多相计量

多相流量计在海洋石油工程中的应用

【摘要】油气分离计量是油气集输的首要任务。本文从油气分离计量设备出发，从理论上分析了重力分离、折流分离、离心分离三种分离方法，进而探讨了油气分离计量设备在油气集输中的应用，以供参考。

【关键词】油气分离与计量设备油气集输应用

1 背景

为了油井计量和油藏动态管理，确定最佳产量和油田开采时间，油藏工程师要求经常监视单井动态，掌握单口油井的产量，包括每口油井的产油量、产水量和产气量。传统做法是将油井产出液经计量分离器分离成油相、水相和气相，再采用各单相测量仪表或装置测量获得三组分的各自含量，然后再混合输送到泵站进行生产处理，系统的质量和体积都较大，给设计和施工增加了很大难度。特别是随着近年油气开发向海洋、沙漠和极地等地区发展，以及所开发的油田油层更深、油质更重的特点，造成油田开发成本不断上升，石油工业界对新的开采技术的需求日益迫切，多相计量技术正是在这种背景下应运而生的。

2 油气分离计量设备及工作原理

从目前来看，油气分离设备种类较多。按照功能进行划分，可分为两种：水油气三相分离器、油气两相分离器；按照形状可分为三种：立式分离器、卧式分离器。目前，比较普遍的为卧式两相分离器。主要是因为该分离器的分离效果好，成本较低，便于检修和安装。其缺点是占地面积比较大，且排污比较困难，需要配备好排污设备。

现介绍一种组合式的小型油气分离计量装置。在大庆、长庆、哈萨克斯坦布扎奇等油田投入使用，均运行了三年以上，运行良好。该装置用于单井（油井采出液不分离）、油气汇管（气、液混输）等任何流型或流态的油水气二相在线实时计量，尤其适用于间歇来液、气液变化比较大的油井计量；是沙漠油田、海上油田和移动测井等多相流计量的理想装置。2.1 结构

油气分离计量设备主要由分离器、稳流器、捕集器、混合器、计量仪表与电控元件组成，工作原理如图1所示。

2.2 原理

2.2.1分离器

一般采用离心分离。由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起旋转流动时，液体受到的离心力大于气体，所以液体有离心分离的倾向，液体附着在分离壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，从而实现气液分离。离心分离方法是一种辅助方法，一般安装于重力式分离器入口处，作为离心分离的分流器，将天然气、原油分开。

2.2.2稳流器

使初步分离得到的气液两相都得到稳流，减少流体的波动和扰动，给油气水沉降分离创造良好条件。同时也是二级分离器，采用折流分离方式，由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的液体附着在阻挡壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，从而实现气液分离。

挡沫板：阻止浮在液面上的气泡向原油出口方向流动，使气泡在液面上有足够的停留时间，破裂并进入气相。

2.2.3捕集器

既起到了分离效果，同时进行段塞流捕集。

捕集器的主要作用：使油、气得到充分的分离；同时起缓冲作用，使液相流量的冲击变为段塞流捕集器的液位变化，消除段塞流，以保证油、气处理装置平稳、均匀地进料。

作为分离器，采用了重力分离，即利用天然气、原油密度不同的特点，在相同条件下，由于天然气、原油受到的地球引力会有所不同，可对其进行分离。段塞流捕集器的分离原理与普通分离器一样，最大的区别在于，必须还能适应液体段塞进入分离器的流量的大幅度波动。

2.2.4混合器

混合器是一种没有运动部件的高效混合设备，通过固定在管内的混合单元内件，使气体与液体产生流体的切割、剪切、旋转和重新混合，达到二者良好分散和充分混合的目的。2.3 油气分离设备投产和运行

