延安某氣田單井流量計(jì)存在的問(wèn)題及解決方法

強(qiáng) 帥，楊 勉，李 勇

（斯倫貝謝長(zhǎng)和油田工程有限公司，陜西 延安 716000）

0 引言

本文介紹了延113～延133氣田井區(qū)使用的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)和均速管流量計(jì)工作原理，具體闡述了旋進(jìn)旋渦流量計(jì)和均速管流量計(jì)存在的問(wèn)題及解決方法，目的是掌握流量計(jì)的工作原理及設(shè)置參數(shù)，降低偏差，準(zhǔn)確分析氣井動(dòng)態(tài)。

延安氣田延113～133井區(qū)項(xiàng)目年產(chǎn)氣量可達(dá)13.3×108m3，目前涉及累計(jì)35座井場(chǎng)，205口氣井。其中，29座井場(chǎng)，172口單井采用差壓式原理計(jì)量，6座井場(chǎng)，33口井采用旋進(jìn)旋渦流量計(jì)計(jì)量。

通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)差壓流量計(jì)，尤其是以孔板為代表的節(jié)流式差壓流量計(jì)[1]，發(fā)現(xiàn)對(duì)其前后直管段有著嚴(yán)格要求的特點(diǎn)。因此，該項(xiàng)目選取了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在相同條件直管段下測(cè)量精度更高、壓損小，內(nèi)部無(wú)可動(dòng)部件[2]，安裝維護(hù)更方便的均速管流量計(jì)。同時(shí)，該項(xiàng)目選取了具有長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)需特殊維護(hù)，無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件，通用性和互換性較好，集成度高、體積小等特點(diǎn)的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)，形成了與差壓式流量計(jì)的鮮明對(duì)比。天然氣流量計(jì)在計(jì)量中的準(zhǔn)確性尤為突出，考慮實(shí)際使用過(guò)程中影響因素較多，在分析問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)應(yīng)用設(shè)備的工作原理仔細(xì)斟酌，與專業(yè)技術(shù)人才深入交流，以提高天然氣的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量準(zhǔn)確度并及時(shí)采取合理措施，提供有力指導(dǎo)[3]，這樣才能更加有效地進(jìn)行氣井流量的動(dòng)態(tài)分析監(jiān)測(cè)。

1 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)

1.1 工作原理

旋進(jìn)旋渦流量計(jì)工作原理是：當(dāng)流體進(jìn)入流量傳感器時(shí)[4]，入口處的導(dǎo)流葉片迫使軸向的流體旋轉(zhuǎn)并在收縮段內(nèi)。由于流體的加速流動(dòng)使旋轉(zhuǎn)流的中心產(chǎn)生旋渦流，這時(shí)，隨著管載面積的縮小，旋渦流集中在中心軸上。當(dāng)旋渦流進(jìn)入擴(kuò)散段時(shí)，由于流速減慢，旋轉(zhuǎn)流體受到回流的作用，開(kāi)始做二次旋轉(zhuǎn)，旋渦流出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，形成渦流進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。此時(shí)的旋渦頻率與介質(zhì)的流速成正比，并為線性，由壓電傳感器檢測(cè)的微弱電信號(hào)經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形輸出給積算儀，并進(jìn)行處理運(yùn)算，顯示壓力、溫度、瞬時(shí)流量和總量。

1.2 存在的問(wèn)題

1）流量計(jì)經(jīng)項(xiàng)目投產(chǎn)調(diào)試正常投用后，運(yùn)行期間多數(shù)流量計(jì)瞬時(shí)流量測(cè)量值不穩(wěn)定、偏差較大，無(wú)法通過(guò)SCADA遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)對(duì)單井產(chǎn)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，無(wú)疑對(duì)生產(chǎn)技術(shù)分析造成困擾。

2）設(shè)備附屬檢測(cè)元件故障，損壞程度和更換頻率高。單井開(kāi)井運(yùn)行條件下，流量計(jì)電源供電正常，但流量計(jì)瞬時(shí)量一直保持為0，無(wú)輸出信號(hào)，對(duì)單井和井場(chǎng)流量總量的計(jì)量出現(xiàn)偏差。

