關于海上油氣田油氣計量的探討

岳美榮

（中國海洋石油總公司節能減排監測中心，天津，300452）

1 引言

海上油氣田既是能源開發生產企業，也是耗能大戶。油氣計量方法的正確與計量數據的準確尤為重要，是油氣田生產管理和內外交接的基礎，是分析海上油氣田是否經濟、高效的開發依據之一。

2 海上油氣田生產特點及油氣計量分類

2.1 海上油氣田生產特點

海上油氣田的生產是在海洋平臺上或其它海上生產設施上進行，通過油氣采集系統將海底油（氣）藏中的原油或天然氣開采出來，通過油氣水初步分離與加工，短期的儲存，裝船運輸或經海管外輸。主要產生原油、天然氣等能源。

海上油氣田要求其生產設施應適應惡劣的海況和海洋環境的要求，還要滿足安全生產和海洋環境保護的要求；由于海上油氣田空間有限，平臺上的設備更緊湊、自動化程度更高；由于遠離陸地，海上油氣田配有獨立的發電/配電系統，自產能源作為發電機組燃料，為海上生產設施提供動力。

2.2 海上油氣田油氣計量分類

根據海上油氣田生產特點，油氣計量主要分為：原油計量、天然氣計量。原油計量又分為原油單井計量、處理后含水原油計量和合格原油計量；天然氣計量又分為天然氣單井計量、伴生氣計量和合格天然氣計量。需要配備的油氣計量器具主要包括：油流量計、氣體流量計、溫度儀表、壓力儀表等。

3 海上油氣田油氣計量方法

3.1 原油計量

海上油氣田原油計量主要有從井口采出液（油、氣、水混和物），經過簡單處理的含水原油，經過油氣處理后外輸的合格原油，油氣田電站消耗的原油等。

1.原油單井計量

在原油開采過程中，為了確定各油井原油、天然氣產量，了解地層油氣含量，需要對油井產出液進行連續計量并提供實時計量數據，以優化生產參數，提高采收率。原油單井計量方法主要采用傳統的計量分離器方法和多相流量計方法。

（1）計量分離器方法

海上油氣田由于空間有限，不能對每口油井進行連續計量，因此多采用計量分離與生產分離器相接合的方式。計量分離器根據分離器功能分為兩相分離器和三相分離器；按照流體流動方向和安裝形式分為臥式分離器和立式分離器。臥室分離器海上平臺多以分離效果好的臥室分離器為主。典型的三相臥式和立式分離器基本結構如圖1和圖2所示。

圖1 三相臥式分離器結構圖

圖2 三項立式分離器結構圖

氣液混合流體經氣液進口進入分離器進行基本相分離，氣體進入氣體通道通過整流和重力沉降，分離出液滴；液體進入液體空間分離出氣泡，同時在重力條件下，油向上流動，水向下流動得以油水分離，氣體在離開分離器之前經捕霧器除去小液滴后從出氣口流出，油從頂部經過溢流隔板進入油槽并從出油口流出，水從排水口流出。分離出來的油、氣、水再分別計量，油主要使用渦輪流量計、刮板流量計和質量流量計，氣體使用孔板流量計。

油井生產的原油雖經分離器處理后進行計量，但計算出的產量受溫度、壓力、含水等因素的影響，需要進行校正。標準狀況下的單井產量可通過式（1）計算得出。

式中：

q0——標準狀態下的油體積流量，m3/h；

qc——測試狀態下的油體積流量，m3/h；

fM——流量計校正系數；

fc——壓縮系數，由測試分離器的壓力和15℃時的原油相對密度查圖得到；

fw——含水校正系數，通過1-f′w（測試周期內的平均含水率）得到；

ft——溫度校正系數，由測試時的取樣溫度和15℃時的原油相對密度查ASTM TABLE 54A表得到。

（2）多相流量計計量方法

多相計量是在沒有預分離的情況下，對油井產出液中的油、氣、水三相計量。在目前新油田的開發中，由于多相流量計可實現連續、實時在線測量，結構緊湊、占用空間小，投資少、操作維護少，節能等特點，其逐步作為首選的油井計量方法來考慮，并使其在未來逐步替代傳統的兩相、三相計量分離器成為可能性。

