天然气计量输差诊断方法应用研究

吕素芳，李晓明，李效彪，郭阳，李杰，王小英

(中国石化股份有限公司 中原油田分公司 天然气产销厂，河南 濮阳 457162)

1 天然气计量及输差现状

流量计量是天然气工业发展中尤其重要的问题，不仅是生产部门用来判断气井生产能力的技术指标，更是天然气供需双方贸易结算的依据。为了准确计算流量，需要提高流量计量的准确度。

天然气计量的准确度受多种因素的影响，在井口气量与外输气量、供给气量与接收气量、总计量与分表计量之间总存在一定的差值，即常说的“计量输差”。对输差的合理控制是保证计量准确性的一项重要工作。

目前中国石化股份有限公司中原油田分公司天然气产销厂在天然气计量中的管理机构、制度以及量值传递系统已很健全，计量装置与仪表齐全，但仍存在一些不足[1]。

1.1 计量器具的现状

目前集气站的计量方式主要采用标准孔板节流装置差压式流量计，占该厂总流量计的70%以上，孔板虽是目前国内外标准化程度较高的计量器具，但受干扰因素较多，维护相对复杂。其二次仪表主要配置双波纹管压差计和压力温度变送器。除孔板差压式流量计外，还有少数旋进漩涡流量计，该流量计无可动部件，仪表准确度不高，且极易受气流脉动和压力变化的影响而产生计量误差[2]。

1.2 工艺流程对天然气采输的影响

随着气田的逐步开发，天然气中水分等杂质的增多，集气站设备的逐渐老化，现有生产工艺无法达到理想的分离效果，气体输送中易形成两相流甚至是多相流，导致气况偏离计量标准要求，影响天然气计量准确性，不仅增大计量误差，还减少仪表的使用寿命。由此造成的计量误差随着气田开发的年限而愈显，该问题也是限制气田计量水平提高的重要因素。

2 输差的基本概念与分类

2.1 概 念

输差是指天然气在输送过程中的量值减量，其计算公式如下：

(1)

式中：Δ——天然气输差，m3；qj——流入气量，m3；qc——流出气量，m3；t——时间，s；T——周期。

2.2 分 类

输差根据实际情况可分为站输差、线输差、综合输差等。

站输差：

Δ站=∑q出站-∑q进站

(2)

线输差：

Δ线=q出气-q进气+q管存变化

(3)

综合输差：

Δ综合=∑q销气-∑q接气+∑q管存变化

(4)

其中，综合输差要达到三点要求： 等于总出、总进之差；等于所有站输差和线输差之和；等于所有基层单位输差之和。

3 集气站输差诊断方法及应用

对采输气管网进行合理的输差分析，及时查找输差问题，尽快将问题交给计量和巡线人员。可促使计量人员首先对计量仪表是否存在产生输差的可能性进行确认；同时让巡线人员对管线窃气、漏气等现象进行确认。

3.1 定位输差问题

3.1.1计量数据分析

一般天然气管网的计量数据都具有传递性质，通过对某条管线或某个站场上下游计量点的计量数据进行对比分析，可以判断某段位置计量仪表的准确性，找到存在计量输差的问题部位。

3.1.2输差走势对比

将整个管网或全线的输差和区域的输差曲线进行对比。如果发现某段或某个区域的输差曲线和整个管网或全线的输差曲线走势相似，该线存在输差问题的可能性就比较大，重点对该段或该区域进行查找，缩小工作范围，提高解决输差问题的效率。

3.1.3集气站日常巡检工作

在集气站的日常工作中，对计量数据进行及时录取并上传是一项非常重要的工作，基层工作人员作为站场计量系统故障的第一发现人，可以及时对可能产生的输差问题进行现场解决处理。

3.2 检 查

解决输差问题应遵循计量优先的原则，即首先从计量仪表上寻找输差产生的原因。与窃气、漏气相比，计量仪表发生故障造成计量输差的可能性更大且不易被发觉。同时，计量仪表的处理与巡线相比较为容易和及时。针对集气站日常工作而言，从计量优先的角度考虑则主要包括如下几个方面：

