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探討標準孔板節流計量在川西氣田計量運用的可行性

作者: 來源: 發布時間:2017-11-09 10:55:30

 摘 要 針對川西氣田單井的生產特征,開展了不分離濕氣帶液計量工藝的試驗研究,優選智能旋進漩渦流量計開展現場試驗,通過與標準孔板節流計量的對比探討了該工藝在川西氣田運用的可行性,通過對不同工況下誤差的跟蹤分析界定了工藝適用的工況條件,並結合新井和老井不同的生產特征,製定了相應的現場推廣應用方案:對於新井初期可采用濕氣計量與臨時分離計量並聯的方式運行,待氣井生產穩定後拆除臨時分離撬;而對於老井可直接進行帶液濕氣計量改造。

 
0 引言
        由於氣井生產常伴有凝析水或地層水產出,為確保計量準確,氣田常用的計量方式為氣液分離後再進行計量。通過帶液濕氣計量,將省去氣液分離器的使用,有利於站場建設簡化。然而在天然氣帶液濕氣計量方麵,我國目前還沒有相關的技術標準或技術規範 [1-2] 。針對四川川西氣田具有氣井在生產過程中產能遞減快、產水量波動範圍大的特點,單井濕氣計量的可行性和適應性需要通過試驗才能確定計量方案。
 
1 工藝優選
        天然氣濕氣為多相流,流態具有非均質性,且不同流型間的相態分布特征和流體動力學特性有很大差別,動力學特性複雜,準確計量難度大。多年來,各大油氣田為對濕氣進行準確計量,分別采用差壓式、容積式、速度式進行了實驗研究。應用於濕氣的差壓式流量計較有代表性的為孔板流量計、彎管流量計、V錐流量計,由於計量介質中液相的不可壓縮性,氣液兩相在通過計量儀器時會帶來較強的壓力激動、積液和部件損害,從而使得該類計量儀器在濕氣帶液計量時適應性較差。容積式濕氣計量主要采用羅茨流量計,但由於羅茨流量計殼體與轉子之間間隙較小,對於未經分離的介質而言,易出現雜質卡堵和計量腔積液的問題。速度式濕氣計量主要有渦輪流量儀和旋進旋渦式,渦輪流量儀有轉動部件,易損害,對計量介質清潔度要求較高,帶液計量適應性較差;而旋進旋渦式對介質清潔度要求相對其他工藝而言不高,其主要原因是當流體通過由螺旋形葉片組成的旋渦發生器後,流體被迫繞著發生體軸劇烈旋轉,形成旋渦,當流體再進入擴散段時,旋渦流受到回流的作用,開始作二次旋轉,形成陀螺式的渦流進動現象,檢測元件通過測得流體二次旋轉進動頻率來進行流量計量,因此從原理上可知,液相的存在會對渦流進動現象產生一定的影響,但隨著水氣比的降低,影響幅度將逐步降低,這便使得采用旋進旋渦式在一定的水氣比範圍內能達到想要的精度要求。因此可選用旋進旋渦式工藝進行濕氣計量 [4] 。
 
2 試驗方案
        對於單井生產周期而言,根據產水特征可分為壓裂後返排期和正常生產期,在壓裂後返排期過程中,氣井產液量較大,時間受改造規模和地層能量影響,通常為1~6個月。進入正常生產期後,氣井產水量便變得相對穩定,波動減少。因此對於濕氣計量工藝的評價,最重要的是分析出在不同工況下其計量誤差的範圍,從而明確其適應界限。
 
        對於計量誤差,目前無單井帶液計量專業技術標準要求,在此借鑒GB50350-2005油氣集輸設計規範,二級油氣田內部集氣過程的生產計量最大允許誤差按 5 %進行考慮,因此設定 5 %為邊界值。在此,選取智能旋進旋渦流量計與標準孔板流量計進行對比分析:水套爐來氣,經過粗濾後進入智能旋進旋渦流量計,再經分離器分離後進入標準孔板流量計。同時為方便對流量計進行更換而不影響生產,設計在智能旋進旋渦流量計前後端增加旁通,見圖1。
帶液濕氣計量現場試驗方案示意圖
返排初期新井試驗誤差結果表
        該套流程在氣井投產啟始時開始運行,通過分析兩個計量儀間的數據差異來進行帶液濕氣計量誤差確定,但由於氣井生產初期水氣比波動較大,氣井生產不穩定,為減少波動給試驗帶來的偏差,設計選取不同類型氣井分階段進行現場試驗評價:①通過生產初期高水氣比階段大液量返排時的誤差分析,初步確定其適用極限;② 選取極限工況下的穩定生產氣井進行跟蹤評價,以縮小極限工況界限範圍;③ 根據前期試驗,在初步確定的極限工況條件下進行跟蹤評價分析,以找出準確的適用工況條件。
 
