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傳統(tǒng)的油田單井計(jì)量方法是把油井產(chǎn)物送入分離器進(jìn)行氣液兩相分離，通過(guò)安裝在分離器各相出口管線上的流量計(jì)，計(jì)量流體的產(chǎn)量，這種方法有著成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)，多相不分離計(jì)量技術(shù)已逐步應(yīng)用。采用多相流量計(jì)直接計(jì)量油井各相流量的方法取消了計(jì)量用的分離器、計(jì)量管線及計(jì)量匯管等，節(jié)約了空間且可連續(xù)計(jì)量各油井的產(chǎn)量，適用于空間較小的海上平臺(tái)等。
1 傳統(tǒng)的分離計(jì)量方案
1.1 原理
單井來(lái)液通過(guò)兩相分離器分離氣液兩相，液相流量計(jì)測(cè)量油產(chǎn)量和含水率，氣相流量計(jì)測(cè)量氣產(chǎn)量。
液相流量計(jì)可選用質(zhì)量流量計(jì)、容積式流量計(jì)及渦輪流量計(jì)等，其中質(zhì)量流量計(jì)具有計(jì)量精度高、量程比寬、安裝簡(jiǎn)單、不需要直管段、組態(tài)方便、維護(hù)方便和操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn); 氣相流量計(jì)可選用渦街流量計(jì)及孔板流量計(jì)等，渦街流量計(jì)根據(jù)卡門渦街原理測(cè)量氣體體積流量，具有壓力損失小、量程范圍大、精度高、可靠性高及維護(hù)量小等特點(diǎn)，測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度及粘度等參數(shù)的影響。
質(zhì)量流量計(jì)基于科氏力原理測(cè)量質(zhì)量流量，由流量傳感器和流量計(jì)算機(jī)兩部分組成。流量傳感器內(nèi)置密度傳感器和溫度傳感器，通過(guò)質(zhì)量和密度換算體積，流量計(jì)算機(jī)可以計(jì)算出油水產(chǎn)量和含水率。渦街流量計(jì)根據(jù)卡門渦街原理測(cè)量氣體體積流量。
1.2 關(guān)鍵儀表選型
以測(cè)試分離液相為例，對(duì)可選流量計(jì)的特性進(jìn)行對(duì)比(表1) 。對(duì)比后，推薦選用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。
表1 分離計(jì)量方案流量計(jì)特性對(duì)比
項(xiàng)目 | 容積式流量計(jì) | 渦輪流量計(jì) | 孔板流量計(jì) | 質(zhì)量流量計(jì) |
原理 | 轉(zhuǎn)動(dòng)葉片可動(dòng)部件大量程比精度高 | 可動(dòng)部件大量程比精度高 | 沒(méi)有可動(dòng)部件量程比較小有壓損 | 沒(méi)有可動(dòng)部件量程比較寬精度高 |
適用環(huán)境 | 不適用于低粘度不受瀝青和蠟質(zhì)影響受固體顆粒影響 | 介質(zhì)粘度不能高于50mPa·s受瀝青、蠟質(zhì)和固體顆粒影響 | 對(duì)粘度參數(shù)不敏感但受噪聲及溫度等因素影響要求取壓管安裝 | 粘度適用范圍廣易于安裝不受固體顆粒影響 |
度/% | ±0.15 | ±0.25 | ±1.00 | ±0.15 |
可重復(fù)性/% | ±0.05 | ±0.10 | － | ±0.05 |
量程比 | 20∶1 | 10∶1 | 3∶1 | 10∶1 |
直管段/整流器 | 不需要 | 上游20D、下游5D | 上游10D、下游5D | 不需要 |
維護(hù) | 在線維修會(huì)增加費(fèi)用 | 在線維修會(huì)增加費(fèi)用 | 相對(duì)簡(jiǎn)單 | 相對(duì)簡(jiǎn)單 |
2 多相不分離計(jì)量方案
2.1 原理
目前應(yīng)用較多的多相流量計(jì)是將文丘里管和雙能伽馬射線相結(jié)合。美國(guó)斯倫貝謝采用文丘里管測(cè)量流量，通過(guò)雙伽馬射線測(cè)量油、氣、水三相的比例，并建模計(jì)算出產(chǎn)液量、含水率和產(chǎn)氣量; 挪威Ｒoxar 采用文丘里管測(cè)量液體流量，通過(guò)互相關(guān)性測(cè)量氣體流速，通過(guò)密度介電常數(shù)電導(dǎo)率法和雙伽馬射線測(cè)量油、氣、水三相比例，計(jì)算出產(chǎn)液量、含水率和產(chǎn)氣量; 蘭州海默是采用單能伽馬互相關(guān)流量計(jì)測(cè)定各種流速，雙能伽馬射線相分率計(jì)測(cè)定含水率和含氣率。當(dāng)?shù)秃瑲鈺r(shí)，可采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)( 或其他流量計(jì)) 測(cè)定總流量。
2.2 多相流量計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)
