井丛自动选井及气液两相流量计量装置的研发和应用

延XX井区位于鄂尔多斯盆地天然气富集区的南缘,属于致密气田,气井生产过程中产水,水气比范围为0～9 m³/10⁴ m³,构成“湿气”工况。项目气井单井计量工艺为单相(纯气)计量,主要有旋进漩涡流量计、孔板差压流量计等,单相流量仪表受到出液的影响,无法准确计量气井的气液产量,导致无法准确监测气井生产动态,制约着气井的科学、精细管理。因此,实时在线气液两相流量计量装置的研发和应用就尤为迫切。研发的气液两相流量计量装置是适用于湿气工况条件的气液两相流量计,可以在气液不分离的状态下,对气井产出的气液流量进行实时连续测量,适用于环状流、段塞流等常见流态。将其与多路阀相结合,该装置可远程控制自动选井/倒井,同时实现井丛多口井自动选井及气液两相计量,实时采集信号并进行数据处理传输,输出气量、液量、气液比、温度、压力等参数。室内实验和现场试验结果对比显示,气相、液相测量的结果相对偏差分别为-4.82%、-8.47%和7.69%、20.00%,满足现场工况的计量要求。      

湿气流量计现场使用技术难点分析

湿气广泛地存在于石油天然气工业中,湿气的在线测量对于降低油气田的投资和运行成本,提高油气田的生产效率和科学管理水平都具有重要意义。近十年来,湿气在线测量技术得到了较大的发展,出现了多种不同测量原理的湿气流量计。简述了目前中国石油湿天然气的计量现状和技术需求,分析了现有湿气流量计的测量原理,并对当前湿气流量计的实验室测试结果和现场应用情况进行了详细分析,初步总结了湿气流量计现场使用的技术难点。建议进一步开展湿气流量计测试研究和现场应用试验,总结湿气流量计所能适应的工况范围以及其长期使用的适用性,建立湿气流量计的测试方法和准入标准,规范湿气流量计的使用和维护。     

旋进旋涡与V锥组合计量气液两相流实验研究

目的解决低渗透气田在井间串联、井口混输计量模式下,单井产气、产液量无法准确计量的技术难题。 方法基于旋进旋涡流量计和V锥流量计的单相计量原理,通过开展空气-水两相流的室内实验,分析了不同运行压力、气液比以及表观气速下单相流量计的混相计量误差变化规律。借助量纲分析法,分别建立了进动频率和压降与相关无量纲准数的关联公式,并采用室内实验数据分别进行了混相条件下的参数修正,利用两种流量计串联组合的方式,提出了一种适用于低含液率的湿气双参数组合计量模型,并采用延安气田现场的实流数据对模型计算精度进行了验证。 结果室内实验时,当湿气体积含液率小于1%时,旋进旋涡进动频率随体积含液率的升高而降低,出现“欠读”现象,而V锥流量计的计量压降随体积含液率的升高而增大,产生“过读”现象。当体积含液率大于1%时,由于气相含液量偏大,造成旋涡进动信号下降规律不明显,从而导致组合计量模型的结果可能出现失真,现场实流测试结果显示,组合计量模型的气相体积流量的平均相对误差为2.029%,液相体积流量的平均相对误差为15.066%,体积含液率的平均绝对误差为 0.059%。 结论旋进旋涡与V锥流量计的组合计量模型在气相含液量较低时,气相和液相的计量精度可满足现场生产需要,且加工设计成本较低,可以为延安气田排水采气井的气液混相计量提供技术支持。      

湿气流量测量新方法

基于均相流假设,根据文丘里管两相流流量测量模型和空隙率定义式,结合气液两相流的差压瞬时值、流量瞬时值和空隙率瞬时值间存在的时间平均值关系,推导了湿气流量测量机理模型,并根据Froude准数对模型进行了修正。建立的湿气流量测量模型形式上为一个经气、液密度和Froude准数修正的节流式流量测量关系式,该关系式将为湿气流动机理的研究提供有益的借鉴。实验结果表明,该模型可用于湿气流量的测量,流量测量误差小于5%,能满足实际测量的要求。     

