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)
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)。
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
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
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。
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。
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]。
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
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
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%。
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。
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。
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。
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
(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]。