多相流量計通常采用各相不分離計量和分離計量兩種方式。

不分離計量方式即不需要分離即可對管道中的多相流量與相分率進行測量，例如：Fluenta MPFM1900、Framo流量計、Kongsherg MCF-351等都是采用此種方式。不分離計量多相流量計結構如圖3所示。

圖3 不分離式多相流量計結構圖

分離式多相流計量是對多相流進行全部或部分分離，然后再利用較成熟的儀表分別計量,然后再混合在一起。該方法可以將測量流型和測量參數限制在相對變化較小的范圍內，從而保證或提高多相流測量系統的測量范圍和測量準確度。例如：美國Agar的MPFM-400型、Texeco SMS、蘭州海默的MPM2000H、Chervron GLCC是典型的分離式多相流量計。結構圖如圖4所示。

圖4 分離式多相流量計結構圖

2.原油計量

海上油氣田根據其特點生產的原油部分油氣田就地銷售，部分油田處理后的含水原油或完全處理后的合格原油通過管道輸送到陸地終端進一步處理后再進行銷售。伴生氣量少的油田需要消耗部分自產原油，作為原油發電機發電燃料使用。

（1）原油計量用流量計

海上原油計量使用的流量計有：刮板流量計、渦輪流量計、質量流量計、差壓式流量計。各種流量計的特點及適用條件如表1所示。

序號 類別 優點 缺點 適用條件1刮板流量計●性能穩定●計量準確●易于維護●結構復雜、龐大笨重●固體顆粒雜質易卡堵●不適應低黏度流體適用于高粘度原油，多用于原油外輸計量2渦輪流量計●精度高●動態性能好●使用范圍寬●抗干擾能力強●流體物性變化影響計量準確性●安裝要求高適用于中、低黏度原油，多用于原油銷售計量3直接式質量流量計●壓損大●只能用于較小管徑●對外界振動干擾敏感適用于中小流量、小管徑4間接式●可直接測量質量流量●不受物理參數變化、流態的影響●可靠性高●測量范圍寬●適用于各種介質●可用于較大管徑場所●結構復雜●計量準確度低適用于中大流量、中大管徑5差壓流量計●結構簡單●可靠性高●使用壽命長●測量范圍窄●安裝條件要求高●壓損較大適用于各類介質，幾乎能測量到各種工況下的流量。

（2）原油計量方法

原油流量計在計量過程中受原油溫度、輸油壓力、原油密度、原油黏度等因素的影響，原油的物理性質隨溫度和壓力的變化要發生一定變化。當原油以流量計進行計量時,由于溫度、壓力、黏度等因素的變化均會影響原油的體積。其中溫度是流量計計量中影響最大的一個參數。

海上油氣田原油計量方法主要為動態計量。用流量計測量工況下的原油體計量，人工或自動取樣測定出原油密度和含水，人工或自動讀取工況壓力、溫度過，對原油體積進行壓力、溫度修正，換算成標準狀態下的體積量，在測量出密度，計算出原油的凈質量。工況下的流量、密度、含水、壓力、溫度等參數都應實時測量。由流量計算機自動計算出原油量。如果使用質量流量計可直接測量出原油質量。

用于原油銷售的流量計在使用前后，應分別進行在線實液標定，確定流量計系數及精度，使流量計滿足貿易結算的使用要求。

3.2 天然氣計量

海上氣田生產的天然氣在海上平臺進行脫水和增壓后通過海底管道輸送到陸地終端進行處理合格后就地銷售。海上油田生產的伴生氣利用的經濟性一般有以下幾種解決方式：

●經海上平臺進行處理后與原油混輸到陸地終端進行進一步處理合格后銷售；

●經處理合格后用于油田透平發電機發電或燃氣鍋爐供熱，富裕部分如有條件通過海底天然氣管網輸送到其他油氣田利用；

●通過火炬燃燒放空。

1.天然氣計量用流量計

海上油氣田天然氣計量使用的流量計主要包括：孔板流量計、渦輪流量計、超聲波氣體流量計。各種流量計的特點及適用條件如表2所示。

表2 海上油氣田天然氣計量流量計特點及適用條件

2.天然氣計量方法

使用不同的流量計，天然氣計量方法不同。

（1）孔板流量計天然氣計量方法

孔板流量計測量原理：天然氣流經節流裝置時，流速在孔板處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，在孔板前后產生靜壓壓差，氣流的流速越大，孔板前后產生的差壓越大，從而可通過測量差壓來衡量天然氣流經節流裝置的流量大小。

