濕氣是氣液兩相流動(dòng)的一種特殊形態(tài), 廣泛存在于石油天然氣工業(yè)中。通常認(rèn)為, 在氣液兩相流動(dòng)中, 氣相的體積分?jǐn)?shù)不斷增加, 液相的體積分?jǐn)?shù)不斷減少, 直到氣相為連續(xù)相, 液相為離散相時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)即為濕氣。在天然氣工業(yè)中, 未經(jīng)過(guò)脫水、凈化和輕烴回收處理的氣田采出的天然氣, 由于含液量較高, 通常稱之為濕氣, 其主要成分為天然氣、水和輕質(zhì)烴類。“濕氣”在工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)常被提及, 但目前尚沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和定義, 不同的研究人員、組織或公司都有不同的理解。一些研究工作者采用體積含氣率 (GVF) 定義濕氣, 如英國(guó)Shell石油公司認(rèn)為GVF大于95%的氣液兩相流為濕氣[1], 也有研究者將這個(gè)界限定在GVF為90%甚至98%[2-3]。然而, 以GVF界定濕氣有明顯的不足, 因?yàn)闈駳馐菤庖簝上嗔髁鲃?dòng)的一種狀態(tài), 它跟流動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)工況, 特別是工況壓力、被測(cè)介質(zhì)等參數(shù)聯(lián)系緊密, 用一個(gè)體積含氣率顯然無(wú)法概括所有的情況。美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì) (American Society of Mechanical Engineering) 將濕氣界定為L(zhǎng)ockhart-Martinelli參數(shù) (L-M參數(shù)) 小于0.3的氣液兩相流[4], 這一界定為目前大多數(shù)研究工作者所采用。由于濕氣流動(dòng)的復(fù)雜性, 傳統(tǒng)的單相氣體流量計(jì)在面對(duì)濕氣時(shí), 往往無(wú)法正常工作, 甚至損壞, 因此對(duì)于濕氣的測(cè)量需要采用分離法測(cè)量或?qū)ｉT(mén)的濕氣流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。

濕氣計(jì)量在天然氣工業(yè)上游領(lǐng)域非常廣泛。對(duì)于天然氣上游領(lǐng)域的單井試采計(jì)量、集氣站單井計(jì)量或集氣站外輸計(jì)量, 均為濕氣計(jì)量。對(duì)于常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā), 隨著氣田開(kāi)發(fā)年限的增加, 產(chǎn)水井的數(shù)量以及氣井的產(chǎn)水量大都呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)的趨勢(shì)。對(duì)于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā), 頁(yè)巖氣所處的頁(yè)巖層并不產(chǎn)出水, 亦沒(méi)有輕質(zhì)烴類產(chǎn)出, 但由于頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行改造時(shí), 注入了大量的壓裂液, 頁(yè)巖氣在生產(chǎn)過(guò)程中都伴隨了大量的返排液。濕天然氣的準(zhǔn)確計(jì)量對(duì)于及時(shí)評(píng)估氣井的產(chǎn)能、了解地層動(dòng)態(tài)信息、制定合理的開(kāi)采方案以及氣田生產(chǎn)決策的***優(yōu)化都具有非常重要的意義。

