凝析气田带液计量研究1106

1、中国石油规划总院中国石油规划总院2012年年5月月中国石油规划总院中国石油规划总院CPPEICPPEI2012013 3年年1 11 1月月凝析气田带液计量研究凝析气田带液计量研究CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院2022-3-72022-3-7第第2 2页页前前 言言凝析气田是一种复杂的气田，开发机理复杂，同时采出气和凝析油，具凝析气田是一种复杂的气田，开发机理复杂，同时采出气和凝析油，具有开发难度大、技术工艺要求高等特点。目前凝析气田井口产量计量多采用有开发难度大、技术工艺要求高等特点。目前凝析气田井口产量计量多采用单井分离后气液单独计量或集气站分离后气液轮换计量，单

2、井分离后气液单独计量或集气站分离后气液轮换计量，流程复杂、投流程复杂、投资高。资高。为提高凝析气田的整体开发效益为提高凝析气田的整体开发效益，中国石油规划总院联合天津大学开展，中国石油规划总院联合天津大学开展了了凝析气田带液计量凝析气田带液计量的研究，提出了基于的研究，提出了基于H H修正因子的非标准文丘里管的虚高修正因子的非标准文丘里管的虚高修正模型。研制出的工程样机经实验室性能测试，液相误差小于修正模型。研制出的工程样机经实验室性能测试，液相误差小于10%10%，气相，气相误差小于误差小于5%5%；气相不确定度；气相不确定度2%2%，液相不确定度，液相不确定度3%3%。并在塔里木英买力凝气

3、。并在塔里木英买力凝气田集气站进行了现场性能测试，取得了较好的试验效果。田集气站进行了现场性能测试，取得了较好的试验效果。CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院3 3 一、凝析气田井口计量现状一、凝析气田井口计量现状二、基于二、基于H H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型高修正理论模型三、湿气测量仿真预测模型三、湿气测量仿真预测模型 四、样机设计特点四、样机设计特点五、中压湿气测量特性实验五、中压湿气测量特性实验六、现场测试成果六、现场测试成果七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化 汇汇 报报 内内 容容CPPEI

4、 CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院 目前凝析气田基本采用单井分离后气液单独计量或集气站分离后气液轮换计量，流程复杂、投资高。液相计量气相计量去集气站井流物单井计量单井计量集气站轮换计量液相计量气相计量去集气站井流物井流物井流物CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院一、凝析气田井口产量计量现状5计量站计量站集气干线计量管线 塔里木迪那凝析气田28口生产井，共设2座计量站，与集气管线同沟敷设计量管道18.9km，计量管线采用L360+316L复合钢管，计量工艺复杂、投资高。CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院一、凝析气田井口产量计量现状 塔里木英买

5、力凝析气田塔里木英买力凝析气田20072007年投产，其中单井井场年投产，其中单井井场3333座（包括单井集座（包括单井集气站气站3 3座）、集气站座）、集气站5 5座座。采用单井分离计量和集气站轮换计量相结合的方式。采用单井分离计量和集气站轮换计量相结合的方式。CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院带液计量国际水平（LNF 10%）价格昂贵，20-30万美元/台需要研发具有自主知识产权的带液流量计一、凝析气田井口产量计量现状CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院8 8 一、凝析气田井口计量现状一、凝析气田井口计量现状二、基于二、基于H H修正因子的长喉颈非

6、标准文丘里管湿气虚修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型高修正理论模型三、湿气测量仿真预测模型三、湿气测量仿真预测模型 四、样机设计特点四、样机设计特点五、中压湿气测量特性实验五、中压湿气测量特性实验六、现场测试成果六、现场测试成果七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化 汇汇 报报 内内 容容CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院二、基于H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型 近年来国内外研究者进行了大量的湿气虚高模型的研究工作，近年来国内外研究者进行了大量的湿气虚高模型的研究工作，但由于工业现场的工况条件远远不同于实验室，例如不同区域的天

