XF-2005Ⅲ兩相流量計在油氣井測試中的應用

在油氣井的地面測試工作中，地面流程通常采用兩相分離器對產(chǎn)出的氣液進(jìn)行分離，液體進(jìn)入計量罐，利用人工檢尺方法進(jìn)行計量，氣體進(jìn)入測試管線(xiàn)，通過(guò)孔板流量計進(jìn)行求產(chǎn)，針對含水井，在流程取樣口處取樣化驗確定含水率。以上工作的不足之處在于人員投入多、工作量大、設備費用高、計量誤差大，不利于油田的資料錄取和動(dòng)態(tài)分析。尤其是對于一些氣液產(chǎn)量較低或氣油比較高的油氣井，更是無(wú)法進(jìn)行準確計量。XF－2005III型兩相流量計采用了高效分離裝置、氣液平衡可調節三通閥及密度法測油含水裝置，在測試過(guò)程中不更換任何傳感器和相關(guān)部件的情況下，均可很好地解決低產(chǎn)量油氣井計量、大氣量油井的氣液分離及油含水測量等問(wèn)題。

一、結構組成

XF－2005III型兩相流量計應用分離與非分離相結合的技術(shù)，氣液在裝置內部實(shí)現分離，計量完成后可混合在一起進(jìn)入輸送管網(wǎng)，該裝置適用于單井氣、液兩相流體介質(zhì)的分別計量，可以取代傳統的測試分離器。

XF－2005III型兩相流量計裝置系統主要由過(guò)濾器、多管束氣液分離器、液位計、氣體流量計、溫度及壓力傳感器、流量計算機、電動(dòng)調節三通閥、質(zhì)量流量計和差壓式液位計組成（見(jiàn)圖1）。

圖1 XF－2005Ⅲ型兩相流量計裝置系統組成

1 質(zhì)量流量計 2 氣體流量計 3 調節三通閥4液位計

1.多管束旋流分離器

XF－2005Ⅲ型兩相流量計的核心裝置是多管束分離器（見(jiàn)圖2），它是由N個(gè)單管管柱組成，這N個(gè)單管組成的管束被環(huán)形管所環(huán)繞；另一方面每個(gè)單管管柱頂部與總氣管連接到氣相出口，每個(gè)單管管柱底部與總液管連接到液相出口。天然氣凝析液通過(guò)總入口進(jìn)入環(huán)形管，由環(huán)形管垂直向下經(jīng)開(kāi)關(guān)切向進(jìn)入每個(gè)外圍單管容器進(jìn)行旋流分離。

圖2 多管束分離器結構圖

每個(gè)單管管柱的分離原理為：利用旋轉氣流所產(chǎn)生的離心力將液體從混合流體中分離出來(lái)的裝置（見(jiàn)圖3）。在分離罐中混合流體的絕大部分沿器壁呈螺旋狀由上向下向圓錐體底部運動(dòng)，形成下降的外旋含液氣流，在強烈旋轉過(guò)程中所產(chǎn)生的離心力將密度遠遠大于氣體的液體甩向器壁，液體一旦與器壁接觸，便失去慣性力而靠入口速度的動(dòng)量和自身的重力沿壁面下落。每個(gè)單管管柱上部設置有捕霧器，用來(lái)進(jìn)一步提高含液天然氣分離效率。

圖3 管柱式旋流分離器

多管束管柱式旋流分離裝置的優(yōu)點(diǎn)：

（1）傳統單管旋流分離效果對流速有一定要求，當流量降低時(shí)分離效果也降低，而組合式多管束旋流分離器可根據現場(chǎng)流量負荷的大小來(lái)確定打開(kāi)或關(guān)閉管束的數量，使管束中保持合適流速，分離達到最佳分離效果。

（2）多管束旋流分離器具有足夠的容積，克服了分離后的液相沉降時(shí)間短，二次分離效率低的缺點(diǎn)。

（3）多管束分離裝置可大大提高分離能力，如24管束分離液量可超過(guò)300t/d、氣量30000Nm³/d，遠高于常規單管束旋流分離。

2.電動(dòng)調節三通閥

根據不同的液位高度，通過(guò)差壓液位傳感器傳送，電動(dòng)調節三通閥執行不同的開(kāi)度（見(jiàn)圖4），使得液位被控制在設定的范圍內，以免出現液路竄氣和氣路竄液，同時(shí)可以保證小流量準確計量。