3）工藝因素原因造成流量計(jì)測(cè)量誤差。單井關(guān)停井后，流量計(jì)仍可以檢測(cè)到流量，有輸出信號(hào)，造成單井運(yùn)行狀態(tài)分析誤判；井下增產(chǎn)作業(yè)的不合理，出現(xiàn)設(shè)備測(cè)量偏差。

1.3 原因分析及解決方法

1.3.1 瞬時(shí)測(cè)量值不穩(wěn)定

1）氣井采氣管線中含有雜質(zhì)，例如出現(xiàn)的黑色固體塊狀物、壓裂砂、泡排后帶出的其他雜物等，致使葉輪片被打壞或者將旋渦發(fā)生器直接打穿，導(dǎo)致流量計(jì)無(wú)法正常工作，造成測(cè)量偏差。排除此類故障的方法，需要將過(guò)濾器的濾芯更換為加強(qiáng)濾芯，對(duì)出砂井增加除砂器。

圖1 傳感器損壞圖Fig.1 Sensor damage

2）流量積算儀的前置放大器靈敏度過(guò)高或過(guò)低，有多計(jì)、漏計(jì)脈沖現(xiàn)象，導(dǎo)致瞬時(shí)流量偏差較大，排除此類故障，需要更換前置放大器。

3）流量計(jì)接地不良，及強(qiáng)電和其他地線接線受到干擾。排除這種影響，需要正確接好地線，測(cè)試接地電阻，排除干擾。

4）管道內(nèi)無(wú)天然氣流動(dòng)或流量低于始動(dòng)流量，從而無(wú)法輸出流量。這種情況下，需要對(duì)單井作出調(diào)整，比如調(diào)整采氣樹(shù)的針?lè)ㄩ_(kāi)度，提單井流量的措施，以及進(jìn)行技術(shù)變更，選取更小通徑的流量計(jì)。

1.3.2 檢測(cè)元件故障

1）由于單井出沙，造成不同程度的流量計(jì)的傳感器的損壞，如圖1所示。其中，包括溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器，而對(duì)流量計(jì)影響的主要因素是流量傳感器和壓力傳感器。排除此類故障直接的方法是更換相同信號(hào)的傳感器，重新設(shè)置積算儀參數(shù)即可。但是，未解決根本問(wèn)題，正常測(cè)量的維持時(shí)間較短。目前，長(zhǎng)期有效的解決方法是采取流量計(jì)前端改造，增加除砂器，起到較好的控沙效果，進(jìn)一步對(duì)流量計(jì)的檢測(cè)元件起到保護(hù)作用。

2）前置放大器故障，流量輸出一直顯示為0。這種情況下，更換新的型號(hào)前置放大器后，流量顯示正常。

1.3.3 工藝因素

1）排除采氣樹(shù)閥門內(nèi)漏情況下，由于工藝設(shè)計(jì)流量計(jì)下游沒(méi)有單向閥，下游閘閥未關(guān)閉，單井停井后流量計(jì)檢測(cè)到流量。排除此類情況，要求操作人員正確隔離流程，關(guān)閉下游閘閥。

2）氣井的泡排作業(yè)，造成旋渦發(fā)生器處存在大量的泡排液，從而降低了測(cè)量效果。排除此類問(wèn)題，需要合理安排作業(yè)。

2 均速管流量計(jì)

2.1 工作原理

均速管流量計(jì)采用差壓式工作原理、插入式工作方式[4]。均速管流量計(jì)屬于一種差壓式流量計(jì)，是根據(jù)管道內(nèi)流量檢測(cè)件產(chǎn)生差壓，結(jié)合現(xiàn)有流體條件、檢測(cè)件以及管道的幾何尺寸對(duì)流量進(jìn)行計(jì)算，由檢測(cè)件和差壓轉(zhuǎn)換顯示儀表構(gòu)成的差壓式流量計(jì)。均速管測(cè)量原理是將一根中空金屬桿沿直徑插入工藝管道中，采用等面積法，在桿的迎流面和背流面制有成對(duì)的取壓孔，迎流面的多點(diǎn)測(cè)壓孔測(cè)量的為總壓，背流面測(cè)量的為靜壓，利用測(cè)量流體的總壓與靜壓之差來(lái)測(cè)量流量。

