海上平臺質(zhì)量流量計選型分析

張中華，錢 欣，王愛軍，唐寧依，劉愛明

（1.中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津 300450；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

在海洋石油平臺上，為滿足流程需求，需要對單井油氣產(chǎn)量進(jìn)行計量。一般做法是在井口平臺設(shè)置測試分離器，單井產(chǎn)物流通過測試管匯進(jìn)入測試分離器，進(jìn)行油氣水三相分離后，對油氣兩相分別進(jìn)行計量。由于測試分離器需要同時滿足多口井的計量需求，面臨的工藝環(huán)境比較嚴(yán)苛，單井的流量、溫度、壓力、粘度等參數(shù)各不相同，對流量計量程比、材質(zhì)選擇、流程允許壓降提出一定要求；再加上海洋石油平臺空間緊張，設(shè)備布置緊湊，直管段需求、平臺震動等現(xiàn)實因素，油氣計量的精度要求較高，使得測試分離器油氣兩相測量的流量計選型面臨相當(dāng)大的困難。

本文回顧了某油田測試分離器油氣兩相流量計選型過程，提出質(zhì)量流量計可滿足工藝流程及測量需求，效果較優(yōu)。

1 海上常用流量計的特征要素

海上平臺常用的流量計一般包括質(zhì)量流量計，超聲波流量計（管段式、插入式、外夾式），容積式流量計孔板流量計、差壓流量計、電磁流量計、渦輪流量計，渦街流量計、轉(zhuǎn)子流量計等。下面根據(jù)流量計的具體特征，從適用性、安全性、安裝條件、經(jīng)濟(jì)性等諸多方面加以分析（見表1），以期選出最適合此工況的流量計類型。

表1 海上常用流量計的主要選型要素Table 1 Main selection elements of common offshore flow meters

2 工藝流程分析及測量需求

為跟蹤并獲取單井的油氣水產(chǎn)量，需要對單井進(jìn)行計量。在海洋石油平臺，被測試單井的井產(chǎn)物流經(jīng)由測試管匯進(jìn)入測試分離器，進(jìn)行油氣水三相分離后，在油相、氣相出口分別設(shè)置流量計進(jìn)行計量如圖1 所示，并將流量數(shù)據(jù)上傳至中控系統(tǒng)進(jìn)行儲存管理。

以圖1 中所展示項目的流程為例，該流程液相流量計編號為FE/FIT-1301，氣相流量計編號為FE/FIT-1314，其流程工藝參數(shù)見表2。

對于此位置的油氣計量，一方面是為了掌握單井的產(chǎn)能狀況，為持續(xù)追蹤地層情況、反饋地質(zhì)油藏專業(yè)開發(fā)方案做好數(shù)據(jù)保障；另一方面井口平臺油氣總產(chǎn)量數(shù)據(jù)多來自于測試分離器的測量數(shù)據(jù)綜合計算后得到，是油田群內(nèi)部單平臺產(chǎn)量劈分提供依據(jù)。因此，該處計量宜采用精度較高、保證安全性、不易損壞的流量儀表。一個平臺開發(fā)的一批生產(chǎn)井，由于所處開發(fā)層位不同，巖性特征、埋深、油藏類型、油層厚度、滲透率等參數(shù)各不相同，單井的產(chǎn)量有重大差異。而伴隨油田開發(fā)進(jìn)程不斷推進(jìn)，從單井產(chǎn)量剖面可以非常直觀地發(fā)現(xiàn)，隨著時間推移，開發(fā)井的產(chǎn)液量不斷升高，含水率升高，油量、氣量持續(xù)遞減。測試分離器既要應(yīng)對同一時期不同單井的計量需求，又要應(yīng)對油田全生命周期內(nèi)產(chǎn)量遞減趨勢，因此要求流量計需要應(yīng)對大量程比工況。以上述選取的渤海某油田為例，全生命周期考慮所有生產(chǎn)井的液相量程比為22.5:1，氣相量程比為25:1，需要選定的流量計類型可以適應(yīng)此大量程比范圍。同時，溫度、壓力、壓降等因素也需要充分考慮。

