基于質(zhì)量流量計(jì)測定的溶解氣對相含率測量影響 發(fā)布時(shí)間:2020-7-15 08:17:17
摘要:油井產(chǎn)出流體中含油率的在線測量是評價(jià)產(chǎn)能的重要指標(biāo)。對多級旋流器和質(zhì)量流量計(jì)組成的相比例測量系統(tǒng)進(jìn)行了測試試驗(yàn),通過對氣水兩相流的測量,證實(shí)了所述分離器有很好的氣體分離效果,進(jìn)而通過油水兩相流的測量,證實(shí)了系統(tǒng)對油水兩相流的相含率測量有高的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。在.上述兩相工作的基礎(chǔ)上,開展了油氣水三相流的測試試驗(yàn),考察了溶解氣對相含率測量的影響,并通過理論分析和計(jì)算.定量地驗(yàn)證了試驗(yàn)結(jié)果,試驗(yàn)和計(jì)算均表明,即使是少量的溶解氣,對相比例的測量仍然會產(chǎn)生很大的誤差。 0引言 油井的產(chǎn)出流體多為油氣水三相流,其中伴生氣的存.在是難以對流量進(jìn)行準(zhǔn)確測量的主要因素",其原因一是產(chǎn)出物中伴生氣時(shí)有時(shí)無,二是含量不固定叫,三是現(xiàn)有的渦街流量計(jì)等很難準(zhǔn)確測量氣液兩相流的流量”,另外-.些測量方法則受到氣體含率的影響,如超聲波流量計(jì)在含氣率超過一定比例時(shí)就可能接收不到回波信號用。。鑒于上述原因,日前在井口開展的流量測量多采用一種簡易的旋流式氣體分離裝置,對分離氣體后的油水混合流體,通過質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)一步檢測含油量和含水量。在這種測量方法中,旋流式氣體分離裝置不需要供電,僅依靠流體的動能通過多級旋流器實(shí)現(xiàn)氣液分離,在結(jié)構(gòu)參靈敏設(shè)計(jì)合理的情況下,證實(shí)了這種分離方法可以達(dá)到很好的分離效果;另外,質(zhì)量流量計(jì)也有很高的測量精度,但由測量結(jié)果得到的含油率這一最終關(guān)心的重要被測量卻有很大的誤差,甚至超過10%。通過理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證,證實(shí)了這種測量誤差產(chǎn)生的原因是由溶解氣引起的,即少量的溶解氣可以引起很大的測量誤差。在此基礎(chǔ)上,提出了一種改進(jìn)的測量方法。 1氣體分離效果 1.1測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 帶有旋流式分離器和質(zhì)量流量計(jì)的流量測量系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)作為一-個(gè)整體,申接在生產(chǎn)管線上,即測量系統(tǒng)的人口和出口分別與生產(chǎn)管線的來流和去流管線相連。被測的氣液混合流體由來流管道-7進(jìn)人多級旋流分離器-2,分離后的氣體由排氣管-1排出,油水混合流體經(jīng)液體墊-3進(jìn)人液體排出管-4.并由質(zhì)量流量計(jì)-5測量混合液體的質(zhì)量,對已知的油水密度可由質(zhì)量計(jì)計(jì)直接得到油和水的體積含量和質(zhì)量流量。測量過程完成后,被計(jì)量過的液體和分離后的氣體在測量裝置內(nèi)部匯合,從測量系統(tǒng)的出口-6排出并進(jìn)入到生產(chǎn)管線的去流管道。測量系統(tǒng)中液體墊的作用是使液體的出口高于分離器的底部,使氣體不易通過液體墊而進(jìn)人到液體管道中。 1.2氣水分離效果 為了驗(yàn)證氣體的分離效果,分別對純水和氣水兩種情況進(jìn)行了測量。通過質(zhì)量流量計(jì)測量流量,在純水時(shí)質(zhì)量流量測量出的水的密度為0.979g/ml。對氣水兩相流試驗(yàn)時(shí),將圖1所示測量系統(tǒng)接人到圖2所示的試驗(yàn)流程中,試驗(yàn)時(shí),考慮到氣體相對于水的流量越大,氣液分離難度也越大,也更難保證測量精度。為了加嚴(yán)考核,試驗(yàn)時(shí)采用的水流量為5.7lm'/d,加人的氣體體積流量為水的90%,質(zhì)量流量計(jì)輸出的質(zhì)量流量、體積流量、質(zhì)量、體積、密度,見表1。表I中密度誤差是指加氣前后流量計(jì)所測密度的相對誤差。 對表1給出的試驗(yàn)結(jié)果分析如下: 1)加氣后,質(zhì)量流量計(jì)給出的流量是不恒定的,其中質(zhì)量流量的最大值是最小值的2.7倍,說明在含氣率較高的情況下,流體的流量是不穩(wěn)定的。流量時(shí)大時(shí)小,類似于泡狀流,這與純水情況下的穩(wěn)定流量有著明顯的差異。這種差異體現(xiàn)了高含氣率的特征,也充分說明了氣體與液體是不可能完全均勻地混合到一起的。 2)在含氣率為90%的情況下,相對于純水情況而言,流體密度的平均測量誤差為1.01%。