1、谐振湿气流量计在涪陵页岩气开发中的首次应用谢利江(中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司,重庆 )摘要随着国家油气发展规划要求,各气田气井井口计量方式逐步从分离计量改为在线混相计量.混相计量技术在页岩气井开发中起到积极的作用.从页岩气开发背景、计量系统现状、谐振湿气混相计量原理、计量特点、第三方测试和现场试验效果等方面进行的分析,对页岩气井口的计量具有指导作用,为天然气井口计量提供参考.关键词涪陵页岩气;谐振湿气流量计;页岩气开发 中图分类号T E 文献标识码A 文章编号 X()D O I:/j i s s n X 页岩气主要以湿天然气形式进行开采,湿天然气是一种特殊的气液两相流动形态,广泛存在
2、于油气开采、炼油化工、能源、环保等许多行业.目前页岩气开发主要采用重力、或是旋流/G L C C分离器进行气、液两相分离,然后分别进行气、液的单相计量.气相单相计量设备主要为标准孔板流量计.将孔板安装在分离器的气管线的孔板阀中,通过计量孔板上游、下游侧之间的压差来计量流量.液相单相计量设备有涡轮流量计,利用流体流经叶轮时造成转速与流速成正比进行计量.现有计量体系的缺点 气相计量标准孔板流量计的量程比一般为:,这同其他类型的流量计相比,量程比不高,因此在页岩气开发过程中,需要频繁更换孔板以匹配实时气流量范围.由于分离器在进行气液分离时起到缓冲罐的作用,因此后端单相流量计量结果会出现滞后现象.同时
3、,分离器会对波动较大的流量起到类似“滤波”的效果,一些如开井初期的尖峰流量会被滤除,得到一个相对较小的测量结果.另外分离器是压力容器,会有气体憋压或爆炸的安全隐患.液相计量当采用涡轮流量计进行液流量计量时,由于湿气情况下液量产出较少,加上分离器的分离效率并非完全分离,造成非常多涡轮流量计的实际液流量低于涡轮流量计量程下限,造成涡轮流量计长期处于无变化状态,无法对液流量进行准确计量.有时气井生产中如果提产平凡,会将井里砂粒带出,砂粒聚集可以将涡轮堵死,造成流量计无法计量或受损.工艺及成本按每个井口安装套气、液分离器,配套两台单相仪表,并安装有多个阀组、温度变送器、压力变送器,造成成本高,站内设备
4、众多,同时增加现场安装的工作难度与工作量.设备安装完成后,占地面积较大,需要频繁更换孔板以匹配不同气流量范围,操作繁琐.综上所述,在具有较高含气率的页岩气开发过程中,需要一种体积小、重量轻、可实时在线不分离计量气液各自流量的湿气计量技术取代现有的分离计量技术.湿气计量现状湿气计量方法大致可分为两类:一是利用传统的单相气体流量计计量湿气.由于气体中含有少量液江 汉 石 油 职 工 大 学 学 报 年 月J o u r n a l o f J i a n g h a nP e t r o l e u mU n i v e r s i t yo fS t a f f a n dW o r k e r
5、 s第 卷第期 收稿日期 作者简介谢利江(),男,大学,工程师,现主要从事采气工程计量工作.体,多数气体流量计示值将产生计量虚高现象,需要建立数学模型进行修正,国内也有部分机构或厂家使用此方案进行湿气总流量计量,比如天津天大泰和公司生产的两相流,就是采取三差压文丘里管数学公式计算进行计量;二是采用现代新技术的湿气流量计计量湿气,包括射线、红外、微波、超声、电学、震动、互相关、示踪、过程层析成像等技术,由于湿气计量的复杂和敏感性(所需的相分率测量精度的灵敏性和稳定性),除射线原理外,目前大部分都处于实验室研发和现场试验改进阶段.但由于射线原理产品价格普遍相对较高,在油气田接受程度还不高,所以现有
6、常规的湿气测量方式多采用某一原理进行总流量计量后使用压差方式进行流量补偿,然后计量相分率后再分别计算气液流量的方式进行.谐振湿气流量计 计量原理由气体组分及测量所得的压力值、温度值即可计算出气体压缩因子、气体标况密度,从而计算出工况气密度.g f(P,T,Z)()根据科里奥利质量流量计测量所得的介质混合密度,结合工况气密度值、液相密度值,即可计算出两相介质体积相分率,由体积相分率可推导出质量相分率.m i xQmV(VVg)gVll)V()L V F m i xglg()L M F L V F lm i x()根据科里奥利质量流量计测量所得质量流量,并使用测量所得的差压值进行虚高补偿,即可得到
7、湿气介质总质量流量.QmF(P,T,Z,m i x,K,C,P)()由总质量流量及质量相分率,即可计算得到湿气两相气液质量流量.Qm l QmL M F()Qm g Qm(L M F)()由湿气两相各自质量流量,除以各自标况密度,即可得到气液标况体积流量.特点产品均进行出厂环线一致性测试标定,并抽样进行国家石油天然气大流量记录站湿气环线测试;总流量及相分率采用不同原理进行测量,没有误差传递(关联放大);精度高、稳定性好、成本低,更适合在页岩气井口计量中规模化推广应用.井口湿气现场计量测试 现场测试平台选择为测试谐振湿气流量计在页岩气开发过程中对湿气计量的适应性,选择新建集气X站进行测试.测试井
8、口压力M P a左右,单井气产量大致在 m/d,日水产量小于 m/d,符合湿天然气定义,具备试验条件.该集气站 井与 井汇管后共同经过计量分离器,其中 井管道中安装谐振湿气流量计,未安装.基于 、管线工艺图,采用以下气产量对比测试方案:将 井关井,营造两相流量计与分离器单独对比流程;待 关井一分钟左右流量管线内流量稳定后开始记录对比数据;每隔 S S记录一次对比双方的瞬时流量值、累积流量值;单次数据对比共进行分钟左右,以累积流量进行数据对比与偏差分析.因产液量较低,计量分离器未进行液相计量,本次测试对比仅进行气流量对比及偏差分析.测试数据及对比结果单次对比数据如表所示.表 单次对比数据日期时间