1) 检查计量仪表数据显示或远传是否正常。计量仪表接线处接触不良、位置松动等造成仪表数据间断显示或无法正常远传；计量监控系统卡死、计量暂停等原因均会对计量产生影响。值班人员应密切关注监控数据，及时对接线稳固性进行检查，系统遇卡时一般采取系统重启的措施，即可恢复正常计量状态。

2) 检查仪表参数设置。参数包括节流装置参数和天然气的相对密度参数。软件输入的孔板直径、管径等数据一定要与现场节流装置相符合，否则对计量精确度的影响较为严重。天然气的相对密度在测量中也是较重要的物性参数，目前采取的是每月15日更换一次密度值的方式，将某点的分析数据代表该月份的组分情况，该组分是流量计量的重要参数。

3) 检查计量装置管路及阀门。平衡阀、高低压阀以及计量仪表取压阀开关未到位，仪表阀门内漏或堵塞等均会对计量产生一定的影响。表1为各仪表装置阀门开关情况对天然气正常计量的影响。

表1 计量装置阀门状态对正常流量计量的影响

4) 检查铂热电阻。铂热电阻的安装应符合标准，并要定期进行检查。当热电阻出现接线脱落、接触不良以及安装不当等现象时均会导致温度的测量失准，进而影响计量的准确性。

5) 装置排液。气田水分较多，集气站一级分离效果并不理想，油水及砂粒等极易被带入计量管段，随着气流的高速流过，必会严重损坏孔板，因而需要及时对节流装置进行排液操作，防止油水砂粒等聚集而影响计量准确性。尤其是在寒冷冬季，气温过低，排液不及时，节流装置油水聚集、凝结，严重影响正常计量。故在集气站执行冬季安全生产措施时，加密装置排液是一项不容忽视的重点。

6) 输差及工艺流程检查。一旦发现输差问题即对流程进行检查，从站场流程上排查可能的原因，及早定位问题部位，从而采取合理的解决措施。

a) 正输差。总计量远大于单井计量之和，可能存在旁通漏气、阀门内漏等现象。

b) 负输差。总计量远小于单井计量之和，可能由于站内用气过大或用气量估计值偏差大、总计量旁通阀门内漏等原因。

7) 检查孔板。孔板作为节流装置，是天然气计量的核心部件，孔板的安装方向、磨损程度、尖锐度、表面粗糙度、是否弯曲变形、是否有缺口、是否有脏物堆积、密封胶圈是否匹配、损坏等均会给计量数据的准确性带来很大的影响。

3.3 分 析

在优先检查仪表后，若仍无法排除输差存在的问题，则需做进一步的现场问题分析。

1) 流程切换。若无法完全确定某计量点是否存在故障问题，可采取切换至其他流程重新进行计量信息的分析比对，找准问题。若多口井同时开井，则可以通过逐一关井，分别与总计量进行气量对比的方式判断输差问题存在的具体部位。

2) 现场安装对比表。即在计量点再次安装计量仪表，与原先仪表计量数据进行直观对比，确定原先的仪表是否存在故障问题。

3) 专业人员维修。以上检查分析工作之后，若仍无法排除输差过大问题，则需考虑自动计量系统是否有故障，可交由专业计量人员进行维护排查，分别针对自动计量仪表或双波纹管压差计等给予流量软件维护、仪表故障排查、校表等针对性的整改措施。

3.4 集气站常见计量输差问题举例

1) 文2号集气站的文108-1井于2013年5月17日连续开井生产。全站开井一口，单井计量与低压计量导致日累计流量输差过大，通过对比计量数据，发现文108-1井计量仪表数据出现“时走时停”的故障，故障时各项数据均显示为恒定值。随即按照输差问题解决程序，对计量仪表进行相应的检查，均未发现故障问题，进一步分析，进行流程切换，计量数据比对等也未发现问题，于是归结为自动计量系统的故障问题，专业计量人员解释： 因文2号集气站自动计量系统为Floboss103和ABB共用，组态软件存在不兼容的现象，导致计量系统故障。