目前在氣田現(xiàn)場(chǎng), 對(duì)于濕天然氣計(jì)量方面的處理主要有以下3種方式:利用傳統(tǒng)的分離器進(jìn)行遠(yuǎn)端分時(shí)計(jì)量;利用傳統(tǒng)的單相儀表進(jìn)行粗略的估測(cè);直接忽略單井產(chǎn)量的計(jì)量, 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)通過(guò)氣田總體的產(chǎn)量對(duì)單井產(chǎn)量進(jìn)行估計(jì)。顯然, 利用傳統(tǒng)單相儀表估測(cè)以及依據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)具有很大的隨機(jī)性和不可靠性, 無(wú)法滿足油氣田生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)地層信息的及時(shí)了解以及對(duì)系統(tǒng)資源的控制和管理。采用***為廣泛的方法是通過(guò)分離法計(jì)量, 具體實(shí)現(xiàn)是將所有氣井產(chǎn)物通過(guò)管道輸送到中心集氣站, 統(tǒng)一由氣液分離設(shè)備進(jìn)行分時(shí)輪換計(jì)量。這種計(jì)量方式的生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜, 設(shè)備占地龐大, 油氣田的開(kāi)發(fā)建設(shè)成本高, 為了實(shí)現(xiàn)單井計(jì)量, 每一口氣井都需要有獨(dú)立的管線進(jìn)行流體輸送, 且無(wú)法實(shí)現(xiàn)每一口單井的實(shí)時(shí)計(jì)量, 計(jì)量效率低下。此外, 還需要專業(yè)的人員對(duì)分離設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)維護(hù), 維護(hù)成本高昂。

隨著氣田低成本、高效率開(kāi)發(fā)的需求, 優(yōu)化濕天然氣計(jì)量工藝, 簡(jiǎn)化上游領(lǐng)域地面建設(shè)工藝流程, 降低氣田的開(kāi)發(fā)成本, 提高氣田的管理水平是上游領(lǐng)域建設(shè)和管理的發(fā)展趨勢(shì), 對(duì)濕天然氣計(jì)量技術(shù)提出了較為迫切的需求。與傳統(tǒng)的分離測(cè)量技術(shù)相比, 濕氣流量計(jì)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行管理上都具有明顯的優(yōu)勢(shì), 可大規(guī)模地降低上游集輸管線的鋪設(shè)數(shù)量和集氣站的建設(shè)數(shù)量, 而且可實(shí)現(xiàn)單井的無(wú)人化值守和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控, 從而極大地降低油氣田上游開(kāi)發(fā)成本和運(yùn)行管理費(fèi)用。如果濕氣流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度可滿足油田內(nèi)部集輸?shù)男枰? 則是濕天然氣***為理想的計(jì)量方式。因此, 目前各油田公司都開(kāi)展了濕氣流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和推廣應(yīng)用工作。

濕氣測(cè)量系統(tǒng)的目的是要實(shí)現(xiàn)濕氣中氣液兩相流量的實(shí)時(shí)測(cè)量。目前, 已有的或在研的濕氣流量計(jì)按照測(cè)量方法和技術(shù)路線大致可分為以下幾種。

對(duì)于單相儀表, 尤其是差壓式的儀表在濕氣測(cè)量中的特性已有大量的研究工作, 并總結(jié)了相應(yīng)的虛高修正關(guān)系式[5], 然而這些虛高修正關(guān)系式都需要在已知液相含量的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)虛高的修正。因此, 采用其他相應(yīng)的直接測(cè)量手段獲得液相含率即可實(shí)現(xiàn)氣相的測(cè)量。其中, 液相含率所采用的測(cè)量手段主要有微波技術(shù)、射線技術(shù)和示蹤技術(shù)。采用這一測(cè)量思路的濕氣流量計(jì)主要有Solartron公司的DualstreamⅠ型濕氣流量計(jì)、Roxer公司的濕氣流量計(jì)、Schlumberger公司的濕氣流量計(jì) (三相流量計(jì)) 以及國(guó)內(nèi)Haimo公司的濕氣流量計(jì)。采用這種測(cè)量原理的濕氣流量計(jì), 對(duì)液相含率測(cè)量的準(zhǔn)確度以及虛高模型的準(zhǔn)確度都有較高的要求, 這兩方面的因素都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成直接的影響。

Solartron公司的DualstreamⅠ型濕氣流量計(jì)以文丘里管作為測(cè)量主體, 采用示蹤技術(shù)測(cè)量液相含率, 并采用Murdock模型對(duì)氣相虛高流量進(jìn)行修正[6]。示蹤技術(shù)由Shell公司在20世紀(jì)90年代開(kāi)發(fā), 1994年Deleeuw在報(bào)告中首次對(duì)其進(jìn)行了描述[7], 其測(cè)量的基本方法是通過(guò)在管道上游以一個(gè)已知的流量將一種只溶于液相的化學(xué)示蹤物注射到濕氣體的氣流中, 在管道下游約150D (D為管道直徑) 處采樣, 再將采出的液體樣本與示蹤物本身進(jìn)行對(duì)比, 以確定液相流量。