3 現場試驗工藝可行性分析
        第一階段選取壓裂後投產新井XS5-1井進行現場試驗,該井投產後,氣井產能在(3~5)×10 4 m 3 /d範圍波動,產水量在(15~30)m 3 /d範圍波動,水氣比均在2 m 3 /10 4 m 3 以上,通過現場1個月的試驗跟蹤,其大致規律如表1所示,可以看出,當水氣比在2.94 m 3 /10 4 m 3 以上時,濕氣計量與分離後的孔板計量相比誤差大於7 %。
 
        結合第一階段試驗結論,第二階段選取水氣比在2.9 m 3 /10 4 m 3 左右的穩定生產氣井進行試驗跟蹤,其偏差值與水氣比關係見圖2。MP23井水氣比範圍為(2.5~4.5)m 3 /10 4 m 3 ,試驗中發現,其偏差值波動較大,波動範圍為1 %~9 %,分析其主要原因是由於氣井在生產過程中,氣水的產出形式多樣,當氣井多為連續帶液時,由於水量的較長時間影響,使得氣井計量誤差偏大;當氣井段塞流現象較多時,會導致產水量在短時間內激增,而不會過多影響氣井產量,使得在高水氣比下計量誤差較小。兩種情況在圖上均有所表現,為降低氣井產液方式不同給計量精度帶來的過大偏差,選取影響大的背景情況下的水氣比進行界限定量,從圖中可以看出,當水氣比在 3.5 m 3 /10 4 m 3 時,仍有部分誤差值在 7 %以上,而當水氣比小於3.2 m 3 /10 4 m 3 時,絕大部分數據點誤差值小於7 %。
MP23井現場試驗數據圖MJ23井現場試驗數據圖
        結合前兩個階段的試驗結果,為達到5 %的精度要求,水氣比要求應在3.2 m 3 /10 4 m 3 以下,因此第三階段優選水氣比範圍為(2~3.2)m 3 /10 4 m 3 的穩定生產氣井MJ23井開展現場試驗,擬通過氣井穩定生產的跟蹤,準確確定合理的適用工況界限。通過現場試驗可以看出,當水氣比在2.5 m 3 /10 4 m 3 以下時,誤差控製在5 %以內,隻有少數情況出現誤差值突然增大的情況,分析認為氣井現場泡排施工導致氣井產液中泡沫增多而導致計量誤差增大(圖3)。
 
        因此,從3次現場試驗來看,當川西氣田氣井的水氣比低於3.2 m 3 /10 4 m 3 時,采用旋進旋渦流量計進行帶液濕氣計量能滿足誤差小於7 %的要求,當水氣比低於2.5 m 3 /10 4 m 3 時,計量誤差控製在5 %以內。
 
4 現場應用推廣方案
        從現場試驗情況來看,對於川西氣田,該工藝可以應用於兩類氣井:已投產井和新投產井。目前川西氣田有生產井 1 000 餘口,其中水氣比小於 1m 3 /10 4 m 3 的占總井數的 70.7 %,水氣比(1~2.5)m 3 /10 4 m 3 的占 15.2 %,總體來說氣井產水量較低,也就是說對於已生產井,85.9 %的氣井適用於采用旋進旋渦流量計進行帶液濕氣計量,誤差都能小於5 %,由於已生產井水氣比較為穩定,氣質較好,因此改造較為簡便,臨時停氣後拆除分離計量模塊,安裝濕氣計量儀器即可。
 
        對於新投產井,主要存在以下難題:① 由於初期返排液量大,帶液計量誤差較大;② 由改造後返排壓裂砂含量較高,在高速流情況下,易出現內腔損傷、通道堵塞及傳感器損壞的情況;③ 對於主要采取輸氣求產的川西氣田而言,初期產能的大小尤為重要,是未來配產的重要依據,因此初期需要準確計量,同時過多的液量進行混輸,將降低單井站到中心站的輸送效率。因此對於初期設計采用臨時分離計量撬塊進行分離計量,同時預留濕氣計量旁通管路,待水氣比低於2.5 m 3 /10 4 m 3 時,且固相含量降低後,啟用濕氣計量,而將臨時分離計量撬塊拆除搬遷至其他井場。同時為提高測量精度,推薦采用智能旋進旋渦流量計進行帶液濕氣計量,通過其對溫度、壓力及壓縮因子的自動或手動補償進行測量結果修正,同時配套數據自動采集及數據遠傳功能,以實現無人值守的功能 [5] 。
 
5 結論
        1)通過現場試驗,采用旋進旋渦流量計可作為川西氣田帶液濕氣計量儀器,其適用於水氣比低於2.5 m 3 /10 4 m 3 時的氣井生產工況,計量誤差小於5 %。
        2)新井初期可采用濕氣計量與臨時分離計量並聯的方式運行,待氣井生產穩定後拆除臨時分離撬,而對於老井可直接進行帶液濕氣計量改造。
        3)帶液濕氣計量裝置在川西中淺層氣藏及類似氣藏具有推廣應用價值,可省去分離、計量環節及設備,利於站場建設的優化及簡化,從而降低建設投資,同時配備數據自動采集及遠傳功能後將為無人值守和數字化氣田建設提供技術支持。

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