摘要：傳統(tǒng)多相流量計(jì)計(jì)量精度低、放射源存在安全隱患且工藝復(fù)雜、費(fèi)用高�；砻庠炊嘞嗔髁坑�(jì)利用文丘里原理測(cè)量多相流的總流量,利用豁免源伽馬傳感器放射性吸收技術(shù)測(cè)量多相流的相分率,根據(jù)總流量和相分率的計(jì)算,得到油流量、水流量和氣流量。經(jīng)灘淺海某平臺(tái)多井合采混輸單井計(jì)量實(shí)例應(yīng)用表明,與傳統(tǒng)的計(jì)量相比,豁免源多相流量計(jì)測(cè)量精度高、作業(yè)安全、經(jīng)濟(jì)效益好。該設(shè)備減少了復(fù)雜配置,工藝簡(jiǎn)潔,無污染,具有一定推廣價(jià)值。
在原油開采過程中,為了掌握油藏動(dòng)態(tài)和油井產(chǎn)量,確定產(chǎn)量和油田開采時(shí)間,需要經(jīng)常監(jiān)視單井動(dòng)態(tài)產(chǎn)量,通過對(duì)單口油井的產(chǎn)出油、氣、水體積流量進(jìn)行計(jì)量,優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù),提高采收率[1-5]常規(guī)的多井合采混輸單井計(jì)量需要多個(gè)分離器進(jìn)行氣液分離計(jì)量,之后通過儀器儀表和計(jì)量罐進(jìn)行計(jì)量,得出各相所占的比率。受海上采油平臺(tái)空間及開采成本的限制,應(yīng)減少計(jì)量設(shè)備,提高設(shè)備利用率。
多相流測(cè)量技術(shù)和設(shè)備在石油工業(yè)中實(shí)現(xiàn)無須相分離的原油、水和天然氣產(chǎn)量的計(jì)量。劉平等[6]在國(guó)內(nèi)某海域油氣構(gòu)造評(píng)價(jià)延長(zhǎng)測(cè)試項(xiàng)目中，為了有效提高在延長(zhǎng)測(cè)試中流量計(jì)的測(cè)量精度,研究了γ源多相流量計(jì)的計(jì)量原理,分析了影響多相計(jì)量精度的相關(guān)因素。首次采用γ源多相流量計(jì)進(jìn)行單井計(jì)量。陳艷[7]通過介紹分離計(jì)量方案和多相不分離計(jì)量方案過程、測(cè)量原理和應(yīng)用情況,對(duì)二者優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。豁免源多相流量計(jì)是利用文丘里原理測(cè)量多相流的總流量，利用豁免源伽馬傳感器放射性吸收.技術(shù)的技術(shù)原理測(cè)量多相流的相分率。然后根據(jù)總流量和相分率,通過--系列的計(jì)算,即可得到油流量.水流量和氣流量。它即解決海洋平臺(tái)空間狹小環(huán)境惡劣計(jì)量不連續(xù)成本高等問題,又避免了放射源使用帶來的施工風(fēng)險(xiǎn),具有體積小,工藝簡(jiǎn)潔,測(cè)量范圍廣,計(jì)量精度高,無污染等優(yōu)點(diǎn),具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。
1豁免源多相流量計(jì)
豁免源多相流量計(jì)結(jié)構(gòu)、工作原理及主要技術(shù)參數(shù)如下。
1.1結(jié)構(gòu)
豁免源多相流量計(jì)由文丘里管、單能伽瑪傳感器、油氣水三相含水儀、雙能伽瑪傳感器數(shù)據(jù)采集和處理單元、輔助性測(cè)量?jī)x表及控制裝置等組成，結(jié)構(gòu)圖見圖1。
(1)豁免源多相流量計(jì)利用文丘里管及單能伽瑪傳感器,完成多相流氣、液兩相流量的實(shí)時(shí)測(cè)量。
(2)豁免源多相流量計(jì)利用油、氣、水三相含水儀流型調(diào)整裝置及雙能伽瑪傳感器,測(cè)量油、氣、水三相狀態(tài)標(biāo)態(tài)下油水混合液的相分率。
(3)豁免源多相流量計(jì)利用數(shù)據(jù)采集和處理單元,對(duì)單能伽瑪傳感器、雙能伽瑪傳感器及儀表的信號(hào)采集、處理,利用多相流動(dòng)模型計(jì)算各相率下的含量,最終將測(cè)量結(jié)果輸出到中控或數(shù)據(jù)傳給業(yè)主。
(4)豁免源多相流量計(jì)系統(tǒng)還包括--部分輔助.性測(cè)量?jī)x表及控制裝置,用于流量計(jì)的操作和控制。
(5)豁免源多相流量計(jì)根據(jù)產(chǎn)量的高低,設(shè)置不同尺寸的測(cè)量管徑開關(guān)閥,便于實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),確保計(jì)量正確。
1.2工作原理
豁免源多相流量計(jì)利用文丘里流量計(jì)測(cè)量多相流在工況條件下的總流量,利用伽馬傳感器射線吸收技術(shù)測(cè)量多相流的相分率,即管道中多相流氣體的體積分額一含氣率(GVF).液相中水的體積分額一舍水率(WC)。根據(jù)總流量和相分率，通過多相流模型計(jì)算,可得到油流量、水流量和氣流量。
文丘里流量計(jì)是利用文丘里效應(yīng)“"]，它的主體.是一節(jié)中部縮頸(喉部)的測(cè)量管段(文丘里管),當(dāng)流體流經(jīng)文丘里管時(shí),在它的入口與喉部之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓差(△p)。流體的總流量(q)與壓差的平方根成正比:q~√△p/ρ;(ρ是流體的混合密度)。當(dāng)文丘里管的尺寸和加工工藝符合一定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí),即可確定.上式中比例常數(shù)，即測(cè)得流經(jīng)文丘里管流體的總流量。