2.3.1投产

油气分离计量设备属于压力型容器，在投产之前应对设备进行检查，并做好压力试验。首先，在设备检查时，一般应检查设备是否正确安装，分离器筒件、各附件的功能是否完好，将固定部位固定好，检查内部结构是否完好，再将内部清理干净。其次，封闭排污孔，调节好安全阀、调压阀和压力装置，开始试压。通常情况下，试压应经过两个阶段：强度试压、严密性试压。在强度试压时，其压力应保持在设计压力1.5倍左右，在达到试压压力强度后，保持1h，在这段时期，如果压降在0.1MPa以内，即表示试压合格。在严密性试压时，其压力与设计压力相同，在达到设计压力强度后，保持24h，在这段时期，如果压降在0.1MPa 以内，即表示试压合格。试压的介质应选择清水。在试压过程中，应密切观察罐体、部件的变化情况，尤其是仪表、阀门、法兰连接处，如果出现异常应停止试压，待处理完毕后才能继续试压。最后，在试压合格之后，将分离器进出口阀门打开，在采暖管线正常送热后，将天然气出口、分离器出油两个阀门打开，在一切准备就绪后，将进油阀门缓缓打开，向分离器注入原油。在油气分离设备投产过程中，应密切关注分离器出油、进油、出气情况，如果出现异常要立即处理。

2.3.2运行

油气分离计量设备是否正常运行，不仅对油气分离效果产生影响，对天然气、原油的质量及经济效益也有重要影响。因此，应密切关注油气分离计量设备运行情况，具体包括以下几项内容：一是定期检查分离器的调节机构和液位控制，确保其可靠性和灵敏性，保证分离器液面能维持稳定。二是关注分离器来油温度，特别是在温度较低时，防止来油温度较低而造成管线中原油凝结。与原油凝固点相比，分离器来油温度要高5℃，冬季还应该再高一点。如果生产季节为冬季，由于天气比较寒冷，应对分离器进行保温、采暖等措施。尤其是管线、液位计、压力表、安全阀等，对于容易冻结、流动性较差的部位，应特别注意防冻保暖。

3.多相流计量技术的发展及现况

国内外多相流量计早在20世纪60年代就曾进行过研究，但由于当时的技术条件限制，

未获得可供应用的成果。近年来，相关流量测量技术、计算机自动控制和数据处理技术的发展，刺激了多相流测量技术的开发与研究，美国、挪威、法国、英国、俄罗斯等国家的一些大石油公司，相继投人大量的人力、财力进行多相流量计的研制和开发，并建立了一批多相流检定装置，使得这一技术获得实质性的进展，研制出一批可供生产应用的试验样机。当然就目前来说，大多数的测试技术仅局限于实验室研究，为数不多的商品化的多相计量仪表在工业应用中也存在着一定的局限性，并且造价昂贵。

近几年来，多相流量计的应用逐年增加，根据2000年的资料，全年共投入807台，其中陆上542台，海洋平台210台，海底为55台。国外早期开发多相流量计的主要目的是为了大幅度降低近海油田的开发成本。从实际使用效果来看，多相流量计应用于海底的经济效益远大于陆上和海上平台，因为海底多相流量计可以更大幅度地降低油田的开发成本。但实际海底应用多相流量计迟于陆上和海上平台，数量相对较少，原因是多方面的，主要是海底多相流量计的价格、安装成本、操作和失效维护成本都比较高，大大增加了其应用的风险程度,同时海底应用要求多相流量计的质量更加可靠，应用也就比较谨慎，但海上的应用前景是比较乐观的。

4.结束语

多相流量计作为一种全新的计量设备，与传统的计量分离器相比，在技术上和经济上都具有较大优势，在石油工业中特别是在海上油气计量中应用多相流量计具有重要的作用，正在成为新油田开发中首选的油井计量技术。但多相流量计作为一种新技术、新产品，投人使用时间比较短，在使用中难免会出现一些问题，存在一定的风险，要本着科学的认真负责的态度去解决。

目前，多相流量计多用于油井计量和生产优化，测量准确度还不能达到分配计量的要求，有待于进一步完善。多相流量计技术的研究和追踪是一项长期的工作和任务，总结多相流量计在海洋石油工程中的应用经验，将存在的问题作为下一步研究的课题，不断突破，不断进步，使多相流量计技术更好地服务于海洋石油工程建设，其未来的应用前景十分广阔。

参考文献：

【1】窦剑文.多相计量技术与产品的应用前景.石油矿场机械，2003.6.[2]兰州海默仪器制造有限责任公司.MFM2000系列多相流量计.

【2】邓雄，海洋油气集输工程；

【3】杨向东,陶阳,孙晓钟,姜玲,张岚;多相流量计的原理与开发应用简介[J];石油工业技术监督;2004年04期。