单井湿气流量计在大牛地气田集气站的适用性研究

中国石化华北油气分公司采气一厂 河南 郑州 450000

1 湿气概括

在油气田上游开采过程中,天然气的产出总是伴随着液态烃、游离水、饱和水蒸气以及为防止水合物形成人工加入的注剂等。这些油气田采出的未经处理的含有少量凝析水或油、饱和水蒸气及轻烃类或其他液体的天然气,通常被称为湿气[1]。“湿气”在天然气生产领域经常被提及，但国内和国际并没有形成一套统一的定义标准，不同的研究人员、机构或者公司对于湿气的定义都不相同。一些研究人员提出用体积含气率（GVF）来定义湿气，如英国SHELL石油公司认为GVF大于95%的气液两相流为湿气[2]，但是随着研究的深入，研究者意识到GVF界定湿气有明显的不足，因为湿气是气液两相流流动的一种状态，它受到流动现场工况很大的影响，其中工况压力、被测介质等参数带来的影响尤其复杂，在这种复杂不确定的流动状态下，单单凭体积含气率显然无法准确有效的概括所有的情况。美国机械工程师学会（American Society of mechanical Engineering）将湿气界定为Lockhart-Martinelli参数（L-M参数）小于0.3的气液两相流[3]，目前来说，这是国际上普遍比较认可的一种界定方式。

2 大牛地湿气计量技术的现状与需求

由于湿气流动的复杂性与不确定性，传统的单相（干气）气体流量计在实际生产中不能满足湿气的测量工作，所测得流量数据偏差较大，甚至湿气会对流量计造成损坏。大牛地气田所属集气站，目前的测量方法是气液分离设备进行分时轮换计量，先通过计量分离器使得气液分离，再对干气进行测量。多井管线共用一个计量分离器，采取轮流倒入测得每口井的流量数据。由于同时只能测量一口井流量，全站精确流量数据录取周期十分漫长，其余气井流量只能依据经验通过集气站总体的产量对单井产量进行估计，不能实时掌握每口井的精准流量。这种计量方法增加了站内工艺流程的复杂性，增加了设备采购成本，且计量分离器设备体积较大，增大了集气站的建设面积，导致油气田整体建设的成本增加，此外，分离设备需要专业员工的实时维护保养，耗时耗工，成本高昂。

鄂尔多斯盆地大牛地气田位于陕西省榆林市和内蒙古鄂尔多斯市交界处，具有“低渗、低压、低丰度、低产”的四低特征，累计探明储量已超过四千亿方，在开发过程中，气井普遍产水，平均日均产水0.4方，湿气的测量工作在生产中十分重要。随着大牛气田发展步入中期，低成本、高效率开发的需求显得尤为迫切，2020年大牛地气田推进地面系统提质增效改造，其中优化湿天然气单井计量工艺是简化集气站建设工艺流程，降低气田的开发成本，提高气井的计量效率，加强气井单井生产数据统计与分析直接有效的优化手段。因此现阶段对湿天然气计量技术提出了较为迫切的需求。与传统的分离测量技术相比，湿气流量计在技术经济性和运行管理上都具有明显的优势，因为不需要气液分离设备，可大规模地降低集气站管线的铺设数量，省去计量分离设备前轮换阀组和计量分离设备的建设，未来新集气站建设时亦可大大降低集气站面积进而降低土地成本。而且可实现单井的无人化值守和远程实时监控，从而极大地降低大牛地气田开发成本和运行管理费用。因此，如果可以安装准确度满足大牛地气田生产运行标准的湿气流量计，并在大牛地普及使用，则是一种十分理想的计量方式。

大牛地气田绝大多数气井为单井进站，十分适合站内单井计量的计量方式，在一级节流阀后安装低压计量流量计在可靠性、经济性、安全性等方面比其他计量方式有明显优势。为推进大牛地气田的信息化、数字化改造，单井流量计具有的远程实时监控特性对集气站无人化值守和数据信息化自动录取分析都有着重要意义。因此大牛地气田2020年开始在试验区开展了湿气单井流量计的现场试验和推广应用工作。

3 大牛地气田单井湿气流量计的选择与应用

3.1 大牛地气田单井湿气流量计的选择

大牛地气田选择差压式流量计作为先行试验的单井湿气流量计。选用差压式流量计主要是基于其具有悠久的历史背景，被全世界油气行业普遍使用，结构简单，无可动部件，长期使用稳定性高，丰富的设计制造和应用经验，标准化程度高，可不必进行实流标定，节流装置有可靠的数据和完善的国际和国家标准等优势。大牛地气田选择了孔板和楔形两种差压式流量计，来进行初期的运行试验，以期通过一段时间的数据统计与分析，选择最符合大牛地气田实际开采生产情况的单井湿气流量计。