基于喷嘴虚高的气液两相在线计量模型的实验方法

针对湿天然气流量因虚高影响难以准确计量的问题,开展了基于喷嘴的气液两相在线计量模型的实验。通过实验测量分析了压差波动与气相含率、液相含率、干度的关系,利用压差波动数据拟合湿气干度-差压相关式,得到虚高相关式和修正后的气相流量计量模型,降低计量误差,提高湿气在线计量结果的准确性和可靠性。实验结果表明,湿气流经喷嘴计量装置时,液相含量对压差波动的影响占主导地位,气相含率在0.97以上时,压差波动的整体趋势随着气相体积含率增加而减小。经过虚高实验拟合修正的气相流量计量模型的计算结果与实验实测结果误差仅为8.7%,为油气生产过程中气液两相实时测量提供了一种新方法。     

在线不分离湿气计量技术在页岩气中的应用

井口带液计量问题普遍存在于页岩气开采中,准确的气、液计量是合理制定开采制度的前提。随着在线不分离湿气计量技术的日渐成熟,取代分离计量正在稳步进行中。选取基于长喉颈文丘里测量技术的湿气流量计,在某一页岩气作业区进行了为期63 d的测试比对工作。测试结果显示:气相测量的平均误差为0.7%,均方根误差为3.6%,有93.65%的数据点测量误差位于±5%以内;液相测量的平均误差为4.1%,均方根误差为11.49%,有87.3%的数据点测量误差位于±10%以内,85.7%的数据点绝对误差在±2 m~3/d以内;测试结果能够满足页岩气开采过程中的需求。采用在线不分离湿气计量技术,可以大大简化井场工艺,有效降低地面工程建设投资,有助于页岩气低成本开发。     

储气库井口天然气计量影响特性研究

目的获得准确的储气库井口天然气计量影响特性,评价流量计在储气库井口计量的适应性,提高储气库井口天然气计量的准确度,以优化生产运行参数、提高天然气注采率。 方法采用实验室与储气库现场相结合的实验手段,并基于大数据统计对比分析方法,建立储气库井口流量计计量性能评价方法,研究了5个流量计的计量影响特性。 结果通过对比可知:①不同类型超声流量计在不同压力条件下计量特性不同,受超声流量计探头性能的影响,有的超声流量计经低压测试后,具备代表此流量计在一定高压范围的计量性能,但在远超过检定压力范围的情况下,其计量性能将发生变化;②差压流量计在不同压力条件下计量重复性较好。 结论①靶式流量计对天然气中杂质要求较低,压损小,但误差高达40%,且故障率高;②针对相国寺储气库气质与现场工艺条件(主要是含水量少、凝析油少、节流阀无噪声干扰),经过天然气实流校准后,5个流量计的计量示值误差符合GB 50349-2015《气田集输设计规范》中“井口计量设施的允许偏差为±7.0%”的要求,J1槽道流量计、J2均速管流量计、J3超声流量计偏差满足±5%的偏差范围;③建议储气库井口流量计需经过天然气实流校准后使用,且运行工况流量应高于拐点流量,以保证现场注采气的计量准确性。      

非分离式计量技术在页岩气地面测试中的应用研究

传统的气液计量方法是采用分离器,利用多相流体中各相的密度差异,通过物理方法将气液进行分离,之后通过单相仪器仪表和计量罐进行计量,设备质量和体积较大,综合成本高,安装周期长。为解决页岩气排采中的两相流计量难题,文章提出一种非分离式的计量技术,核心特征是将文丘里与电容层析成像技术相结合,配合深度学习算法,对两相流量进行精确计量并实时显示管道内流体流动状态,应用此技术开发的两相流量计在页岩气测试现场进行了现场试验,结果表明,文章所采用的非分离式计量技术,针对不同试验井况,测试结果稳定,计量精度较高,适用于页岩气排采的整个周期,基于电容层析成像技术的井口流动状态可视化能准确反映管道内流态,为气田科学生产提供实时单井数据支持。同时,气液两相流量计具有操作简单、维护方便、成本低廉、无人值守的特点,能够简化设备和工艺管线,符合页岩气低成本高效开发的初衷。     

