某平臺測試分離器與GLCC多相流量計(jì)使用效果對比分析

劉帥, 郝永順 (中海石油 (中國) 有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

某海上采油平臺投產(chǎn)時(shí)使用的原油測試多相流量計(jì)和生產(chǎn)多相流量計(jì)均為GLCC流量計(jì)，每個(gè)流量計(jì)出口均設(shè)置有三閥組，用來外接移動(dòng)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。每日單井測試數(shù)據(jù)錄入以測試流量計(jì)為準(zhǔn)，平臺綜合產(chǎn)量以生產(chǎn)流量計(jì)測試數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，并將生產(chǎn)流量計(jì)數(shù)據(jù)上報(bào)至陸岸終端，陸岸終端核實(shí)產(chǎn)量并將該產(chǎn)量發(fā)回至各平臺，核實(shí)產(chǎn)量與所有平臺上報(bào)產(chǎn)量加和的比值約為0.7左右，數(shù)據(jù)誤差較大，嚴(yán)重影響產(chǎn)量計(jì)量的準(zhǔn)確性，為油藏評價(jià)，產(chǎn)量計(jì)劃編制等工作帶來了嚴(yán)重困擾。通過改造換型，需解決如下兩個(gè)問題：

(1)提高多相流量計(jì)的含水測試準(zhǔn)確性；

(2)終端核實(shí)產(chǎn)量與上報(bào)產(chǎn)量比值較低，通過換型改造提高該比值數(shù)據(jù)。

1 項(xiàng)目背景

某海上采油平臺為近年來投產(chǎn)的井口平臺，平臺原油主流程為單井經(jīng)井口管線進(jìn)入測試管匯或生產(chǎn)管匯，經(jīng)測試管匯原油需經(jīng)過GLCC測試多相流量計(jì)進(jìn)入GLCC生產(chǎn)多相流量計(jì)，經(jīng)生產(chǎn)管匯原油直接進(jìn)入GLCC生產(chǎn)多相流量計(jì)，原油經(jīng)過生產(chǎn)流量計(jì)計(jì)量后直接下海管外輸至下游處理平臺，相關(guān)流程示意圖如圖1所示。

圖1 平臺生產(chǎn)流程圖

該平臺前期使用的測試/生產(chǎn)多相流量計(jì)均為GLCC氣液柱狀旋流式流量計(jì)，它的主體結(jié)構(gòu)為帶有傾斜切入口的垂直管和氣、液相出口組成，油井產(chǎn)出的油氣水混合物在一定壓力下通過傾斜切向入口進(jìn)入柱狀氣液旋流分離器，并在分離器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力。由于流體中氣液兩相密度的不同，導(dǎo)致其受到的離心力不同，從而氣相向氣液旋流分離器軸心處運(yùn)動(dòng)，形成向上的內(nèi)旋流氣核，液相向內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)，形成向下的外旋流，促使氣液組分迅速分離。氣液分離后，氣相從頂部氣相出口排出，并經(jīng)過孔板流量計(jì)計(jì)量，液相從底部液相出口排出，經(jīng)過質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量，并經(jīng)含水分析儀分析含水情況[1]。

在使用過程中，GLCC測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受到如下幾個(gè)方面的影響：一方面是頂部氣流中的含液量，另一方面底部液流中的含氣量，同時(shí)含水分析儀的準(zhǔn)確性也對油水產(chǎn)量的計(jì)算產(chǎn)生較大影響。

在使用過程中發(fā)現(xiàn)，底部液流中質(zhì)量流量計(jì)測量密度在0.38-0.65 g/ml之間，遠(yuǎn)低于手工化驗(yàn)密度0.88 g/ml的數(shù)值，說明旋流分離器液相存在含氣現(xiàn)象。在旋流分離器頂部取樣，會有時(shí)斷時(shí)續(xù)的氣液混合物排出，說明旋流分離器氣相帶液，同時(shí)含水率分析儀的數(shù)值，與手工含水化驗(yàn)數(shù)據(jù)相差較大，對比曲線如圖2所示。

圖2 改造換型前生產(chǎn)流量計(jì)含水與手工化驗(yàn)含水對比曲線圖

2 影響因素分析

GLCC柱狀氣液旋流分離器的設(shè)計(jì)原理是依靠離心力來達(dá)到氣液分離的效果。在入口下方，由于離心力的作用，形成了以氣體為核心，液相沿分離器內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)形態(tài)。隨著液面的逐漸降低，氣體核心縮小，逐漸變成以液體為主的流體性質(zhì)，這部分液體仍沿內(nèi)壁進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。理論上沿切線進(jìn)入旋流分離器內(nèi)部的混合液分離效果要比只依靠重力進(jìn)行沉降分離的效果要好，但在使用過程中，效果不盡如人意。GLCC原理示意圖如圖3所示。