2.2 存在的問(wèn)題

1）人為因素，操作不正確，導(dǎo)致測(cè)量設(shè)備出現(xiàn)偏差。

2）工藝因素造成測(cè)量偏差，含水出現(xiàn)引壓管積存冷凝液，以及出沙影響到測(cè)量設(shè)備的穩(wěn)定性[5]。

3）檢測(cè)設(shè)備不正常，差壓變送器存在偏差，導(dǎo)致無(wú)法正常測(cè)量差壓。

4）出廠設(shè)備設(shè)置不符合實(shí)際計(jì)量方式，積算儀計(jì)算方法及設(shè)置參數(shù)存在問(wèn)題。

2.3 原因分析及解決方法

2.3.1 人為因素

1）生產(chǎn)操作人員對(duì)差壓變送器三閥組操作錯(cuò)誤，出現(xiàn)平衡閥、正負(fù)壓測(cè)取壓閥未正確投用現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)量出現(xiàn)偏差。通過(guò)對(duì)操作人員技能培訓(xùn)，提高對(duì)儀器儀表工作原理的認(rèn)知，熟練掌握操作規(guī)范。

2）計(jì)量設(shè)備的附屬壓力變送器關(guān)閉或者出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，無(wú)法為積算儀提供有效的測(cè)量壓力，從而輸出出現(xiàn)偏差。

2.3.2 工藝因素

1）氣井內(nèi)含水較多，造成變送器正負(fù)壓取壓端積液，從而影響流量計(jì)差壓變送器的實(shí)際計(jì)量。通過(guò)對(duì)單井進(jìn)行泡排作業(yè)及增加作業(yè)次數(shù)，監(jiān)測(cè)單井實(shí)際的運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)處理差壓變送器取壓端內(nèi)部積液，重新進(jìn)行正確投用，降低影響因素。

2）氣井出沙嚴(yán)重。長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)條件下，造成差壓變送器密封膜片受損和傳感器受損，計(jì)量不穩(wěn)定，無(wú)法輸出可靠的計(jì)量值。通過(guò)技術(shù)分析，根據(jù)出沙量的實(shí)際情況，將原來(lái)工藝管線Y型過(guò)濾器改造為除砂器，從而起到單井控沙，同時(shí)對(duì)下游測(cè)量設(shè)備起到有效保護(hù)，計(jì)量的實(shí)際效果趨于穩(wěn)定。

2.3.3 設(shè)備因素

1）差壓變送器故障，差壓變送器密封膜片受損和傳感器受損，無(wú)法正常測(cè)量設(shè)備差壓。

2）氣井氣量較大，差壓變送器的選型的量程值太小，超出正常檢測(cè)范圍，從而計(jì)量保持于設(shè)備最大輸出值，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量，作為實(shí)際計(jì)量值參考監(jiān)測(cè)。

圖2 下游集氣站外輸流量曲線Fig.2 Export flow curve of downstream gas gathering station

圖3 現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)積算儀和差壓表示值Fig.3 Indication value of field flowmeter totalizer and differential pressure

3）由于設(shè)備設(shè)計(jì)的缺陷，密封較差，導(dǎo)致積算儀控制箱內(nèi)出現(xiàn)積水，從而導(dǎo)致擴(kuò)展輸出短路模塊故障，無(wú)法輸出正常值。

4）積算儀的計(jì)算方法并不適合于實(shí)際運(yùn)行的氣井，積算儀的計(jì)算方法在出廠設(shè)置中，均采用天然氣組份計(jì)量，從而出現(xiàn)較大偏差。通過(guò)對(duì)下游集氣站的外輸氣量對(duì)比，經(jīng)過(guò)計(jì)算，將原廠提供一期項(xiàng)目的積算儀的測(cè)量介質(zhì)更改為一般氣體，偏差將大大減小。上游氣井的實(shí)際計(jì)量與下游集氣站的外輸氣量達(dá)到積算儀偏差范圍內(nèi)，正常流量波動(dòng)在5%以內(nèi)。下游集氣站外輸雙差壓均速管流量計(jì)數(shù)據(jù)分析如圖2。

