質量流量計撬在海上平臺原油交接計量中的應用

蔣徐標, 鐘雨桐, 周學軍， 徐正海

(中海油研究總院責任有限公司，北京 100028)

邊際油田接入不同作業者油田的交接計量一直是行業內一個難題,需要綜合考慮油田開發成本和交接計量精度，雙方經常為此花費大量的精力和時間進行談判，有時在一些細節上可能花費幾個月時間才能達成共識。

1 項目概況

中國南海海域新發現一個油田區塊，作業者為外方某石油公司，中海油有限公司也占有股份，油田水深約為82 m，高峰年日產油約為4 144 m3。

原油物性和工藝參數詳見表1所列。

表1 原油物性和工藝參數

從表1中可見，油品性質很好，含氣較少，有利于氣液分離。

前期研究階段，設計方考慮兩種工程開發方案： 方案1是新建一個4腿井口平臺接入一條改建或新建的浮式生產儲卸油裝置(FPSO)；方案2是新建一個4腿井口平臺，通過水下三通接入已建的一條中方FPSO。考慮到改建或新建FPSO造價昂貴，方案1不推薦，選擇方案2經濟效益更佳，但選擇方案2會涉及中外雙方交接計量問題，雙方須在計量精度和投資間做出選擇。設計方做了方案A和方案B，并對2套方案做了初步比選，見表2所列。

1)方案A。平臺設置一級分離器，分離器油相出口油水混合液含水體積分數φw約為15%，在該分離器油相出口計量，計量精度約為±3%。

2)方案B。平臺設置三級分離器，第三級電脫水器油相出口油水混合液φw約為0.05%，在該電脫水器的油相出口計量，計量精度約為±0.5%。

表2 方案A和方案 B方案比選

作業者根據比選結果，決定選用方案A。

2 計量系統設計

2016年投產的南海甲油田(中方100%權益)與該項目的交接計量問題相似，其油水氣混輸到周邊的乙油田(中方、外方石油公司各占權益)，然后產液混合后一起輸送到FPSO。混合前設置了一套交接計量系統，在乙平臺上先用一級分離器對甲油田來液進行油氣水分離，在水相出口設置電磁流量計進行計量，在油相出口設置了“一用一備”的質量流量計進行計量，并配置流量計算機。2016年投產后作業者詳細記錄了該計量裝置的數據及實驗室測量含水率的比對數據。根據反饋，該裝置一直運行穩定，中外雙方均對計量結果表示滿意。該油田的交接計量設計對該項目有很好的參考價值。

以往經驗表明，質量流量計用于分離器油相出口計量時,混合液體中φ氣應控制在2%以內[1]。

該油田氣油比較低，一級分離器絕對壓力300 kPa，操作溫度為82 ℃，一級分離器進行油氣水初步分離后，經計算油相出口混合液不含游離氣，φw大致保持在15%。對于油相混合液的計量,流量計的選型應盡可能提高計量系統的精度，容積式流量計和質量流量計都能實現較精確的計量。質量流量計有如下優點： 與密度變化、流動剖面和流動湍流無關，因此不需要直流段；準確度高；測量參數多,在測量體積流量的同時,可以同時獲取質量流量,溫度及密度等；可在線計算0～100%的φw，不需要單獨配置含水分析儀。

因此該項目吸取油田間計量系統的設計經驗，設計“一用一備”2條管路，每路均配置1臺質量流量計、1臺溫度變送器和1臺壓力變送器，并做成撬裝式提升系統整體精度，還配置1臺流量計算機。

比較在線密度信號與之前在流量計算機中預置的干油和清水密度，就可以計算得出φw，其計算公式如式(1)所示：

(1)