2) 文2号集气站文108-5井于2013年7月2日开井生产。开井计量后发现单井计量与低压外输瞬时流量计量偏差过大，首先分别对108-5井和低压外输计量装置按照输差问题解决程序进行检查，均未发现故障问题，在对孔板进行检查时，发现文108-5井节流装置处的密封胶圈偏大，更换为匹配的密封胶圈后，数据计量恢复正常，后续工作得以准确进行。

4 天然气输差产生原因及建议对策

4.1 安装工艺问题

天然气流经弯头或阀门等设备时会发生扰动，多数流量计对前后直管段有要求。以最常用的孔板流量计安装为例，要求上游侧的直管段长度至少为10D，下游侧的直管段长度至少为5D，若直管段达不到要求，气流的扰动会对计量产生影响。

4.2 测量直管段附着物对单井计量的影响

当气体经过标准孔板时，气流从开孔流通，但孔板的周边对气流有阻挡作用，使杂质在孔板上、下游两侧沉淀堆积，影响流体通过孔板时的流速分布，降低计量精度。由于磨损、冲刷导致测量管内壁表面粗糙度增加，长期使用给整个计量装置带来的测量不确定度难以评定。测量管内壁附着杂质，导致孔板上、下游的直管段内径改变[2]。

可在流量计前加装过滤器，尤其对于集气站开井时间较长的气井流程，可有效减少杂质对计量的影响，提高准确度。过滤器需要定时检查和清理，过滤器前后段装压力表，通过监测两端的压力差确定过滤器的堵塞情况，便于及时更换或清洗滤芯。根据年度计量检修工作，应对其内腔及测量管内壁的粗糙度进行检查，清洗内壁附着的污垢，当发现内表面有明显冲刷或腐蚀，应更换内表面符合标准要求的测量管，如暂时无符合标准的测量管，应及时对原测量管按表面冲刷腐蚀情况做相应修正。

4.3 人为因素的影响

上游测量管及端面的沉积物、倒流程不彻底造成旁通走气、阀门故障漏气、分离器压油后忘记关闭压油阀等，使计量的气量偏差过大；节流装置不

能按期检查、孔板选型不当等，造成差压变送器运行在超量程或超低限，未在其理想范围内运行，从而带来计量误差；启动计量装置时，未关差压变送器的平衡阀或未开启取压阀等，这些人为因素均可对计量输差带来影响[3]。

为确保有效避免人为因素，需重点加强集气站人员计量知识的培训，强化人员计量意识，开展多形式的计量技术岗位练兵，提高现场技术操作水平。建立完善的计量操作规程，加强集气站仪表、自控系统的巡检工作，使其保持良好的运行状态[4]。

5 结束语

输差控制是提高计量准确性的有效保证，笔者通过对集气站所遇到的计量输差问题进行学习总结，提出一套合理的计量输差解决流程，为基层站场及时解决计量存在的现场问题提供借鉴。

参考文献：

[1] 廖德云，张智，王存伟.影响天然气自动计量系统稳定性因素的探讨[J].石油化工自动化，2013，49(02)： 62-64.

[2] 韩瑶，马倬，韩冬.提高单井湿气计量精度的建议[J].科技风，2012(02)： 22.

[3] 邱正阳，梁平，徐春碧.天然气输差问题及其解决方法[J].油气储运，2006(07)： 60-62.

[4] 吴斌，刘明亮.天然气计量与输差控制[J].仪器仪表标准化与计量，2006(04)： 32-34.

[5] 蒋大旭，郑开银．天然气自动计量教程[M].北京： 中国计量出版社，2004 .

[6] 陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册[M].3版.北京： 化学工业出版社，2005.