天然氣量可通過式（2）計算得出：

式中：

qn——標準狀態下的天然氣體積流量，m3/h；

c——流出系數；

E——漸近速度系數；

d——工況下孔板內徑，mm；

FG——相對密度系數；

ε——可膨脹系數；

FZ——超壓縮因子；

FT——流動溫度系數；

p1——孔板上游側取壓孔氣流絕對靜壓，MPa；

Δp——氣流流經孔板時產生的差壓，Pa。

對工況變化、準確度要求高的場所則需配置壓力計（傳感器或變送器）、溫度計（傳感器或變送器）、流量計算機，組分不穩定時還需要配置在線密度計（或色譜儀）等。

（2）渦輪流量計天然氣計量方法

渦輪流量計測量原理：流動流體的動力驅動渦輪葉片旋轉，其旋轉速度與體積流量近似成比例，通過流量計的體積流量示值是以渦輪葉輪轉數為基準的。

天然氣量可通過式（3）計算得出：

式中：

qn——標準狀態下的天然氣體積流量，m3/h；

q——工況下天然氣體積流量，m3/h；

P——工況下壓力，Pa；

T——工況下溫度，K；

Pn——標準狀態壓力，Pa；

Tn——標準狀態溫度，K；

Z——工況下天然氣壓縮因子，根據天然氣組分、溫度、壓力、相對密度等參數參考AGA8或其他壓縮因子計算公式迭代計算得出；

Zn——標準狀態下天然氣壓縮因子，約為1。

4 海上油氣田油氣計量存在的問題及建議

4.1 合理選擇計量儀表

海上油氣田由于其生產特點，所計量的介質物性、流態差異大、變化大。在計量儀表選型時，特別是流量計量儀表，當工況發生變化時應及時調整量程和相關參數。

4.2 加強能源計量管理工作

海上油氣田應從計量規范管理的角度出發，在合理配備計量管理人員、完善的計量管理制度、計量器具規范管理、計量網絡建立等方面進一步加強。

4.3 加強計量儀表的檢定、校準工作

海上油氣田涉及到外輸及交接貿易的計量儀表都按照國家檢定、校準規程定期進行檢定或校準，卻往往忽略了生產流程中的、油氣自耗量計量用的計量儀表的檢定或校準。應該嚴格按照計量檢定規程和國家的計量法規、標準進行定期檢定、校準或自校準。確保計量儀表的準確。

4.4 嘗試采用新技術、新方法

由于海上油氣田生產的復雜性，在可回收油氣計量、火炬燃燒放空天然氣量計量等方面還比較薄弱；在單井計量方面還大多采用常規的計量分離器。建議加強對新技術、新方法的了解和收集，嘗試新型多相流測量技術、超聲波測量技術的應用。

4.5 在ODP設計階段，提出油氣計量器具配備的要求

海上油氣田在ODP設計階段，嚴格按照國家計量法及相關標準的要求提出油氣計量器具的配備要求。

5 結束語

海上油氣田油氣計量雖然具有自動化程度高、計量儀表比較先進等特點，但合理確定油氣計量方法、合理選擇油氣計量儀表是確保油氣計量數據準確的前提和關鍵。另外，對油氣計量儀表后期的維護和定期的檢定或校準是油氣計量數據準確的保障。

[1]《海上采油工程手冊》編寫組.《海上采油工程手冊》.石油工業出版社，2011年.

[2]《海洋石油工程設計指南》編委會.《海洋石油工程設計指南》.石油工業出版社，2007年6月.

[3]王文良.《石油計量及檢測技術概論》.石油工業出版社，2009年1月.

[4]宋艾玲，梁光川.天然氣流量計量現狀與發展.《石油工業技術監督》，2006年03期.

[5]趙丹，賈明鑫，張小鋼，魏麗.多相流量計在海洋石油工程中的應用.《第十四屆中國海洋 （岸）工程學術討論會論文集（下冊）》，2009年.