氣液同采氣井和伴生氣井的氣液計(jì)量準(zhǔn)確性是目前面臨的一大難題，XF － 2005Ⅲ兩相流量計(jì)采用多管束旋流分離器將氣液兩相進(jìn)行高效分離，分別利用孔板流量計(jì)和楔形流量計(jì)實(shí)現(xiàn)氣液在線計(jì)量，并具有液相測(cè)量補(bǔ)償和含水率測(cè)定功能，大大提高了計(jì)量精度，同時(shí)計(jì)算機(jī)模塊可以實(shí)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)的直讀和存儲(chǔ)，有利于后期分析?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，氣的計(jì)量誤差小于 2． 29% ，液的計(jì)量誤差小于 2． 33% ，滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。

在油氣井的地面測(cè)試工作中，地面流程通常采用兩相分離器對(duì)產(chǎn)出的氣液進(jìn)行分離，液體進(jìn)入計(jì)量罐，利用人工檢尺方法進(jìn)行計(jì)量，氣體進(jìn)入測(cè)試管線，通過(guò)孔板流量計(jì)進(jìn)行求產(chǎn)，針對(duì)含水井，在流程取樣口處取樣化驗(yàn)確定含水率。以上工作的不足之處在于人員投入多、工作量大、設(shè)備費(fèi)用高、計(jì)量誤差大，不利于油田的資料錄取和動(dòng)態(tài)分析。尤其是對(duì)于一些氣液產(chǎn)量較低或氣油比較高的油氣井，更是無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。XF － 2005III 型兩相流量計(jì)采用了高效分離裝置、氣液平衡可調(diào)節(jié)三通閥及密度法測(cè)油含水裝置，在測(cè)試過(guò)程中不更換任何傳感器和相關(guān)部件的情況下，均可很好地解決低產(chǎn)量油氣井計(jì)量、大氣量油井的氣液分離及油含水測(cè)量等問(wèn)題。

一、結(jié)構(gòu)組成

XF － 2005III 型兩相流量計(jì)應(yīng)用分離與非分離相結(jié)合的技術(shù)，氣液在裝置內(nèi)部實(shí)現(xiàn)分離，計(jì)量完成后可混合在一起進(jìn)入輸送管網(wǎng)，該裝置適用于單井氣、液兩相流體介質(zhì)的分別計(jì)量，可以取代傳統(tǒng)的測(cè)試分離器。

XF － 2005III 型兩相流量計(jì)裝置系統(tǒng)主要由過(guò)濾器、多管束氣液分離器、液位計(jì)、氣體流量計(jì)、溫度及壓力傳感器、流量計(jì)算機(jī)、電動(dòng)調(diào)節(jié)三通閥、質(zhì)量流量計(jì)和差壓式液位計(jì)組成( 見圖 1) 。

1． 多管束旋流分離器

XF － 2005 Ⅲ型兩相流量計(jì)的核心裝置是多管束分離器( 見圖 2) ，它是由 N 個(gè)單管管柱組成，這 N個(gè)單管組成的管束被環(huán)形管所環(huán)繞; 另一方面每個(gè)單管管柱頂部與總氣管連接到氣相出口，每個(gè)單管管柱底部與總液管連接到液相出口。天然氣凝析液通過(guò)總?cè)肟谶M(jìn)入環(huán)形管，由環(huán)形管垂直向下經(jīng)開關(guān)切向進(jìn)入每個(gè)外圍單管容器進(jìn)行旋流分離。

每個(gè)單管管柱的分離原理為: 利用旋轉(zhuǎn)氣流所產(chǎn)生的離心力將液體從混合流體中分離出來(lái)的裝置 ( 見圖 3) 。在分離罐中混合流體的絕大部分沿器壁呈螺旋狀由上向下向圓錐體底部運(yùn)動(dòng)，形成下降的外旋含液氣流，在強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的離心力將密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體的液體甩向器壁，液體一旦與器壁接觸，便失去慣性力而靠入口速度的動(dòng)量和自身的重力沿壁面下落。每個(gè)單管管柱上部設(shè)置有捕霧器，用來(lái)進(jìn)一步提高含液天然氣分離效率。

多管束管柱式旋流分離裝置的優(yōu)點(diǎn):

 ( 1) 傳統(tǒng)單管旋流分離效果對(duì)流速有一定要求，當(dāng)流量降低時(shí)分離效果也降低，而組合式多管束旋流分離器可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)流量負(fù)荷的大小來(lái)確定打開或關(guān)閉管束的數(shù)量，使管束中保持合適流速，分離達(dá)到最佳分離效果。

( 2) 多管束旋流分離器具有足夠的容積，克服了分離后的液相沉降時(shí)間短，二次分離效率低的缺點(diǎn)。

( 3) 多管束分離裝置可大大提高分離能力，如24 管束分離液量可超過(guò) 300 t /d、氣量 30 000 Nm3 / d，遠(yuǎn)高于常規(guī)單管束旋流分離。

2． 電動(dòng)調(diào)節(jié)三通閥

根據(jù)不同的液位高度，通過(guò)差壓液位傳感器傳送，電動(dòng)調(diào)節(jié)三通閥執(zhí)行不同的開度( 見圖 4) ，使得液位被控制在設(shè)定的范圍內(nèi)，以免出現(xiàn)液路竄氣和氣路竄液，同時(shí)可以保證小流量準(zhǔn)確計(jì)量。

