一种新型的多相流量计在稠油计量中的成功应用

收稿日期：第一作者简介：王国政（1978-）中级工程师，硕士研究生，现主要从事油气田测试工作。一种新型的多相流量计在稠油计量中的成功应用王国政（中国石油长城钻探工程有限公司测试公司北京100101）摘要：稠油具有“三高四低”的特点，即原油黏度高、酸值高、含硫高，胶质含量低、含蜡低、沥青质低、凝固点低，且黏滞阻力大，流动性差，计量分离异常的困难，而多相流量计的在线不分离计量技术与传统的测试分离器相比，具有明显的计量优势。从苏丹稠油油田的成功应用也充分的说明X-型多相流量计对稠油井的准确动态实时计量，为油田节约开发成本、调整油藏的管理和产能配置、优化生产过程提供了有效控制方案，同时也充分验证了这一新型计量技术与传统的分离器相比具有明显的技术优势和效果。关键词：稠油计量；多相流量计；相分率测量；文丘里AsuccessfulapplicationofMPFMinheavyoilmeasurementWANGGuo-zheng(CNPCGreatwallDrillingCompany,Beijing100101,China)Abstract:ThecharacteristicsofheavyoilcanbedescribedasThreeHighandFourLow.“ThreeHigh”meansthevalueofviscosity,acidityandsulfurarehigh,and“FourLow”meanslowpectincontent,lowqualityofwax,lowasphaltandlowfreezingpoint.Becauseofitslargeviscousresistanceandpoorfluidity,theseparationandmeasurementofheavyoilremainsabigissue.Comparedwithconventionaltestseparator,multiphaseflowmeter(MPFM)possessestheadvantageofonlinemeasurementwithoutseparation.X-TypeMPFMprovidesaneffectivewayinreducingoilexploitingcost,oilreservoirmanagement,productionallocationandproductionprocessoptimization.X-TypeMPFMhadbeenappliedtoheavyoilmeasurementsuccessfullyinSudan,whichverifiedtheadvantageofthisnewmeteringtechnology.Keywords:heavyoilmeasurement;MPFM;phasefractionmeasurement;venturi1引言在原油开采过程中，为了确定各油井的原油、天然气的产量，了解地层油气含量及地层结构的变化，需要对油井产出液中各组分的体积流量或质量流量，进行连续的计量并提供实时计量数据，以优化生产参数，提高采收率。近年来，随着全球能源问题的日益严重，石油开采和海洋勘探技术的发展，对原油计量提出了更高的要求。传统计量使用的三相分离器由于其体积和重量比较大，且具有较大的压损，同时分离效率直接决定测量的精度，特别是在稠油计量中，由于稠油的特性，很难通过密度差进行重力分离，另外，原油中的部分溶解气被乳状液封闭，不能自由脱出，以气态存在于乳状液中导致传统的分离器不能准确的对稠油井进行计量，从而无法实现对稠油油田的科学管理和产能配置。而X-型多相流量计无需进行流体的分离，可以在线动态实时计量，从而避免了稠油分离难导致无法准确计量的问题，本文介绍了X-型多相流量计的计量原理及在苏丹现场应用的效果。2X-型多相流量计测量原理该多相流量计主要由文丘里流量计、单能伽马传感器、双能伽马传感器流、液体在线取样器、气体在线取样器以及压力变送器、温度变送器等辅助仪表和数据处理系统组成。用文丘里流量计测量多相流的总体积流量，单能伽马传感器测量多相流的体积含气率，双能伽马传感器测量液相的工况体积含水率，根据油气水每一相组份占有的截面相分率可以得到每一相的工况流量；流型调整器为含水率测量提供混合均匀的、有代表性的样液，保证含水测量精度；测量得到含气率和液相中的含水率也被用来计算多相流的混合密度及油气水三相在线混合粘度值，从而实现文丘里流出系数C在线实时计算，并对气液滑差进行在线修正，消除滑差对气量测量的影响。通过温度和压力的测量实现PVT参数的在线实时计算，而软件自动嵌入的PVT参数模型将工况下总液量、总气量、油量转换到标况下总液量、总气量、纯油量。2.1文丘里流量计文丘里流量计已在石油计量中取得了广泛的应用，X-型多相流量计总流量的测量也使用该方法，计量算法中考虑了粘度、雷诺数对文丘里流出系数的影响并实现了在线实时计算。文丘里流量计常用来计量高雷诺数的流动，方程式为：mixVPKCEdQ2（1）其中，Qv：工况下体积流量，m3/h；K：常数；C：流出系数，与雷诺数和粘度相关；E：速度渐进系数；d：节流元件内径，mm；ρmix：工况下流体的混合密度；ΔP：在线测量压差，Pa。