自20 世紀(jì)80 年代開始研究多相流計(jì)量技術(shù)以來(lái)，多相流量計(jì)已在海洋平臺(tái)和水下設(shè)施上初步應(yīng)用。經(jīng)過(guò)充分調(diào)研和比較，挪威Ｒoxar、美國(guó)AGAＲ 、美國(guó)Schlumberge 及蘭州海默等公司研制的多相流計(jì)量技術(shù)相對(duì)比較成熟，商業(yè)化程度較高，并且都經(jīng)過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)測(cè)試和第三方實(shí)驗(yàn)室的性能測(cè)試。這些產(chǎn)品的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用情況的對(duì)比見表2。
2.3 API對(duì)多相流計(jì)量的相關(guān)要求
在API MPMS 20.1( 1.16-Multiphase QuantityMeasurement) 中對(duì)多相流計(jì)量有如下要求: 各相*分離的前提下才能實(shí)施標(biāo)定; 為了證明多相流測(cè)量的準(zhǔn)確性，必須由三相分離器將多相流分離至油、氣、水三相，進(jìn)而準(zhǔn)確地測(cè)量各相的體積流量。由此可見，對(duì)于多相流計(jì)量，API 更傾向于推薦測(cè)試分離器，而且主流標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范僅對(duì)多相流量計(jì)進(jìn)行了基本介紹，不涉及明確的技術(shù)要求，也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定裝置對(duì)其計(jì)量精度進(jìn)行認(rèn)定。
3 單井計(jì)量方案對(duì)比
單井計(jì)量方案的對(duì)比見表3。
表3單井計(jì)量方案對(duì)比
項(xiàng)目 | 不分離計(jì)量方案 | 分離計(jì)量方案(推薦) |
測(cè)量原理 | 氣、液不分離，通過(guò)文丘里管( 輔以互相關(guān)性) 測(cè)量流量，雙伽馬射線和密度介電常數(shù)電導(dǎo)率測(cè)量三相的比例分?jǐn)?shù)，計(jì)算出油、氣、水三相的產(chǎn)量 | 氣、液分離，通過(guò)科氏力質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量計(jì)算出油產(chǎn)量、水產(chǎn)量和含水率，通過(guò)渦街流量計(jì)測(cè)量氣產(chǎn)量 |
準(zhǔn)確性 | 目前無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定裝置對(duì)多相流量計(jì)的計(jì)量精度進(jìn)行檢定，精度很難保障 | 技術(shù)成熟，產(chǎn)品可靠，穩(wěn)定和準(zhǔn)確度相對(duì)較高 |
廠家情況 | 技術(shù)壟斷于少數(shù)廠家，較多業(yè)績(jī)的僅2 ～ 3 家，技術(shù)保密，使用中受制于人 | 可以集合zui高水平的儀表、機(jī)電、橇裝化的企業(yè)，選擇的空間非常充分，使用不會(huì)受到任何約束 |
實(shí)際對(duì)比 | 情況與第三方測(cè)量方法得到數(shù)據(jù)對(duì)比差距顯著，無(wú)法確定真實(shí)精度 | 更接近于第三方測(cè)量方法得到數(shù)據(jù) |
安全性 | 有伽馬射線源，存在一定的危險(xiǎn)性，操作人員會(huì)有一定的畏懼心理 | 不存在潛在的輻射風(fēng)險(xiǎn) |
標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定 | 目前無(wú)主流的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)支持，僅制造廠自身宣稱具有標(biāo)定的能力，派員現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定每年收取3 ～ 4 萬(wàn)美元費(fèi)用 | 氣液計(jì)量?jī)x表符合主流標(biāo)準(zhǔn)，可以由部門頒發(fā)計(jì)量許可。一般檢定機(jī)構(gòu)具有標(biāo)定能力，很容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)定，且費(fèi)用較低 |
分離計(jì)量方案有操作與維護(hù)安全方便、投資較低、有部門認(rèn)證及度較高等特點(diǎn)，是經(jīng)典、成熟、*的單井測(cè)試計(jì)量方案; 多相不分離計(jì)量方案的投資較高、維護(hù)費(fèi)用高、無(wú)部門認(rèn)證、準(zhǔn)確度存在疑慮，操作人員存在危險(xiǎn)畏懼心理，尚處在研制開發(fā)到規(guī)?；唐窇?yīng)用的初步階段，產(chǎn)品耐用性、安全性、可操作性、使用效果和宣傳效果的一致程度尚待長(zhǎng)期檢驗(yàn)。
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