摘要:孔板流量計(jì)廣泛應(yīng)用于石油石化行業(yè)，是獲取海上油田油井、氣井天然氣產(chǎn)量的重要計(jì)量工具。但在長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，孔板流量計(jì)的計(jì)量數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。產(chǎn)生這些誤差的原因很多，通過(guò)對(duì)孔板測(cè)量原理的研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，分析可能影響孔板流量計(jì)計(jì)量精度的因素，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的工藝流程改進(jìn)措施，以提高天然氣產(chǎn)量計(jì)量的正確率，為油氣井精細(xì)管理提供可靠、正確的數(shù)據(jù)支持。
1孔板流量計(jì)工作原理
孔板流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.安裝簡(jiǎn)便.使用可靠等特點(diǎn)，是海上油田油氣井計(jì)量時(shí)最常用的流量計(jì)。它是由節(jié)流裝置(孔板).取壓裝置、緊固裝置和附件組成。孔板流量計(jì)的工作原理是利用流體節(jié)流的原理，也就是當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí),流體將在節(jié)流件處形成局部收縮,從而使流體的流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生了靜壓力差。由于其與流量存在著--定的函數(shù)關(guān)系，流體的流速越大,產(chǎn)生的壓差也越大,可通過(guò)孔板前后兩端的取壓裝置將差壓信號(hào)傳送給差壓變送器,再轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出,通過(guò)遠(yuǎn)程的流量計(jì)算儀,實(shí)現(xiàn)流體流量的計(jì)量(圖1)。
這種測(cè)量流量的方法以水力學(xué)的能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程為基礎(chǔ)。天然氣質(zhì)量流量計(jì)算基本公式:
式中:qm為天然氣質(zhì)量流量;ρ1為天然氣在操作條件下.上游取壓孔處的密度,可通過(guò)計(jì)算或?qū)崪y(cè)得出;C為流出系數(shù);β為直徑比，β=d/D;d為操作條件孔板開孔直徑;D為操作條件上游測(cè)量管內(nèi)徑;ε為可膨脹性系數(shù);△p為上下游取壓孔位置上所取得.的靜壓力差。
按天然氣在操作條件下和在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下密度與其溫度、壓力的關(guān)系，并引人與干空氣的相對(duì)性推導(dǎo)計(jì)算實(shí)用公式。天然氣在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量計(jì)算實(shí)用公式:
式中:qvm為天然氣在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量;Avn為體積流量計(jì)量系數(shù)(其值視計(jì)量單位而定,秒體積流量(m³/s)計(jì)量系數(shù)為3.179×10-6);E為漸近速度系數(shù);FG為相對(duì)密度系數(shù);FZ為超壓縮系數(shù);Fr為流動(dòng)溫度系數(shù);P1為孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對(duì)靜壓。
由上述公式可以看出,氣體的體積流量qvn與孔板開孔直徑d、上下游取壓孔位置上所取得的靜壓力差△p有著密切的關(guān)系。
2.1流量計(jì)安裝不合理
孔板流量計(jì)的安裝應(yīng)符合相應(yīng)的安裝規(guī)范。根據(jù)GB/T21446--2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》,節(jié)流裝置應(yīng)安裝在2段具有等直徑的圓形橫截面的直管段之間,毗鄰孔板的上、下游直管段應(yīng)符合一定的技術(shù)要求。一般情況下,海上油田孔板安裝要求為:毗鄰孔板的上游直管段長(zhǎng)度應(yīng)為10D(D為測(cè)量管內(nèi)徑),下游直管段長(zhǎng)度應(yīng)為5D。在實(shí)際安裝的過(guò)程中基本可以滿足要求,但往往--些細(xì)節(jié)問(wèn)題會(huì)被忽視，也會(huì)造成安裝誤差，如:直管段內(nèi)璧粗糙度不符合要求,引起誤差;施工人員領(lǐng)料、用料不符合規(guī)范,實(shí)際安裝管道與設(shè)計(jì)要求不符等。
2.2取壓與氣流異常
從地層中開采出的原油進(jìn)人油井計(jì)量分離器進(jìn)行油氣水三相分離,這一過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)天然氣氣液分離效果不好或分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)件(波紋板、捕霧器)故障破損時(shí),也會(huì)產(chǎn)生不利的影響因素。如:①會(huì)使導(dǎo)壓管路、測(cè)量腔室在長(zhǎng)時(shí)間使用中產(chǎn)生積水、積油現(xiàn)象,嚴(yán)重的情況下原油中的油泥及顆粒也會(huì)進(jìn)入導(dǎo)壓管,發(fā)生堵塞,從而影響計(jì)取壓的正確性,造成計(jì)量誤差(圖2);②在冬季,環(huán)境氣溫較低時(shí),有可能會(huì)使積液產(chǎn)生凍堵,此時(shí)流量計(jì)也不能真實(shí)地反映出孔板的前后壓差,造成計(jì)量數(shù)據(jù)不正確;③儀表變送器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用,會(huì)發(fā)生相應(yīng)的零點(diǎn)漂移，造成測(cè)量數(shù)據(jù)偏差。