圖3 GLCC原理示意圖

2.1 影響生產(chǎn)GLCC多相流量計(jì)測試不準(zhǔn)的因素分析

改造換型前該平臺日均產(chǎn)氣量約為生產(chǎn)流量計(jì)處理能力的124%，處理量超過了該流量計(jì)的設(shè)計(jì)處理能力。由上述介紹可知，GLCC處理氣量如果過大，旋流分離器入口處產(chǎn)液與上升中的氣體核心相遇，使部分液體隨氣體核心從氣相控制閥流出。同時(shí)由于氣相流速過大，氣液界面被氣壓向下壓，部分氣體未完全從液相中分離出來，即從液相帶出流量計(jì)，造成液相跑氣。

2.2 影響測試GLCC多相流量計(jì)測試不準(zhǔn)的因素分析

改造換型前該平臺部分生產(chǎn)井單井測試產(chǎn)氣超過測試GLCC多相流量計(jì)處理上限和下限，最高為15萬方/天，最低為0方/天，其中低于1000方/天產(chǎn)氣量的井占全部生產(chǎn)井的半數(shù)，完全在該分離器處理產(chǎn)氣能力范圍內(nèi)的生產(chǎn)井只有3口。與生產(chǎn)流量計(jì)測不準(zhǔn)的原因相同，產(chǎn)氣量超高的生產(chǎn)井均出現(xiàn)氣相跑液和液相跑氣的現(xiàn)象，部分產(chǎn)氣量較低的生產(chǎn)井，同時(shí)產(chǎn)液量也較低，流體進(jìn)入旋流分離器后，無法充分發(fā)揮旋流離心作用，氣液兩相的分離效果不佳，導(dǎo)致了部分生產(chǎn)井的液相存在未完全脫出的氣體，影響液相產(chǎn)量的計(jì)量。

2.3 含水率儀測試含水不準(zhǔn)確的原因分析

GLCC流量計(jì)的含水率分析儀采用射頻導(dǎo)納含水率儀，基本原理是根據(jù)流體介電常數(shù)隨原油含水率不同而產(chǎn)生的規(guī)律性變化來確定油水混合物的含水率。從測量原理來看，該類含水率儀不能處理高含水情況下的油水分析。而且在實(shí)際使用中，含水率分析儀需依賴手工化驗(yàn)含水值進(jìn)行擬合校正處理，該種校正方式，一方面無法完全保證化驗(yàn)值的準(zhǔn)確性，另一方面流體物性一旦發(fā)生變化，某一時(shí)間點(diǎn)求取的校正關(guān)系不能保證在不同含水階段的通用性，造成含水率分析儀在使用過程中誤差不斷增大。

旋流分離器的三個(gè)重要參考指標(biāo)均出現(xiàn)異常，由于GLCC多相流量計(jì)的結(jié)構(gòu)特殊性，其核心結(jié)構(gòu)均在柱狀氣液旋流分離器內(nèi)部，從經(jīng)濟(jì)性和解決問題的準(zhǔn)確性角度出發(fā)，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造的難度較大，經(jīng)濟(jì)性不高，這時(shí)多相流量計(jì)的換型就顯得勢在必行。經(jīng)過多方面考慮，決定選取不經(jīng)過含水率分析儀測量含水，同時(shí)能夠保證產(chǎn)液有足夠時(shí)間沉降的測試分離器代替GLCC測試多相流量計(jì)[2]。

3 測試分離器結(jié)構(gòu)和原理

測試分離器的結(jié)構(gòu)分為混合腔和油腔，生產(chǎn)井產(chǎn)出的油氣水混合物進(jìn)入三相分離器，經(jīng)整流板、波紋板組后大部分液體在分離器混合腔內(nèi)進(jìn)行沉降，剩余的極少部分液體經(jīng)捕霧器進(jìn)一步分離，天然氣體通過壓力控制閥進(jìn)入下游流程。沉降下來的油、水混合液停留一段時(shí)間后，因密度的差別逐漸進(jìn)行分層，水沉積在混合腔的底部，混合腔的上部為油層。當(dāng)油層的液位高出堰板頂部時(shí)則慢慢流入油腔內(nèi)，然后由油室下部的出油口排出，混合腔的水沉降分離到混合腔的底層，并經(jīng)過出水口排出，油、氣、水三相分別經(jīng)過質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。

