海上平台质量流量计选型分析

张中华，钱 欣，王爱军，唐宁依，刘爱明

（1.中海石油（中国）有限公司 天津分公司，天津 300450；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

在海洋石油平台上，为满足流程需求，需要对单井油气产量进行计量。一般做法是在井口平台设置测试分离器，单井产物流通过测试管汇进入测试分离器，进行油气水三相分离后，对油气两相分别进行计量。由于测试分离器需要同时满足多口井的计量需求，面临的工艺环境比较严苛，单井的流量、温度、压力、粘度等参数各不相同，对流量计量程比、材质选择、流程允许压降提出一定要求；再加上海洋石油平台空间紧张，设备布置紧凑，直管段需求、平台震动等现实因素，油气计量的精度要求较高，使得测试分离器油气两相测量的流量计选型面临相当大的困难。

本文回顾了某油田测试分离器油气两相流量计选型过程，提出质量流量计可满足工艺流程及测量需求，效果较优。

1 海上常用流量计的特征要素

海上平台常用的流量计一般包括质量流量计，超声波流量计（管段式、插入式、外夹式），容积式流量计孔板流量计、差压流量计、电磁流量计、涡轮流量计，涡街流量计、转子流量计等。下面根据流量计的具体特征，从适用性、安全性、安装条件、经济性等诸多方面加以分析（见表1），以期选出最适合此工况的流量计类型。

表1 海上常用流量计的主要选型要素Table 1 Main selection elements of common offshore flow meters

2 工艺流程分析及测量需求

为跟踪并获取单井的油气水产量，需要对单井进行计量。在海洋石油平台，被测试单井的井产物流经由测试管汇进入测试分离器，进行油气水三相分离后，在油相、气相出口分别设置流量计进行计量如图1 所示，并将流量数据上传至中控系统进行储存管理。

以图1 中所展示项目的流程为例，该流程液相流量计编号为FE/FIT-1301，气相流量计编号为FE/FIT-1314，其流程工艺参数见表2。

对于此位置的油气计量，一方面是为了掌握单井的产能状况，为持续追踪地层情况、反馈地质油藏专业开发方案做好数据保障；另一方面井口平台油气总产量数据多来自于测试分离器的测量数据综合计算后得到，是油田群内部单平台产量劈分提供依据。因此，该处计量宜采用精度较高、保证安全性、不易损坏的流量仪表。一个平台开发的一批生产井，由于所处开发层位不同，岩性特征、埋深、油藏类型、油层厚度、渗透率等参数各不相同，单井的产量有重大差异。而伴随油田开发进程不断推进，从单井产量剖面可以非常直观地发现，随着时间推移，开发井的产液量不断升高，含水率升高，油量、气量持续递减。测试分离器既要应对同一时期不同单井的计量需求，又要应对油田全生命周期内产量递减趋势，因此要求流量计需要应对大量程比工况。以上述选取的渤海某油田为例，全生命周期考虑所有生产井的液相量程比为22.5:1，气相量程比为25:1，需要选定的流量计类型可以适应此大量程比范围。同时，温度、压力、压降等因素也需要充分考虑。

图1 某油田测试分离器工艺流程图Fig.1 Test separator process flow chart of an oilfield

3 流量计选型分析

以表1 列举的海上平台常用的流量计为基础，针对上述工艺流程参数开展流量计选型具体工作。

表2 某油田测试分离器出口流量计工艺参数Table 2 Process parameters of flow meter at the outlet of test separator in an oilfield

表3 某油田测试分离器出口流量计选型结论Table 3 Selection conclusion of flowmeter at the outlet of test separator in an oilfield

初步筛选可结合表1 各类流量计的特征，针对工况进行分析。分离器出口处由于前述原因，量程比需大于25:1，因而排除容积式、差压式、涡轮、涡街、转子等类型的流量计。同时，由于最大流量7.2 Sm3/h，转子流量计也是不合适的。工艺介质为原油、天然气，不导电，因此电磁流量计不适用。由于流程最小流量为0.32 Sm3/h，管径为3”，若采用缩径为2”的流量计，流速为0.05m/s，远低于超声流量计对0.3m/s 流速下限的要求，因而超声亦不适合。

经过初步筛选，海上常用流量计仅余下质量流量计为可选项。结合质量流量计的以下特征再进一步针对性精确比对[2,3]：

◇ 根据质量流量计的测量原理，科氏力与流体质量流量直接相关，能进行直接质量流量测量，本例中可减少转换变量的影响，测量结果准确可靠。

◇ 质量流量计灵活适应多种测量介质，如气体、液体、蒸汽、浆糊等，在化工领域应用广泛，与本例中测试分离器出口油相和气相的质量流量测量需求能良好匹配。

◇ 测量精度较高，可达0.2%，适用于对精度要求比较高的场所；可良好适应本例测试分离器承担的油田产量计量及劈分需求。

◇ 多变量输出，能同时测量质量、密度、温度等参数，准确表征流体特性，可做到一表多用[4]。

◇ 流体工艺参数、流型分布对测量结果影响很小，不要求上下游直管段，适合应用在空间紧张的海洋石油平台上。

根据表1 流量计所处流程工艺参数，FE/FIT-1301、FE/FIT-1301 的最终选型结果见表3。

本项目工艺介质为普通原油、天然气，测量管材质使用SS316L 即可满足要求。流程设计温度为105℃，无需考虑特殊措施。测试分离器为低压流程，设计压力1100kPaG，采用ANSI 150#压力等级即可，法兰为RF 形式。根据厂家样本及计算书，所选型产品可满足工艺流程条件、安全需求、压降、精度、材质、安装等一系列要求。

图2 Krohne ANSI 150# SS316L及哈氏合金标准腔体承压曲线Fig.2 Pressure bearing curve of KROHNE ANSI 150#SS316L and Hastelloy standard cavity

测量管是承压的主要部件，为了进一步保证安全性，应对二次泄漏，质量流量计的外壳腔体也具备承压能力。以液相FE/FIT-1301 所选流量计为例，其外壳腔体的承压曲线如图2 所示。

4 结束语

质量流量计以其测量精确、无需直管段、安全可靠、故障率低等优势，在海上平台具有广泛的应用。由于可测量温度、密度、流量等多种参数，而这些参数其他仪表也进行测量读取，密度参数与物性化验也息息相关，下一步可以在一表多用、参数互证方面继续研究。