海上含液天然气流量计开发

　　1　引　言

　　尽管海上含液天然气、凝析天然气、湿气等概念的外延不同,但其内涵基本相同。一般都是指在生产条件下,液相体积含率小于10%的气井产出物。为叙述方便,以下统称为湿气。湿气的流动规律属于多相流范畴,计量技术研究中将它简化成低含液率气液两相流的测量问题[1,2]。

　　上世纪80年代初,随着欧洲北海、美洲墨西哥湾等地区油气资源的开发,多相计量技术研究在国内外逐步发展起来。进入90年代后,中国石油天然气开发的重点向西部、海上转移,进一步推动了国内多相流相关技术的研发。近年来,我国陆续在渤海、黄海、南海等地发现了大型油气藏,又提出了海上含液天然气计量问题,因为海上含液天然气的准确计量不仅为生产监控、油藏管理提供可靠的原始资料,而且在简化海洋油气平台结构、提高平台安全性等方面具有重要意义。

　　由于现有多相流量计和单相气体流量计均无法准确计量低含液率气液两相流,国内外相继开展了一系列的研究工作[3,4],采用的技术路线有:①利用实验数据修正理论模型,基于多相流的多参数组合测量原理研究湿气计量问题。如:英国Solartron公司的双文丘里技术,美国PECO公司的加长文丘里技术等;②对已有的多相流量计进行工艺、技术改进,使之能够测量湿气流量,如:美国Agar公司的湿气流量计就是常规多相流量计和小型分离器的组合;③对传统的单相计量仪表进行多相流模型修正与算法改进,如:英国NEL及西安交通大学、清华大学等均利用标准节流元件测量低含液率气液两相流流量;④将结构紧凑的气液分离器用于湿气计量,如:美国Tulsa大学、意大利TEA公司、挪威FRAMO等公司均采用此类技术;⑤利用诸如压力、差等常规测量信号在两相流条件下的波动特性,通过模式识别、神经网络等技术解决湿气计量问题,如:英国帝国理工学院的ESMER流量计;⑥中国石油大学基于计算流体力学对传感器结构进行优化设计,结合数字信号处理技术和组合测量原理研制的湿气流量计也正在进行工业现场实验。

　　多相计量技术与传统的基于计量分离器的油气井计量技术相比,在技术上和经济上都具有较大优势,正在成为海洋、沙漠新油气田开发中首选的计量技术。海上含液天然气的计量技术需求已经引起国内外石油公司、研究机构与仪器仪表厂商等方面越来越多的关注。

　　2　多相流量计开发原理与湿气流量传感器

　　国内外现有多相流量计可以分成部分分离型多相流量计和在线多相流量计两大类[2,4,5]。部分分离型多相流量计利用一个小型分离器对分离后的气液相流体分别进行计量。在线多相流量计不需要分离器,直接对流动参数进行测量。两者相比,前者体积大、结构复杂、气液相测量精度比计量分离器高;后者体积小、结构简单、测量精度与计量分离器相当[6]。本文研究海上含液天然气的在线计量技术。