1、中國石油規劃總院中國石油規劃總院2012年年5月月中國石油規劃總院中國石油規劃總院CPPEICPPEI2012013 3年年1 11 1月月凝析氣田帶液計量研究凝析氣田帶液計量研究CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院2022-5-22022-5-2第第2 2頁頁前前 言言凝析氣田是一種復雜的氣田，開發機理復雜，同時采出氣和凝析油，具凝析氣田是一種復雜的氣田，開發機理復雜，同時采出氣和凝析油，具有開發難度大、技術工藝要求高等特點。目前凝析氣田井口產量計量多采用有開發難度大、技術工藝要求高等特點。目前凝析氣田井口產量計量多采用單井分離后氣液單獨計量或集氣站分離后氣液輪換計量，單

2、井分離后氣液單獨計量或集氣站分離后氣液輪換計量，流程復雜、投流程復雜、投資高。資高。為提高凝析氣田的整體開發效益為提高凝析氣田的整體開發效益，中國石油規劃總院聯合天津大學開展，中國石油規劃總院聯合天津大學開展了了凝析氣田帶液計量凝析氣田帶液計量的研究，提出了基于的研究，提出了基于H H修正因子的非標準文丘里管的虛高修正因子的非標準文丘里管的虛高修正模型。研制出的工程樣機經實驗室性能測試，液相誤差小于修正模型。研制出的工程樣機經實驗室性能測試，液相誤差小于10%10%，氣相，氣相誤差小于誤差小于5%5%；氣相不確定度；氣相不確定度2%2%，液相不確定度，液相不確定度3%3%。并在塔里木英買力凝氣

3、。并在塔里木英買力凝氣田集氣站進行了現場性能測試，取得了較好的試驗效果。田集氣站進行了現場性能測試，取得了較好的試驗效果。CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院3 3 一、凝析氣田井口計量現狀一、凝析氣田井口計量現狀二、基于二、基于H H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型高修正理論模型三、濕氣測量仿真預測模型三、濕氣測量仿真預測模型 四、樣機設計特點四、樣機設計特點五、中壓濕氣測量特性實驗五、中壓濕氣測量特性實驗六、現場測試成果六、現場測試成果七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化 匯匯 報報 內內 容容CPPEI

4、 CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院 目前凝析氣田基本采用單井分離后氣液單獨計量或集氣站分離后氣液輪換計量，流程復雜、投資高。液相計量氣相計量去集氣站井流物單井計量單井計量集氣站輪換計量液相計量氣相計量去集氣站井流物井流物井流物CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院一、凝析氣田井口產量計量現狀5計量站計量站集氣干線計量管線 塔里木迪那凝析氣田28口生產井，共設2座計量站，與集氣管線同溝敷設計量管道18.9km，計量管線采用L360+316L復合鋼管，計量工藝復雜、投資高。CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院一、凝析氣田井口產量計量現狀 塔里木英買

5、力凝析氣田塔里木英買力凝析氣田20072007年投產，其中單井井場年投產，其中單井井場3333座（包括單井集座（包括單井集氣站氣站3 3座）、集氣站座）、集氣站5 5座座。采用單井分離計量和集氣站輪換計量相結合的方式。采用單井分離計量和集氣站輪換計量相結合的方式。CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院帶液計量國際水平（LNF 10%）價格昂貴，20-30萬美元/臺需要研發具有自主知識產權的帶液流量計一、凝析氣田井口產量計量現狀CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院8 8 一、凝析氣田井口計量現狀一、凝析氣田井口計量現狀二、基于二、基于H H修正因子的長喉頸非

6、標準文丘里管濕氣虛修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型高修正理論模型三、濕氣測量仿真預測模型三、濕氣測量仿真預測模型 四、樣機設計特點四、樣機設計特點五、中壓濕氣測量特性實驗五、中壓濕氣測量特性實驗六、現場測試成果六、現場測試成果七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化 匯匯 報報 內內 容容CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院二、基于H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型 近年來國內外研究者進行了大量的濕氣虛高模型的研究工作，近年來國內外研究者進行了大量的濕氣虛高模型的研究工作，但由于工業現場的工況條件遠遠不同于實驗室，例如不同區域的天