Roxer公司的濕氣流量計(jì)采用內(nèi)錐流量計(jì)作為測(cè)量主體, 利用微波含水分析儀測(cè)量液相含率, 其中微波含水分析儀內(nèi)嵌在錐體上, 如圖1所示。同時(shí), 利用伽馬密度計(jì)測(cè)量流體密度作為液相測(cè)量的輔助手段。這一設(shè)計(jì)在濕氣測(cè)量上具有一定的優(yōu)勢(shì), 由于在相同工況和相同節(jié)流比情況下, 內(nèi)錐流量計(jì)的虛高值要比文丘里管的虛高要低, 因此其對(duì)液相測(cè)量精度的依賴程度要低, 使得測(cè)量準(zhǔn)確度有所提高。

Schlumberger公司的濕氣流量計(jì)采用文丘里管作為測(cè)量主體, 液相含率的確定通過(guò)雙能伽馬射線以及成像技術(shù)實(shí)現(xiàn), 其中雙能伽馬射線裝置位于文丘里管喉部, 如圖2所示。

Haimo公司的濕氣流量計(jì)以及多相流量計(jì)的技術(shù)方案與Schlumberger公司類似, 其測(cè)量主體同樣采用文丘里管, 其濕氣流量計(jì)的液相含率測(cè)量采用的是單伽馬射線, 多相流量計(jì)的含率測(cè)量采用的則是雙能伽馬射線, 與Schlumberger公司所不同的是, 其伽馬射線裝置位于文丘里管上游。

由于示蹤技術(shù)測(cè)量結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜, 且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員要求較高, 其現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用受到了較大的限制。而對(duì)于采用射線技術(shù)進(jìn)行含率測(cè)量的濕氣流量計(jì), 由于涉及到了放射源的使用, 受國(guó)內(nèi)環(huán)保安全方面的管制, 難以推廣使用。因此, 開(kāi)發(fā)基于電容、電導(dǎo)或其他非放射性的含率測(cè)量技術(shù)的濕氣流量計(jì)是目前國(guó)內(nèi)濕氣流量計(jì)研發(fā)的一個(gè)趨勢(shì)。

采用兩個(gè)或多個(gè)傳統(tǒng)單相儀表相組合的方式是目前濕氣流量計(jì)***為廣泛和主流的設(shè)計(jì), 不需要借助直接的含率測(cè)量技術(shù), 不涉及放射源的使用。其基本的測(cè)量原理較為簡(jiǎn)單, 利用串聯(lián)安裝在管道中的兩個(gè)或多個(gè)單相儀表提供兩個(gè)或兩個(gè)以上相互獨(dú)立的信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)氣液兩相的測(cè)量[8-9]。當(dāng)測(cè)量介質(zhì)為單相氣體時(shí), 不同的單相儀表會(huì)給出相同的測(cè)量結(jié)果;當(dāng)測(cè)量介質(zhì)變化為濕氣體時(shí), 由于不同的單相儀表在結(jié)構(gòu)和原理上都存在一定的差異, 在濕氣測(cè)量中將給出不同的測(cè)量結(jié)果, 且隨著液相含率的不同, 測(cè)量結(jié)果的差異程度也是不同的, 利用測(cè)量結(jié)果的差異即可實(shí)現(xiàn)對(duì)液相含率的分辨和推算, 再結(jié)合濕氣測(cè)量虛高修正模型進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣液兩相的測(cè)量, 如圖3所示。采用這種設(shè)計(jì)的濕氣流量計(jì), 其測(cè)量特性對(duì)兩種不同流量計(jì)在濕氣測(cè)量特性上的差異有較高要求, 差異越大, 測(cè)量結(jié)果越好。目前, 按照組合儀表的方式劃分, 大致有雙差壓式儀表的組合和差壓式與速度式儀表的組合, 此外還有差壓式與容積式儀表的組合。采用這一技術(shù)路線的濕氣流量計(jì)主要有Solartron公司、Agar公司、Weatherford公司、Instromet公司的濕氣流量計(jì), 以及國(guó)內(nèi)天津大學(xué)研發(fā)的濕氣流量計(jì)[10]。

