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延安某氣田單井流量計存在的問題及解決方法

来源: 斯伦贝谢长和油田工程有限公司 作者:强 帅,杨 勉,李 勇 發布日期:2021-06-29

 摘 要 :本文介绍了延113~延133气田井区使用的旋進旋渦流量計和均速管流量計工作原理,具体阐述了旋進旋渦流量計和均速管流量計存在的问题及解决方法。掌握流量計的工作原理及设置参数,降低偏差是必要的,目的是为了更加准确地分析气井动态。通过现场对两种单井流量計的计量准确度和实际运行情况及数据分析对比,利用实际工况下对流量計设备损坏程度及附件更换频率,并通过数据计算,得出均速管流量計測量結果更加准確,更適合該氣田井區。

 
引言
本文介绍了延 113 ~延 133 气田井区使用的旋進旋渦流量計和均速管流量計工作原理,具体阐述了旋進旋渦流量計和均速管流量計存在的问题及解决方法,目的是掌握流量計的工作原理及设置参数,降低偏差,准确分析气井动态。
 
延 安 气 田 延 113 ~ 133 井 区 项 目 年 产 气 量 可 达13.3×108m3,目前涉及累计 35 座井场,205 口气井。其中,29 座井场,172 口单井采用差压式原理计量,6 座井场,33 口井采用旋進旋渦流量計计量。
 
通過對比傳統差壓流量計,尤其是以孔板爲代表的節流式差壓流量計 [1],发现对其前后直管段有着严格要求的特点。因此,该项目选取了结构简单,在相同条件直管段下测量精度更高、压损小,内部无可动部件 [2],安装维护更方便的均速管流量計。同时,该项目选取了具有长期运行无需特殊维护,无机械可动部件,通用性和互换性较好,集成度高、体积小等特点的旋進旋渦流量計,形成了与差压式流量計的鲜明对比。天然氣流量計在计量中的准确性尤为突出,考虑实际使用过程中影响因素较多,在分析问题时,需要对应用设备的工作原理仔细斟酌,与专业技术人才深入交流,以提高天然气的现场测量准确度并及时采取合理措施,提供有力指导 [3],这样才能更加有效地进行气井流量的动态分析监测。
 
1 旋進旋渦流量計
1.1 工作原理
旋進旋渦流量計工作原理是 :当流体进入流量传感器时 [4],入口处的导流叶片迫使轴向的流体旋转并在收缩段内。由于流体的加速流动使旋转流的中心产生旋涡流,这时,随着管载面积的缩小,旋涡流集中在中心轴上。当旋涡流进入扩散段时,由于流速减慢,旋转流体受到回流的作用,开始做二次旋转,旋涡流出现转折点,形成涡流进动现象。此时的旋涡频率与介质的流速成正比,并为线性,由压电传感器检测的微弱电信号经前置放大器放大、滤波、整形输出给积算仪,并进行处理运算,显示压力、温度、瞬时流量和总量。
 
1.2 存在的问题
1)流量計经项目投产调试正常投用后,运行期间多数流量計瞬时流量测量值不稳定、偏差较大,无法通过SCADA 远传数据对单井产量进行动态监测,无疑对生产技术分析造成困扰。
2)设备附属检测元件故障,损坏程度和更换频率高。单井开井运行条件下,流量計电源供电正常,但流量計瞬时量一直保持为 0,无输出信号,对单井和井场流量总量的计量出现偏差。
3)工艺因素原因造成流量計测量误差。单井关停井后,流量計仍可以检测到流量,有输出信号,造成单井运行状态分析误判 ;井下增产作业的不合理,出现设备测量偏差。
 
1.3 原因分析及解决方法
1.3.1 瞬时测量值不稳定
1)氣井采氣管線中含有雜質,例如出現的黑色固體塊狀物、壓裂砂、泡排後帶出的其他雜物等,致使葉輪片被打壞或者將旋渦發生器直接打穿,導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爲加強濾芯,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、漏計脈沖現象,導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,及強電和其他地線接線受到幹擾。排除這種影響,需要正確接好地線,測試接地電阻,排除幹擾。
4)管道內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,需要對單井作出調整,比如調整采氣樹的針法開度,提單井流量的措施,以及進行技術變更,選取更小通徑的流量計。
传感器损坏图
1.3.2 检测元件故障
1)由于单井出沙,造成不同程度的流量計的传感器的损坏,如图 1 所示。其中,包括温度传感器、壓力傳感器、流量传感器,而对流量計影响的主要因素是流量传感器和壓力傳感器。排除此类故障直接的方法是更换相同信号的传感器,重新设置积算仪参数即可。但是,未解决根本问题,正常测量的维持时间较短。目前,长期有效的解决方法是采取流量計前端改造,增加除砂器,起到较好的控沙效果,进一步对流量計的检测元件起到保护作用。
2)前置放大器故障,流量输出一直显示为 0。这种情况下,更换新的型号前置放大器后,流量显示正常。
 
1.3.3 工艺因素
1)排除采氣樹閥門內漏情況下,由于工藝設計流量計下遊沒有單向閥,下遊閘閥未關閉,單井停井後流量計檢測到流量。排除此類情況,要求操作人員正確隔離流程,關閉下遊閘閥。
2)氣井的泡排作業,造成旋渦發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。
 