7、然但由于工業現場的工況條件遠遠不同于實驗室，例如不同區域的天然氣田工作壓力不同（幾兆帕，十幾兆帕，甚至高達幾十兆帕）；氣液氣田工作壓力不同（幾兆帕，十幾兆帕，甚至高達幾十兆帕）；氣液兩相流量范圍變化較大，流形變化復雜（霧狀流、環狀流、分層流、兩相流量范圍變化較大，流形變化復雜（霧狀流、環狀流、分層流、段塞流均有可能出現），因此，對濕氣流量傳感器提出了更高的要求。段塞流均有可能出現），因此，對濕氣流量傳感器提出了更高的要求。單純標準結構的節流裝置，單純標準結構的節流裝置，因此，有必要對其進行進一步優化設計，這就不可避免的涉及到，因此，有必要對其進行進一步優化設計，這就不可避免的涉及到需要根據優化

8、設計的新型結構，確定新的濕氣虛高模型。需要根據優化設計的新型結構，確定新的濕氣虛高模型。CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院u 區別于上世紀六十年代以來陸續公布的經典模型，如Murdock、 Chisholm、 De Leeuw、林宗虎模型等，建立了“虛高非線性復雜函數矩陣模型”;氣相測量精度從約10% 提升至5%。 De leeuw模型（標準文丘里）21XCXgnlgnglClgglsggsllWWDUDUX2222chisholm5 . 1.1606. 05 . 15 . 0.41. 0746. 0gFrgFrenFrngdLFrHenCXCXgHnlgnglg5 .2

9、118.02403.0523.01二、基于H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型11 提出獨特的基于H修正因子的虛高模型，該模型綜合了Froude數、氣液密度，文丘里管節流比和喉部長度、喉部直徑等諸多特征參數，預測 Chisholm 中的n值，最終得到的虛高模型準確度明顯改善。 該模型適不僅適用于獨立設計的非標準文丘里管，同時包含對標準文丘里管虛高的預測能力。外推性能優勢強。經實驗室實驗驗證，該模型不確定度優于2.5%。虛高模型虛高模型的創新的創新二、基于H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型12 當需要盡量準確地測量濕氣的氣相流量時，希望虛高值盡量小，當需要盡量準

10、確地測量濕氣的氣相流量時，希望虛高值盡量小，而希望辨識出液相流量時，又希望虛高盡量大。而希望辨識出液相流量時，又希望虛高盡量大。因此，為滿足不同的因此，為滿足不同的濕氣測量目標或者兼顧氣液兩相測量需求時，如何設計文丘里管的結濕氣測量目標或者兼顧氣液兩相測量需求時，如何設計文丘里管的結構以及建立具有良好外推能力的濕氣測量虛高模型顯得尤為重要；構以及建立具有良好外推能力的濕氣測量虛高模型顯得尤為重要；現有的具有廣泛影響力的現有的具有廣泛影響力的De Leeuw De Leeuw 模型依據標準文丘里管給出，直模型依據標準文丘里管給出，直接應用于非標準的文丘里管將產生新的預測偏差。接應用于非標準的文丘

11、里管將產生新的預測偏差。虛高模型虛高模型的創新的創新二、基于H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型13 本研究提出的本研究提出的“基于基于H H修正因子的虛高模型修正因子的虛高模型”綜合了綜合了FroudeFroude數、氣液密度，文丘里管節流比和喉部長度、喉部直數、氣液密度，文丘里管節流比和喉部長度、喉部直徑等特征參數預測徑等特征參數預測n n值。值。 該模型適不僅適用于獨立設計的非標準文丘里管，同時該模型適不僅適用于獨立設計的非標準文丘里管，同時包含對標準文丘里管虛高的預測能力。外推性能優勢強。經包含對標準文丘里管虛高的預測能力。外推性能優勢強。經實驗室實驗驗證，實驗室實驗驗

12、證，該模型不確定度優于該模型不確定度優于2.5%2.5%。T TJU-HJU-H修正因子模型（長喉頸文丘里）修正因子模型（長喉頸文丘里） 二、基于H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型14不確定度：2.5%隨著H值的增大，n值增大（虛高增大）實驗驗證二、基于H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型15H因子模型與 De leeuw模型的預測對比 H因子模型與Deleeuw 模型的預測對比結論（1）兩模型預測偏差小于4% （2）H因子模型具有更好地外推性。二、基于H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型16u取壓方式的優化，長喉徑優勢突出 ISO/TR 11

13、583（標準文丘里）基于 總壓+壓損本研究（長喉頸文丘里）基于前差壓+后差壓長喉頸的優勢：流體流經長喉頸中，液相被充分加速，氣液混合更加充分，前后差壓信號的規律性突出、反向差異性鮮明。2012年2012年二、基于H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院1717 一、凝析氣田井口計量現狀一、凝析氣田井口計量現狀二、基于二、基于H H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型高修正理論模型三、濕氣測量仿真預測模型三、濕氣測量仿真預測模型 四、樣機設計特點四、樣機設計特點五、中壓濕氣測量特

