关于海上油气田油气计量的探讨

岳美荣

（中国海洋石油总公司节能减排监测中心，天津，300452）

1 引言

海上油气田既是能源开发生产企业，也是耗能大户。油气计量方法的正确与计量数据的准确尤为重要，是油气田生产管理和内外交接的基础，是分析海上油气田是否经济、高效的开发依据之一。

2 海上油气田生产特点及油气计量分类

2.1 海上油气田生产特点

海上油气田的生产是在海洋平台上或其它海上生产设施上进行，通过油气采集系统将海底油（气）藏中的原油或天然气开采出来，通过油气水初步分离与加工，短期的储存，装船运输或经海管外输。主要产生原油、天然气等能源。

海上油气田要求其生产设施应适应恶劣的海况和海洋环境的要求，还要满足安全生产和海洋环境保护的要求；由于海上油气田空间有限，平台上的设备更紧凑、自动化程度更高；由于远离陆地，海上油气田配有独立的发电/配电系统，自产能源作为发电机组燃料，为海上生产设施提供动力。

2.2 海上油气田油气计量分类

根据海上油气田生产特点，油气计量主要分为：原油计量、天然气计量。原油计量又分为原油单井计量、处理后含水原油计量和合格原油计量；天然气计量又分为天然气单井计量、伴生气计量和合格天然气计量。需要配备的油气计量器具主要包括：油流量计、气体流量计、温度仪表、压力仪表等。

3 海上油气田油气计量方法

3.1 原油计量

海上油气田原油计量主要有从井口采出液（油、气、水混和物），经过简单处理的含水原油，经过油气处理后外输的合格原油，油气田电站消耗的原油等。

1.原油单井计量

在原油开采过程中，为了确定各油井原油、天然气产量，了解地层油气含量，需要对油井产出液进行连续计量并提供实时计量数据，以优化生产参数，提高采收率。原油单井计量方法主要采用传统的计量分离器方法和多相流量计方法。

（1）计量分离器方法

海上油气田由于空间有限，不能对每口油井进行连续计量，因此多采用计量分离与生产分离器相接合的方式。计量分离器根据分离器功能分为两相分离器和三相分离器；按照流体流动方向和安装形式分为卧式分离器和立式分离器。卧室分离器海上平台多以分离效果好的卧室分离器为主。典型的三相卧式和立式分离器基本结构如图1和图2所示。

图1 三相卧式分离器结构图

图2 三项立式分离器结构图

气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体进入气体通道通过整流和重力沉降，分离出液滴；液体进入液体空间分离出气泡，同时在重力条件下，油向上流动，水向下流动得以油水分离，气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出，油从顶部经过溢流隔板进入油槽并从出油口流出，水从排水口流出。分离出来的油、气、水再分别计量，油主要使用涡轮流量计、刮板流量计和质量流量计，气体使用孔板流量计。

油井生产的原油虽经分离器处理后进行计量，但计算出的产量受温度、压力、含水等因素的影响，需要进行校正。标准状况下的单井产量可通过式（1）计算得出。

式中：

q0——标准状态下的油体积流量，m3/h；

qc——测试状态下的油体积流量，m3/h；

fM——流量计校正系数；

fc——压缩系数，由测试分离器的压力和15℃时的原油相对密度查图得到；

fw——含水校正系数，通过1-f′w（测试周期内的平均含水率）得到；

ft——温度校正系数，由测试时的取样温度和15℃时的原油相对密度查ASTM TABLE 54A表得到。

（2）多相流量计计量方法

多相计量是在没有预分离的情况下，对油井产出液中的油、气、水三相计量。在目前新油田的开发中，由于多相流量计可实现连续、实时在线测量，结构紧凑、占用空间小，投资少、操作维护少，节能等特点，其逐步作为首选的油井计量方法来考虑，并使其在未来逐步替代传统的两相、三相计量分离器成为可能性。

