單井濕氣流量計在大牛地氣田集氣站的適用性研究

中國石化華北油氣分公司采氣一廠 河南 鄭州 450000

1 濕氣概括

在油氣田上游開采過程中,天然氣的產出總是伴隨著液態烴、游離水、飽和水蒸氣以及為防止水合物形成人工加入的注劑等。這些油氣田采出的未經處理的含有少量凝析水或油、飽和水蒸氣及輕烴類或其他液體的天然氣,通常被稱為濕氣[1]。“濕氣”在天然氣生產領域經常被提及，但國內和國際并沒有形成一套統一的定義標準，不同的研究人員、機構或者公司對于濕氣的定義都不相同。一些研究人員提出用體積含氣率（GVF）來定義濕氣，如英國SHELL石油公司認為GVF大于95%的氣液兩相流為濕氣[2]，但是隨著研究的深入，研究者意識到GVF界定濕氣有明顯的不足，因為濕氣是氣液兩相流流動的一種狀態，它受到流動現場工況很大的影響，其中工況壓力、被測介質等參數帶來的影響尤其復雜，在這種復雜不確定的流動狀態下，單單憑體積含氣率顯然無法準確有效的概括所有的情況。美國機械工程師學會（American Society of mechanical Engineering）將濕氣界定為Lockhart-Martinelli參數（L-M參數）小于0.3的氣液兩相流[3]，目前來說，這是國際上普遍比較認可的一種界定方式。

2 大牛地濕氣計量技術的現狀與需求

由于濕氣流動的復雜性與不確定性，傳統的單相（干氣）氣體流量計在實際生產中不能滿足濕氣的測量工作，所測得流量數據偏差較大，甚至濕氣會對流量計造成損壞。大牛地氣田所屬集氣站，目前的測量方法是氣液分離設備進行分時輪換計量，先通過計量分離器使得氣液分離，再對干氣進行測量。多井管線共用一個計量分離器，采取輪流倒入測得每口井的流量數據。由于同時只能測量一口井流量，全站精確流量數據錄取周期十分漫長，其余氣井流量只能依據經驗通過集氣站總體的產量對單井產量進行估計，不能實時掌握每口井的精準流量。這種計量方法增加了站內工藝流程的復雜性，增加了設備采購成本，且計量分離器設備體積較大，增大了集氣站的建設面積，導致油氣田整體建設的成本增加，此外，分離設備需要專業員工的實時維護保養，耗時耗工，成本高昂。

鄂爾多斯盆地大牛地氣田位于陜西省榆林市和內蒙古鄂爾多斯市交界處，具有“低滲、低壓、低豐度、低產”的四低特征，累計探明儲量已超過四千億方，在開發過程中，氣井普遍產水，平均日均產水0.4方，濕氣的測量工作在生產中十分重要。隨著大牛氣田發展步入中期，低成本、高效率開發的需求顯得尤為迫切，2020年大牛地氣田推進地面系統提質增效改造，其中優化濕天然氣單井計量工藝是簡化集氣站建設工藝流程，降低氣田的開發成本，提高氣井的計量效率，加強氣井單井生產數據統計與分析直接有效的優化手段。因此現階段對濕天然氣計量技術提出了較為迫切的需求。與傳統的分離測量技術相比，濕氣流量計在技術經濟性和運行管理上都具有明顯的優勢，因為不需要氣液分離設備，可大規模地降低集氣站管線的鋪設數量，省去計量分離設備前輪換閥組和計量分離設備的建設，未來新集氣站建設時亦可大大降低集氣站面積進而降低土地成本。而且可實現單井的無人化值守和遠程實時監控，從而極大地降低大牛地氣田開發成本和運行管理費用。因此，如果可以安裝準確度滿足大牛地氣田生產運行標準的濕氣流量計，并在大牛地普及使用，則是一種十分理想的計量方式。

大牛地氣田絕大多數氣井為單井進站，十分適合站內單井計量的計量方式，在一級節流閥后安裝低壓計量流量計在可靠性、經濟性、安全性等方面比其他計量方式有明顯優勢。為推進大牛地氣田的信息化、數字化改造，單井流量計具有的遠程實時監控特性對集氣站無人化值守和數據信息化自動錄取分析都有著重要意義。因此大牛地氣田2020年開始在試驗區開展了濕氣單井流量計的現場試驗和推廣應用工作。

3 大牛地氣田單井濕氣流量計的選擇與應用

3.1 大牛地氣田單井濕氣流量計的選擇

大牛地氣田選擇差壓式流量計作為先行試驗的單井濕氣流量計。選用差壓式流量計主要是基于其具有悠久的歷史背景，被全世界油氣行業普遍使用，結構簡單，無可動部件，長期使用穩定性高，豐富的設計制造和應用經驗，標準化程度高，可不必進行實流標定，節流裝置有可靠的數據和完善的國際和國家標準等優勢。大牛地氣田選擇了孔板和楔形兩種差壓式流量計，來進行初期的運行試驗，以期通過一段時間的數據統計與分析，選擇最符合大牛地氣田實際開采生產情況的單井濕氣流量計。