依據(jù)GB/T21446--2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》,氣流通過(guò)孔板的流動(dòng)應(yīng)保持亞音速，是穩(wěn)定或僅隨時(shí)間緩慢變化的，應(yīng)避免脈動(dòng)氣流。當(dāng)不能滿足孔板安裝直管段的長(zhǎng)度要求時(shí),應(yīng)安裝阻流件及流動(dòng)調(diào)整器,以保證氣流的穩(wěn)定。
2.3測(cè)量范圍選擇不合理
在正常生產(chǎn)中，由于油藏屬性、地層能量、開采方式等的不同,每口油井的生產(chǎn)狀態(tài)與產(chǎn)量也會(huì)不同。單--開口尺寸的孔板流量計(jì)的計(jì)量范圍是固定的,一般情況下常用孔板的量程比為1:3。實(shí)際操作中,應(yīng)根據(jù)油井的開發(fā)生產(chǎn)方案中的預(yù)測(cè)產(chǎn)氣量或已知產(chǎn)氣量選擇與之相適應(yīng)的孔板進(jìn)行油井的計(jì)量。
2.4人員操作及維護(hù)不當(dāng)
對(duì)高產(chǎn)井與低產(chǎn)井的計(jì)量,由于其產(chǎn)氣量的范圍會(huì)超出測(cè)量范圍,不可避免的工作就是更換不同孔徑的孔板,以確保計(jì)量的正確性。人員的一些操作失誤會(huì)直接導(dǎo)致計(jì)量數(shù)據(jù)不正確。對(duì)于該項(xiàng)操作有著相應(yīng)的嚴(yán)格要求:①孔板喇叭口的朝向應(yīng)為管線下游方向;②安裝拆卸孔板不能使用蠻力或尖銳工具,避免孔板變形和工作面劃傷;③安裝密封圈應(yīng)檢查有無(wú)破損情況;④更換下來(lái)的孔板應(yīng)妥善保存，防生銹、防擠壓,運(yùn)送途中避免磕碰。
如果單一孔板能夠滿足計(jì)量范圍的要求,則更應(yīng)該注意定期的檢查與維保。孔板長(zhǎng)時(shí)間未更換,受工藝介質(zhì)沖刷、腐蝕、雜質(zhì)堆積等因素的干擾,其工作面易產(chǎn)生沖刷磨損、孔板變形、工作面結(jié)垢等。對(duì)此人員未能及時(shí)檢查發(fā)現(xiàn),也會(huì)造成計(jì)量數(shù)據(jù)的偏差。
3提高計(jì)量精度的措施
3.1優(yōu)化流程減少操作失誤
以某海上油田為例,該油田共有油井?dāng)?shù)23口,其單井產(chǎn)氣量分布由低到高的范圍約為(3x102)~(9x10*)m'/d。由于該油田油井產(chǎn)氣量范圍波動(dòng)較大,單一開口尺寸孔板的滿刻度量程無(wú)法滿足單井計(jì)量要求(表1),需要頻繁更換孔板。人員技能水平的差異，將不可避免地帶來(lái)操作失誤的情況,影響計(jì)量精度。為此通過(guò)對(duì)計(jì)量分離器生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),擴(kuò)大孔板流量計(jì)的測(cè)量范圍以減少人員直接接觸所引起的操作失誤。
通過(guò)在原油井計(jì)量分離器氣相出口增加1路氣相計(jì)量管線和高級(jí)一體化孔板流量計(jì),實(shí)現(xiàn)不同氣量的油井在不拆卸更換孔板的情況下,利用切換流程使用相對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍的孔板進(jìn)行計(jì)量。
此次改造后,將2臺(tái)高級(jí)一體化孔板流量計(jì)分別裝入1.0658in(27.071mm)及2.531in(64.287mm)尺寸的孔板,以實(shí)現(xiàn)大孔板和小孔板對(duì)該油田全部油井產(chǎn)氣量測(cè)量范圍的全覆蓋,操作人員只需開關(guān)閥門，即可完成大小孔板的流程切換,避免了頻繁更換孔板造成損壞。在減少人員工作量與工作強(qiáng)度同時(shí)，有效提升了孔板流量計(jì)的計(jì)量精度(圖3、圖4)。
3.2定期檢查與維保
針對(duì)上述產(chǎn)生計(jì)量誤差的原因分析中可以看出，通過(guò)對(duì)孔板流量計(jì)的維護(hù)，可以消除大部分的影響因素。例如:①定期對(duì)取壓管線以及流量計(jì)腔室的積液排放;②通過(guò)拆檢可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)孔板及測(cè)量腔室淤泥污垢并及時(shí)進(jìn)行清理;③人冬季前相關(guān)管線、儀表附件等的保溫檢查;④儀表變送器定期檢查、排放、標(biāo)定，消除零點(diǎn)漂移等因素造成的誤差。在管理制度上,應(yīng)建立相關(guān)的程序(周檢、月檢、年檢),并及時(shí)更新,加強(qiáng)相關(guān)技能培訓(xùn),增強(qiáng)員工責(zé)任心。
4結(jié)論
對(duì)于新投產(chǎn)施工投用的流量計(jì),其測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因多是安裝不規(guī)范或錯(cuò)誤安裝所致。對(duì)于已長(zhǎng)時(shí)間投用的流量計(jì),測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因多是維護(hù)不及時(shí).操作失誤或工藝方面的原因所致。綜上所述，通過(guò)相關(guān)的分析找出流量計(jì)測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因并采取改善措施,才能保障生產(chǎn)正常運(yùn)行。
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