多相流量计通常采用各相不分离计量和分离计量两种方式。

不分离计量方式即不需要分离即可对管道中的多相流量与相分率进行测量，例如：Fluenta MPFM1900、Framo流量计、Kongsherg MCF-351等都是采用此种方式。不分离计量多相流量计结构如图3所示。

图3 不分离式多相流量计结构图

分离式多相流计量是对多相流进行全部或部分分离，然后再利用较成熟的仪表分别计量,然后再混合在一起。该方法可以将测量流型和测量参数限制在相对变化较小的范围内，从而保证或提高多相流测量系统的测量范围和测量准确度。例如：美国Agar的MPFM-400型、Texeco SMS、兰州海默的MPM2000H、Chervron GLCC是典型的分离式多相流量计。结构图如图4所示。

图4 分离式多相流量计结构图

2.原油计量

海上油气田根据其特点生产的原油部分油气田就地销售，部分油田处理后的含水原油或完全处理后的合格原油通过管道输送到陆地终端进一步处理后再进行销售。伴生气量少的油田需要消耗部分自产原油，作为原油发电机发电燃料使用。

（1）原油计量用流量计

海上原油计量使用的流量计有：刮板流量计、涡轮流量计、质量流量计、差压式流量计。各种流量计的特点及适用条件如表1所示。

序号 类别 优点 缺点 适用条件1刮板流量计●性能稳定●计量准确●易于维护●结构复杂、庞大笨重●固体颗粒杂质易卡堵●不适应低黏度流体适用于高粘度原油，多用于原油外输计量2涡轮流量计●精度高●动态性能好●使用范围宽●抗干扰能力强●流体物性变化影响计量准确性●安装要求高适用于中、低黏度原油，多用于原油销售计量3直接式质量流量计●压损大●只能用于较小管径●对外界振动干扰敏感适用于中小流量、小管径4间接式●可直接测量质量流量●不受物理参数变化、流态的影响●可靠性高●测量范围宽●适用于各种介质●可用于较大管径场所●结构复杂●计量准确度低适用于中大流量、中大管径5差压流量计●结构简单●可靠性高●使用寿命长●测量范围窄●安装条件要求高●压损较大适用于各类介质，几乎能测量到各种工况下的流量。

（2）原油计量方法

原油流量计在计量过程中受原油温度、输油压力、原油密度、原油黏度等因素的影响，原油的物理性质随温度和压力的变化要发生一定变化。当原油以流量计进行计量时,由于温度、压力、黏度等因素的变化均会影响原油的体积。其中温度是流量计计量中影响最大的一个参数。

海上油气田原油计量方法主要为动态计量。用流量计测量工况下的原油体计量，人工或自动取样测定出原油密度和含水，人工或自动读取工况压力、温度过，对原油体积进行压力、温度修正，换算成标准状态下的体积量，在测量出密度，计算出原油的净质量。工况下的流量、密度、含水、压力、温度等参数都应实时测量。由流量计算机自动计算出原油量。如果使用质量流量计可直接测量出原油质量。

用于原油销售的流量计在使用前后，应分别进行在线实液标定，确定流量计系数及精度，使流量计满足贸易结算的使用要求。

3.2 天然气计量

海上气田生产的天然气在海上平台进行脱水和增压后通过海底管道输送到陆地终端进行处理合格后就地销售。海上油田生产的伴生气利用的经济性一般有以下几种解决方式：

●经海上平台进行处理后与原油混输到陆地终端进行进一步处理合格后销售；

●经处理合格后用于油田透平发电机发电或燃气锅炉供热，富裕部分如有条件通过海底天然气管网输送到其他油气田利用；

●通过火炬燃烧放空。

1.天然气计量用流量计

海上油气田天然气计量使用的流量计主要包括：孔板流量计、涡轮流量计、超声波气体流量计。各种流量计的特点及适用条件如表2所示。

表2 海上油气田天然气计量流量计特点及适用条件

2.天然气计量方法

使用不同的流量计，天然气计量方法不同。

（1）孔板流量计天然气计量方法

孔板流量计测量原理：天然气流经节流装置时，流速在孔板处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，在孔板前后产生静压压差，气流的流速越大，孔板前后产生的差压越大，从而可通过测量差压来衡量天然气流经节流装置的流量大小。

