一、油井伴生气计量工艺的特点
由油井计量分离器分离出的伴生气由于分离不净含有油污,属脏污介质;计量分离器常有气路跑油现象,造成管线内积液;伴生气流量不稳定,并随时间周期性地大幅度变化,属脉动流体。上述特点给油田油井伴生气计量仪表的设计选型、使用维护及准确计量带来较大困难。
二、油井伴生气计量仪表应用分析
我国早期的油田开发,伴生气计量方法十分简单,采用垫圈流量计放空测气,实际上测量的是垫圈上游与大气之间的压差,从而计算出伴生气流量。由于这种方法十分落后且对大气有污染,早已不再使用。近年来各油田应用于油井伴生气计量的仪表主要有双波纹管差压流量计及旋进旋涡流量计。
1.双波纹管差压流量计
双波纹管差压流量计结构简单,无转动部件,安装方便,勿需电源气源,成本较低,早期的油井伴生气计量大多数选用差压流量计。采用该计量方法只须在具备节流装置的系统下,配套安装一台CW-430双参数仪表,即可按流量标准进行流量计算。
(1)双波纹管差压流量计使用中存在的问题
①由于天然气气流的大幅度波动,双波纹管差压式流量计记录曲线成为记录曲线带,造成难以准确计算出差压曲线全天的平均值。②在秋冬春三个季节,由于天然气中含水、原油及一些颗粒杂质,容易使差压计导压管路发生堵塞或阻塞现象,造成差压计的记录曲线不能准确地反映节流装置产生的真实差压信号。③由于天然气气液分离效果不好,在导压管路中及差压计的正负压力室产生积水、积油等现象,是差压计产生液位附加误差或因原油使波纹管粘接在一起而动作不灵活,造成计量不准。④气体流量波动范围大,而孔板流量计测量范围小(最大为1:3.5)。⑤孔板流量计内的孔板需定期检查、清洗和检测几何尺寸,而天然气计量条件差,加之管理不够,很难定期检修,致使许多计量站上的孔板流量计安装后长期失去管理。其结果是造成很大浪费又没有真正解决实际问题。⑥双波纹管差压式流量计为纯机械仪表,精度不高,使用一段时间后,因摩擦和磨损,将导致不灵敏度和线性误差增大。其次量程范围变化小,当量程变化范围超过±10%时必须更换范围弹簧组。⑦在计算方面,由于采用对卡片记录参数人工求积,参数查表计算方法,计算烦琐, 工作量大,速度慢,不便于基层岗位人员掌握。
(2)提高双波纹管差压流量计计量准确度的措施
①合理选取测量点:A.进入双波纹管差压式流量计的气体必须先通过气液分离器、过滤器;b.把测量管装在对消除脉动来说较为有利的位置,例如装在调压阀的入口侧或远离脉动源。②为了减少脉动幅度,可在脉动源和测量管之间的管线上加装一个容器(具有一定容积)或者设计专门的脉动衰减器。把节流阀或限流器装在脉动源和测量管之间是减少脉动的最有效方法,但是这种方法如果压力降过大,会提高油井回压,对油井正常生产有不利影响,就不宜采用。③采用直径比β值较小的孔板。在多路计量装置中,使用每一支路在尽可能高的差压下操作。④在差压仍保持较高的操作前提下,可用较小的测量管,而孔板开孔直径基本不变。⑤在节流装置前、后取压管出口处分别加装一个具有一定容积的气液分离器,使进入流量计的差、静压信号达到先气液分离及缓冲后再进入流量计。⑥导压管路上的上、下游导压阀应选用大通径的球型阀。⑦选用带阻尼调节的双波纹差压计。⑧为了防止导压管的冻堵,必须对导压管路进行保温,并增加加热补偿保温措施。⑨对于因下游波动源而引起计量点气流脉动的情况,可通过调整节流装置下游侧阀门的阀位(关小),使计量点气流脉动幅度减小。试验证明,采用关小计量管下游阀的方法来控制气流的脉动,效果是十分明显的,在控制下游阀时,只要静压上升一格,差压的波动就会降低80%~90%。此方法在实际使用时,必须在确保安全生产的情况下进行。⑩必须加强对导压管路、节流装置进行定期排污工作,确保导压管畅通。每月必须定期对节流装置进行检查、清洗一次。
