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探讨标准孔板节流计量在川西气田计量运用的可行性

作者: 来源: 发布时间:2017-11-09 10:55:30

 摘 要 针对川西气田单井的生产特征,开展了不分离湿气带液计量工艺的试验研究,优选智能旋进漩涡流量计开展现场试验,通过与标准孔板节流计量的对比探讨了该工艺在川西气田运用的可行性,通过对不同工况下误差的跟踪分析界定了工艺适用的工况条件,并结合新井和老井不同的生产特征,制定了相应的现场推广应用方案:对于新井初期可采用湿气计量与临时分离计量并联的方式运行,待气井生产稳定后拆除临时分离撬;而对于老井可直接进行带液湿气计量改造。

 
0 引言
        由于气井生产常伴有凝析水或地层水产出,为确保计量准确,气田常用的计量方式为气液分离后再进行计量。通过带液湿气计量,将省去气液分离器的使用,有利于站场建设简化。然而在天然气带液湿气计量方面,我国目前还没有相关的技术标准或技术规范 [1-2] 。针对四川川西气田具有气井在生产过程中产能递减快、产水量波动范围大的特点,单井湿气计量的可行性和适应性需要通过试验才能确定计量方案。
 
1 工艺优选
        天然气湿气为多相流,流态具有非均质性,且不同流型间的相态分布特征和流体动力学特性有很大差别,动力学特性复杂,准确计量难度大。多年来,各大油气田为对湿气进行准确计量,分别采用差压式、容积式、速度式进行了实验研究。应用于湿气的差压式流量计较有代表性的为孔板流量计、弯管流量计、V锥流量计,由于计量介质中液相的不可压缩性,气液两相在通过计量仪器时会带来较强的压力激动、积液和部件损害,从而使得该类计量仪器在湿气带液计量时适应性较差。容积式湿气计量主要采用罗茨流量计,但由于罗茨流量计壳体与转子之间间隙较小,对于未经分离的介质而言,易出现杂质卡堵和计量腔积液的问题。速度式湿气计量主要有涡轮流量仪和旋进旋涡式,涡轮流量仪有转动部件,易损害,对计量介质清洁度要求较高,带液计量适应性较差;而旋进旋涡式对介质清洁度要求相对其他工艺而言不高,其主要原因是当流体通过由螺旋形叶片组成的旋涡发生器后,流体被迫绕着发生体轴剧烈旋转,形成旋涡,当流体再进入扩散段时,旋涡流受到回流的作用,开始作二次旋转,形成陀螺式的涡流进动现象,检测元件通过测得流体二次旋转进动频率来进行流量计量,因此从原理上可知,液相的存在会对涡流进动现象产生一定的影响,但随着水气比的降低,影响幅度将逐步降低,这便使得采用旋进旋涡式在一定的水气比范围内能达到想要的精度要求。因此可选用旋进旋涡式工艺进行湿气计量 [4] 。
 
2 试验方案
        对于单井生产周期而言,根据产水特征可分为压裂后返排期和正常生产期,在压裂后返排期过程中,气井产液量较大,时间受改造规模和地层能量影响,通常为1~6个月。进入正常生产期后,气井产水量便变得相对稳定,波动减少。因此对于湿气计量工艺的评价,最重要的是分析出在不同工况下其计量误差的范围,从而明确其适应界限。
 
        对于计量误差,目前无单井带液计量专业技术标准要求,在此借鉴GB50350-2005油气集输设计规范,二级油气田内部集气过程的生产计量最大允许误差按 5 %进行考虑,因此设定 5 %为边界值。在此,选取智能旋进旋涡流量计与标准孔板流量计进行对比分析:水套炉来气,经过粗滤后进入智能旋进旋涡流量计,再经分离器分离后进入标准孔板流量计。同时为方便对流量计进行更换而不影响生产,设计在智能旋进旋涡流量计前后端增加旁通,见图1。
带液湿气计量现场试验方案示意图
返排初期新井试验误差结果表
        该套流程在气井投产启始时开始运行,通过分析两个计量仪间的数据差异来进行带液湿气计量误差确定,但由于气井生产初期水气比波动较大,气井生产不稳定,为减少波动给试验带来的偏差,设计选取不同类型气井分阶段进行现场试验评价:①通过生产初期高水气比阶段大液量返排时的误差分析,初步确定其适用极限;② 选取极限工况下的稳定生产气井进行跟踪评价,以缩小极限工况界限范围;③ 根据前期试验,在初步确定的极限工况条件下进行跟踪评价分析,以找出准确的适用工况条件。
 