Solartron公司的DualstreamⅡ型和天津大學(xué)雙差壓濕氣流量計(jì)采用的均是雙差壓式儀表的組合。其中, Solartron公司的DualstreamⅡ型濕氣流量計(jì)的測(cè)量元件采用的是“混合器+文丘里管+第二節(jié)流裝置”的組合方式。圖4為Solartron公司DualstreamⅡ型濕氣流量計(jì)實(shí)物圖, 其中混合器的作用使得氣液兩相混合均勻, 減小兩相間的滑差, 使得位于后端的節(jié)流裝置獲得更加穩(wěn)定的差壓信號(hào)。其中, 文丘里管和第二節(jié)流裝置都是經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的, 例如文丘里管的入口角度、喉部長(zhǎng)度等與標(biāo)準(zhǔn)文丘里管相比都具有較大的改型 (由于商業(yè)原因, 其具體結(jié)構(gòu)并未對(duì)外公開(kāi)) 。國(guó)內(nèi)天津大學(xué)開(kāi)發(fā)的濕氣流量計(jì), 其基本測(cè)量原理與Solartron公司的DualstreamⅡ型濕氣流量計(jì)的原理類似, 即利用長(zhǎng)喉頸文丘里管的前、后差壓及總壓損等多個(gè)差壓信號(hào)隨氣液兩相流量變化的關(guān)系, 建立相應(yīng)的測(cè)量模型, 通過(guò)迭代算法實(shí)現(xiàn)了濕氣中氣液兩相流量的測(cè)量。

采用這一思路設(shè)計(jì)的濕氣測(cè)量系統(tǒng), 從技術(shù)原理上來(lái)講仍屬于分離測(cè)量法, 通過(guò)對(duì)濕氣的簡(jiǎn)單或部分分離, 再利用單相儀表進(jìn)行分相測(cè)量。由于簡(jiǎn)化分離系統(tǒng)的分離效果有限, 與傳統(tǒng)的分離計(jì)量系統(tǒng)相比, 其準(zhǔn)確度有所降低。簡(jiǎn)化分離系統(tǒng)設(shè)備的尺寸和造價(jià)都介于小型的濕氣流量計(jì)和傳統(tǒng)的分離測(cè)量系統(tǒng)之間, 對(duì)于傳統(tǒng)的分離計(jì)量系統(tǒng), 其在尺寸和價(jià)格上具有優(yōu)勢(shì), 相對(duì)于濕氣流量計(jì)而言, 可實(shí)現(xiàn)氣液分輸是其主要的優(yōu)勢(shì)。如果簡(jiǎn)化分離系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度能滿足需求, 對(duì)于一些氣液兩相分離計(jì)量后需要?dú)庖悍州數(shù)膱?chǎng)合是較為適用的。典型的產(chǎn)品有國(guó)內(nèi)的GLCC高效分離計(jì)量系統(tǒng)以及中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司的“取樣式”氣液兩相計(jì)量橇。

由于濕氣流動(dòng)的復(fù)雜性, 眾多的因素都對(duì)測(cè)量特性有較大的影響, 實(shí)際的測(cè)量算法要比理想化的基本原理復(fù)雜得多, 為了獲得較高的測(cè)量準(zhǔn)確度, 都需要一套的修正模型和測(cè)量算法對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。修正模型是濕氣流量計(jì)測(cè)量特性的數(shù)學(xué)描述[11], 是以大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)通過(guò)一定的理論分析建立的, 是濕氣流量計(jì)測(cè)量技術(shù)的核心。

