凝析氣田帶液計(jì)量研究1106

中國(guó)石油規(guī)劃總院CPPEI2013年11月凝析氣田帶液計(jì)量研究2023/2/4第2頁(yè)前言

凝析氣田是一種復(fù)雜的氣田，開發(fā)機(jī)理復(fù)雜，同時(shí)采出氣和凝析油，具有開發(fā)難度大、技術(shù)工藝要求高等特點(diǎn)。目前凝析氣田井口產(chǎn)量計(jì)量多采用單井分離后氣液?jiǎn)为?dú)計(jì)量或集氣站分離后氣液輪換計(jì)量，流程復(fù)雜、投資高。

為提高凝析氣田的整體開發(fā)效益，中國(guó)石油規(guī)劃總院聯(lián)合天津大學(xué)開展了凝析氣田帶液計(jì)量的研究，提出了基于H修正因子的非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的虛高修正模型。研制出的工程樣機(jī)經(jīng)實(shí)驗(yàn)室性能測(cè)試，液相誤差小于±10%，氣相誤差小于±5%；氣相不確定度2%，液相不確定度3%。并在塔里木英買力凝氣田集氣站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試，取得了較好的試驗(yàn)效果。3

一、凝析氣田井口計(jì)量現(xiàn)狀二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型

四、樣機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)五、中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果七、凝析氣田計(jì)量工藝優(yōu)化

匯報(bào)內(nèi)容一、凝析氣田井口產(chǎn)量計(jì)量現(xiàn)狀

目前凝析氣田基本采用單井分離后氣液?jiǎn)为?dú)計(jì)量或集氣站分離后氣液輪換計(jì)量，流程復(fù)雜、投資高。液相計(jì)量氣相計(jì)量去集氣站井流物單井計(jì)量集氣站輪換計(jì)量液相計(jì)量氣相計(jì)量去集氣站井流物井流物井流物一、凝析氣田井口產(chǎn)量計(jì)量現(xiàn)狀5計(jì)量站計(jì)量站集氣干線計(jì)量管線

塔里木迪那凝析氣田28口生產(chǎn)井，共設(shè)2座計(jì)量站，與集氣管線同溝敷設(shè)計(jì)量管道18.9km，計(jì)量管線采用L360+316L復(fù)合鋼管，計(jì)量工藝復(fù)雜、投資高。一、凝析氣田井口產(chǎn)量計(jì)量現(xiàn)狀塔里木英買力凝析氣田2007年投產(chǎn)，其中單井井場(chǎng)33座（包括單井集氣站3座）、集氣站5座。采用單井分離計(jì)量和集氣站輪換計(jì)量相結(jié)合的方式。帶液計(jì)量國(guó)際水平（LNF≤10%）價(jià)格昂貴，20-30萬(wàn)美元/臺(tái)需要研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的帶液流量計(jì)一、凝析氣田井口產(chǎn)量計(jì)量現(xiàn)狀8

一、凝析氣田井口計(jì)量現(xiàn)狀二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型

四、樣機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)五、中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果七、凝析氣田計(jì)量工藝優(yōu)化

匯報(bào)內(nèi)容二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究者進(jìn)行了大量的濕氣虛高模型的研究工作，但由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工況條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同于實(shí)驗(yàn)室，例如不同區(qū)域的天然氣田工作壓力不同（幾兆帕，十幾兆帕，甚至高達(dá)幾十兆帕）；氣液兩相流量范圍變化較大，流形變化復(fù)雜（霧狀流、環(huán)狀流、分層流、段塞流均有可能出現(xiàn)），因此，對(duì)濕氣流量傳感器提出了更高的要求。單純標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的節(jié)流裝置，如標(biāo)準(zhǔn)文丘里管，很難適應(yīng)如此復(fù)雜的工況，因此，有必要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，這就不可避免的涉及到需要根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的新型結(jié)構(gòu)，確定新的濕氣虛高模型。

區(qū)別于上世紀(jì)六十年代以來(lái)陸續(xù)公布的經(jīng)典模型，如Murdock、Chisholm、DeLeeuw、林宗虎模型等，建立了“虛高非線性復(fù)雜函數(shù)矩陣模型”;氣相測(cè)量精度從約10%提升至5%。Deleeuw模型（標(biāo)準(zhǔn)文丘里）TJU-H修正因子模型（長(zhǎng)喉頸文丘里）

