與之配套的相分率儀表測(cè)量出氣體相分率后，可以很容易地確定出液體流量[1]。

對(duì)于海默多相流量計(jì)測(cè)量原理及過(guò)程解釋如下：

①雙能伽馬傳感器測(cè)量液相的體積含水率WC。

②單能伽馬傳感器測(cè)量多相流的體積含氣率GVF，

③用文丘里流量計(jì)測(cè)量多相流的總體積流量Qt，Qt=Qg+Qo+Qw。

④測(cè)量得到GVF和WC也被用來(lái)計(jì)算多相流的混合密度，它是文丘里流量計(jì)確定體積流量時(shí)必須的參數(shù)。

⑤氣流量Qg=Qt×GVF，并且用標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積表示。

⑥總液量Ql=Qt×(1-GVF)。

⑧在多相流量計(jì)的適當(dāng)位置上安裝的溫度和壓力變送器測(cè)量溫度和壓力。

⑨流量計(jì)算機(jī)應(yīng)用PVT 模型將測(cè)得的在工況條件下的油、水和氣的流量轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)條件下的流量值。計(jì)算過(guò)程如圖1所示。

圖1 海默多相流量計(jì)測(cè)圖

3 海默多相流量計(jì)在南海某油田的應(yīng)用

根據(jù)南海某油田生產(chǎn)實(shí)際情況并考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，確定多相流量計(jì)的計(jì)量范圍應(yīng)在60～4000m3/d，精度及不確定度要求如表1所示。

表1 多相流量計(jì)精度表

由于流量范圍較大，需選擇雙液路多相流量計(jì)，當(dāng)測(cè)量大流量的時(shí)候選擇4”管路，測(cè)量小流量的井時(shí)自動(dòng)切換為2″管路。

若采用主管線（4″）測(cè)量時(shí)，被測(cè)的多相流進(jìn)入多相流量計(jì)后，首先經(jīng)過(guò)入口盲三通，轉(zhuǎn)為垂直向上流動(dòng)并通過(guò)總流量測(cè)量段，在此測(cè)量段安裝有文丘里流量計(jì)和單能伽馬傳感器，完成含氣率和總流量的測(cè)量；然后流體經(jīng)過(guò)關(guān)斷閥門(mén)并進(jìn)入下游工藝管線，在此管線上安裝有混合器和取樣器，從管線側(cè)面，取部分混合均勻的樣液進(jìn)入雙能伽馬傳感器進(jìn)行含水率測(cè)量，其余大量的三相流體從側(cè)面工藝出口排出；最后，流體在多相流量計(jì)的出口段匯合，進(jìn)入下游的工藝管線。

若采用小測(cè)量管線測(cè)量時(shí)，被測(cè)的多相流進(jìn)入多相流量計(jì)后，首先通過(guò)總流量測(cè)量段，電動(dòng)關(guān)斷閥門(mén)關(guān)閉，流體沿工藝管線進(jìn)入?。? 寸）測(cè)量管線，在測(cè)量管線安裝有文丘里流量計(jì)和單能伽馬傳感器，完成含氣率和總流量的測(cè)量，取樣進(jìn)入雙能伽馬傳感器測(cè)量含水率，最后，流體在多相流量計(jì)的出口段匯合，進(jìn)入下游的工藝管線。

溫度變送器安裝在兩條測(cè)量管線的共用工藝管線上，直接測(cè)量流體的溫度。

主管線上安裝有壓力變送器，用于測(cè)量流體的工作壓力。

在設(shè)備正常工作時(shí)，兩條液路上的各測(cè)量部件都在運(yùn)行，都有信號(hào)輸出，而DAU 將兩條液路上各部件的測(cè)量信號(hào)全部采集上去，但只有一條液路的信號(hào)參與最終的數(shù)據(jù)處理并提供測(cè)量結(jié)果。兩條測(cè)量管線的切換是基于關(guān)斷閥門(mén)的開(kāi)關(guān)位置：當(dāng)關(guān)斷閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，軟件系統(tǒng)采用4″液路測(cè)量部件進(jìn)行流量及GVF 的相關(guān)測(cè)量和運(yùn)算；而當(dāng)關(guān)斷閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，軟件系統(tǒng)則采用2″液路測(cè)量部件進(jìn)行流量及GVF的相關(guān)測(cè)量和運(yùn)算[2]。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

國(guó)產(chǎn)海默多相流量計(jì)與進(jìn)口原ROXAR 品牌多相流量計(jì)安裝使用及維護(hù)費(fèi)用對(duì)比如表2所示。

表2 流量計(jì)費(fèi)用對(duì)比

由上表可以看出國(guó)產(chǎn)多相流量計(jì)不僅在項(xiàng)目初始投資上要比進(jìn)口流量計(jì)節(jié)約33%的費(fèi)用，在后期維護(hù)上也具有明顯優(yōu)勢(shì)。按每次服務(wù)10 天計(jì)算，進(jìn)口流量計(jì)的服務(wù)費(fèi)用為94200 元，而國(guó)產(chǎn)多相流量計(jì)服務(wù)費(fèi)僅為15000 元，大大節(jié)省了維護(hù)成本。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這次國(guó)產(chǎn)化優(yōu)化改造，成功解決原進(jìn)口多相流量計(jì)計(jì)量結(jié)果偏差較大的問(wèn)題，為油田生產(chǎn)調(diào)整提供了可靠依據(jù)，同時(shí)在經(jīng)濟(jì)性角度也大大節(jié)約了維護(hù)保養(yǎng)成本，為類(lèi)似設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化提供了參考依據(jù)[3]。