根據(jù)DCS曲線觀察，如圖2所示。正常狀態(tài)下，流量波動(dòng)范圍約在5%以內(nèi)（除去工藝造成的原因）。

設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力1100KPa（絕壓 100KPa），設(shè)計(jì)溫度30℃，設(shè)計(jì)流量60000Nm3/h，設(shè)計(jì)差壓24.3046KPa，差壓變送器量程的大差壓24.3046KPa，小差壓3.8455KPa。

理論差壓值：重新按照實(shí)際壓力3.65MPa（大氣壓加上100KPa），溫度38℃，計(jì)算60000Nm3/h 流量的差壓值，應(yīng)該為7.2262KPa。

實(shí)測(cè)差壓值：（13.26-4）/16×3.8455≈2.2255KPa

測(cè)量偏差：（34666-33293）/34666×100% ≈4.0%

圖4 上游單井流量計(jì)積算儀和差壓表示值Fig.4 Integral and differential pressure indication of upstream single well flowmeter

圖7 標(biāo)定后的積算儀和差壓表示值Fig.7 Calibrated integrator and differential pressure indication

圖5 100管徑計(jì)算書(shū)得出的值Fig.5 Values from 100 pipe diameter calculation sheet

圖6 實(shí)際壓力溫度下計(jì)算書(shū)得出的值Fig.6 Calculation results under actual pressure and temperature

上游單井均速管流量計(jì)數(shù)據(jù)分析：

設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力600KPa（絕壓），設(shè)計(jì)溫度18℃，設(shè)計(jì)流量6400Nm3/h，管徑為DN100，設(shè)計(jì)差壓9.8153KPa，如圖5所示。

理論差壓值：重新按照實(shí)際壓力2.202MPa（大氣壓加上100KPa），溫度12.6℃，計(jì)算6400Nm3/h流量的差壓值應(yīng)該為2.4831KPa，如圖6所示。

實(shí)測(cè)差壓值：（4.22-4）/16×1.5531≈0.021355KPa

測(cè)量偏差：（600-593）/600×100% ≈ 1.2%

測(cè)量結(jié)果：檢查設(shè)置，重新對(duì)差壓變送器進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定，校準(zhǔn)投用后，電流測(cè)量值為4.32mA，測(cè)量流量為719.357 Nm3/h，如圖7所示。

單井管徑變徑為DN80的數(shù)據(jù)分析：

差壓值為31Pa，將工藝管徑由DN100縮經(jīng)為DN80，同等流量下，差壓值為0.1009KPa，如圖8所示。

單井管徑變徑DN50的數(shù)據(jù)分析：

差壓值為31Pa，將工藝管徑由DN100縮經(jīng)為DN50后，同等流量下，差壓值為1.1629Kpa，如圖9所示。

3 結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)延113～延133氣田的氣井兩種流量計(jì)的分析，旋進(jìn)旋渦流量計(jì)根據(jù)其設(shè)備的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)[6]，更適用于計(jì)量比較純凈的干氣氣體介質(zhì)，在天然氣下游銷售終端計(jì)量領(lǐng)域使用較多。均速管流量計(jì)結(jié)合具體流體檢測(cè)條件和流量傳感器[7]自身的優(yōu)點(diǎn)，在測(cè)量介質(zhì)較差的環(huán)境下，仍能保持較好的測(cè)量性能，也更適合延113～延133項(xiàng)目的選用。

圖8 80管徑計(jì)算書(shū)得出的值Fig.8 Values from 80 pipe diameter calculation sheet

圖9 50管徑計(jì)算書(shū)得出的值Fig.9 Values from 50 pipe diameter calculation sheet

在油氣工業(yè)發(fā)展中，上游氣井的計(jì)量偏差日漸備受關(guān)注，無(wú)論對(duì)其計(jì)量的準(zhǔn)確度還是對(duì)其設(shè)備的精確度要求會(huì)越來(lái)越高，目的是為了更加有效地進(jìn)行氣井動(dòng)態(tài)分析監(jiān)測(cè)，以及為數(shù)字化氣田的建設(shè)提供更可靠的保障。