XF-2006TZ气液两相流量计研究

苏里格气田气井计量为带液计量模式,现有流量计无法测量单井产液量。为解决苏里格气田气井产气量、产液量的准确计量问题,现场开展XF-2006TZ气液两相流量计试验。XF-2006TZ气液两相流量计采用改进的锥形孔板噪声法计量,在气液两相流通过流量计孔板时,在孔板两侧中存在着差压噪声,这种噪声与两相流的流量、质量、含气率密切相关,从而可以计算出气、液两种介质的流量。现场试验表明,新型流量计能稳定地在气液两相流中同时计量各相流量,气量计量误差小于5%,连续产液井液量计量误差小于10%,基本满足现场对气井产气量、产液量的精度计量要求。     

组合式天然气气液两相在线计量装置

组合式天然气气液两相在线计量装置是将V锥与标准文丘里管两个单相流量计串联起来,利用这两个单相流量计在相同的测量条件下对湿气的响应特性不同,建立两个相应的数学模型,联立求解.通过大量室内实验及数值模拟,得出a、b系数的定量关系,通过计算机编程计算气、液产量.室内实验和现场试验表明,V锥和文丘里管组合式天然气气液两相在线计量装置能够实现单井产气量、产液量的不分离在线连续计量,气相计量误差小于5%.当体积含液率大于0.2%时,液相计量误差小于±20%.     

湿天然气交接计量准确度浅析

干气计量系统用于湿天然气计量会因气质含液而产生计量偏差,分析了现有湿天然气交接计量系统的准确度影响因素。利用某气田湿天然气交接计量站天然气组分的分析数据,对水蒸气造成的压缩因子计算偏差进行了实例分析。通过理论分析和实验研究,评估分析了孔板流量计和超声流量计在低含液条件下的湿天然气测量特性。为油气田区块合作湿天然气交接计量及相关标准的制定提供技术参考。     

基于旋流和引射循环技术的湿气气液分离方法研究

天然气除湿对于天然气的安全输送和精确计量具有重要的意义。针对传统的湿气气液分离装置存在分离效率低、受流型影响大等问题,提出了一种基于旋流和引射循环技术的湿气气液分离装置和方法。通过室内实验的方法,对不同工况下的气液分离效率及压降特性等进行了研究。研究结果表明:①当表观气速为4.2~28.5 m/s、液相体积分数小于3%时,设计的气液分离装置的气液分离效率基本可维持在96%以上,压降最大为167 kPa;②随着气量的增大,气液分离装置的分离效率降低,压降增大;③湿气的液量对分离效率和压降的影响较小。上述研究结果可为工业生产中湿气的气液分离提供一种新的思路,具有重要的工程意义。      

苏里格气田南区块天然气集输工艺技术

鄂尔多斯盆地苏里格气田南区块单井控制储量小、稳产期短、非均质性强,属于典型的低渗透致密岩性气藏。针对该区块的地质特征和特殊的开发方式（采用井间与区块相结合的接替方式开发）,采用了以下天然气集输工艺：①井下节流、井丛集中注醇的天然气水合物抑制工艺;②管道不保温;③中压集气;④井口带液连续计量;⑤常温分离;⑥两次增压;⑦气液分输;⑧集中处理。形成了“中压集气、井口双截断保护、气井移动计量测试、气液分输、湿气交接计量” 等一系列工艺技术,有效降低了地面工程的投资成本,提高了气田开发项目的经济效益,对类似气田的开发建设具有借鉴意义。     

喷嘴湿气井两相流在线计量装置研究及应用

传统的湿气井计量大多采用分离法,存在工艺流程复杂、造价高昂、占地面积大等缺陷。研制了以喷嘴为节流元件的湿气井气液两相流在线计量装置。应用Fluent软件仿真模拟了单相气、单相液、气液两相流过装置的流动特性,计算了虚高系数,建立了气液两相含率在线计量模型。CFD研究及现场应用表明:该装置模型计量精度高,气相计量误差在5%以内,液相计量误差在8%以内。该装置结构简单,可以将温度、压力、差压、气流量、液流量集成在一个表头显示,可以异地重复使用,维护量少,降低计量设备安装与维护成本,满足气田开发工程计量的需要。     