二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型

提出獨(dú)特的基于H修正因子的虛高模型，該模型綜合了Froude數(shù)、氣液密度，文丘里管節(jié)流比和喉部長(zhǎng)度、喉部直徑等諸多特征參數(shù)，預(yù)測(cè)Chisholm中的n值，最終得到的虛高模型準(zhǔn)確度明顯改善。

該模型適不僅適用于獨(dú)立設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管，同時(shí)包含對(duì)標(biāo)準(zhǔn)文丘里管虛高的預(yù)測(cè)能力。外推性能優(yōu)勢(shì)強(qiáng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該模型不確定度優(yōu)于±2.5%。虛高模型的創(chuàng)新二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型11

當(dāng)需要盡量準(zhǔn)確地測(cè)量濕氣的氣相流量時(shí)，希望虛高值盡量小，而希望辨識(shí)出液相流量時(shí)，又希望虛高盡量大。因此，為滿足不同的濕氣測(cè)量目標(biāo)或者兼顧氣液兩相測(cè)量需求時(shí)，如何設(shè)計(jì)文丘里管的結(jié)構(gòu)以及建立具有良好外推能力的濕氣測(cè)量虛高模型顯得尤為重要；現(xiàn)有的具有廣泛影響力的DeLeeuw模型依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文丘里管給出，直接應(yīng)用于非標(biāo)準(zhǔn)的文丘里管將產(chǎn)生新的預(yù)測(cè)偏差。虛高模型的創(chuàng)新二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型12本研究提出的“基于H修正因子的虛高模型”綜合了Froude數(shù)、氣液密度，文丘里管節(jié)流比和喉部長(zhǎng)度、喉部直徑等特征參數(shù)預(yù)測(cè)n值。該模型適不僅適用于獨(dú)立設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管，同時(shí)包含對(duì)標(biāo)準(zhǔn)文丘里管虛高的預(yù)測(cè)能力。外推性能優(yōu)勢(shì)強(qiáng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該模型不確定度優(yōu)于±2.5%。TJU-H修正因子模型（長(zhǎng)喉頸文丘里）二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型13不確定度：±2.5%隨著H值的增大，n值增大（虛高增大）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型14H因子模型與Deleeuw模型的預(yù)測(cè)對(duì)比H因子模型與Deleeuw模型的預(yù)測(cè)對(duì)比結(jié)論（1）兩模型預(yù)測(cè)偏差小于±4%

（2）H因子模型具有更好地外推性。二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型15取壓方式的優(yōu)化，長(zhǎng)喉徑優(yōu)勢(shì)突出ISO/TR11583（標(biāo)準(zhǔn)文丘里）基于——總壓+壓損本研究（長(zhǎng)喉頸文丘里）基于——前差壓+后差壓長(zhǎng)喉頸的優(yōu)勢(shì)：流體流經(jīng)長(zhǎng)喉頸中，液相被充分加速，氣液混合更加充分，前后差壓信號(hào)的規(guī)律性突出、反向差異性鮮明。2012年2012年二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型1617

一、凝析氣田井口計(jì)量現(xiàn)狀二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型

四、樣機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)五、中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果七、凝析氣田計(jì)量工藝優(yōu)化

匯報(bào)內(nèi)容仿真模擬英買力氣田英買7集氣站的工況條件，完成實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的仿真研究，建立了濕氣測(cè)量仿真模型。仿真樣機(jī)幾何結(jié)構(gòu)：A型：DN50，β=0.55B型：DN50，β=0.4三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型18GMF=40%flow前取壓位置喉部取壓位置DN50，β=0.55文丘里管三維效果圖依托于天津大學(xué)超算中心：曙光“星云”系列高性能計(jì)算集群包含56個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，1232個(gè)CPU核，峰值速度達(dá)到每秒11萬(wàn)億次，內(nèi)存總?cè)萘?TB，并行存儲(chǔ)總?cè)萘?3TB，集群計(jì)算能力目前在國(guó)內(nèi)高校中居于前列。三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型19仿真工況條件A型樣機(jī)：DN50β=0.55三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型20