石油天然氣大流量計(jì)量站成都分站 (以下簡(jiǎn)稱成都分站) 在2017年建成了濕天然氣流量的測(cè)試裝置, 并開(kāi)展了濕氣流量計(jì)測(cè)試和性能研究工作。該濕天然氣流量測(cè)試裝置通過(guò)向天然氣中定量地加注水, 形成測(cè)試用濕天然氣流, 用于開(kāi)展相關(guān)的測(cè)試和研究工作。裝置設(shè)計(jì)壓力為6.3 MPa、運(yùn)行壓力為1.5~4.0 MPa、氣相流量測(cè)試范圍為8~650m3/h、液相流量測(cè)試范圍為0.05~8 m3/h。濕天然氣流量測(cè)試裝置如圖5所示。

從現(xiàn)有的濕氣流量計(jì)測(cè)試情況來(lái)看, 濕氣流量計(jì)直接用于濕天然氣測(cè)試時(shí), 還存在一定的偏差, 液相含率較低時(shí), 氣相測(cè)量結(jié)果的偏差相對(duì)較小, 而液相含率較高時(shí), 氣相測(cè)量的偏差則較大, 都需要對(duì)其測(cè)量模型進(jìn)行重新擬合和校準(zhǔn), 以適應(yīng)濕天然氣的測(cè)試工況。圖6和圖7分別為某濕氣流量計(jì)的氣相和液相測(cè)試結(jié)果。

圖6和圖7的測(cè)試結(jié)果顯示, 在其中部分流量條件下 (氣相流速為72m3/h、108m3/h) , 測(cè)試的濕氣流量計(jì)具有較好特性, 氣相偏差大致在±3%以內(nèi), 而對(duì)于另外兩個(gè)氣相測(cè)試點(diǎn) (氣相流速為36 m3/h、130m3/h) , 除干氣測(cè)試點(diǎn)外, 氣相流量的測(cè)量結(jié)果表現(xiàn)出較為明顯的正偏差, 且偏差隨著液相含率的增大而增大?？梢钥闯? 濕氣流量計(jì)的偏差表現(xiàn)出以下3個(gè)特點(diǎn):

(1) 液相含率越高, 濕氣流量計(jì)的偏差越大。從現(xiàn)有濕氣流量計(jì)的技術(shù)原理分析可知, 其測(cè)量原理是通過(guò)對(duì)單相流量計(jì)濕氣測(cè)量的偏差實(shí)現(xiàn)對(duì)濕氣流量的測(cè)量, 液相含率越高, 偏差越大。當(dāng)測(cè)量模型出現(xiàn)偏差無(wú)法對(duì)氣體含液率引入的偏差進(jìn)行準(zhǔn)確修正時(shí), 液相含率越高, 測(cè)量結(jié)果的偏差也越大。這也是高含液時(shí), 濕氣流量計(jì)測(cè)量難度增加的主要原因。

(2) 氣相偏差和液相偏差往往表現(xiàn)為相反的偏差方向。濕氣流量計(jì)的測(cè)量算法首先對(duì)氣體中含液率大小進(jìn)行分析和測(cè)量, 再以此為依據(jù)給出相應(yīng)的氣相修正值對(duì)氣體進(jìn)行測(cè)量, 若含液率測(cè)量偏小, 則相應(yīng)給出的氣體修正值偏小, 使得對(duì)氣體測(cè)量的虛高修正不足, 造成氣相測(cè)量偏大, 反之亦然。

(3) 濕氣流量計(jì)用于純干氣測(cè)量時(shí), 其測(cè)量準(zhǔn)確度要低于傳統(tǒng)的單相流量計(jì)。由于濕氣流量計(jì)的測(cè)量算法將干氣當(dāng)作濕氣來(lái)處理, 首先對(duì)干氣的含液率進(jìn)行測(cè)量, 再對(duì)氣體流量進(jìn)行測(cè)量, 氣相測(cè)量的結(jié)果中包含了液相含率的測(cè)量結(jié)果, 因此準(zhǔn)確度低于單純的干氣測(cè)量。