3.2 大牛地氣田單井濕氣流量計的試驗性應用

今年初在大牛地氣田兩個集氣站各選擇一口單井安裝了站內濕氣單井流量計，對站內單井濕氣計量方案進行試運行，安裝方式均采用一級節流后直管段切割掉一截，焊接后法蘭安裝的方式，具體施工安裝時間為單口井2小時，安裝時間短，改造效率高。采用電池供電，并布線遠傳至自控室，可在監控電腦上查看實時數據，可實現查詢歷史數據的功能，并形成歷史曲線。相比目前大牛地氣田普遍采取的多井管線共用一個計量分離器，輪流倒入測得每口井的流量數據的計量方法，大大提高了單井數據的錄取效率，解決了以前需要一個測量周期才能獲得所有單井的生產數據的管理遲滯性問題。具體試驗情況如下表匯總：

表1 -1 單井站內濕氣計量試驗統計表

從目前初步小范圍試驗情況可知，兩口井單井濕氣流量計計量顯示與干氣計量結果誤差均較小，且產液量越低誤差越小，誤差值小于25m3/h，誤差率小于6%，符合大牛地目前的計量需求。但是，由于缺少足夠的單井安裝數據，目前還難以形成系統有效的科學分析和對比，后期還需進行大量的試驗安裝來得到更加有指導意義的結果。

4 濕氣流量計現場應用技術難點

4.1 濕氣流量計現場工況適應范圍

從已安裝運行的集氣站內單井濕氣流量計測量情況以及現有濕氣流量計的測量原理分析可以看出，現有單井濕氣流量計的準確度與傳統干氣流量計誤差較小，基本可以滿足大牛地氣田的單井測量標準。但是其測量性能相比較傳統的單井干氣流量計受測量工況的影響更大。測量單井產氣含液率越高，其測量的難度越大，相對應的準確度就越低。此外，濕天然氣的流動狀態與工況壓力、工況流速等相關，這些因素也同時可以影響單井濕氣流量計的測量準度。大牛地氣田已經開發建設17年，井齡跨度大，氣井生產壓力跨度大，因此，為了得到更準確的單井生產運行數據，在安裝使用前應考慮單井的流速、壓力、含液量范圍，再根據具體的單井工況來分析和判斷單井濕氣流量計的適用性和準確性。應增加試驗來針對不同的單井生產階段工況進行分析，總結出不同生產工況下最適用的單井濕氣流量計，進而得出最適合大牛地氣田的單井流量測量體系。

4.2 現場使用對濕氣流量計性能的影響

大牛地氣田引入單井濕氣流量計主要用于在地面系統提質增效計劃中對集氣站單井濕氣測量。由于單井管線直接來自井口，中間無其他分離裝置，管線內流動工況復雜，管線內的流量、壓力、含液率等工況參數波動變化，同時大牛地氣田部分氣井的產出物中還伴有砂粒、蠟、凝析油等，現不經過氣液分離器而直接進行濕氣的單井測量，在使用過程中流量計內部結構容易因大量雜質沖刷而造成磨損，從而其結構參數發生變化，最終使得測量結果具有很大誤差。而對于目前的大牛地氣田開發建設而言，不同生產階段的氣井出砂量、產水量和產氣量都有較大的差異。因此，仍需進一步評估和分析不同生產階段的氣井產出砂、蠟等雜質對單井濕氣流量計測量精準度的影響。提前制定計劃跟蹤安裝在不同開采階段氣井上的單井濕氣流量計測量準確度變化的規律，確定相應的檢測校準方法和科學有效的檢測周期以確保單井濕氣流量計在大牛地氣田各集氣站的使用處于可控的狀態。

5 結束語

與傳統的分離計量技術相比，單井濕氣在線計量技術對于降低油田的開發和運行成本，以及提高油氣田的生產效率和科學管理水平都有較大的優勢。在大牛地氣田推進的地面系統提質增效計劃中起到了至關重要的作用。然而在全面推廣中還存在一些客觀問題，目前在現場投入試用的單井濕氣流量計數量有限，所覆蓋的工況范圍還非常有限，并不能代表單井濕氣流量計可以在所有工況下的正常運行并保證測量精準度。另外，已經安裝試用的單井濕氣流量計投用時間較短，目前還不能評價其抗磨損能力和長期故障率。因此對于單井濕氣流量計在大牛地氣田集氣站所能適應的工況范圍，檢測校準方法和科學檢測周期的研究制定，都還是單井濕氣流量計在大牛地氣田推廣應用尚未解決的技術難題，還需要通過大量的實驗、生產數據來進行分析和總結。