測試分離器結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 測試分離器結(jié)構(gòu)示意圖

4 使用效果對比分析

測試分離器目前已使用近半年，改造后流程圖如圖5所示。投用初期，與GLCC多相流量計(jì)做比較，選取生產(chǎn)過程無段塞流且產(chǎn)氣和產(chǎn)液相對較穩(wěn)定的生產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

圖5 測試分離器接入示意圖

4.1 測試分離器與GLCC多相流量計(jì)測試產(chǎn)油對比分析

各生產(chǎn)井分離器測試產(chǎn)油和GLCC測試產(chǎn)油比值如圖6所示。

圖6 分離器與GLCC測試產(chǎn)油比值

通過分析曲線可知，比值大多數(shù)分布在0.7左右，也就是說測試分離器測試產(chǎn)油相當(dāng)于GLCC測試產(chǎn)油的70%。

4.2 測試分離器與GLCC多相流量計(jì)測試產(chǎn)水對比分析

分離器測試產(chǎn)水和GLCC測試產(chǎn)水比值如圖7所示。

圖8 分離器與GLCC測試產(chǎn)水比值

通過分析曲線可知 (如圖8所示)，去除分離器測試產(chǎn)水為0的生產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)，大多數(shù)比值分布在0.7左右，區(qū)間在0.6-0.8之間，也就是說測試分離器測試產(chǎn)水相當(dāng)于GLCC測試產(chǎn)水的70%，分離器測試產(chǎn)油和產(chǎn)水與GLCC測試數(shù)據(jù)的比值均分布在0.7左右。

4.3 測試分離器與GLCC多相流量計(jì)測試產(chǎn)液對比分析

分離器測試產(chǎn)液和GLCC測試產(chǎn)液比值如下圖：

圖7 分離器與GLCC測試產(chǎn)液比值

通過分析曲線可知，大多數(shù)比值分布在0.7左右，也就是說測試分離器測試產(chǎn)液相當(dāng)于GLCC測試產(chǎn)液的70%，進(jìn)一步驗(yàn)證測試分離器測試的油水產(chǎn)量與GLCC多相流量計(jì)測試的油水產(chǎn)量存在一定的正比例關(guān)系。

4.4 測試分離器與GLCC多相流量計(jì)測試產(chǎn)氣對比分析

通過對比測試數(shù)據(jù)，GLCC測試的部分不產(chǎn)氣的單井，經(jīng)測試分離器測試均有氣產(chǎn)量。目前測試分離器使用的為質(zhì)量流量計(jì)，準(zhǔn)確度較高，GLCC氣相測量使用的是孔板流量計(jì)，部分GLCC測試不產(chǎn)氣的單井，在井口取樣均有較多氣體。綜合分析測試分離器氣相測量相對較精確。

4.5 測試分離器測試含水與手工化驗(yàn)含水對比分析

改造換型后，該平臺改變上報(bào)陸岸終端產(chǎn)量的方法，由原來生產(chǎn)流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)上報(bào)的方式，變?yōu)闇y試分離器測試數(shù)據(jù)加和的方式進(jìn)行上報(bào)，之后的綜合產(chǎn)油的測試含水率和手工化驗(yàn)含水率關(guān)系曲線如圖9所示，含水率的差距有了明顯的縮小，測試含水率更接近手工化驗(yàn)的含水率。

圖9 綜合含水與手工化驗(yàn)含水對比

5 結(jié)語

(1)經(jīng)過分別對比產(chǎn)油、產(chǎn)水和產(chǎn)氣三組數(shù)據(jù)可知，測試分離器測試產(chǎn)液量較GLCC測試產(chǎn)液量低30%左右，測試分離器測試產(chǎn)氣數(shù)據(jù)相對較準(zhǔn)確。

(2)調(diào)整平臺上報(bào)綜合產(chǎn)量的方式，由原來的以生產(chǎn)流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)為依據(jù)，變?yōu)橐詼y試分離器測試數(shù)據(jù)加和的方式進(jìn)行上報(bào)，平臺的綜合含水與手工化驗(yàn)含水差距縮小，趨勢相同，綜合含水率的準(zhǔn)確性有了大幅度提高。

(3)調(diào)整平臺上報(bào)綜合產(chǎn)量的方式，以測試分離器測試單井產(chǎn)油加和的方式上報(bào)至陸岸終端，經(jīng)過逐漸的調(diào)試摸索，終端核實(shí)產(chǎn)量與上報(bào)產(chǎn)量比值由前期的0.7，逐漸上升至近期的0.96，該比值有了很大幅度的提高。

(4)測試分離器的接入充分考慮了將來流量計(jì)的標(biāo)定問題，通過預(yù)留接口的方式，同時(shí)滿足了兩臺測試流量計(jì)的標(biāo)定需求[3]。