14、性實驗五、中壓濕氣測量特性實驗六、現場測試成果六、現場測試成果七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化 匯匯 報報 內內 容容18 仿真模擬英買力氣田英買7集氣站的工況條件，完成實驗樣機的仿真研究，建立了濕氣測量仿真模型。A型：DN50，=0.55B型：DN50，=0.4三、三、濕氣測量仿真預測模型濕氣測量仿真預測模型19GMF=40%flow前取壓位置喉部取壓位置DN50，=0.55文丘里管三維效果圖曙光“星云”系列高性能計算集群包含56個計算節點，1232個CPU核，內存總容量2TB，并行存儲總容量33TB，。三、三、濕氣測量仿真預測模型濕氣測量仿真預測模型20仿真工況條件A型樣機

15、：DN50=0.55 三、三、濕氣測量仿真預測模型濕氣測量仿真預測模型21三、三、濕氣測量仿真預測模型濕氣測量仿真預測模型22（a）近壁面壓力曲線圖（b）液相體積分數圖（a）近壁面壓力曲線圖（b）液相體積分數云圖三、三、濕氣測量仿真預測模型濕氣測量仿真預測模型23B型樣機 DN50 =0.4 虛高模型 氣相不確定度：2%A 型樣機 DN50 =0.55 虛高模型 氣相不確定度：3%三、三、濕氣測量仿真預測模型濕氣測量仿真預測模型CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院2424 一、凝析氣田井口計量現狀一、凝析氣田井口計量現狀二、基于二、基于H H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕

16、氣虛修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型高修正理論模型三、濕氣測量仿真預測模型三、濕氣測量仿真預測模型 四、樣機設計特點四、樣機設計特點五、中壓濕氣測量特性實驗五、中壓濕氣測量特性實驗六、現場測試成果六、現場測試成果七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化 匯匯 報報 內內 容容25專利設計1長喉頸：不同與標準文丘里管設計：本研究的文丘里管具有加長的喉部，即為長喉頸文丘里管，喉部長度為喉部直徑的46倍。專利設計2雙差壓：不同與標準文丘里管設計：研制的文丘里管在其上游、中游、下游分別取壓，構成雙差壓信號，利用兩級差壓信號的反向規律實現氣液不分離測量。專利設計3微型環室氣液隔

17、離取壓器：不同與標準文丘里管設計，本課題研制的文丘里管的全部引壓管與計量管體之間的連接設計上，提出了一種獨特新穎的取壓設計結構，緊湊巧妙微型化，環型腔室設計，確保取壓信號均勻性，同時保障了穩態下氣液隔離效果良好。四、樣機設計特點四、樣機設計特點26 完成了A/B型兩套樣機的設計、加工、制作及傳感器、變送器、二次計算儀、上位機通訊平臺的系統調試。26 氣相流量624萬方/天（高含液）；648萬標方/天(低含液） 氣相流量28萬方/天（高含液）； 216萬標方/天(低含液）四、樣機設計特點四、樣機設計特點27防爆等級：ExdII BT4 Gb防護等級：IP66EMC電磁兼容測試快速電脈沖群實驗 測

18、試通過等級為2級A類。抗靜電干擾實驗 測試通過等級3級溫度實驗 溫度范圍-20-70，以每5為間隔，每個間隔2小時進行溫度實驗，運行正常。長期穩定性測試：在模擬外部信號輸入狀態下，連續運行時間為30天，系統各功能完全正常。n流量計算儀開發與可靠性測試四、樣機設計特點四、樣機設計特點CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院2828 一、凝析氣田井口計量現狀一、凝析氣田井口計量現狀二、基于二、基于H H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型高修正理論模型三、濕氣測量仿真預測模型三、濕氣測量仿真預測模型 四、樣機設計特點四、樣機設計特點

19、五、中壓濕氣測量特性實驗五、中壓濕氣測量特性實驗六、現場測試成果六、現場測試成果七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化 匯匯 報報 內內 容容2929進行了兩套樣機的實驗室水流量實驗標定和中壓濕氣測量特性實驗研究，完成了數據分析與建模。n 水實驗系數標定miiCmC11%100minmaxminmaxCiCiCiCil%)1002)(1max(312jiijirCCC平均流出系數：非線性誤差：重復性：= 0.035% 0.833% 0.986793 A型 標定結果五、中壓濕氣測量特性實驗五、中壓濕氣測量特性實驗30五、中壓濕氣測量特性實驗五、中壓濕氣測量特性實驗基于基于“雙閉環濕氣流