式中：ρm——油水混合物密度；ρo——原油密度；ρw——清水密度。ρm，ρo，ρw都是操作溫度下的數據。

純油的體積量計算公式為：V純油=V混合(1-φw)。

當使用質量流量計測量φw時，不確定度隨不同API質量指標油品的含水體積分數變化情況如圖1所示。在低含水體積分數(φw為15%或0.5%)的情況下，不確定度值非常小，測量精度保持較好。

圖1 不同API質量指標油品的不確定度與φw的關系

3 不確定度估算

流量計算機連續測量如下的運行參數： 管路壓力值、管路溫度、介質密度和介質含水體積分數。通過補償運算得出質量流量或體積流量。與這些參數相關的不確定度都會導致流量測量的不確定度改變。

管線壓力和管線溫度測量的不確定度，分別通過壓力、溫度對測量液體影響的校正因子傳遞到最終體積流量的不確定度，一般來說，上述2個參數對流量測量的不確定度影響較小。由于重復性，準確性原因，流量計測量的介質密度、介質含水體積分數和脈沖，3個參數的不確定度是估算最終體積流量不確定度的主要因素。

APIManualofpetroleummeasurementstandardschapter11,volumecorrectionfactors(2004)中的公式用于不確定度估計。標準體積測量不確定度的估算方法如下：

1)基本參數的不確定度。第一步估計基本參數測量的不確定度，如壓力、溫度、標準密度、含水體積分數、脈沖(流量計的體積流量)等。

2)基本參數不確定度的傳遞。估計質量流量計基本參數不確定度對標準體積計算不確定度的傳遞。體積流量是根據流量計的脈沖數和K系數計算的，因此，體積流量的不確定度是通過脈沖數的不確定度和K系數的不確定度來估算，而K系數的不確定度是根據脈沖數、溫度和壓力對液體的影響修正系數等參數的不確定度來估算。傳遞效果通過微分計算得出。

基于目前現狀，做如下假設： 不將流量計算機分辨率的影響，電源變化對變送器輸出的影響等視為計算的一部分；壓力、溫度，密度測量分辨率等因素引起的不確定性被忽略。

a)壓力測量的不確定度取決于以下參數： 變送器的精度、環境溫度對變送器的影響、變送器的穩定性、校準使用的參考標準的不確定度，參考標準和壓力變送器之間的允許公差等。

b)溫度測量的不確定度取決于以下參數： 變送器的精度、傳感器的精度、環境溫度對變送器的影響、變送器的穩定性、回路檢查期間參考標準和變送器之間的允許公差。

c)標準密度計算的不確定度取決于以下參數： 在線密度測量的不確定度、溫度測量的不確定度和數據庫中的不確定度。

d)含水體積分數測量的不確定度取決于儀表的重復性和準確性。在流量計算機中采用10點線性化曲線，減小了由于測量精度引起的不確定度影響。

在該項目給定的運行條件下，用質量流量計撬進行交接計量，由流量計制造商初步估算，最終標準體積流量的不確定度約為1.71%。

4 結論及操作維護建議

本文介紹了一種適合于海上低氣油比油田的中外雙方交接計量的方法，質量流量計撬用來計量φw為15%的原油，標準體積流量的不確定度估算為1.71%。目前該方案已應用在南海某油田，并將應用在南海新發現的油田。

根據平臺應用總結的經驗，建議使用以下方法來提高整體計量的準確性：

1)常規情況。每月在陸上實驗室采集油和水試樣，測試油密度和水密度，然后輸入流量計算機。應每天在平臺上測試3～4次試樣。手動取樣和質量流量計之間的含水體積分數差為每4 h小于2%，其中大部分小于1%。

2)特殊情況。如果某一天含水體積分數變化很大，將會計算前兩天的平均含水體積分數。

測量管內壁積聚沉淀的垢層阻礙流通,還可能影響密度輸出信號的精度，因此建議1個月就切換使用兩個管路并清洗。貿易計量的檢定周期規定為12個月，為保持計量精度，質量流量計每年都需要拆下來運回陸地法定檢定機構做檢定。