圖1 某油田測試分離器工藝流程圖Fig.1 Test separator process flow chart of an oilfield

3 流量計選型分析

以表1 列舉的海上平臺常用的流量計為基礎(chǔ)，針對上述工藝流程參數(shù)開展流量計選型具體工作。

表2 某油田測試分離器出口流量計工藝參數(shù)Table 2 Process parameters of flow meter at the outlet of test separator in an oilfield

表3 某油田測試分離器出口流量計選型結(jié)論Table 3 Selection conclusion of flowmeter at the outlet of test separator in an oilfield

初步篩選可結(jié)合表1 各類流量計的特征，針對工況進(jìn)行分析。分離器出口處由于前述原因，量程比需大于25:1，因而排除容積式、差壓式、渦輪、渦街、轉(zhuǎn)子等類型的流量計。同時，由于最大流量7.2 Sm3/h，轉(zhuǎn)子流量計也是不合適的。工藝介質(zhì)為原油、天然氣，不導(dǎo)電，因此電磁流量計不適用。由于流程最小流量為0.32 Sm3/h，管徑為3”，若采用縮徑為2”的流量計，流速為0.05m/s，遠(yuǎn)低于超聲流量計對0.3m/s 流速下限的要求，因而超聲亦不適合。

經(jīng)過初步篩選，海上常用流量計僅余下質(zhì)量流量計為可選項。結(jié)合質(zhì)量流量計的以下特征再進(jìn)一步針對性精確比對[2,3]：

◇ 根據(jù)質(zhì)量流量計的測量原理，科氏力與流體質(zhì)量流量直接相關(guān)，能進(jìn)行直接質(zhì)量流量測量，本例中可減少轉(zhuǎn)換變量的影響，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

◇ 質(zhì)量流量計靈活適應(yīng)多種測量介質(zhì)，如氣體、液體、蒸汽、漿糊等，在化工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，與本例中測試分離器出口油相和氣相的質(zhì)量流量測量需求能良好匹配。

◇ 測量精度較高，可達(dá)0.2%，適用于對精度要求比較高的場所；可良好適應(yīng)本例測試分離器承擔(dān)的油田產(chǎn)量計量及劈分需求。

◇ 多變量輸出，能同時測量質(zhì)量、密度、溫度等參數(shù)，準(zhǔn)確表征流體特性，可做到一表多用[4]。

◇ 流體工藝參數(shù)、流型分布對測量結(jié)果影響很小，不要求上下游直管段，適合應(yīng)用在空間緊張的海洋石油平臺上。

根據(jù)表1 流量計所處流程工藝參數(shù)，F(xiàn)E/FIT-1301、FE/FIT-1301 的最終選型結(jié)果見表3。

本項目工藝介質(zhì)為普通原油、天然氣，測量管材質(zhì)使用SS316L 即可滿足要求。流程設(shè)計溫度為105℃，無需考慮特殊措施。測試分離器為低壓流程，設(shè)計壓力1100kPaG，采用ANSI 150#壓力等級即可，法蘭為RF 形式。根據(jù)廠家樣本及計算書，所選型產(chǎn)品可滿足工藝流程條件、安全需求、壓降、精度、材質(zhì)、安裝等一系列要求。

圖2 Krohne ANSI 150# SS316L及哈氏合金標(biāo)準(zhǔn)腔體承壓曲線Fig.2 Pressure bearing curve of KROHNE ANSI 150#SS316L and Hastelloy standard cavity

測量管是承壓的主要部件，為了進(jìn)一步保證安全性，應(yīng)對二次泄漏，質(zhì)量流量計的外殼腔體也具備承壓能力。以液相FE/FIT-1301 所選流量計為例，其外殼腔體的承壓曲線如圖2 所示。

4 結(jié)束語

質(zhì)量流量計以其測量精確、無需直管段、安全可靠、故障率低等優(yōu)勢，在海上平臺具有廣泛的應(yīng)用。由于可測量溫度、密度、流量等多種參數(shù)，而這些參數(shù)其他儀表也進(jìn)行測量讀取，密度參數(shù)與物性化驗也息息相關(guān)，下一步可以在一表多用、參數(shù)互證方面繼續(xù)研究。