海域天然气水合物降压开采压力控制及气液流动特性

针对海域天然气水合物降压开采井身结构和管柱设计的特点,综合考虑水合物储层-生产井动态耦合、井下加热器预热和电潜泵实时排采的影响,建立了水合物降压生产期间井筒气液两相流模型及数值求解算法,提出了基于瞬态多相流实时优化泵排量的生产压差自动控制方法,并利用日本第1次水合物试采和中国南海深水气井现场实测数据对模型进行了验证。结合海域水合物试采的地质条件和环境特征,开展数值模拟研究,检测了不同生产压差控制方法的性能,分析了不同生产设计参数条件下生产管柱内的气液流动特性。研究结果显示,所提出的方法能够准确完成降压目标,而Shimizu方法具有一定的随机性;在水合物降压开采过程中,增大生产管柱的管径、施加井口回压、降低电潜泵的安装深度和提高生产压差均可以降低井内的液位高度,其中井口回压对液位高度的影响起着绝对主导作用,而电潜泵位置的影响最小;当采气管线的管径减小至0.108 m、井口回压低于0.12 MPa、生产压差小于2.16 MPa时,主流管线内会出现连续排水现象。     

DN100气体超声流量计管道配置对计量性能影响研究

随着气体超声流量计技术水平日趋成熟,国内外相关标准对管道配置的要求经历了数次变化.由于现场可能存在阻流件干扰,为研究不同管道配置对小口径超声流量计的计量性能影响,考察了不同直管段长度在复杂工艺条件下对不同型号超声流量计的适用性,开展了D N 100超声流量计与标准装置的测试实验.结果表明,安装流动调整器后,在前直管段为...     

天然气输气末站计量系统误差分析及措施

为了确保天然气贸易交接计量的公平、公正,结合塔里木油田南疆天然气管网计量系统现状,分析了影响计量系统准确度的3种因素,即流体状态对气体超声波流量计的影响、调压后计量对气体超声波流量计的影响及压力波动对智能旋进流量计的影响。基于国家相关标准要求,为实现经济效益最大化,对原有计量工艺流程进行改造,设计了小流量计量工艺流程和大小流量自动切换计量流程,优化了计量仪表选型,既提高了计量系统的测量准确度,又避免了前端压力波动造成流量计准确度降低的问题。应用结果表明,优化后的计量系统可满足最小工况1.2 m^3/h天然气流量连续计量,天然气输差降低50%以上,天然气商品转换率显著提高。     

天然气流量计量标准装置的工艺流程优化

天然气计量标准工艺流程管件设备种类繁多、影响因素复杂,对计量标准装置计量性能的影响往往会在投产运行之后才逐渐显现,整改难度极大。因此,在建设初期科学优化流量计量标准装置的工艺流程,可有效提升其准确度。为此,提出了通过流体力学三维模拟仿真技术(FLUENT)优化高压大流量天然气计量标准装置工艺流程的方法。采用该方法可为天然气计量标准装置工作提供流态稳定的天然气介质,消除管道震动和噪音对计量标准装置计量性能的影响,进而提高天然气流量计量的准确度。同时,以管道弯头、整流器等典型工艺管件为例,通过建模和模拟计算,对不同工况条件下管道内流场进行分析,得出了流场分布规律。研究结果表明:①在检定工艺流程的标准支路与检定支路上游增加汇管,可减轻上游弯管对下游流态的影响;②在被检流量计及核查超声流量计上游10d处安装整流器,能够减小流态对计量结果的影响、提高计量标准装置的准确度。结论认为,该方法在国家石油天然气大流量计量站武汉分站工作级标准装置建设和工艺流程优化中得到了应用,经考核,工作级标准装置测量不确定度为0.29%(k=2),达到国内先进水平。     

管内相分隔状态下电磁流量计测量气液两相流的方法

针对电磁流量计测量气液两相流时测量精度和稳定性易受流型影响的问题,提出了一种管内相分隔状态下基于电磁流量计的气液两相流测量方法。利用旋流器将不规则的两相流入口流型整形成气芯-水环的对称型环状流,保证了权函数的有序分布,并引入空隙率修正了电磁流量计测量模型,提高了电磁流量计的测量精度。利用空气-水两相流为介质,通过室内实验对该测量方法进行了验证,结果表明,在管内相分隔状态下,电磁流量计的液相测量相对误差在±5%以内。研究结果为工业生产中的气液两相测量提供了一种很好的思路和方法,具有良好的应用价值。