引言

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

 

延 安 氣 田 延 113 ～ 133 井 區(qū) 項 目 年 產(chǎn) 氣 量 可 達(dá)13.3×108m3，目前涉及累計 35 座井場，205 口氣井。其中，29 座井場，172 口單井采用差壓式原理計量，6 座井場，33 口井采用旋進(jìn)旋渦流量計計量。

 

通過對比傳統(tǒng)差壓流量計，尤其是以孔板為代表的節(jié)流式差壓流量計 [1]，發(fā)現(xiàn)對其前后直管段有著嚴(yán)格要求的特點(diǎn)。因此，該項目選取了結(jié)構(gòu)簡單，在相同條件直管段下測量精度更高、壓損小，內(nèi)部無可動部件 [2]，安裝維護(hù)更方便的均速管流量計。同時，該項目選取了具有長期運(yùn)行無需特殊維護(hù)，無機(jī)械可動部件，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，形成了與差壓式流量計的鮮明對比。天然氣流量計在計量中的準(zhǔn)確性尤為突出，考慮實(shí)際使用過程中影響因素較多，在分析問題時，需要對應(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)場測量準(zhǔn)確度并及時采取合理措施，提供有力指導(dǎo) [3]，這樣才能更加有效地進(jìn)行氣井流量的動態(tài)分析監(jiān)測。

 

1 旋進(jìn)旋渦流量計

1.1 工作原理

旋進(jìn)旋渦流量計工作原理是 ：當(dāng)流體進(jìn)入流量傳感器時 [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使旋轉(zhuǎn)流的中心產(chǎn)生旋渦流，這時，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，由于流速減慢，旋轉(zhuǎn)流體受到回流的作用，開始做二次旋轉(zhuǎn)，旋渦流出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，形成渦流進(jìn)動現(xiàn)象。此時的旋渦頻率與介質(zhì)的流速成正比，并為線性，由壓電傳感器檢測的微弱電信號經(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、瞬時流量和總量。

 

1.2 存在的問題

1）流量計經(jīng)項目投產(chǎn)調(diào)試正常投用后，運(yùn)行期間多數(shù)流量計瞬時流量測量值不穩(wěn)定、偏差較大，無法通過SCADA 遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)對單井產(chǎn)量進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，無疑對生產(chǎn)技術(shù)分析造成困擾。

2）設(shè)備附屬檢測元件故障，損壞程度和更換頻率高。單井開井運(yùn)行條件下，流量計電源供電正常，但流量計瞬時量一直保持為 0，無輸出信號，對單井和井場流量總量的計量出現(xiàn)偏差。

3）工藝因素原因造成流量計測量誤差。單井關(guān)停井后，流量計仍可以檢測到流量，有輸出信號，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)備測量偏差。

 

1.3 原因分析及解決方法

1.3.1 瞬時測量值不穩(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)致流量計無法正常工作，造成測量偏差。排除此類故障的方法，需要將過濾器的濾芯更換為加強(qiáng)濾芯，對出砂井增加除砂器。

2）流量積算儀的前置放大器靈敏度過高或過低，有多計、漏計脈沖現(xiàn)象，導(dǎo)致瞬時流量偏差較大，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，測試接地電阻，排除干擾。

4）管道內(nèi)無天然氣流動或流量低于始動流量，從而無法輸出流量。這種情況下，需要對單井作出調(diào)整，比如調(diào)整采氣樹的針法開度，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。

1.3.2 檢測元件故障

1）由于單井出沙，造成不同程度的流量計的傳感器的損壞，如圖 1 所示。其中，包括溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器，而對流量計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，未解決根本問題，正常測量的維持時間較短。目前，長期有效的解決方法是采取流量計前端改造，增加除砂器，起到較好的控沙效果，進(jìn)一步對流量計的檢測元件起到保護(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）排除采氣樹閥門內(nèi)漏情況下，由于工藝設(shè)計流量計下游沒有單向閥，下游閘閥未關(guān)閉，單井停井后流量計檢測到流量。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，從而降低了測量效果。排除此類問題，需要合理安排作業(yè)。

 

2 均速管流量計

2.1 工作原理

均速管流量計采用差壓式工作原理、插入式工作方式 [4]。均速管流量計屬于一種差壓式流量計，是根據(jù)管道內(nèi)流量檢測件產(chǎn)生差壓，結(jié)合現(xiàn)有流體條件、檢測件以及管道的幾何尺寸對流量進(jìn)行計算，由檢測件和差壓轉(zhuǎn)換顯示儀表構(gòu)成的差壓式流量計。均速管測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的取壓孔，迎流面的多點(diǎn)測壓孔測量的為總壓，背流面測量的為靜壓，利用測量流體的總壓與靜壓之差來測量流量。

 

2.2 存在的問題

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

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

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

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

 

2.3 原因分析及解決方法

2.3.1 人為因素

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

2）計量設(shè)備的附屬壓力變送器關(guān)閉或者出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，無法為積算儀提供有效的測量壓力，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，從而影響流量計差壓變送器的實(shí)際計量。通過對單井進(jìn)行泡排作業(yè)及增加作業(yè)次數(shù)，監(jiān)測單井實(shí)際的運(yùn)行，同時通過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。長時間的生產(chǎn)條件下，造成差壓變送器密封膜片受損和傳感器受損，計量不穩(wěn)定，無法輸出可靠的計量值。通過技術(shù)分析，根據(jù)出沙量的實(shí)際情況，將原來工藝管線 Y 型過濾器改造為除砂器，從而起到單井控沙，同時對下游測量設(shè)備起到有效保護(hù)，計量的實(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，無法正常測量設(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，超出正常檢測范圍，從而計量保持于設(shè)備非常大輸出值，無法準(zhǔn)確計量，作為實(shí)際計量值參考監(jiān)測。

3）由于設(shè)備設(shè)計的缺陷，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，無法輸出正常值。

4）積算儀的計算方法并不適合于實(shí)際運(yùn)行的氣井，積算儀的計算方法在出廠設(shè)置中，均采用天然氣組份計量，從而出現(xiàn)較大偏差。通過對下游集氣站的外輸氣量對比，經(jīng)過計算，將原廠提供一期項目的積算儀的測量介質(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)，正常流量波動在 5% 以內(nèi)。下游集氣站外輸雙差壓均速管流量計數(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，流量波動范圍約在 5% 以內(nèi)（除去工藝造成的原因）。設(shè)計參數(shù) ：設(shè)計壓力 1100KPa（絕壓 100KPa），設(shè)計溫度 30℃，設(shè)計流量 60000Nm3/h，設(shè)計差壓 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℃，計算 60000Nm3/h 流量的差壓值，應(yīng)該為 7.2262KPa。

 

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

測量偏差 ：（34666-33293）/34666×100% ≈ 4.0%

上游單井均速管流量計數(shù)據(jù)分析 ：

設(shè)計參數(shù) ：設(shè)計壓力 600KPa（絕壓），設(shè)計溫度 18℃，設(shè)計流量 6400Nm3/h，管徑為 DN100，設(shè)計差壓 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℃，計算 6400Nm3/h 流量的差壓值應(yīng)該為 2.4831KPa，如圖 6 所示。

 

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

測量偏差 ：（600-593）/600×100% ≈ 1.2%

 

測量結(jié)果 ：檢查設(shè)置，重新對差壓變送器進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定，校準(zhǔn)投用后，電流測量值為 4.32mA，測量流量為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

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

 

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