B型樣機(jī)DN50β=0.4仿真工況條件三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型21（a）近壁面壓力曲線圖A型舉例：12MPa，DN50β=0.55，Qg=60000Nm3/d流場(chǎng)圖（b）液相體積分?jǐn)?shù)圖仿真方法：基于歐拉多相流模型進(jìn)行CFD數(shù)值模擬（a）近壁面壓力曲線圖（b）液相體積分?jǐn)?shù)云圖三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型22B型樣機(jī)DN50β=0.4虛高模型氣相不確定度：±2%A型樣機(jī)DN50β=0.55虛高模型氣相不確定度：±3%三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型2324

一、凝析氣田井口計(jì)量現(xiàn)狀二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型

四、樣機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)五、中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果七、凝析氣田計(jì)量工藝優(yōu)化

匯報(bào)內(nèi)容專利設(shè)計(jì)1——長(zhǎng)喉頸：不同與標(biāo)準(zhǔn)文丘里管設(shè)計(jì)：本研究的文丘里管具有加長(zhǎng)的喉部，即為長(zhǎng)喉頸文丘里管，喉部長(zhǎng)度為喉部直徑的4~6倍。專利設(shè)計(jì)2——雙差壓：不同與標(biāo)準(zhǔn)文丘里管設(shè)計(jì)：研制的文丘里管在其上游、中游、下游分別取壓，構(gòu)成雙差壓信號(hào)，利用兩級(jí)差壓信號(hào)的反向規(guī)律實(shí)現(xiàn)氣液不分離測(cè)量。專利設(shè)計(jì)3——微型環(huán)室氣液隔離取壓器：不同與標(biāo)準(zhǔn)文丘里管設(shè)計(jì)，本課題研制的文丘里管的全部引壓管與計(jì)量管體之間的連接設(shè)計(jì)上，提出了一種獨(dú)特新穎的取壓設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，緊湊巧妙微型化，環(huán)型腔室設(shè)計(jì)，確保取壓信號(hào)均勻性，同時(shí)保障了穩(wěn)態(tài)下氣液隔離效果良好。四、樣機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)25

完成了A/B型兩套樣機(jī)的設(shè)計(jì)、加工、制作及傳感器、變送器、二次計(jì)算儀、上位機(jī)通訊平臺(tái)的系統(tǒng)調(diào)試。26BAA型樣機(jī)設(shè)計(jì)流量范圍(12MPa)：氣相流量6~24萬(wàn)方/天（高含液）；6~48萬(wàn)標(biāo)方/天(低含液）B型樣機(jī)設(shè)計(jì)流量范圍(12MPa)：氣相流量2~8萬(wàn)方/天（高含液）；2~16萬(wàn)標(biāo)方/天(低含液）四、樣機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)26防爆等級(jí)：ExdIIBT4Gb防護(hù)等級(jí)：IP66EMC電磁兼容測(cè)試快速電脈沖群實(shí)驗(yàn)測(cè)試通過(guò)等級(jí)為2級(jí)A類。抗靜電干擾實(shí)驗(yàn)測(cè)試通過(guò)等級(jí)3級(jí)溫度實(shí)驗(yàn)溫度范圍-20℃-70℃，以每5℃為間隔，每個(gè)間隔2小時(shí)進(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn)，運(yùn)行正常。長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試：在模擬外部信號(hào)輸入狀態(tài)下，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為30天，系統(tǒng)各功能完全正常。流量計(jì)算儀開發(fā)與可靠性測(cè)試四、樣機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)2728

一、凝析氣田井口計(jì)量現(xiàn)狀二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型

四、樣機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)五、中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果七、凝析氣田計(jì)量工藝優(yōu)化

匯報(bào)內(nèi)容29

進(jìn)行了兩套樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)室水流量實(shí)驗(yàn)標(biāo)定和中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)研究，完成了數(shù)據(jù)分析與建模。

水實(shí)驗(yàn)系數(shù)標(biāo)定平均流出系數(shù)：非線性誤差：重復(fù)性：=0.035%

0.833%

0.986793

A型標(biāo)定結(jié)果五、中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)29五、中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)基于“雙閉環(huán)濕氣流量實(shí)驗(yàn)裝置”的實(shí)驗(yàn)研究30五、中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)基于“雙閉環(huán)濕氣流量實(shí)驗(yàn)裝置”的實(shí)驗(yàn)研究31操作壓力：0.6MPa；氣相流速：7m/s；體積液相含率：LVF0.085%0.63%2.6%