3． 液體流量計(jì)

該裝置液體流量計(jì)采用的是質(zhì)量流量計(jì)，計(jì)量前在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)定液位上限、下限值，計(jì)量開始后，計(jì)算機(jī)通過(guò)指令控制電動(dòng)調(diào)節(jié)三通閥關(guān)閉液路，當(dāng)單管液位超過(guò)下限值后，液路緩慢開啟一定開度，流經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。按設(shè)定時(shí)間完成計(jì)量后，將質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量的液體量和管束殘余液體量進(jìn)行折算，即可得到每天的產(chǎn)液量。

4．氣體流量計(jì)

氣體流量計(jì)采用改進(jìn)后的孔板流量計(jì) ( 見圖5) ，該流量計(jì)除了用來(lái)測(cè)量氣體的流量，同時(shí)還可以利用氣體中含有液體時(shí)孔板會(huì)產(chǎn)生差壓脈沖這一固有特性對(duì)氣體中帶走的少量液量進(jìn)行二次測(cè)量。

氣液兩相流通過(guò)孔板時(shí)，在孔板兩側(cè)中存在著差壓噪聲，即差壓脈沖。這種噪聲是兩相流流動(dòng)的固有特性，與兩相流的流量質(zhì)量、含氣率密切相關(guān)。經(jīng)過(guò)氣液兩相流測(cè)量工程試驗(yàn)，應(yīng)用一塊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔板配以差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器，可以根據(jù)差壓測(cè)量平均值及其方差，計(jì)算出天然氣和原油兩種介質(zhì)的流量。其計(jì)算公式如下:

式中: G—質(zhì)量流量，t/h 或 kg /h; X—質(zhì)量含汽率，即天然氣所占百分比; A—孔板常數(shù)，由管道直徑，( 值等所確定;  p—測(cè)量差壓平均值，kPa; Ｒ—差壓脈動(dòng)( 方差) 與差壓平均值之比; ρ'—油密度，kg /m3 ;ρ″—天然氣密度 kg /m3 ; K1 —經(jīng)驗(yàn)常數(shù); K2 —經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

5． 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也是該裝置最重要的組成部分，主要功能是實(shí)現(xiàn)裝置的計(jì)量、自動(dòng)控制以及小流量控制界面可顯示氣液日產(chǎn)量、油含水、氣液流量累積、溫度、壓力、測(cè)量時(shí)間，并保留各參數(shù)數(shù)據(jù)、記錄曲線。

二、工作原理

氣液兩相混合物首先流經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后，再進(jìn)入高效分離器，分離器分離出液相和氣相。氣相部分由純氣相或含液氣相經(jīng)頂部流出，通過(guò)孔板差壓噪聲法對(duì)氣相進(jìn)行測(cè)量和對(duì)含液氣相中的液相進(jìn)行二次測(cè)量。液體經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算并顯示液量，分離器上裝有液位變送器，通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)三通閥用來(lái)控制平衡液位平衡，使管束內(nèi)液位保持在一定范圍內(nèi)。手動(dòng)輸入油、水密度值，可以利用密度法測(cè)定原油含水率。

油含水計(jì)量一直是油田單井計(jì)量難題，本裝置使用的是密度法，由質(zhì)量流量計(jì)提供精度達(dá) 0． 000 3 g /mL 混合密度信號(hào)輸出，保障了低系統(tǒng)誤差。密度法測(cè)油含水原理如下:

式中: A—含水百分比; ρ混 —混合體密度; ρ水 —水密度; ρ油 —純油密度。

這里的 ρ水 和 ρ油 在多相流量計(jì)算機(jī)手動(dòng)輸入，要求用戶提供準(zhǔn)確密度，另通過(guò)溫度和壓力作溫壓補(bǔ)償。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

塔中油田單井多數(shù)存在產(chǎn)液量高、含水高、氣油比高，給油氣井測(cè)試工作帶來(lái)了一定困難，XF －2005Ⅲ型兩相流量計(jì)裝置的引入成功解決了常規(guī)兩相分離器測(cè)試求產(chǎn)的局限性。通過(guò)對(duì)塔中 6 口油井進(jìn)行測(cè)試，分離效果良好，數(shù)據(jù)精度高( 見表 1) ，數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)單方便，極大提高了測(cè)試效率。

四、結(jié)論

( 1) XF － 2005III 兩相流量計(jì)具有氣液計(jì)量精度高，并具有相測(cè)量補(bǔ)償和含水率測(cè)定功能，能連續(xù)在線計(jì)量，相關(guān)數(shù)據(jù)既可直讀也可存儲(chǔ)。

( 2) XF － 2005III 兩相流量計(jì)具有測(cè)量范圍寬，在測(cè)試過(guò)程中不更換任何傳感器和部件均可滿足測(cè)量，24 管束分離液量 0． 5 ～ 300 t /d，氣量 1 000 ～ 30 000 Nm3 /d，油氣比 1 ∶ 10 000 的高量程比，如有更大產(chǎn)量根據(jù)不同的情況增加管束數(shù)量即可。

( 3) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明 XF － 2005III 型兩相流量計(jì)克服了常規(guī)兩相分離器測(cè)試求產(chǎn)的局限性。