伽瑪傳感器用來測(cè)量氣和液的相分率以及液相的含水率。伽馬射線是放射性同位素發(fā)射的一種電磁輻射,它有很強(qiáng)的穿透介質(zhì)的能力。當(dāng)一束從放射源發(fā)射的伽馬射線穿過介質(zhì)時(shí),它的強(qiáng)度將因介質(zhì)的吸收作用而減弱。不同的介質(zhì)對(duì)伽馬射線的吸收能力也不同,它主要與介質(zhì)的化學(xué)組成和密度有關(guān)。對(duì)能量較低的伽馬射線而言,水的吸收大于油的吸收。對(duì)低壓下的天然氣，它對(duì)伽馬射線的吸收可以忽略。在伽馬傳感器中，用一種被稱為Na(TI)閃爍探測(cè)器的探頭來測(cè)量伽馬射線的強(qiáng)度。這種探頭輸出一連串的電脈沖,在單位時(shí)間內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)即代表被測(cè)量的伽馬射線的強(qiáng)度。
當(dāng)一束伽馬射線穿過氣液兩相混合介質(zhì)時(shí),它的強(qiáng)度衰減與氣和液的相對(duì)比分有關(guān)。如果已知伽馬束的初始強(qiáng)度,測(cè)量它穿過一定厚度的介質(zhì)后的強(qiáng)度，即可確定氣和液的相分率。但在這種情況下,液相必須為單--介質(zhì),或組份不變或已知的二元介質(zhì)。這就是單能伽馬傳感器測(cè)量含氣率的原理。
當(dāng)被測(cè)量介質(zhì)是相對(duì)比分未知的油、氣、水的混合物時(shí)，用一種能量的--束伽馬射線既不能確定含氣率也不能確定含水率。這時(shí),需要增加能量不同的另--東伽馬射線,這就是雙能伽馬傳感器[21]同時(shí)測(cè)量?jī)墒ゑR射線的強(qiáng)度,即可確定油、氣、水的混合介質(zhì)的含水率和含氣率。
使用豁免源伽瑪傳感器測(cè)量相分率有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì):①不受乳化液相互轉(zhuǎn)化的影響;②可測(cè)量全范圍相分率;③操作方便,計(jì)量精度高;④不受液中含氣的影響。
1.3主要技術(shù)參數(shù)
(1)測(cè)量范圍
豁免源多相流量計(jì)測(cè)量范圍分布如圖2所示,即含水率測(cè)量范圍:0~100%;含氣率測(cè)量范圍:0~100%;流量測(cè)量范圍:0~3000m³/d;氣量測(cè)量范圍:0~30x104m³/d。.
(2)測(cè)量精度
豁免源多相流量計(jì)測(cè)量精度在全量程體積含.氣率(GVF)0~100%狀態(tài)下,總液量測(cè)量精度達(dá)到5%以內(nèi),氣體流量測(cè)量精度10%以內(nèi),含水率測(cè)量精度達(dá)到2%以內(nèi)，其中氣液均為相對(duì)誤差,含水率為絕對(duì)誤差,全量程GVF范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)各單相流量計(jì)及含水率實(shí)時(shí)計(jì)量，進(jìn)行產(chǎn)量連續(xù)監(jiān)測(cè)
(3)基本設(shè)計(jì)參數(shù)
豁免源多相流量計(jì)設(shè)計(jì)口徑76mm,測(cè)量管線滿足大尺寸和小尺寸兩種方案,分別為76mm、38mm,操作壓力500~6000kPa,操作溫度30~90℃,整橇設(shè)計(jì)壽命20年,可在油田生命周期內(nèi)的實(shí)現(xiàn)持續(xù)應(yīng)用。采用兩路220VAC供電,一路為電伴熱供電,另一路為橇內(nèi)儀表供電;核心部件均采用SS316不銹鋼制造,其中含水率和含氣率的測(cè)量部件為伽馬傳感器，使用Ba133豁免源,其輻射泄露等同于本底水平,采用CH133探頭,滿足海上高濕高鹽霧環(huán)境下的防護(hù)。
2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
豁免源多相流量計(jì)在大港埕海XX油田區(qū)塊8口井合采混輸單井計(jì)量得到成功應(yīng)用,合采混輸單井計(jì)量產(chǎn)量見表1,單井產(chǎn)量最高產(chǎn)液量388.98m³/d,最高產(chǎn)氣量74495m³/d;總液量誤差值小于5%,氣體流量誤差值小于7%,含水率小于2%,達(dá)到了計(jì)量作業(yè)要求。
3結(jié)論
(1)使用豁免源多相流量計(jì)在多井合采混輸單井計(jì)量有足夠的精度,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)測(cè)量,基本上可以做到無人值守等特點(diǎn)使其可以代替部分三相分離器,具有一定的推廣價(jià)值。
(2)豁免源多相流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量多相流的總流量和單相相分率,方便計(jì)算各相流體的流量,可及時(shí)監(jiān)測(cè)油井井況，提高計(jì)量的及時(shí)性和正確率,通過產(chǎn)量變化進(jìn)行有效把握,為油田動(dòng)態(tài)管理提供可靠的數(shù)據(jù)支持,現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。
(3)豁免源多相流量計(jì)安裝工藝簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)緊湊,解決了海洋平臺(tái)空間狹小、環(huán)境惡劣、成本高等問題,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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