对于稠油计量，由于其密度高，粘度大，管流雷诺数低，需考虑文丘里流出系数C进行在线实时计算，因此需要在线获取混合流体的粘度，而混合流体的粘度取决于各相流体的粘度以及流动条件，如温度、WLR、GVF、乳化等。其中原油的粘度通过旋转粘度计测量得到，图1为X油田一口典型井的原油粘温曲线。图2为流出系数C随雷诺数变化关系图。ViscosityofCrudeOil0200400600800100012003035404550556065707580859095100Temperature（℃）Viscosity（mpa.s）图1X油田一口油井的粘温曲线通过相关计算可以在线获得混合流体的粘度，通过图2中雷诺数与C系数的关系可得到文丘里流出系数C，进而使用式（1）可求得混合流体的总体积流量。图2C系数与雷诺数关系图2.2伽玛相分率测量原理介质的相分率是根据γ射线的衰减原理通过单能伽马传感器、双能伽马传感器进行测量的,图2是γ射线穿过油、气、水三相介质时的示意。图中的容器中装有油、气、和水三种介质，它们处在互相分离的状态。在容器的底部有一个γ射线源，在上部有一个射线探测器。如图3所示，γ射线自下而上穿过三层介质后被探测器探测到。可以证明，三种介质在分离状态和在完全均匀混合状态，对γ射线的吸收效果是完全一样的。图中容器的总高度为D，水层的高度为WX，油层的高度为OX，液层高度OWXXX。容器的形状是正柱体，所以各介质的高度比即它们之间的体积比。图3三相介质的吸收原理图根据γ射线的指数衰减规律，探测器测到的强度可表示为：0exp()xWWOOGGNNXXX（2）式中，W、O和G分别是水、油和气的吸收系数；WX，OX，GX分别表示水的高度，油的高度和气的高度；0N表示探测器检测到的空管计数；xN表示探测器接受到伽马射线穿过油气水的计数。引入以下的关系：体积含气率：DX/1；（或用GVF表示）体积含水率：XXW/；（或用WC表示）1/XXO；XDXG。把这些关系与（2）式相结合则得到：0exp[(1)(1)(1)]xWOGNNDDD（3）对（3）式作简单的变形，我们得到常用的三相流的基本吸收公式：GOWxDNN)1)(1()1(1ln0（4）X-型多相流量计利用241Am源的单能γ传感器主要用作含气率GVF的测量。241Am源的特性如下，衰变类型：衰变，半衰期：433年，主要γ射线能量：59.5keV。而双能γ传感器使用两颗241Am源，用来测量三相流体的含水率,它是利用一双能γ束(其中包含能量不同的两种γ光子，其γ射线能量分别为59.5keV，22.5keV)穿过被测介质,然后分别测量两种能量光子的强度，可以计算出流体内部各个组分之间的比例关系,从而测量出油、气、水的产量。3现场应用3.1X油田基本信息苏丹X油田有3个区块，油井200余口，共挑选了三个区块的28口井进行测试。用于测试的28口油井的基本信息如表1。表1油井基本信息井数28口开采方式PCP产液量(m3/d)40~500含水率(%)0%~100%含气率(%)0%~50%温度(Degree)30～70操作压力(kPa)600~7,000原油密度（g/cm3）0.92~0.983.2测试结果表2现场测试结果汇总表区域海默多相流量计第三方测试装置液量(m3/d)油量(m3/d)水量含水率(%)液量(m3/d)油量(m3/d)水量含水率(%)(m3/d)(m3/d)X-A1078.34702.20376.1434.881112.91738.86374.0533.61X-B1002.10422.29579.8157.861012.49473.88538.6153.20X-C1230.26424.46805.8065.501162.46404.89757.5765.17汇总3310.691548.941761.7553.213287.861617.621670.2450.80从以上测试数据可以看出，X-型多相流量计液量与第三方测试装置的测试结果非常接近，虽然个别单井含水测试结果存在一些差别，但通过现场多次取样化验对比验证，X-型多相流量计的含水测量更接近化验值，也从另一方面验证了第三方测试装置某些单井含水测量存在一定的偏差，通过现场对比测试验证了多相流量计测量结果具有更高可靠性，能真实的反应油井的产量。4结语本文介绍了一种可用于稠油计量的新型多相流量计，通过与第三方测试装置进行现场测试对比，验证了该流量计单井计量结果的准确性，通过在线实时计量对油气田的产能配置、病态生产工况的诊断、油气井的维护和控制进行了有效的监测。多相流量计对被测油气水混合物不用进行相分离,且现场安装工艺简洁,结构紧凑,占空间小；测量为实时、连续测量,基本上可以做到无人值守,不用人员干预，且一次投资和维护费用低,在采油生产中和油井测试中具有很大的经济效益。管理人员通过对油气水产出流量的实时测量与数据分析,快速调整油气藏的管理和产能配置,优化生产过程,这些都是传统分离技术无法相比的。参考文献1刘艾琼,曹王剑.重油流量计问题的探讨及改进.株冶科技,1995,27(2):32-342吕宇玲,何利民.多相流量计及其在石油工业中的应用.石油规划设计.2005,16(3):47-483潘兆柏,贺公安.新型多相流量计的发展与应用.石油工业技术监督.2006年第09期4苏欣,范小霞,袁宗明,等.三相流量计研究与应用.石油工业技术监督.2005，20(12)5孙贺东,赵海鸿,周芳德.油气水三相流测量技术的最新进展.油气储运.2002,21(3)