3.2 大牛地气田单井湿气流量计的试验性应用

今年初在大牛地气田两个集气站各选择一口单井安装了站内湿气单井流量计，对站内单井湿气计量方案进行试运行，安装方式均采用一级节流后直管段切割掉一截，焊接后法兰安装的方式，具体施工安装时间为单口井2小时，安装时间短，改造效率高。采用电池供电，并布线远传至自控室，可在监控电脑上查看实时数据，可实现查询历史数据的功能，并形成历史曲线。相比目前大牛地气田普遍采取的多井管线共用一个计量分离器，轮流倒入测得每口井的流量数据的计量方法，大大提高了单井数据的录取效率，解决了以前需要一个测量周期才能获得所有单井的生产数据的管理迟滞性问题。具体试验情况如下表汇总：

表1 -1 单井站内湿气计量试验统计表

从目前初步小范围试验情况可知，两口井单井湿气流量计计量显示与干气计量结果误差均较小，且产液量越低误差越小，误差值小于25m³/h，误差率小于6%，符合大牛地目前的计量需求。但是，由于缺少足够的单井安装数据，目前还难以形成系统有效的科学分析和对比，后期还需进行大量的试验安装来得到更加有指导意义的结果。

4 湿气流量计现场应用技术难点

4.1 湿气流量计现场工况适应范围

从已安装运行的集气站内单井湿气流量计测量情况以及现有湿气流量计的测量原理分析可以看出，现有单井湿气流量计的准确度与传统干气流量计误差较小，基本可以满足大牛地气田的单井测量标准。但是其测量性能相比较传统的单井干气流量计受测量工况的影响更大。测量单井产气含液率越高，其测量的难度越大，相对应的准确度就越低。此外，湿天然气的流动状态与工况压力、工况流速等相关，这些因素也同时可以影响单井湿气流量计的测量准度。大牛地气田已经开发建设17年，井龄跨度大，气井生产压力跨度大，因此，为了得到更准确的单井生产运行数据，在安装使用前应考虑单井的流速、压力、含液量范围，再根据具体的单井工况来分析和判断单井湿气流量计的适用性和准确性。应增加试验来针对不同的单井生产阶段工况进行分析，总结出不同生产工况下最适用的单井湿气流量计，进而得出最适合大牛地气田的单井流量测量体系。

4.2 现场使用对湿气流量计性能的影响

大牛地气田引入单井湿气流量计主要用于在地面系统提质增效计划中对集气站单井湿气测量。由于单井管线直接来自井口，中间无其他分离装置，管线内流动工况复杂，管线内的流量、压力、含液率等工况参数波动变化，同时大牛地气田部分气井的产出物中还伴有砂粒、蜡、凝析油等，现不经过气液分离器而直接进行湿气的单井测量，在使用过程中流量计内部结构容易因大量杂质冲刷而造成磨损，从而其结构参数发生变化，最终使得测量结果具有很大误差。而对于目前的大牛地气田开发建设而言，不同生产阶段的气井出砂量、产水量和产气量都有较大的差异。因此，仍需进一步评估和分析不同生产阶段的气井产出砂、蜡等杂质对单井湿气流量计测量精准度的影响。提前制定计划跟踪安装在不同开采阶段气井上的单井湿气流量计测量准确度变化的规律，确定相应的检测校准方法和科学有效的检测周期以确保单井湿气流量计在大牛地气田各集气站的使用处于可控的状态。

5 结束语

与传统的分离计量技术相比，单井湿气在线计量技术对于降低油田的开发和运行成本，以及提高油气田的生产效率和科学管理水平都有较大的优势。在大牛地气田推进的地面系统提质增效计划中起到了至关重要的作用。然而在全面推广中还存在一些客观问题，目前在现场投入试用的单井湿气流量计数量有限，所覆盖的工况范围还非常有限，并不能代表单井湿气流量计可以在所有工况下的正常运行并保证测量精准度。另外，已经安装试用的单井湿气流量计投用时间较短，目前还不能评价其抗磨损能力和长期故障率。因此对于单井湿气流量计在大牛地气田集气站所能适应的工况范围，检测校准方法和科学检测周期的研究制定，都还是单井湿气流量计在大牛地气田推广应用尚未解决的技术难题，还需要通过大量的实验、生产数据来进行分析和总结。