濕氣流量計(jì)測(cè)試結(jié)果偏差的本質(zhì)原因還是其測(cè)量算法在濕天然氣測(cè)量時(shí)存在一定的偏差。目前, 國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的這些濕氣流量計(jì)的測(cè)量模型和測(cè)量算法都是采用低壓濕空氣進(jìn)行測(cè)試獲得的。從濕天然氣的測(cè)試結(jié)果可以看出, 由于低壓濕空氣的流動(dòng)與高壓濕天然氣的工況條件和介質(zhì)特性存在巨大的差異, 以空氣和水為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)開(kāi)發(fā)的測(cè)量模型用于濕天然氣測(cè)量時(shí), 其計(jì)量準(zhǔn)確度難以保證, 用于濕天然氣測(cè)量時(shí)仍需對(duì)測(cè)量模型進(jìn)行修正和校準(zhǔn)。

對(duì)于常規(guī)氣田的開(kāi)發(fā), 從2000年左右開(kāi)始, 濕氣流量計(jì)在國(guó)內(nèi)塔里木油田、長(zhǎng)慶油田、西南油氣田等各大油田公司都有試用[12], 但一方面由于現(xiàn)有濕氣流量計(jì)的技術(shù)還未完全成熟, 另一方面由于常規(guī)氣田在單井生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)水量遞增, 且液相中含有凝析油, 流動(dòng)狀態(tài)非常復(fù)雜, 采用不分離測(cè)量的技術(shù)難度非常大?？傮w而言, 濕氣流量計(jì)在常規(guī)氣田應(yīng)用的效果都還不理想, 還無(wú)法滿足油氣田開(kāi)發(fā)的需要。

近年來(lái), 在頁(yè)巖氣的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)中, 為了降低頁(yè)巖氣的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)成本, 一些新型的濕氣流量計(jì)開(kāi)始在頁(yè)巖氣生產(chǎn)平臺(tái)進(jìn)行了試用, 如威遠(yuǎn)、涪陵等生產(chǎn)區(qū)塊。頁(yè)巖氣生產(chǎn)表現(xiàn)為氣量遞減、產(chǎn)水量遞減、壓力遞減的特性, 具有一定的規(guī)律性, 到生產(chǎn)后期幾乎不產(chǎn)水, 對(duì)于濕氣流量計(jì)而言其測(cè)量的難度隨著產(chǎn)水量遞減而逐漸降低。且頁(yè)巖氣生產(chǎn)過(guò)程中并沒(méi)有烴類液體的產(chǎn)出, 氣液兩相介質(zhì)組分較為固定和簡(jiǎn)單, 屬于氣液兩相流中較為簡(jiǎn)單的特例。因此, 相較于常規(guī)氣田, 濕氣流量計(jì)在頁(yè)巖氣上的應(yīng)用具有相對(duì)較大的可能性。目前, 濕氣流量計(jì)在頁(yè)巖氣上的試用都集中在頁(yè)巖氣井生產(chǎn)的中后期, 在這一生產(chǎn)階段, 頁(yè)巖氣井的產(chǎn)水量已很低, 通常情況下小于2m3/d, 一些情況甚至接近于干氣, 由于氣體含液引入的誤差已很小, 因此測(cè)量難度則相對(duì)較低。將濕氣流量計(jì)在頁(yè)巖氣上的試用與現(xiàn)場(chǎng)分離器后的孔板流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)評(píng)估, 從現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)的情況來(lái)看, 濕氣流量計(jì)通過(guò)比對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù), 對(duì)其測(cè)量模型的參數(shù)進(jìn)行一定的修正和調(diào)整后, 測(cè)量結(jié)果與分離后的孔板測(cè)量數(shù)據(jù)具有較好的一致性。但是, 目前濕氣流量計(jì)在頁(yè)巖氣上試用的工況范圍還比較單一和有限, 主要都集中在生產(chǎn)中后期含液低且平穩(wěn)、測(cè)量較簡(jiǎn)單的工況, 而頁(yè)巖氣生產(chǎn)周期內(nèi)工況變化范圍相當(dāng)大, 因此目前的測(cè)試還不足以判斷其在整個(gè)頁(yè)巖氣生產(chǎn)周期工況的適用性。