天然气量可通过式（2）计算得出：

式中：

qn——标准状态下的天然气体积流量，m3/h；

c——流出系数；

E——渐近速度系数；

d——工况下孔板内径，mm；

FG——相对密度系数；

ε——可膨胀系数；

FZ——超压缩因子；

FT——流动温度系数；

p1——孔板上游侧取压孔气流绝对静压，MPa；

Δp——气流流经孔板时产生的差压，Pa。

对工况变化、准确度要求高的场所则需配置压力计（传感器或变送器）、温度计（传感器或变送器）、流量计算机，组分不稳定时还需要配置在线密度计（或色谱仪）等。

（2）涡轮流量计天然气计量方法

涡轮流量计测量原理：流动流体的动力驱动涡轮叶片旋转，其旋转速度与体积流量近似成比例，通过流量计的体积流量示值是以涡轮叶轮转数为基准的。

天然气量可通过式（3）计算得出：

式中：

qn——标准状态下的天然气体积流量，m3/h；

q——工况下天然气体积流量，m3/h；

P——工况下压力，Pa；

T——工况下温度，K；

Pn——标准状态压力，Pa；

Tn——标准状态温度，K；

Z——工况下天然气压缩因子，根据天然气组分、温度、压力、相对密度等参数参考AGA8或其他压缩因子计算公式迭代计算得出；

Zn——标准状态下天然气压缩因子，约为1。

4 海上油气田油气计量存在的问题及建议

4.1 合理选择计量仪表

海上油气田由于其生产特点，所计量的介质物性、流态差异大、变化大。在计量仪表选型时，特别是流量计量仪表，当工况发生变化时应及时调整量程和相关参数。

4.2 加强能源计量管理工作

海上油气田应从计量规范管理的角度出发，在合理配备计量管理人员、完善的计量管理制度、计量器具规范管理、计量网络建立等方面进一步加强。

4.3 加强计量仪表的检定、校准工作

海上油气田涉及到外输及交接贸易的计量仪表都按照国家检定、校准规程定期进行检定或校准，却往往忽略了生产流程中的、油气自耗量计量用的计量仪表的检定或校准。应该严格按照计量检定规程和国家的计量法规、标准进行定期检定、校准或自校准。确保计量仪表的准确。

4.4 尝试采用新技术、新方法

由于海上油气田生产的复杂性，在可回收油气计量、火炬燃烧放空天然气量计量等方面还比较薄弱；在单井计量方面还大多采用常规的计量分离器。建议加强对新技术、新方法的了解和收集，尝试新型多相流测量技术、超声波测量技术的应用。

4.5 在ODP设计阶段，提出油气计量器具配备的要求

海上油气田在ODP设计阶段，严格按照国家计量法及相关标准的要求提出油气计量器具的配备要求。

5 结束语

海上油气田油气计量虽然具有自动化程度高、计量仪表比较先进等特点，但合理确定油气计量方法、合理选择油气计量仪表是确保油气计量数据准确的前提和关键。另外，对油气计量仪表后期的维护和定期的检定或校准是油气计量数据准确的保障。

[1]《海上采油工程手册》编写组.《海上采油工程手册》.石油工业出版社，2011年.

[2]《海洋石油工程设计指南》编委会.《海洋石油工程设计指南》.石油工业出版社，2007年6月.

[3]王文良.《石油计量及检测技术概论》.石油工业出版社，2009年1月.

[4]宋艾玲，梁光川.天然气流量计量现状与发展.《石油工业技术监督》，2006年03期.

[5]赵丹，贾明鑫，张小钢，魏丽.多相流量计在海洋石油工程中的应用.《第十四届中国海洋 （岸）工程学术讨论会论文集（下册）》，2009年.