7、然但由于工业现场的工况条件远远不同于实验室，例如不同区域的天然气田工作压力不同（几兆帕，十几兆帕，甚至高达几十兆帕）；气液气田工作压力不同（几兆帕，十几兆帕，甚至高达几十兆帕）；气液两相流量范围变化较大，流形变化复杂（雾状流、环状流、分层流、两相流量范围变化较大，流形变化复杂（雾状流、环状流、分层流、段塞流均有可能出现），因此，对湿气流量传感器提出了更高的要求。段塞流均有可能出现），因此，对湿气流量传感器提出了更高的要求。单纯标准结构的节流装置，单纯标准结构的节流装置，因此，有必要对其进行进一步优化设计，这就不可避免的涉及到，因此，有必要对其进行进一步优化设计，这就不可避免的涉及到需要根据优化

8、设计的新型结构，确定新的湿气虚高模型。需要根据优化设计的新型结构，确定新的湿气虚高模型。CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院u 区别于上世纪六十年代以来陆续公布的经典模型，如Murdock、 Chisholm、 De Leeuw、林宗虎模型等，建立了“虚高非线性复杂函数矩阵模型”;气相测量精度从约10% 提升至5%。 De leeuw模型（标准文丘里）21XCXgnlgnglClgglsggsllWWDUDUX2222chisholm5 . 1.1606. 05 . 15 . 0.41. 0746. 0gFrgFrenFrngdLFrHenCXCXgHnlgnglg5 .2

9、118.02403.0523.01二、基于H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型11 提出独特的基于H修正因子的虚高模型，该模型综合了Froude数、气液密度，文丘里管节流比和喉部长度、喉部直径等诸多特征参数，预测 Chisholm 中的n值，最终得到的虚高模型准确度明显改善。 该模型适不仅适用于独立设计的非标准文丘里管，同时包含对标准文丘里管虚高的预测能力。外推性能优势强。经实验室实验验证，该模型不确定度优于2.5%。虚高模型虚高模型的创新的创新二、基于H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型12 当需要尽量准确地测量湿气的气相流量时，希望虚高值尽量小，当需要尽量准

10、确地测量湿气的气相流量时，希望虚高值尽量小，而希望辨识出液相流量时，又希望虚高尽量大。而希望辨识出液相流量时，又希望虚高尽量大。因此，为满足不同的因此，为满足不同的湿气测量目标或者兼顾气液两相测量需求时，如何设计文丘里管的结湿气测量目标或者兼顾气液两相测量需求时，如何设计文丘里管的结构以及建立具有良好外推能力的湿气测量虚高模型显得尤为重要；构以及建立具有良好外推能力的湿气测量虚高模型显得尤为重要；现有的具有广泛影响力的现有的具有广泛影响力的De Leeuw De Leeuw 模型依据标准文丘里管给出，直模型依据标准文丘里管给出，直接应用于非标准的文丘里管将产生新的预测偏差。接应用于非标准的文丘

11、里管将产生新的预测偏差。虚高模型虚高模型的创新的创新二、基于H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型13 本研究提出的本研究提出的“基于基于H H修正因子的虚高模型修正因子的虚高模型”综合了综合了FroudeFroude数、气液密度，文丘里管节流比和喉部长度、喉部直数、气液密度，文丘里管节流比和喉部长度、喉部直径等特征参数预测径等特征参数预测n n值。值。 该模型适不仅适用于独立设计的非标准文丘里管，同时该模型适不仅适用于独立设计的非标准文丘里管，同时包含对标准文丘里管虚高的预测能力。外推性能优势强。经包含对标准文丘里管虚高的预测能力。外推性能优势强。经实验室实验验证，实验室实验验

12、证，该模型不确定度优于该模型不确定度优于2.5%2.5%。T TJU-HJU-H修正因子模型（长喉颈文丘里）修正因子模型（长喉颈文丘里） 二、基于H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型14不确定度：2.5%随着H值的增大，n值增大（虚高增大）实验验证二、基于H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型15H因子模型与 De leeuw模型的预测对比 H因子模型与Deleeuw 模型的预测对比结论（1）两模型预测偏差小于4% （2）H因子模型具有更好地外推性。二、基于H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型16u取压方式的优化，长喉径优势突出 ISO/TR 11

13、583（标准文丘里）基于 总压+压损本研究（长喉颈文丘里）基于前差压+后差压长喉颈的优势：流体流经长喉颈中，液相被充分加速，气液混合更加充分，前后差压信号的规律性突出、反向差异性鲜明。2012年2012年二、基于H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院1717 一、凝析气田井口计量现状一、凝析气田井口计量现状二、基于二、基于H H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型高修正理论模型三、湿气测量仿真预测模型三、湿气测量仿真预测模型 四、样机设计特点四、样机设计特点五、中压湿气测量特

