多相流量計技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用

萬里(中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司,北京100085)

黃華倫(北京興油工程項目管理有限公司,北京100085)

管柱式氣液旋流分離器應(yīng)用的是GLCC（Gas-Liquid Cylin?drical Cyclone）氣液柱狀旋流分離技術(shù)，利用氣液密度差在豎直管道中形成離心原理使氣液分離，是一種簡單高效的氣液分離技術(shù)。以GLCC分離技術(shù)為基礎(chǔ)的產(chǎn)品，能有效解決油氣水產(chǎn)量計量、氣液分離、段塞流處理等技術(shù)難題。本次使用的管柱式氣液旋流分離器位于多井匯聚的集輸站平臺上,共7口單井涵蓋3個油藏，基本包含了油田的主要產(chǎn)能油藏。

管柱式氣液旋流分離器相對傳統(tǒng)測試分離器來說具有小型化、計量回路簡單、重量輕、分離時間短、橇裝移動靈活等優(yōu)勢，對現(xiàn)階段控制成本提高采油效率的油田運營來說有著更大的優(yōu)勢。

1 管柱式氣液旋流分離器的分離原理

如圖1所示，根據(jù)分離過程中各階段實現(xiàn)的功能，由一個傾角向下的管道從切線方向與一個垂直的管道相連,既沒有可移動部件,也無需內(nèi)部裝置,氣體和液體分離后分別從直管的頂部和底部排出,氣液相混合物是由旋流轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力以及重力進(jìn)行分離,形成一個倒圓錐型的渦流面,從而實現(xiàn)油井產(chǎn)出物的氣液分離。

圖1

整個分離過程，通過氣相及液相管路所配的自動調(diào)節(jié)閥，采用優(yōu)化控制方案，保證分離器的液位處于最佳,從而使系統(tǒng)穩(wěn)定,分離效果好,以便提高計量準(zhǔn)確度。同時，配置在液相管路中的自動調(diào)節(jié)閥通過PID調(diào)節(jié)，控制分離器的液位，并輸出一個開度反饋信號，傳送給氣相管路中的自動調(diào)節(jié)閥控制器，作為該控制器的輸入值控制氣相自動調(diào)節(jié)閥的開度，輔助液相自動調(diào)節(jié)閥對液位的控制，而壓力傳感器的信號輸入到氣相自動調(diào)節(jié)閥控制器，作為壓力高自動連鎖保護(hù)。圖2是管柱式氣液旋流分離器的控制原理示意圖。

圖2

2 產(chǎn)品應(yīng)用

管柱式氣液旋流分離器分離計量橇應(yīng)用于集輸站多井切換和聯(lián)合計量，實現(xiàn)產(chǎn)量計量、生產(chǎn)動態(tài)監(jiān)測等，如圖3所示。在橇內(nèi)同時集成了在線式含水率分析儀，可以實時地監(jiān)測含水率的變化，用于油藏精細(xì)化管理和今后數(shù)字化油田對單井含水率變化的實時監(jiān)測。

對于多相流所需要輸入的參數(shù)有油、氣、水三者的工況密度，設(shè)備本身直接測量的數(shù)據(jù)是液相的混合流量、氣相流量、含水率。經(jīng)過套用Black oil模型進(jìn)行PVT計算得出油、氣、水三者的流量。

國際上對多相流計量的油氣水三相計量不確定度的通用指標(biāo)一般是10%以內(nèi)，本次與測試分離器及勘探開發(fā)數(shù)據(jù)的對比，其油氣水三相的計量不確定度在設(shè)計條件下，通過高效分離和精確的補償算法，可以持續(xù)控制在8%以內(nèi)；含水率的誤差在5%以內(nèi)。

圖3

以下是單井的對比測試結(jié)果。

管柱式氣液旋流分離器氣相及液相均采用質(zhì)量流量計，由于是對混合流體的持續(xù)計量，穩(wěn)定時間在半小時內(nèi)，所以每口單井的計量時間投運后可大幅度的縮減。同時，使用該裝置后相對傳統(tǒng)分離器能使壓損降低0.15 MPa-0.2MPa。如果應(yīng)用在原油外輸環(huán)節(jié)也可以降低外輸泵功率,減少了電能的消耗。管柱式分離器的結(jié)構(gòu)特點避免了氣串液路和液串氣路,管線沒有堵塞現(xiàn)象,基本不需要排污處理,有效的減少了環(huán)境污染。對于現(xiàn)場實際工況，可根據(jù)變化調(diào)整模型算法，便于更加適應(yīng)實際需求。這一點對于油藏分析以及及時調(diào)整生產(chǎn)計劃有著積極的作用。

從對比測試結(jié)果可以看出：氣相不確定度≤7%，液相不確定度≤10%，含水率由于現(xiàn)階段基本趨近于1%，所有含水分析儀所帶入計算的值為實驗室提供，氣液比≤5%。基本滿足生產(chǎn)單位對多相流測試的要求。

3 結(jié)語

管柱式氣液旋流分離器計量裝置應(yīng)用于高產(chǎn)油田。作為比對測試階段，此橇裝多相流量計基本滿足實際生產(chǎn)需要，體積和維護(hù)方面有著明顯優(yōu)化提升，日常使用無需排污，計量時間短。尤其方便了在中東沙漠環(huán)境下的人員操作，提高計量效率。

多相流計量技術(shù)在中東油田的成功開發(fā)應(yīng)用,實現(xiàn)了單井連續(xù)計量和分線連續(xù)計量,改善了傳統(tǒng)測試分離器計量方法的間斷性和不準(zhǔn)確性,彌補了小體積分離計量準(zhǔn)確度差的不足，達(dá)到了規(guī)范要求的計量精度,完善了石油多相流混相輸送工藝技術(shù),通過對比測試，達(dá)到了油氣田集輸規(guī)范規(guī)定的單井油氣水計量準(zhǔn)確度≤±10%的要求，為整個油田的產(chǎn)能精細(xì)化管理邁出了堅實的一步。