3 现场试验工艺可行性分析
        第一阶段选取压裂后投产新井XS5-1井进行现场试验,该井投产后,气井产能在(3~5)×10 4 m 3 /d范围波动,产水量在(15~30)m 3 /d范围波动,水气比均在2 m 3 /10 4 m 3 以上,通过现场1个月的试验跟踪,其大致规律如表1所示,可以看出,当水气比在2.94 m 3 /10 4 m 3 以上时,湿气计量与分离后的孔板计量相比误差大于7 %。
 
        结合第一阶段试验结论,第二阶段选取水气比在2.9 m 3 /10 4 m 3 左右的稳定生产气井进行试验跟踪,其偏差值与水气比关系见图2。MP23井水气比范围为(2.5~4.5)m 3 /10 4 m 3 ,试验中发现,其偏差值波动较大,波动范围为1 %~9 %,分析其主要原因是由于气井在生产过程中,气水的产出形式多样,当气井多为连续带液时,由于水量的较长时间影响,使得气井计量误差偏大;当气井段塞流现象较多时,会导致产水量在短时间内激增,而不会过多影响气井产量,使得在高水气比下计量误差较小。两种情况在图上均有所表现,为降低气井产液方式不同给计量精度带来的过大偏差,选取影响大的背景情况下的水气比进行界限定量,从图中可以看出,当水气比在 3.5 m 3 /10 4 m 3 时,仍有部分误差值在 7 %以上,而当水气比小于3.2 m 3 /10 4 m 3 时,绝大部分数据点误差值小于7 %。
MP23井现场试验数据图MJ23井现场试验数据图
        结合前两个阶段的试验结果,为达到5 %的精度要求,水气比要求应在3.2 m 3 /10 4 m 3 以下,因此第三阶段优选水气比范围为(2~3.2)m 3 /10 4 m 3 的稳定生产气井MJ23井开展现场试验,拟通过气井稳定生产的跟踪,准确确定合理的适用工况界限。通过现场试验可以看出,当水气比在2.5 m 3 /10 4 m 3 以下时,误差控制在5 %以内,只有少数情况出现误差值突然增大的情况,分析认为气井现场泡排施工导致气井产液中泡沫增多而导致计量误差增大(图3)。
 
        因此,从3次现场试验来看,当川西气田气井的水气比低于3.2 m 3 /10 4 m 3 时,采用旋进旋涡流量计进行带液湿气计量能满足误差小于7 %的要求,当水气比低于2.5 m 3 /10 4 m 3 时,计量误差控制在5 %以内。
 
4 现场应用推广方案
        从现场试验情况来看,对于川西气田,该工艺可以应用于两类气井:已投产井和新投产井。目前川西气田有生产井 1 000 余口,其中水气比小于 1m 3 /10 4 m 3 的占总井数的 70.7 %,水气比(1~2.5)m 3 /10 4 m 3 的占 15.2 %,总体来说气井产水量较低,也就是说对于已生产井,85.9 %的气井适用于采用旋进旋涡流量计进行带液湿气计量,误差都能小于5 %,由于已生产井水气比较为稳定,气质较好,因此改造较为简便,临时停气后拆除分离计量模块,安装湿气计量仪器即可。
 
        对于新投产井,主要存在以下难题:① 由于初期返排液量大,带液计量误差较大;② 由改造后返排压裂砂含量较高,在高速流情况下,易出现内腔损伤、通道堵塞及传感器损坏的情况;③ 对于主要采取输气求产的川西气田而言,初期产能的大小尤为重要,是未来配产的重要依据,因此初期需要准确计量,同时过多的液量进行混输,将降低单井站到中心站的输送效率。因此对于初期设计采用临时分离计量撬块进行分离计量,同时预留湿气计量旁通管路,待水气比低于2.5 m 3 /10 4 m 3 时,且固相含量降低后,启用湿气计量,而将临时分离计量撬块拆除搬迁至其他井场。同时为提高测量精度,推荐采用智能旋进旋涡流量计进行带液湿气计量,通过其对温度、压力及压缩因子的自动或手动补偿进行测量结果修正,同时配套数据自动采集及数据远传功能,以实现无人值守的功能 [5] 。
 
5 结论
        1)通过现场试验,采用旋进旋涡流量计可作为川西气田带液湿气计量仪器,其适用于水气比低于2.5 m 3 /10 4 m 3 时的气井生产工况,计量误差小于5 %。
        2)新井初期可采用湿气计量与临时分离计量并联的方式运行,待气井生产稳定后拆除临时分离撬,而对于老井可直接进行带液湿气计量改造。
        3)带液湿气计量装置在川西中浅层气藏及类似气藏具有推广应用价值,可省去分离、计量环节及设备,利于站场建设的优化及简化,从而降低建设投资,同时配备数据自动采集及远传功能后将为无人值守和数字化气田建设提供技术支持。

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