14、性实验五、中压湿气测量特性实验六、现场测试成果六、现场测试成果七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化 汇汇 报报 内内 容容18 仿真模拟英买力气田英买7集气站的工况条件，完成实验样机的仿真研究，建立了湿气测量仿真模型。A型：DN50，=0.55B型：DN50，=0.4三、三、湿气测量仿真预测模型湿气测量仿真预测模型19GMF=40%flow前取压位置喉部取压位置DN50，=0.55文丘里管三维效果图曙光“星云”系列高性能计算集群包含56个计算节点，1232个CPU核，内存总容量2TB，并行存储总容量33TB，。三、三、湿气测量仿真预测模型湿气测量仿真预测模型20仿真工况条件A型样机

15、：DN50=0.55 三、三、湿气测量仿真预测模型湿气测量仿真预测模型21三、三、湿气测量仿真预测模型湿气测量仿真预测模型22（a）近壁面压力曲线图（b）液相体积分数图（a）近壁面压力曲线图（b）液相体积分数云图三、三、湿气测量仿真预测模型湿气测量仿真预测模型23B型样机 DN50 =0.4 虚高模型 气相不确定度：2%A 型样机 DN50 =0.55 虚高模型 气相不确定度：3%三、三、湿气测量仿真预测模型湿气测量仿真预测模型CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院2424 一、凝析气田井口计量现状一、凝析气田井口计量现状二、基于二、基于H H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿

16、气虚修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型高修正理论模型三、湿气测量仿真预测模型三、湿气测量仿真预测模型 四、样机设计特点四、样机设计特点五、中压湿气测量特性实验五、中压湿气测量特性实验六、现场测试成果六、现场测试成果七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化 汇汇 报报 内内 容容25专利设计1长喉颈：不同与标准文丘里管设计：本研究的文丘里管具有加长的喉部，即为长喉颈文丘里管，喉部长度为喉部直径的46倍。专利设计2双差压：不同与标准文丘里管设计：研制的文丘里管在其上游、中游、下游分别取压，构成双差压信号，利用两级差压信号的反向规律实现气液不分离测量。专利设计3微型环室气液隔

17、离取压器：不同与标准文丘里管设计，本课题研制的文丘里管的全部引压管与计量管体之间的连接设计上，提出了一种独特新颖的取压设计结构，紧凑巧妙微型化，环型腔室设计，确保取压信号均匀性，同时保障了稳态下气液隔离效果良好。四、样机设计特点四、样机设计特点26 完成了A/B型两套样机的设计、加工、制作及传感器、变送器、二次计算仪、上位机通讯平台的系统调试。26 气相流量624万方/天（高含液）；648万标方/天(低含液） 气相流量28万方/天（高含液）； 216万标方/天(低含液）四、样机设计特点四、样机设计特点27防爆等级：ExdII BT4 Gb防护等级：IP66EMC电磁兼容测试快速电脉冲群实验 测

18、试通过等级为2级A类。抗静电干扰实验 测试通过等级3级温度实验 温度范围-20-70，以每5为间隔，每个间隔2小时进行温度实验，运行正常。长期稳定性测试：在模拟外部信号输入状态下，连续运行时间为30天，系统各功能完全正常。n流量计算仪开发与可靠性测试四、样机设计特点四、样机设计特点CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院2828 一、凝析气田井口计量现状一、凝析气田井口计量现状二、基于二、基于H H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型高修正理论模型三、湿气测量仿真预测模型三、湿气测量仿真预测模型 四、样机设计特点四、样机设计特点

19、五、中压湿气测量特性实验五、中压湿气测量特性实验六、现场测试成果六、现场测试成果七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化 汇汇 报报 内内 容容2929进行了两套样机的实验室水流量实验标定和中压湿气测量特性实验研究，完成了数据分析与建模。n 水实验系数标定miiCmC11%100minmaxminmaxCiCiCiCil%)1002)(1max(312jiijirCCC平均流出系数：非线性误差：重复性：= 0.035% 0.833% 0.986793 A型 标定结果五、中压湿气测量特性实验五、中压湿气测量特性实验30五、中压湿气测量特性实验五、中压湿气测量特性实验基于基于“双闭环湿气流