20、量實驗裝置雙閉環濕氣流量實驗裝置”的實驗研究的實驗研究31五、中壓濕氣測量特性實驗五、中壓濕氣測量特性實驗基于基于“雙閉環濕氣流量實驗裝置雙閉環濕氣流量實驗裝置”的實驗研究的實驗研究32 操作壓力：操作壓力：0.6M0.6MP Pa a；氣相流速：；氣相流速：7m/s7m/s； 體積液相含率：體積液相含率：LVFLVF0.085%0.085%0.63%0.63%2.6%2.6%n 濕氣實驗五、中壓濕氣測量特性實驗五、中壓濕氣測量特性實驗33氣相誤差： 液相誤差：5% （97.5%數據） 10% （93.6%數據）濕氣實驗濕氣實驗AA型樣機誤差型樣機誤差五、中壓濕氣測量特性實驗五、中壓濕氣測量特

21、性實驗CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院3434 一、凝析氣田井口計量現狀一、凝析氣田井口計量現狀二、基于二、基于H H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛高修正理論模型高修正理論模型三、濕氣測量仿真預測模型三、濕氣測量仿真預測模型 四、樣機設計特點四、樣機設計特點五、中壓濕氣測量特性實驗五、中壓濕氣測量特性實驗六、現場測試成果六、現場測試成果七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化 匯匯 報報 內內 容容35六、現場測試效果六、現場測試效果完成“英買7集氣站”試驗改造塔里木油田公司英買7集氣站。：2013年19月：凝析天然氣兩

22、相流量計工程樣機。：6口單井，井號分別為YM7、YM701、YM702、YM7-1、YM7-H2、YM16。集氣站采取自動輪測模式計量各個單井，依據“英買力氣田群單井計量報表”記錄作為現場測試的參比標準。36設計方案：測試樣機（兩相流量計）安裝于氣液分離器上游。比對方法：氣相測量結果與分離器下游的孔板流量計比較 液相測量結果與分離器下游的質量流量計比較六、現場測試效果六、現場測試效果37質量流量計孔板流量計六、現場測試效果六、現場測試效果38工程樣機安裝現場計量管體場外與場內試壓16MPa,一次性通過；二次顯示流量計算儀及變送器已經安裝運行9個月（1月-9月），工作正常；數據接收系統正常，軟件

23、平臺可靠運行。工程樣機安裝現場六、現場測試效果六、現場測試效果39測試比對系統在線比對記錄六、現場測試效果六、現場測試效果40六、現場測試效果六、現場測試效果41測試結論：氣相相對偏差：3%液相相對偏差：5%六、現場測試效果六、現場測試效果42測試比對系統驗證參比流量計第三方檢驗結果，孔板流量計1.5級，質量流量計0.5級。質量流量計質量流量計孔板流量計孔板流量計六、現場測試效果六、現場測試效果CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院4343 一、凝析氣田井口計量現狀一、凝析氣田井口計量現狀二、基于二、基于H H修正因子的長喉頸非標準文丘里管濕氣虛修正因子的長喉頸非標準文丘里管

24、濕氣虛高修正理論模型高修正理論模型三、濕氣測量仿真預測模型三、濕氣測量仿真預測模型 四、樣機設計特點四、樣機設計特點五、中壓濕氣測量特性實驗五、中壓濕氣測量特性實驗六、現場測試成果六、現場測試成果七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化 匯匯 報報 內內 容容CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院液相計量氣相計量去集氣管線井流物單井計量工藝帶液不分離兩相計量去集氣管線井流物帶液計量工藝七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化優化前優化前優化后優化后CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化去處理廠帶

25、液不分離計量井流物多井串接集氣 單井連續計量放射式集氣 多井輪換計量液相計量氣相計量去處理廠井流物井流物井流物井流物優化前優化前優化后優化后CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院計量分離器計量分離器氣相計量氣相計量液相計量液相計量七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化集氣站優化前集氣站優化前CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院計量分離器計量分離器氣相計量氣相計量液相計量液相計量七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化集氣站優化后集氣站優化后CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化計量分離器及輪換閥組計量分離器及輪換閥組帶液計量流量計帶液計量流量計CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院七、凝析氣田計量工藝優化七、凝析氣田計量工藝優化某凝析氣田集輸系統布局示意圖某凝析氣田集輸系統布局示意圖優化前優化前CPPEI CPPEI 中國石油規劃總院中國石油規劃總院七、凝析氣田計量