2 均速管流量計
2.1 工作原理
均速管流量計采用差压式工作原理、插入式工作方式 [4]。均速管流量計属于一种差压式流量計,是根据管道内流量检测件产生差压,结合现有流体条件、检测件以及管道的几何尺寸对流量进行计算,由检测件和差压转换显示仪表构成的差压式流量計。均速管测量原理是将一根中空金属杆沿直径插入工艺管道中,采用等面积法,在杆的迎流面和背流面制有成对的取压孔,迎流面的多点测压孔测量的为总压,背流面测量的为静压,利用测量流体的总压与静压之差来测量流量。
 
2.2 存在的问题
1)人爲因素,操作不正確,導致測量設備出現偏差。
2)工艺因素造成测量偏差,含水出现引压管积存冷凝液,以及出沙影响到测量设备的稳定性 [5]。
3)檢測設備不正常,差壓變送器存在偏差,導致無法正常測量差壓。
4)出廠設備設置不符合實際計量方式,積算儀計算方法及設置參數存在問題。
 
2.3 原因分析及解决方法
2.3.1 人为因素
1)生産操作人員對差壓變送器三閥組操作錯誤,出現平衡閥、正負壓測取壓閥未正確投用現象,導致測量出現偏差。通過對操作人員技能培訓,提高對儀器儀表工作原理的認知,熟練掌握操作規範。
2)計量設備的附屬壓力變送器關閉或者出現漏氣現象,無法爲積算儀提供有效的測量壓力,從而輸出出現偏差。
2.3.2 工艺因素
1)氣井內含水較多,造成變送器正負壓取壓端積液,從而影響流量計差壓變送器的實際計量。通過對單井進行泡排作業及增加作業次數,監測單井實際的運行,同時通過處理差壓變送器取壓端內部積液,重新進行正確投用,降低影響因素。
2)气井出沙严重。长时间的生产条件下,造成差压變送器密封膜片受损和传感器受损,计量不稳定,无法输出可靠的计量值。通过技术分析,根据出沙量的实际情况,将原来工艺管线 Y 型过滤器改造为除砂器,从而起到单井控沙,同时对下游测量设备起到有效保护,计量的实际效果趋于稳定。
 
2.3.3 设备因素
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,超出正常檢測範圍,從而計量保持于設備非常大輸出值,無法准確計量,作爲實際計量值參考監測。
3)由于設備設計的缺陷,密封較差,導致積算儀控制箱內出現積水,從而導致擴展輸出短路模塊故障,無法輸出正常值。
4)积算仪的计算方法并不适合于实际运行的气井,积算仪的计算方法在出厂设置中,均采用天然气组份计量,从而出现较大偏差。通过对下游集气站的外输气量对比,经过计算,将原厂提供一期项目的积算仪的测量介质更改为一般气体,偏差将大大减小。上游气井的实际计量与下游集气站的外输气量达到积算仪偏差范围内,正常流量波动在 5% 以内。下游集气站外输双差压均速管流量計数据分析如图 2。
下游集气站外输流量曲线现场流量計积算仪和差压表示值
根据 DCS 曲线观察,如图 2 所示。正常状态下,流量波动范围约在 5% 以内(除去工艺造成的原因)。设计参数 :设计压力 1100KPa(绝压 100KPa),设计温度 30℃,设计流量 60000Nm3/h,设计差压 24.3046KPa,差压變送器量程的大差压 24.3046KPa,小差压 3.8455KPa。理论差压值 :重新按照实际压力 3.65MPa(大气压加上 100KPa),温度 38℃,计算 60000Nm3/h 流量的差压值,应该为 7.2262KPa。
 
实测差压值 :(13.26-4)/16×3.8455 ≈ 2.2255KPa
差压值
测量偏差 :(34666-33293)/34666×100% ≈ 4.0%
上游单井流量計积算仪和差压表示值
上游单井均速管流量計数据分析 :
设计参数 :设计压力 600KPa(绝压),设计温度 18℃,设计流量 6400Nm3/h,管径为 DN100,设计差压 9.8153KPa,如图 5 所示。
 
理论差压值 :重新按照实际压力 2.202MPa(大气压加上 100KPa),温度 12.6℃,计算 6400Nm3/h 流量的差压值应该为 2.4831KPa,如图 6 所示。
 
实测差压值 :(4.22-4)/16×1.5531 ≈ 0.021355KPa
标定后的积算仪和差压表示值
测量偏差 :(600-593)/600×100% ≈ 1.2%
 
测量结果 :检查设置,重新对差压變送器进行零点标定,校准投用后,电流测量值为 4.32mA,测量流量为719.357 Nm3/h,如图 7 所示。
 
单井管径变径为 DN80 的数据分析 :
差压值为 31Pa,将工艺管径由 DN100 缩经为 DN80,同等流量下,差压值为 0.1009KPa,如图 8 所示。
 
单井管径变径 DN50 的数据分析 :
差压值为 31Pa,将工艺管径由 DN100 缩经为 DN50 后,同等流量下,差压值为 1.1629Kpa,如图 9 所示。
 
3 结论与展望
通过对延 113 ~延 133 气田的气井两种流量計的分析,旋進旋渦流量計根据其设备的特点及结构 [6],更适用于计量比较纯净的干气气体介质,在天然气下游销售终端计量领域使用较多。均速管流量計结合具体流体检测条件和流量传感器 [7] 自身的优点,在测量介质较差的环境下,仍能保持较好的测量性能,也更适合延 113 ~延 133 项目的选用。
 
在油氣工業發展中,上遊氣井的計量偏差日漸備受關注,無論對其計量的准確度還是對其設備的精確度要求會越來越高,目的是爲了更加有效地進行氣井動態分析監測,以及爲數字化氣田的建設提供更可靠的保障。

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