20、量实验装置双闭环湿气流量实验装置”的实验研究的实验研究31五、中压湿气测量特性实验五、中压湿气测量特性实验基于基于“双闭环湿气流量实验装置双闭环湿气流量实验装置”的实验研究的实验研究32 操作压力：操作压力：0.6M0.6MP Pa a；气相流速：；气相流速：7m/s7m/s； 体积液相含率：体积液相含率：LVFLVF0.085%0.085%0.63%0.63%2.6%2.6%n 湿气实验五、中压湿气测量特性实验五、中压湿气测量特性实验33气相误差： 液相误差：5% （97.5%数据） 10% （93.6%数据）湿气实验湿气实验AA型样机误差型样机误差五、中压湿气测量特性实验五、中压湿气测量特

21、性实验CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院3434 一、凝析气田井口计量现状一、凝析气田井口计量现状二、基于二、基于H H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚高修正理论模型高修正理论模型三、湿气测量仿真预测模型三、湿气测量仿真预测模型 四、样机设计特点四、样机设计特点五、中压湿气测量特性实验五、中压湿气测量特性实验六、现场测试成果六、现场测试成果七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化 汇汇 报报 内内 容容35六、现场测试效果六、现场测试效果完成“英买7集气站”试验改造塔里木油田公司英买7集气站。：2013年19月：凝析天然气两

22、相流量计工程样机。：6口单井，井号分别为YM7、YM701、YM702、YM7-1、YM7-H2、YM16。集气站采取自动轮测模式计量各个单井，依据“英买力气田群单井计量报表”记录作为现场测试的参比标准。36设计方案：测试样机（两相流量计）安装于气液分离器上游。比对方法：气相测量结果与分离器下游的孔板流量计比较 液相测量结果与分离器下游的质量流量计比较六、现场测试效果六、现场测试效果37质量流量计孔板流量计六、现场测试效果六、现场测试效果38工程样机安装现场计量管体场外与场内试压16MPa,一次性通过；二次显示流量计算仪及变送器已经安装运行9个月（1月-9月），工作正常；数据接收系统正常，软件

23、平台可靠运行。工程样机安装现场六、现场测试效果六、现场测试效果39测试比对系统在线比对记录六、现场测试效果六、现场测试效果40六、现场测试效果六、现场测试效果41测试结论：气相相对偏差：3%液相相对偏差：5%六、现场测试效果六、现场测试效果42测试比对系统验证参比流量计第三方检验结果，孔板流量计1.5级，质量流量计0.5级。质量流量计质量流量计孔板流量计孔板流量计六、现场测试效果六、现场测试效果CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院4343 一、凝析气田井口计量现状一、凝析气田井口计量现状二、基于二、基于H H修正因子的长喉颈非标准文丘里管湿气虚修正因子的长喉颈非标准文丘里管

24、湿气虚高修正理论模型高修正理论模型三、湿气测量仿真预测模型三、湿气测量仿真预测模型 四、样机设计特点四、样机设计特点五、中压湿气测量特性实验五、中压湿气测量特性实验六、现场测试成果六、现场测试成果七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化 汇汇 报报 内内 容容CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院液相计量气相计量去集气管线井流物单井计量工艺带液不分离两相计量去集气管线井流物带液计量工艺七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化优化前优化前优化后优化后CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化去处理厂带

25、液不分离计量井流物多井串接集气 单井连续计量放射式集气 多井轮换计量液相计量气相计量去处理厂井流物井流物井流物井流物优化前优化前优化后优化后CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院计量分离器计量分离器气相计量气相计量液相计量液相计量七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化集气站优化前集气站优化前CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院计量分离器计量分离器气相计量气相计量液相计量液相计量七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化集气站优化后集气站优化后CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化计量分离器及轮换阀组计量分离器及轮换阀组带液计量流量计带液计量流量计CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院七、凝析气田计量工艺优化七、凝析气田计量工艺优化某凝析气田集输系统布局示意图某凝析气田集输系统布局示意图优化前优化前CPPEI CPPEI 中国石油规划总院中国石油规划总院七、凝析气田计量