2.旋进旋涡流量计
(1)旋进旋涡流量计在使用中存在的问题
①旋涡流量计属流体振荡型仪表,对流场有较高的要求,流量计前后直管段长度不符合要求、壳体中心线与管道中心线不同心都会带来较大的计量误差。②单井天然气流量不稳定,并随时间周期性地大幅度变化,属脉动流体。测量中产生随机脉动压力将会对旋涡发生体产生随机冲击,从而影响测量精度。③由于单井天然气流量不稳定,将引起工艺管道的振动,在流速较低时,会使仪表输出错误信号而影响计量准确度。经过使用旋涡流量计发现主要问题是计数不准,有时仪表显示虽能反映流量大小的趋向,但误差较大,有时无流量仪表仍有显示等。④旋涡流量计要求介质清洁,单井天然气由于分离不净含有污油及砂粒等杂质,属脏污介质。砂粒磨损旋涡发生体及污油等杂质粘在旋涡发生体表面均使仪表产生测量误差,目前大多数流量计使用几个月后由于脏物粘在旋涡发生体上,使流量计产生8%~10%的计量误差。⑤对天然气来说,当介质压力或温度变化时,其体积也随之改变,从而使仪表显示随温度压力的变化而产生误差。目前实际应用中温度变化没有考虑,经现场多个计量站与具有压力、温度自动补偿功能的智能旋涡流量计核实对比,误差在10%左右。⑥抗干扰能力较差,量程下限高,气量较小时仪表不转没有显示。
(2)提高旋进旋涡流量计计量准确度的措施
①为了使流量范围和流速大一些,尽量选用公称通径小一些的流量计。②为了提高抗工艺管道振动干扰性能,可采取如下措施:改进旋涡发生体结构形状,使传感器能更好地接收旋涡力,提高有效信号的幅度。结构上采用两块压电晶体装在旋涡发生体的两边,经差动放大电路放大,将工艺管道的振动信号相互抵消。采用抗振动性能比压电式旋涡高1个数量级、量程比大(目前常用的压电式量程比为1:10或1:15,电容式可达1:25或1:40)、流量下限低的新型智能电容式旋进旋涡流量计。为减少脉动幅度,可在脉动源和测量管之间的管线上加装脉动衰减器。为防止振动干扰,在流量计两侧加固定支架或橡胶垫。③在安装上流量计应远离弯头及闸门防止产生漩流。流量计前后保证足够的直管段,尽量使流量计的中心线与管道中心线保持同心,并防止密封垫突入管道内径。若现场直管段长度不能满足流量计使用要求时,应在流量计前加装整流器对被测流体稳流。④由于天然气中含有大量饱和水蒸汽,温度降低时有水凝结;计量分离器常有气路跑油现象,造成管线内积液,加之油井计量为间断计量方式,当停止计量时,将有油、水沉积在气管线内,因此测量天然气时应尽量将流量计安装在高处,以防止气体中的残液存积在流量计中,影响感应元件的振动,降低测量精度。应定期清洗旋涡发生体,清洗周期应根据现场实际情况而定。⑤旋涡流量计输出脉冲信号频率大都处于低频段,甚至处于甚低频段,理论证明在低频段采用测频法比测周法误差大,解决办法是在低频段采用测周法,频率较高时才采用测频法。⑥在单井天然气计量应用时由于压力温度变化会引起计量误差,可采用具有压力、温度自动补偿和压缩因子修正功能的智能型一体化旋涡流量计,提高计量准确度。
三、结束语
综上所述,孔板流量计存在许多不尽人意的缺点,用于油井伴生气计量问题较多,但孔板流量计有成熟的生产工艺和使用经验,至今还没有任何一种流量计可以和它“相提并论”。随着电子技术的飞速发展,一体化智能孔板流量计的量程范围和精度都有较大提高。旋进旋涡流量计近几年在国内一些油田伴生气计量中得到了广泛应用,该仪表主要特点是工作温度范围宽;量程比较宽;压力损失小;准确度较高;结构简单。由于旋涡流量计使用历史不长,为能产生更稳定的、规则的旋涡,对柱体形态、上游流动情况对旋涡的产生和脱落的影响,抗干扰性能及计量准确度有待进一步研究提高,该仪表很有可能成为油田油井伴生气计量中的主要更新换代仪表。