濕氣實(shí)驗(yàn)五、中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)32氣相誤差：液相誤差：±5%（97.5%數(shù)據(jù)）±10%（93.6%數(shù)據(jù)）濕氣實(shí)驗(yàn)——A型樣機(jī)誤差五、中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)3334

一、凝析氣田井口計(jì)量現(xiàn)狀二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型

四、樣機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)五、中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果七、凝析氣田計(jì)量工藝優(yōu)化

匯報(bào)內(nèi)容六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效果完成“英買7集氣站”試驗(yàn)改造測(cè)試地點(diǎn)：塔里木油田公司英買7集氣站。測(cè)試時(shí)間：2013年1~9月測(cè)試設(shè)備：凝析天然氣兩相流量計(jì)工程樣機(jī)。測(cè)試井?dāng)?shù)：6口單井，井號(hào)分別為YM7、YM701、YM702、YM7-1、YM7-H2、YM16。輪換計(jì)量：集氣站采取自動(dòng)輪測(cè)模式計(jì)量各個(gè)單井，依據(jù)“英買力氣田群?jiǎn)尉?jì)量報(bào)表”記錄作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的參比標(biāo)準(zhǔn)。35設(shè)計(jì)方案：測(cè)試樣機(jī)（兩相流量計(jì)）安裝于氣液分離器上游。比對(duì)方法：氣相測(cè)量結(jié)果與分離器下游的孔板流量計(jì)比較液相測(cè)量結(jié)果與分離器下游的質(zhì)量流量計(jì)比較完成基于“英買7集氣站”工程改造六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效果36質(zhì)量流量計(jì)孔板流量計(jì)

完成“英買7集氣站”的改造工作、完成了工程樣機(jī)的安裝、調(diào)試與性能測(cè)試。六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效果37工程樣機(jī)安裝現(xiàn)場(chǎng)壓力測(cè)試正常：計(jì)量管體場(chǎng)外與場(chǎng)內(nèi)試壓16MPa,一次性通過(guò)；現(xiàn)場(chǎng)儀表正常：二次顯示流量計(jì)算儀及變送器已經(jīng)安裝運(yùn)行9個(gè)月（1月-9月），工作正常；上位機(jī)正常：數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)正常，軟件平臺(tái)可靠運(yùn)行。工程樣機(jī)安裝現(xiàn)場(chǎng)六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效果38測(cè)試比對(duì)系統(tǒng)——在線比對(duì)記錄啟動(dòng)比對(duì)液位波動(dòng)液位平穩(wěn)閥門動(dòng)作六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效果39六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效果40測(cè)試結(jié)論：氣相相對(duì)偏差：≤±3%液相相對(duì)偏差：≤±5%六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效果41測(cè)試比對(duì)系統(tǒng)驗(yàn)證——參比流量計(jì)第三方檢驗(yàn)結(jié)果，孔板流量計(jì)1.5級(jí)，質(zhì)量流量計(jì)0.5級(jí)。質(zhì)量流量計(jì)孔板流量計(jì)六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效果4243

一、凝析氣田井口計(jì)量現(xiàn)狀二、基于H修正因子的長(zhǎng)喉頸非標(biāo)準(zhǔn)文丘里管濕氣虛高修正理論模型三、濕氣測(cè)量仿真預(yù)測(cè)模型

四、樣機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)五、中壓濕氣測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)六、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果七、凝析氣田計(jì)量工藝優(yōu)化

匯報(bào)內(nèi)容液相計(jì)量氣相計(jì)量去集氣管線井流物單井計(jì)量工藝帶液不分離兩相計(jì)量去集氣管線井流物帶液計(jì)量工藝七、凝析氣田計(jì)量工藝優(yōu)化優(yōu)化前優(yōu)化后七、凝析氣田計(jì)量工藝優(yōu)化去處理廠帶液不分離計(jì)量井流物多井串接集氣單井連續(xù)計(jì)量放射式集氣多井輪換計(jì)量液相計(jì)量氣相計(jì)量去處理廠井流物井流物井流物井流物優(yōu)化前優(yōu)化后計(jì)量分離器計(jì)量分離器氣相計(jì)量氣相計(jì)量液相計(jì)量