從實(shí)驗(yàn)測(cè)試以及現(xiàn)有濕氣流量計(jì)的測(cè)量原理分析可以看出, 現(xiàn)有濕氣流量計(jì)的測(cè)量性能與具體的測(cè)量工況密切相關(guān), 測(cè)量對(duì)象的含液率越高, 其測(cè)量難度越大, 測(cè)量準(zhǔn)確度就越低。此外, 濕天然氣的流動(dòng)狀態(tài)與工況壓力、工況流速等相關(guān), 這些因素對(duì)濕天然氣的測(cè)量也會(huì)產(chǎn)生影響。因此, 應(yīng)根據(jù)具體的使用工況對(duì)其準(zhǔn)確度進(jìn)行分析和判斷。以目前的頁(yè)巖氣生產(chǎn)開(kāi)發(fā)為例, 在頁(yè)巖氣整個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi), 單井的產(chǎn)氣量可從30×104 m3/d降低到1×104 m3/d, 產(chǎn)液量從500m3/d以上降低到不足1m3/d, 工況壓力從15 MPa降低到1 MPa左右。應(yīng)針對(duì)不同的生產(chǎn)階段工況分別進(jìn)行試驗(yàn), 分析濕氣流量計(jì)在不同工況條件下的適用性, 總結(jié)評(píng)價(jià)濕氣流量計(jì)所能適應(yīng)的工況范圍。

濕氣流量計(jì)測(cè)量技術(shù)是近十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型測(cè)量技術(shù), 總體還不夠成熟, 仍處于發(fā)展階段, 國(guó)際和國(guó)內(nèi)均還沒(méi)有濕氣計(jì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn), 亦沒(méi)有濕氣流量計(jì)的檢測(cè)評(píng)價(jià)方法。目前, 對(duì)于濕氣流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的了解主要還是來(lái)自流量計(jì)廠家產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)試用的一些數(shù)據(jù)報(bào)告。然而, 目前濕氣流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)試用所采用的比對(duì)實(shí)驗(yàn)方法不盡相同且相對(duì)較粗糙, 比對(duì)流程往往存在系統(tǒng)偏差且沒(méi)有通過(guò)專業(yè)測(cè)試機(jī)構(gòu)的分析和確認(rèn), 通常采用日累積量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 同時(shí)在測(cè)試過(guò)程中還伴隨著實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的調(diào)試和校準(zhǔn)等, 在比對(duì)測(cè)試方法的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性以及數(shù)據(jù)報(bào)告的公信度方面都還相對(duì)欠缺, 都還不足以對(duì)濕氣流量計(jì)的性能進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)。因此, 有必要規(guī)范濕氣流量計(jì)的檢測(cè)評(píng)價(jià)方法, 包括現(xiàn)場(chǎng)適用性的評(píng)估方法, 并形成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范, 同時(shí)根據(jù)油氣田生產(chǎn)的需要制定相應(yīng)的準(zhǔn)入要求標(biāo)準(zhǔn), 為濕氣流量計(jì)在油氣田的準(zhǔn)入提供標(biāo)準(zhǔn)和參考。

