多相计量技术和应用之所以成为近年来世界各石油国追逐的热门课题,是因为它改变了油井传统的分离器计量模式,可以简化油田地面生产工艺,大大降低产能建设费用,方便运行管理,提高自动化水平等。
多相流量计在塔里木的研制与试验历程从1992年底开始,到1995年以前,我们是通过测量总流量和相分率来实现多相计量的,先后经历了涡轮流量计/γ射线、涡街流量计/γ射线、相关法/γ射线等3个阶段。
从1995年底开始,我们开始着重研究通过测量各相相分率和流速来实现多相计量。经过几年的现场试验,基本认可了用γ射线相关法测各相流速和用γ射线吸收法测相分率的计量原理和方法。该流量计现在已基本定型并形成系列产品
为了提高多相流量计的计量精度、测量范围以及可靠性和稳定性,近来仍不断在硬软件上作了一些改进和提高。
MFM多相流量计的计量原理与组成
1相分率测量———γ射线吸收法
2流速测量———互相关法
互相关流速测量是基于两个随机信号间统计相似性的测量。当流体从管道中流过时,沿管道轴向相隔一定距离(L)安装的上、下游传感器在各自的测量点上从流动的非均匀流体中检拾到两个随机信号,测出它们之间的互相关时间ti,就可得到流体流动的速度vi。关于相关数值的论述和证明可在数学著作中找到。
3计量系统的结构与组成
一套完整的MFM多相计量装置一般应包含4大部分:相分率测量装置;流速测量装置;温度和压力测量装置;数据采集和处理系统。
应用情况与现场数据
从1992年底开始,我们就与兰州海默公司的科研人员合作,先后在塔里木的轮南、牙哈、塔中四等油田进行现场试验和使用,共用了20台套的前四代样机或产品,对近百口油井进行了数百次三相不分离计量。现在在用的仍有13台套,并且在1997年创造性地把3套不同规格的三相流量计及配套系统集成在一个撬装上,成功地研制出适应沙漠环境的移动三相不分离计量装置,取得了良好的经济效益。
与分离计量相比,不分离计量系统主要具有以下优点:①可实现连续、在线自动计量,避免计量和取样时间的代表性问题带来的误差;②操作管理方便,可实现计量时的无人值守,运行维护费用低;③无阻力和可动部件,安全可靠;④出三相计量结果,自动打印计量报表;⑤安装方便,减少占地,节省建设投资等。
在国家和行业还没有出台相关多相流量计法规以前,国内外油田的普遍做法是将多相计量与传统的分离计量进行比对,以获得多相计量的相对精度和可信度。毫不例外,我们塔里木油田也在这方面做了大量的试验和研究,分别在沙漠油田和海上平台上进行了现场比对试验,并且在国内外两处多相流比对装置上进行过测试。
1现场计量数据
1997年12月~2000年6月,在对轮南油田45口单井的数百次计量中,利用计量间原有的计量分离器跟多相流量计进行了现场比对,这里面有利用更换油嘴改变同一口井的产量下的计量,也有不同井况不同油气产量和含水率的计量比对。在流量计设计计量范围内计量结果的数据统计表明,液量准确度±10%(相对误差)、气量准确度±15%(相对误差)、含水率准确度在±3%(绝对误差)之内的数据占80%。
2海上油田比对
1998年12月30日~1999年1月6日,在渤海石油公司的SZ36-1B平台上,利用该平台的分离计量装置对MFM2050多相流量计进行了现场比对测试。此次测试共测了14个流量点,42组有效数据,其中液量准确度在±7%之内的占81%,含水率准确度在±4%之内的占67%,气量准确度在±15%之内的占95%,取得了比较满意的结果。
3国内测试
在大庆多相流量计测试比对装置上于1997年1月和1998年4月先后进行了两次测试,第一次的测试时间为37天,流量点达72个,有效录取数据189个,满足气液设计精度(气±15%,液±10%)的点约占60%;第二次的测试时间为10天,流量点达15个,有效录取数据225个,第二次只对多相含水仪进行了测试。两次测试结果还不够理想,经近年的进一步攻关和改进,仪表水平有所提高,最近将再进行一次测试,以确定流量计的最终准确度。
4国外测试
1999年7月7日~14日,英国国家工程实验室(NEL)对MFM2050多相流量计进行了独立的第三方测试和评估,这是该实验室首次测评来自中国的多相流量计。其测试结果及结论为:MFM2050多相流量计,共56个测试点,对于竖直管道中的气泡流、段塞流、环状流及翻腾流等所有四种流态液流量均方根误差±8.5%,置信度86%;气流量均方根误差±9.7%,置信度73%;含水率均方根误差±2.4%,置信度79%;测试结果与英国国家工程实验室对当前多相计量技术发展水平的预计相一致。
达到的技术经济指标
1流量计的设计技术参数
介质温度:20~80℃
环境温度:-20~70℃
环境湿度:≤95%
工作压力:≤16MPa
供电电压:220V±10%,50Hz
功耗:≤270W
放射源:Am241
泄漏剂量:≤5mSv/y
测量范围:工况下最大总流量:2500~10000m3/d;含水率:0~100%;含气率:10%~95%不确定度:产液量(相对误差):±10%;产气量(相对误差):±15%;含水率(绝对误差):±3%
2达到的经济技术指标
(1)可以用MFM型多相流量计实现对油井产物的油气水三相不分离计量。
(2)整套装置能适应塔里木的沙漠环境,在40℃(环境温度)的高温和风沙环境中仍能稳定、可靠运行。
(3)软件设计合理,操作方便,在运行和调试过程中未出现“死机”或其它不良现象,并能生成并打印报表,可实现计量时的无人值守。
(4)最长连续工作时间达到30h以上(因计量结束而人为关闭计量系统)。
(5)计量系统在设计计量范围内可达到设计精度的可信度接近80%。
(6)该多相计量装置为同等规模分离器计量装置投资的1/4,单台价格是国外同类产品的1/10~1/20。
存在问题
(1)适应性。
(2)计量精度。
(3)价格。
(4)检定。
(5)配套标准、法规。
(6)油藏和质量技术监督部门的认可。
在世界各国竞相开发和研究油田多相流量计之际,我们塔里木油田经过8年的努力,与生产厂家合作,做了大量的现场试验和室内研究,成功研制出新一代多相流量计。该流量计计量原理科学,结构合理,操作方便,能适应沙漠和海洋环境并得到实际应用,取得了良好的经济效益;在设计计量范围内有近80%的数据达到设计精度要求,对多相流量计来说可满足生产需要。
