淺析CO2注入系統計量方法

高圣宏（大慶榆樹林油田開發有限責任公司，黑龍江 大慶 163000）

淺析CO2注入系統計量方法

高圣宏（大慶榆樹林油田開發有限責任公司，黑龍江 大慶 163000）

Y油田從2008年開始CO2驅提高采收率的先導性礦場試驗研究，試驗效果較好，目前已進入工業化應用階段。截止目前為止CO2累計總注入量為17萬t。CO2注入量的計量準確與否，直接關系到開發效果、方案調整及后期的評價，所以CO2注入量的精準計量尤為重要。不同相態下的CO2需要與其特性相適應的計量方法，才能實現準確計量。低壓液態CO2，宜選用內部結構簡單，本身產生節流和壓降較小的流量計，如差壓式流量計；高壓液態CO2，可選用適合于液態計量的流量計，如浮子流量計或者漩渦流量計；超臨界態的CO2，應盡量控制工況條件、避開邊界線，可以使計量變的簡單。

CO2計量;相態;埋存

1 CO2驅的工藝概況

Y油田的CO2驅油試驗從開始先導性礦場實驗開始，到目前的工業化應用階段，地面配套工藝共經歷了三次突破性的變革，而最終形成一套比較成熟的CO2注入、采出集輸處理工藝。

初期先導性試驗，注入采用外購液態CO2經罐車拉運至井場，注入泵車高壓液相的方式，采出液集輸采用單井架罐拉油；后期擴大礦場試驗規模后，外來氣態CO2經過氨制冷工藝液化后，經柱塞泵集中高壓液相注入，采出液的集輸工藝采用單井架罐拉油；工業化應用階段，采出液集輸系統實現密閉集輸，待采出氣達到回收規模，將摻混純CO2進行混相注入。

2 不同工況及相態下CO2特性

根據CO2相態圖及礦場試驗的工藝特點，可以將CO2分為四種不同的工況。在CO2溫度與壓力關系的相態圖中有兩個的關鍵點，一個為三相點，一個為臨界點。三相點溫度為-56.6℃，壓力為0.535MPa，該點處CO2可以氣態、液態、固態三種相態共存。臨界點溫度為31.1℃，壓力為7.38 MPa，當溫度與壓力均大于臨界值時，CO2處于超臨界狀態。

2.1 氣相

CO2溫度大于-78.5℃時，氣相壓力曲線下方區域，該工況下的CO2屬于常規氣體，氣體的密度會隨溫度和壓力的變化而變化，在一定的溫度和壓力下，特性比較穩定，具有穩定的密度。

2.2 低壓液相

CO2溫度大于-56.6℃，壓力大于0.535MPa，低于7.38MPa的區域，該工況下的CO2屬于低壓液相區，該工況下的CO2物理性質并不穩定，密度隨溫度和壓力參數的變化產生較大的變化，并且隨著流動狀態、壓力、溫度參數變化，可在在氣相和液相之間相互轉化。

2.3 高壓液相

CO2溫度小于31.1℃，壓力大于7.38MPa的區域，該工況下的CO2屬于穩定單一的液相區，該工況下的CO2物理性質比較穩定，在同一溫度和壓力條件下，相態穩定，密度一定。

2.4 超臨界態

CO2溫度大于31.1℃，壓力大于7.38MPa的區域，該工況下的CO2屬于超臨界態，可以理解為超過臨界壓力和溫度的高壓液體又被升溫，抑或超過臨界溫度和壓力后的高溫氣體又被加壓，所以超臨界狀態的CO2具有氣體和液體兩相特征，如氣體擴張性、液體溶解性和超低的表面張力。

3 礦場試驗中CO2計量方法的適應性分析

3.1 原料氣的測量

原料氣為氣體CO2，設計壓力為2.7MPa，設計溫度范圍為2～5℃；實際運行壓力為2.2MPa左右，溫度為4℃左右,完全在設計范圍內。該工況下的CO2屬于穩定的氣體，密度約為4.3g/l，可選用渦街流量計，旋進漩渦流量計，渦輪流量計等測量氣體的流量計，需要依據實際運行工況參數校正流量即可。

3.2 液化后去儲罐的成品CO2計量

液化后成品氣的設計壓力范圍為其壓力設計范圍為2.0～2.3MPa，溫度設計范圍為左右-20～-14℃。該工況下的液態二氧化碳屬于飽和態，在一定的溫度和壓力下，處于氣液兩相平衡狀態。但是，當有升溫或者降壓時，液相就會向氣相轉換；當有降溫或升壓時，氣相就會向液相轉換。在這種工況下，處于的流動狀態的介質中一定有氣泡存在，當介質經過管線彎頭，大小頭，或流量計本身時，氣泡量都會增加，泡狀流會影響測量的準確性。這種情況下，可以采用保冷的方式，降低升溫，來減小氣泡帶來的測量誤差。

在-17℃，液態CO2的飽和蒸汽壓為2.1MPa。考慮到解析氣和溶解氣泡的存在，應該選用本身對介質產生節流壓降或溫升作用小的流量計，避免產生更多的氣泡，導致測量值偏大，精確計量困難。該工況下推薦選用差壓式流量計，如彎管、文丘里管流量計，還有間接式的速度流量計，如超聲波流量計。

3.3 高壓柱塞泵后的液態CO2計量

成品液態CO2經高壓柱塞泵升壓后，再經過單井的注入閥組回注地層。單井注入的流量計設置在單井注入閥組。高壓柱塞泵出口實際運行壓力在21～23 MPa范圍內，溫度在-8℃左右。該工況下的液態CO2屬于第三種高壓液相態。該工況下的液態CO2的粘度、流動性等特性與水類似，密度稍大于水，一般使用除了電磁流量計外其它測量液體的流量計，因為CO2屬于非極性物質，不具有導電性，其余類型流量計均可。推薦的流量計有差壓式、容積式、旋渦式流量計均可選擇。對于以上各種流量計，都需要依據相應工況下的溫度、壓力等參數校正流量計。該種工況下，礦場試驗使用的流量計有渦街流量計、漩渦流量計、金屬管浮子流量計。

3.4 超臨界態CO2計量

超臨界態除了邊界區域存在相態的相互轉化，計量難度大外，邊界區域除外的剩余區域，可以按照單一的氣態或者液態來計量。對于邊界處的多相流計量，一般會采用多次重復測量，制作壓力、溫度和密度值的數據庫，數據庫越完善，計量越精確。

超臨界態CO2的計量，應盡量控制工況條件，避開7.31MPa和31.3℃的邊界區，可以使計量更簡單，更準確。

4 幾點認識

（1）低于7.1MPa的低壓液態CO2，宜選用內部結構簡單，本身產生節流和壓降較小的流量計，如差壓式流量計。

（2）壓力大于7.1MPa的高壓液態CO2，可選用除了電磁流量計以外的，適合于液態計量的流量計，如浮子流量計或者漩渦流量計。

（3）超臨界態的CO2，應盡量控制工況條件，避開邊界線，可以使計量變的簡單容易。

（4）不論在那種工況條件下，都需要按照實際的壓力和參數來校正計量結果，方可使計量更為精準。