濕氣流量計(jì)主要用于井口生產(chǎn)的監(jiān)測(cè)。由于井口流動(dòng)工況復(fù)雜, 井口的壓力、流量、氣液含率等工況參數(shù)波動(dòng)變化, 同時(shí)氣井的產(chǎn)出物中還伴有砂粒、鐵屑等固體顆粒, 這使得安裝在井口的濕氣流量計(jì)長(zhǎng)時(shí)間處于非常惡劣的工作環(huán)境, 在使用過(guò)程中容易因磨損等因素, 造成其結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化。由于濕氣流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量模型的復(fù)雜修正實(shí)現(xiàn)氣液兩相的測(cè)量, 對(duì)于流量計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)等較為敏感, 細(xì)微的結(jié)構(gòu)磨損可能導(dǎo)致濕氣流量計(jì)計(jì)量性能的急劇變化[13]。而對(duì)于目前的頁(yè)巖氣開(kāi)采而言, 不同生產(chǎn)階段的氣井出砂量、產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量都有較大的差異。因此, 對(duì)于不同階段氣井出砂對(duì)濕氣流量計(jì)性能變化的影響還需要進(jìn)一步的評(píng)估和分析, 跟蹤不同開(kāi)采階段濕氣流量計(jì)性能變化的規(guī)律, 確定相應(yīng)的檢測(cè)校準(zhǔn)周期, 同時(shí)配套形成相應(yīng)的測(cè)試校準(zhǔn)方法, 以確保濕氣流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用處于可控的狀態(tài)。

與傳統(tǒng)的分離計(jì)量技術(shù)相比, 濕氣在線計(jì)量技術(shù)對(duì)于降低油田的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行成本, 以及提高油氣田的生產(chǎn)效率和科學(xué)管理水平都有較大的優(yōu)勢(shì)。過(guò)去的十多年, 濕氣在線不分離測(cè)量技術(shù)得到了較大的發(fā)展, 出現(xiàn)了多種不同測(cè)量原理的濕氣流量計(jì), 一些濕氣流量計(jì)也都進(jìn)入了現(xiàn)場(chǎng)適用階段。然而總體而言, 濕氣流量計(jì)測(cè)量技術(shù)還處于起步階段, 目前在現(xiàn)場(chǎng)的試用工況范圍還非常有限, 對(duì)于濕氣流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)所能適應(yīng)的工況范圍, 濕氣流量計(jì)的測(cè)試校準(zhǔn)和準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)以及濕氣流量計(jì)長(zhǎng)期使用性能變化和周期維護(hù)等, 都還是濕氣流量計(jì)推廣應(yīng)用尚未解決的技術(shù)難題, 還需要開(kāi)展相應(yīng)的研究工作, 通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析和總結(jié)。

目前, 成都分站已建成了國(guó)內(nèi)首套濕天然氣流量測(cè)試裝置, 可在天然氣實(shí)流條件下開(kāi)展?jié)駳饬髁坑?jì)的測(cè)試和研究工作。因此, 根據(jù)目前濕氣測(cè)量技術(shù)的研究現(xiàn)狀, 可充分利用該裝置分階段開(kāi)展以下兩個(gè)方面的研究工作, 以逐步推動(dòng)濕天然氣測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步。

(1) 利用濕天然氣流量測(cè)試裝置, 選擇技術(shù)相對(duì)較成熟的濕氣流量計(jì), 開(kāi)展?jié)駳饬髁坑?jì)的測(cè)試和校準(zhǔn)研究, 并選擇測(cè)試和校準(zhǔn)工況范圍內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展應(yīng)用研究, 對(duì)濕氣流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量準(zhǔn)確度適應(yīng)性進(jìn)行科學(xué)客觀的評(píng)價(jià), 并形成相應(yīng)的評(píng)價(jià)方法, 規(guī)范濕氣流量計(jì)的測(cè)試方案和準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 通過(guò)濕氣流量計(jì)在測(cè)試裝置的實(shí)驗(yàn)測(cè)試以及在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期試用的跟蹤評(píng)價(jià), 分析濕氣流量計(jì)在不同工況條件的特性以及長(zhǎng)時(shí)間使用計(jì)量性能的變化規(guī)律, 總結(jié)濕氣流量計(jì)較為合適的工作范圍, 并形成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范, 解決現(xiàn)場(chǎng)的使用維護(hù)等技術(shù)難題, 為濕氣流量計(jì)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)基礎(chǔ)。