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    超声波流量计在元坝高含硫气田的运用
    发布时间2019-04-23

    摘要元坝气田是中石化成功开发的第二个大型酸性气田在气田开发中克服传统计量装置在高含硫气体计量存在的问题实行准确计量关乎开发的成败外夹式超声波流量计能有效的解决酸性气田计量中存在的问题除常规计量影响因素外计量管段附着的水珠沉积的单质硫对计量的准确性也影响较大结合现场运用中?#23548;?#38382;题分析问题原因?#39029;?#20102;解决计量不准的切实可行的措施明确下一步攻关的方向值得高含硫气田开发借鉴
    前言
    元坝气田是中石化继?#23637;?#27668;田之后成功开发的第二个酸性整装大型气藏气田分一二期不同时间投运2014年12月一期试采工程第一口井建成投产2016年二期滚动工程各个井陆续投产从而实现气田满负荷运行生产目前净化气年生产能力为34亿方气田天然气中硫化氢含量2.78.44%体积含量下同平均为5.44%二氧化碳含量3.12-15.5%属于高含硫化氢中含二氧化?#35745;?#30000;
    在气田开发中同其他气田一样准确的计量天然气水部分井产水的产量对于气井产能评价生产动态分析油气井配产生产制度调整调剖堵水措施维护等起着决定性的作用甚至关乎一口井的生?#26469;?#20129;
    1元坝气田计量存在的问题
    在已有的天然气计量中以?#35013;?#33410;流为代表的计量装置需与气体直接接触在元坝气田采气井的运用中存在以下问题
    1含水的高酸性环境中酸性气体对计量材料的腐蚀?#36234;?#24378;传统计量?#35013;?#23481;易因腐蚀而出现计量孔径变大从而使得计量不准
    2改变计量装置材质使用镍基材料虽能有效解决腐蚀问题但整个计量装置包括前后管段高孔阀?#35013;?#31561;所需费用大经济上不划算
    3安装接触式计量装置增加了流程焊接连接点的数量特别是高孔阀的压板及密封材料放空阀排污阀等地方容易出现因密封不严腐蚀而导致高含硫天然气的泄漏增加开采安全风险
    4高含硫天然气开采中容易析出单质硫特别是在流态发生变化产生轻微节流处的?#35013;?#21518;更易于聚集单质硫改变流速及流态影响计量准确性
    2外夹式超声波流量计在元坝的运用
    为解决上述开发中的突出问题元坝气田采集输系统采用?#36865;?#22841;式超声波流量计来计量酸性天然气含硫气田水
    外夹式超声波流量计是采取措施把发射接头探头固定在测试管外壁实现对气体流量进行测量的计量装置该装置安装在一长段直光滑内外表面无缺陷的直管段上装置主要包括探头电缆自动积算显示仪等元器件探头通过电缆与流量积算仪连接并连接有外接电源探头加工成与管道表面一致的弧形能高度吻合的紧贴在管道外壁上该装置有温度压力的自动补偿功能能根据现场?#23548;?#24037;况自动调整计算流量时的参数变化
    超声波流量计的测量原理是在管道两侧布置一组单声道或多组探头双通道或多通道通过发射声波在另一侧接收声波的原理来进行气体流量测量的气体压力越高声波传播速度越快接收探头接收到信号的时间越短气体流速越快声波发生偏移越大探头接收到信号的时间越长
    测量时为减小探头与测量管外壁之间空气对测量精度的影响在探头与被测管道外壁间添加了降噪膜并?#21487;?#28082;体耦合剂大大减小了测量误差
    外夹式超声波流量计由于安装在酸性气体的管道外壁测量元件不直接与酸性气体接触有效解决了传统流量测量在酸性气田中遇到的突出问题
    3计量准确性的影响因素
    超声波流量计发射探头发送的信号源到接收探头?#26469;?#32463;过带有耦合剂的发射端降噪膜发射端管壁流动的气体接收端管壁带有耦合剂的接收端降噪膜结合元坝气田?#23548;是?#20917;存在下列影响因素
    1探头加工弧度与测量管段的吻合度
    超声波流量计测量气体流量时探头夹持在测量管段的外壁上探头加工成与管段相同的弧形加工精度越高与被测量管段越吻合探头与管壁之间的间歇越小对声波传播的影响越小计量越准确反之则计量越不准确
    2降噪膜和耦合剂
    超声波流量计的发射探头接收探头无论加工精度如何与测量管段外壁吻合其安装接触间实在存在气体间隔安装降噪膜和耦合剂后探头与管壁间将充满液体和固体声波在液体固体中的传播速度远大于在气体中的传播速度因此安装充满耦合剂的降噪膜后将减小计量误差