9、分离器累积流量值/(N m)累积流量/(m)谐振湿气流量计累积气流量值/(m)累积气流/(m)对比结果瞬时气相相对偏差 :谢利江谐振湿气流量计在涪陵页岩气开发中的首次应用将共次的对比结果进行汇总对比,对比数据如表所示.表 对比数据日期 分离器累积起始值/(N m)累积结束值/(Nm)累积流量/(N m)日流量/(N m/d)湿气两相流量计累积起始值/(N m)累积结束值/(N m)累积流量/(Nm)日流量/(Nm/d)对比结果累积相对偏差 单次对比结果如表所示.表 单次对比结果描述数据单位累积时间 (S)分离器累积气流量 (Nm)湿气两相累积气流量 (Nm)估算分离器日流量 N m/d估算湿气
10、气流量 N m/d绝对偏差 Nm相对偏差 对比结果汇总如表所示表 对比结果汇总描述数据单位分离器气总累积流量 N m两相流量计气总累积流量 N m测试期间累积量绝对偏差 N m测试期间累积量相对偏差 日流量标准偏差 日流量平均偏差 单日流量对比最大偏差 从以上数据分析来看,湿气两相流量计对单井产量变化监控灵敏,可及时分析气井生产状态;对气井生产连续波动工况适应性非常好,测量精度完全满足相关规范中湿气两相流量计计量精度要求:.就整体设备运行表现来看,谐振湿气流量计运行稳定、数据波动吻合该气站气井生产趋势,不分离在线流量数据时时传输满足无人值守气站的应用需要,且优化采气流程等.谐振湿气计量用于页岩
11、气开发的优点)减少分离器数量及占地面积,降低成本.页岩气开发主要采用“井工厂”模式,一个钻井平台通常存在口井甚至更多,个集气站通常处理个以上钻井平台,因此集气站需要处理的气井数量更多.因此,若采用混相不分离计量技术,可大量减少分离器数量.以井式集气站为例,可减少分离器台,降低分离设备投资,初步估算可减少集气站建设费用近 万元,同时也减少了现场安装工作量及占地面积.)可快速投产加密气井.页岩气开发后期,通常需要在已投产区域钻加密井来实现气田稳产,加密井投产初期压力较高,常规生产方式通常需要在集气站内增加集气流程,需重新征地、建设采气管线、采购集气设备等,既增加了投资,又增大了监控难度.而采用湿气
12、流量计,只需在井口对已投产的老井进行单井计量,然后多井汇合混输至集气站,充分利用已建集气站进行天然气处理后外输,此方案不需要增加采气管线,还可节约采气管线用于新井,加快加密井投产进度并大量节约投资成本.结论)现场试验通过对混相流量计与标准孔板流量计对比分析,谐振湿气计量技术在页岩气开发计量方面已能够满足要求.特别是在气井产出气的计量方面,江 汉 石 油 职 工 大 学 学 报累积计量结果偏差及平均偏差均在 以内,满足现场计量需求.)谐振湿气计量技术对多井式采气平台或集气站能够有效减少分离设备,减少现场安装工作量和占地面积.特别是山区气田,可极大降低集气站建设难度.)谐振湿气计量技术用于页岩气开
13、发末期加密井集输,可避免集气站大规模改造,加快加密井投产进度,同时降低投资.谐振湿气流量计运行稳定、数据计量结果吻合气井生产趋势,不分离在线计量数据实时传输满足无人值守气站的应用需要,且能起到优化采气流程等作用.建议在推进规模化应用的基础上,加快谐振湿气计量技术使用规范、流量计校核标准的编制,促进该项技术的推广应用.参考文献G B T 湿天然气流量测量SG B/T 用标准孔板流量计测量天然气流量S 潘丕武,张明天然气计量技术基础M北京:石油工业出版社,周方艮浅析孔板流量计量程比J冶金自动化,():T h eF i r s tA p p l i c a t i o no fR e s o n a
14、 n tW e tG a sF l o w m e t e r s i nF u l i n gS h a l eG a sD e v e l o p m e n tX I EL i j i a n g(S i n o p e cC h o n g q i n gF u l i n gS h a l eG a sE x p l o r a t i o na n dP r o d u c t i o nC o r p o r a t i o n,C h o n g q i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:I na c c o r d a n c ew i t h t
15、 h e r e q u i r e m e n t s f o r t h en a t i o n a l o i l a n dg a s d e v e l o p m e n t p l a n,t h em e t e r i n gm e t h o d s a tt h ew e l l h e a do f v a r i o u sg a s f i e l d sh a v eg r a d u a l l yt r a n s i t i o n e df r o ms e p a r a t em e t e r i n gt oo n l i n em u l t