圖4 不同液位下三通閥開(kāi)度示意圖

3.液體流量計

該裝置液體流量計采用的是質(zhì)量流量計，計量前在計算機系統中設定液位上限、下限值，計量開(kāi)始后，計算機通過(guò)指令控制電動(dòng)調節三通閥關(guān)閉液路，當單管液位超過(guò)下限值后，液路緩慢開(kāi)啟一定開(kāi)度，流經(jīng)質(zhì)量流量計進(jìn)行計量。按設定時(shí)間完成計量后，將質(zhì)量流量計計量的液體量和管束殘余液體量進(jìn)行折算，即可得到每天的產(chǎn)液量。

4.氣體流量計

氣體流量計采用改進(jìn)后的孔板流量計（見(jiàn)圖5），該流量計除了用來(lái)測量氣體的流量，同時(shí)還可以利用氣體中含有液體時(shí)孔板會(huì )產(chǎn)生差壓脈沖這一固有特性對氣體中帶走的少量液量進(jìn)行二次測量。

圖5 孔板流量計示意圖

氣液兩相流通過(guò)孔板時(shí)，在孔板兩側中存在著(zhù)差壓噪聲，即差壓脈沖。這種噪聲是兩相流流動(dòng)的固有特性，與兩相流的流量質(zhì)量、含氣率密切相關(guān)。經(jīng)過(guò)氣液兩相流測量工程試驗，應用一塊標準節流孔板配以差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器，可以根據差壓測量平均值及其方差，計算出天然氣和原油兩種介質(zhì)的流量。其計算公式如下：

    （1）

    （2）

式中：G—質(zhì)量流量，t/h或kg/h；X—質(zhì)量含汽率，即天然氣所占百分比；A—孔板常數，由管道直徑，（值等所確定；Δp—測量差壓平均值，kPa；R—差壓脈動(dòng)（方差）與差壓平均值之比；ρ'—油密度，kg/m³；ρ″—天然氣密度kg/m³；K₁—經(jīng)驗常數；K₂—經(jīng)驗常數。

5.計算機系統

計算機系統也是該裝置最重要的組成部分，主要功能是實(shí)現裝置的計量、自動(dòng)控制以及小流量控制。界面可顯示氣液日產(chǎn)量、油含水、氣液流量累積、溫度、壓力、測量時(shí)間，并保留各參數數據、記錄曲線(xiàn)。

二、工作原理

氣液兩相混合物首先流經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后，再進(jìn)入高效分離器，分離器分離出液相和氣相。氣相部分由純氣相或含液氣相經(jīng)頂部流出，通過(guò)孔板差壓噪聲法對氣相進(jìn)行測量和對含液氣相中的液相進(jìn)行二次測量。液體經(jīng)質(zhì)量流量計由計算機系統計算并顯示液量，分離器上裝有液位變送器，通過(guò)電動(dòng)調節三通閥用來(lái)控制平衡液位平衡，使管束內液位保持在一定范圍內。手動(dòng)輸入油、水密度值，可以利用密度法測定原油含水率。

油含水計量一直是油田單井計量難題，本裝置使用的是密度法，由質(zhì)量流量計提供精度達0．0003g/mL混合密度信號輸出，保障了低系統誤差。密度法測油含水原理如下：

    （3）

式中：A—含水百分比；ρ混——混合體密度；ρ_水-水密度；ρ_油—純油密度。

這里的ρ_水和ρ_油在多相流量計算機手動(dòng)輸入，要求用戶(hù)提供準確密度，另通過(guò)溫度和壓力作溫壓補償。

三、現場(chǎng)應用

塔中油田單井多數存在產(chǎn)液量高、含水高、氣油比高，給油氣井測試工作帶來(lái)了一定困難，XF－2005Ⅲ型兩相流量計裝置的引入成功解決了常規兩相分離器測試求產(chǎn)的局限性。通過(guò)對塔中6口油井進(jìn)行測試，分離效果良好，數據精度高（見(jiàn)表1），數據采集簡(jiǎn)單方便，極大提高了測試效率。

表1 塔中油田油氣井測試數據對比表

四、結論

（1）XF－2005III兩相流量計具有氣液計量精度高，并具有相測量補償和含水率測定功能，能連續在線(xiàn)計量，相關(guān)數據既可直讀也可存儲。

（2）XF－2005III兩相流量計具有測量范圍寬，在測試過(guò)程中不更換任何傳感器和部件均可滿(mǎn)足測量，24管束分離液量0.5～300t/d，氣量1000～30000Nm³/d，油氣比1∶10000的高量程比，如有更大產(chǎn)量根據不同的情況增加管束數量即可。

（3）現場(chǎng)應用表明XF－2005III型兩相流量計克服了常規兩相分離器測試求產(chǎn)的局限性。