    耦合剂为液体在使用中不可避免出现干燥变质再加上降噪膜有可能存在损坏等原因都有可能影响计量计量精度为此需适时检查耦合剂降噪膜必要时进行更换安装
    3测量段管线固有特性
    与其他测量一样要求测量段管线精度高管段平直光滑内外壁无缺陷满足测量要求另外针对高含硫气体要求测量管段材质抗硫不存在因腐蚀而出现影响气体流态进而影响计量准确性的现象出现
    4测量点的位置
    要使得测量更加准确需尽可能保证被测量气体在管道内的流动保持层流状态因此测量点需远离弯头三通大小头等地方处于一相?#36234;?#38271;的直的管段上必要时可以采取安装整流器等辅助设置来使气体为层流状态
    5流经水珠影响
    元坝气田与其他气田一样气田产水虽然计量前经过分离但分离不彻底的液滴天然气中未分离的微小液滴颗粒随气流流经计量管段会形成新的液滴附着在管壁上并形成流动的液滴当液滴流经至主超声波传递的通道上时不仅改变声波传递的速度还改变主声波传递的方向使得接收探头提前接收到信号或根本接收不到信号影响计量精度
    6析出单质硫的影响
    元坝高含硫气田开发?#23548;?#35777;明管道内易析出单质硫析出的单质硫附着在管壁上减小气体流经通道使得接收探头接收到信号的时间变短不规则的硫沉积改变气体流动状态使得气体从层流变为紊流不规则硫沉积量及厚度改变超声波传播方向有可能导致接收探头无法接收到超声波信号综合影响的结果计量出现较大偏差
    4运用中存在的问题
    元坝气田一期试采工程2014年12月开始投产外夹式超声波流量计设计安装位置有2种13口井站的安装在多相流计量分离器撬块的气相出口竖直管线上集输总站安装水平管道上通过对超声波流量计的调试运行各计量装置相继投用在计量过程中井站出现下述突出问题
    113口井站计量不正常数据时有时无变化异常
    213口井站计量数据上下波动幅度大最大数据超过对应井产气能力的2-3倍一般采用测试试采制度生产以测试稳定产能评价
    3部分井站在使用一段时间后接收不到超声波信号无法实行计量
    5解决措施及效果
    1改变安装位置计量相对准确可靠
    针对元坝气田一期试采工程出现的计量问题结合集气总站运用的?#23548;市?#26524;反复进行现场试验整改分析认为管壁上附着流动的水珠有可能对测量产生较大影响竖直测量管的水珠呈360度随机分布流动一旦流经发射接收探头处影响计量精度若采用水平安装发射接收探头安装在侧面附着流动的水珠在探头的位置的数量几率将成倍的减小从而可使得影响变小
    在2015年2016年对一期试采工程的13口井进行?#36865;?#22841;式超声波流量计安装位置的更换改竖直安装为水平安装效果明显
    二期滚动工程在一期试采工程的基础上优化了超声波流量计的安装位置改竖直安装位置为水平安装位置通过运行表明数据的稳定性准确性大幅度提高基本能反应各井的真实产能
    2移动探头位置成功找到丢失信号
    超声波流量计按照原理结合现场情况通过模拟计算发射接收探头位置相对固定在相应位置安装发射接收探头能准确接收到发射探头发出的超声波但在元坝气田运用中一些井站在不同生产时间出现信号丢失的现象通过?#39029;?#25216;术人员与厂家技术工程师一起分析判断并试探性采用移动探头位置成功找到超声波信号的最佳接收点并恢复计量
    3采购便携式超声波流量计进行流量核查
    为使得各井的流量计量贴合气井生产?#23548;ʣ?#21378;购买了便携式超声波流量计不定时对井站产量进行便携式测量并与固定式超声波流量计计量数据进行对?#30830;?#26512;判断计量准确性并及时对可能存在的计量差较大信号丢失等问题进行诊断解决
    6结论及建议
    1外夹式超声波流量计在高含硫气田中用于气体流量计量能解决常规计量装置在高含硫气田计量中存在的计量不准设备腐蚀等问题
    2高含硫气田超声波流量计计量准确性的影响因素较多包括探头吻合度降噪膜和耦合剂的运用测量管特性含硫气体析出的水珠高含硫气体析出并沉积的单质硫等
    3超声波流量计安装在水平位置的计量准确性高于安装在竖直位置时的计量准确性
    4针对高含硫气田计量管段下一步将开展如何监测析出硫对计量准确性的影响程度如何采取措施包括溶硫剂溶硫机械除硫来清除管线内沉积的硫进而提高计量的准确性

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