16、i p h a s em e t e r i n g T h e i m p l e m e n t a t i o no fm u l t i p h a s em e t e r i n g t e c h n o l o g yh a sp l a y e das i g n i f i c a n t r o l e i nt h ed e v e l o p m e n to f s h a l eg a sw e l l s T h i s s t u d ya n a l y z e st h eb a c k g r o u n do fs h a l eg a sd e v
17、e l o p m e n t,t h ec u r r e n ts t a t u so fm e t e r i n gs y s t e m s,t h ep r i n c i p l eo f r e s o n a n tw e t g a sm u l t i p h a s em e t e r i n g,m e t e r i n g c h a r a c t e r i s t i c s,t h i r d p a r t y t e s t i n g,a n d f i e l d t e s t i n g r e s u l t s,p r o v i d
18、i n gv a l u a b l e i n s i g h t s f o rn a t u r a l g a sm e t e r i n ga t t h ew e l l h e a d K e y w o r d s:F u l i n gs h a l eg a s;r e s o n a n tw e t g a s f l o w m e t e r;s h a l eg a sd e v e l o p m e n t 编辑熊敏(上接第 页)D e s i g no fA n t i O v e r p r e s s u r ea n dA n t i f r e e
19、 z eP r e s s u r eG a u g eHONG H e,J I AOX i a o j u n,HONG W a n g,WUP i n g,F ANGY o n g(J i a n g h a nO i lP r o d u c t i o nP l a n t,S i n o p e cJ i a n g h a nO i l f i e l dC o m p a n y,Q i a n j i a n g,H u b e i ,C h i n a)A b s t r a c t:T h i s s t u d ya d d r e s s e s t h e i s s
20、 u e s e n c o u n t e r e d i n t h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o no f s p r i n g t u b e p r e s s u r e g a u g e s b yp r o p o s i n gan o v e l s o l u t i o n:t h ed e s i g no f a na n t i o v e r p r e s s u r e a n d a n t i f r e e z ep r e s s u r eg a u g e T h e o b j e c t
21、i v e i s t oo v e r c o m et h ed a m a g e c a u s e db y f r e e z i n gd u e t ow a t e r i n g r e s s i nt h es p r i n gt u b ed u r i n gg a u g eo p e r a t i o n T h ed e v e l o p e dp r e s s u r eg a u g e i s e q u i p p e dw i t h a r e s i l i e n t s e a l i n g s t r u c t u r e,c
22、o m p r i s i n g a p l u n g e r,s p r i n g,a n d s e a l i n g r i n g,t o e f f e c t i v e l yp r e v e n tt h e e n t r yo fm e d i u mi n t o t h eg a u g e s s p r i n g t u b e C o n s e q u e n t l y,i tm i t i g a t e s t h e c o r r o s i v e i m p a c t o f h a r m f u l s u b s t a n c
23、 e si n t h ep i p e l i n eo n t h e c o p p e r s p r i n g t u b e,t h e r e b yp r o l o n g i n g t h e s e r v i c e l i f eo f t h ep r e s s u r eg a u g e K e y w o r d s:A n t i o v e r p r e s s u r e a n da n t i f r e e z ep r e s s u r eg a u g e;w a t e r i n j e c t i o nw e l l;d e s i g nc o n c e p t 编辑熊敏谢利江谐振湿气流量计在涪陵页岩气开发中的首次应用