這說明即使在氣體流量很大情況下,分離系統(tǒng)仍然是比較好的,存在誤差的原因認(rèn)為是水中有一定的溶解度引起的,但這種溶解度對測量結(jié)影響不大。 2油水混合流體中相比例測量 將水和購置的機(jī)械白油分別經(jīng)電子秤稱量后,注人到試驗(yàn)系統(tǒng)的攪拌罐內(nèi),其中含水率為60%,含油率為40%。在攪拌均勻的情況下,啟動流體泵及測量系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn),其中泵的排量為4.8m/d。由于這種試驗(yàn)不含氣體,流體的流動非常穩(wěn)定,多次試驗(yàn)結(jié)果的一致性也很好,表2給出了一組典型的試驗(yàn)結(jié)果。 對表2所示試驗(yàn)結(jié)果分析如下: 1)表2中給出的流速是穩(wěn)定的,且混合密度也是均勻的,這一現(xiàn)象體現(xiàn)了流體中不含氣體時(shí)流體流動的穩(wěn)定性,同時(shí)也說明油水兩相流經(jīng)過合理地?cái)嚢韬螅旌鲜蔷鶆虻摹?br /> 2)雖然瞬時(shí)含水率有一定誤差,但-段時(shí)間內(nèi)的平均含水率為60.17%,與60%的實(shí)際含水率非常接近。瞬時(shí)值波動的原因認(rèn)為是油包水造成的局部混合不均勻所致。 3油氣水三相流的測量 前述油水混合液體試驗(yàn)的結(jié)果表明,如果氣液分離效果較好,即氣體能夠被充分分離,采用質(zhì)量流量計(jì)測量含水率或含油率是可行的。為此開展了油氣水三相流的試驗(yàn),結(jié)果見表3。表3中匯總了加氣與不加氣的測量結(jié)果,以形成對比。試驗(yàn)用液體的體積仍然是含水率60%,含油率40%,加入的氣體是液體體積流量的90%。 表3中所述標(biāo)定結(jié)果是指:對圖1所示測量系統(tǒng)測量后的流體,由電子稱和計(jì)量管分別計(jì)量質(zhì)量和體積而得到的結(jié)果。由于電子稱的分辦率為10g,,計(jì)量管的橫截面積較小,由讀取液面高度得出的體積誤差也很小,所以認(rèn)為這種標(biāo)定結(jié)果是比較準(zhǔn)確的。由表3可知,不加氣時(shí),就質(zhì)量和體積而言,標(biāo)定的結(jié)果與質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)果非常接近,進(jìn)一步證實(shí)了標(biāo)定結(jié)果是準(zhǔn)確的。 加氣前后,質(zhì)量流量計(jì)測量到的質(zhì)量分別為:46.005kg和46.363kg;體積分別為49.116L和50.262L,質(zhì)量和體積的相對誤差為:0.52%和0.67%,這說明不論加氣與否,質(zhì)量流量計(jì)測量的體積和質(zhì)量與標(biāo)定結(jié)果是基本相同的。但含油率則由加氣前的39.2%變?yōu)榧託夂蟮?9.4%,與40%的實(shí)際含油率產(chǎn)生了很大的誤差。需要說明的是:表3所述加氣后的體積是對取樣流體靜置一.段時(shí)間后計(jì)量的,靜置的原因是流體中有大量的溶解氣,目測就可到氣池逸出。靜置后溶解氣將逐步逸出,假定質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果是準(zhǔn)確的,則逸出的氣體為: 氣體逸出量=流量計(jì)體積-取樣體積=50.26-48.15=2.11(L)。 事實(shí)上,在常溫常壓下,白油對氣體的體積溶解度可達(dá)5.6%,上述體積的變化量在溶解度范圍內(nèi)并小于理論上的溶解度。這就說明:溶解氣的存在并不會引起休積的明顯變化,但會對相含率產(chǎn)生很大的誤差。由第二次加氣后的結(jié)果再次說明了相同的現(xiàn)象,但得到的含油率誤差更大,其原因是靜置時(shí)間相對較短,氣體逸出量更少。 4溶解氣引起相含率誤差的驗(yàn)證 由取出的樣品計(jì)算相含率時(shí),可認(rèn)為樣品中的大部分氣體已經(jīng)逸出。設(shè)油水兩相流中體積、質(zhì)量、相含率分別為V、m、x,并用下標(biāo)0和W分別表示油和水,不帶下標(biāo)的V和m分別表示總體積和總質(zhì)量,則有: 上述計(jì)算結(jié)果與流量計(jì)的測量結(jié)果符合地很好,通過以_上計(jì)算可知,在加氣與不加氣的情況下,雖然混合密度相差僅0.014kg/L,但是含油率卻相差10.5%。由此可見,少量的溶解氣對含油率的測量產(chǎn)生很大的誤差。如果以標(biāo)定的混合密度計(jì)算,則含油率相差3.5%,其原因是因?yàn)槿硬㈧o置后已有氣體逸出。 5結(jié)束語 1)質(zhì)量流量計(jì)對油水兩相流的相比例測量有很高的精度, 2)多級旋流式分離器對氣體有很好的分離效果,但無法消除油中的溶解氣。 3)氣體分離后,溶解在油品中的氣體即使很少,采用質(zhì)量流量測量到的相比例仍然會產(chǎn)生很大的誤差。
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