引言 油井计量长期以来一直是油田计量中的一个难题。油井的计量方式很多，常用的有三相计量分离器和两相计量分离器，质量流量计以及多相流流量计等。苏丹大尼罗河石油公司是由中国石油天然气总公司CNPC、马来西亚国家石油公司Petronas、印度国家石油公司ONGC和苏丹国家石油公司Sudanpet组成，是中国石油天然气总公司在海外的最大的投资项目，目前年产石油1500万吨。油井计量采用了三相分离器、两相分离器和质量流量计三种计量技术。自1999年油田投产以来，先后在油井、集油管汇和计量分离器上安装了40多台质量流量计进行油井的计量。使用的质量流量计是美国 Micro Motion 公司生产的科氏力质量流量计。在质量流量计的使用上，遇到了许多测量问题，也在实践中总结出了一些使用经验。 1 科氏力质量流量计的简介 科氏力质量流量计是由美国 Micro Motion 公司开发的一种直接式质量流量计，是目前应用较为广泛的质量流量计之一。它具有计量精度高，安装简单，不需直管段，组态方便，维护方便，操作简单等优点。科氏力质量流量计由流量测量系统和流量计算机NOC组成。流量测量系统由流量测量管、驱动装置、前后两个接收装置和温度传感器组成（图1），主要测量密度、质量流量和温度这三个基本参数，并进行温度补偿得到STP流量值；流量计算机由处理电路、微处理器和液晶显示部分等组成。它接收流量测量系统的基本信号，进行信号处理，流量积算。并可以向其它电路和集散控制系统输出信号。流量计算机的另一个作用是完成质量流量计的组态。操作人员通过液晶显示可以方便的查询各种所测的流量数据。 2 计量方案的选择和质量流量计选型 油井计量方案的选择是油田生产设施建设中的重要环节。采用何种计量方案取决于计量精度、油井位置和油品性质等因素。 对于具体的油田在计量方案选择上，要对相关的计量方案和计量技术进行比较，根据油井的具体井位进行经济评价。对于离原油处理站较近的油井可以在站内进行计量；对于离原油处理站较远，且相对集中的油井，可以建立集油管汇集中计量[1]。站外进行油井计量可以节约站外集油管汇OGM到原油处理站的计量管线的铺设，通常，每个OGM可节约几至十几公里的管线，可以节约大量的投资；对于远离原油处理站的单井，可以在单井井口进行计量，或采用可移动计量装置进行计量。 在计量技术选择上，通常要考虑投资成本、油品性质、计量精度和计量技术的成熟性。三相计量分离器是传统成熟的计量技术，通常用于陆地油田原油处理站内。但是它的投资大、占地大、维护工作量大在测量高含水的油井时，测量误差较大。另外，油水界面的测量和控制也要造成一些测量误差。两相计量分离器计量技术分离气相和液相，通常采用质量流量计测量液相，用于含气原油的站内计量，或集油管汇OGM的集中计量。其投资和维护量大大小于三相计量分离器。对于含沙、高含气和高粘度的原油可以采用三相计量分离器来进行油井计量。 质量流量计油井计量技术通常用于单井和集油管汇的油井计量，一般要求被测油品不含气和砂。它具有投资小、操作维护简单、测量精度高等优点。可以直接测量密度和质量流量，也可得直接到STP流量值。可进行满量程含水量的测量，计量精度可达到0.1%。具备RS-485接口，可直接通过MODBUS通讯协议将数据传输到集散控制系统，完成远程油井计量。在含有气体的原油测量中，通常采用两相气液分离器或脱气器，进行脱气处理，然后在经过质量流量计进行计量。如果原油含砂较大，不应选用质量流量计进行油井计量，因为在含砂的原油要造成较大的计量误差。另外，如果原油的粘度太大，也不要采用质量流量计，高粘度原油要产生较大的阻力降。 多相流流量计油井计量技术也是近几年发展较快的技术，通常采用相关流量计、文丘里流量计和双能伽玛传感器组成。测量范围较宽，可直接得到油气水三相的计量值。相对于质量流量计而言，投资较高，测量精度较差。液量测量精度在5%～10%，气量测量精度在10%。对于高含气的原油，在采用多相流流量计时，应当采用脱气装置先进行一部分气体分离[2]。此外，多相流流量计也不能应用于高含砂的油井测量。多相流流量计的优点是占地少，可用于海上采油平台的油井计量。 当原油性质满足采用质量流量计的要求后，就要对质量流量计进行选型。在质量流量计选型中，主要考虑流量计的量程、粘度和质量流量计产生的压降。美国Micro Motion公司为科氏质量流量计的设计和选型提供了一套软件，用户根据油井的计量要求，输入工艺参数，可以模拟计算出在该工艺条件下的质量流量精度和密度测量精度、通过质量流量计的压力损失、流速和雷诺数。根据计算结果，对流量计进行选型。苏丹大尼罗河石油公司一集油管汇质量流量计的设计选型实例。工艺参数为：最大流量：80m3/h；流体密度：0.913kg/m3；粘度：40cP（40×10-3Pa·s）；最大压力：2MPa；最高温度：85℃。经过模拟计算可选用CMF300M型号的质量流量计，计算结果为：质量流量精度为0.14%；密度测量精度0.0005%；压降0；流速23.1ft/s（7.04m/s）；雷诺数1582。该软件还可以计算出在特定流量时的精度及其它参数，是质量流量计选型的重要辅助软件。 3 质量流量计在单井和站外集油管汇油井计量中的应用 大尼罗河石油公司自1999年投产以来，陆续在油田中安装了四十多台质量流量计。根据不同的计量要求，这些质量流量计分别安装在单井、站外集油管汇和计量分离器上。有些质量流量计用来就地计量，还有一些通过远程终端装置RTU将计量信号，根据MODBUS协议传送到集散控制系统，进行远程油井计量。 3.1 质量流量计在单井井口的单独计量的应用 早期的质量流量计只安装在单井油嘴后，进行就地单井计量。1999年在ELNAR、ELHAR和GARAD地区的井口安装了九台质量流量计进行油井计量。早期的质量流量计由流量测量部分、变送器RF9739和老式流量计算机NOC组成。系统组态通过MODBUS通讯器来完成，质量流量计的组态和检查都较困难。当时在流量计的安装和使用上都存在着许多问题。主要是质量流量计测量管的安装、流量计算机NOC的隔热和组态采用的密度误差太大等问题。 一般来说，如果没有特殊要求，不推荐在单井井口直接安装质量流量计。此外，单井安装质量流量计从成本效益比上讲也是不合适的。可以说早期质量流量计在苏丹大尼罗河石油公司的应用是不成功的。之后，我们对上述单井的油井计量进行了改造，新建站外集油管汇OGM，将相对集中的单井接入OGM，在站外集油管汇上进行油井计量。对边远的单井采用采用可移动式计量装置进行计量。 3.2 质量流量计在站外集油管汇OGM上的应用 2001年后，在建立新的油田生产设施Bamboo和Munga油田时，采用在站外集油管汇OGM的计量管汇上安装质量流量计的油井计量方案，可在一个OGM的质量流量计上完成多达48口油井的计量。大大的节约了油田的建设投资，简化了油井计量的操作，提高了计量精度。 质量流量计采用了新型的流量计算机ALTUS3700 NOC。新型的NOC不需要RF9739变送器，在流量计组态上，不需要通过MODBUS通讯器进行组态，可直接在流量计算机上进行组态，使用非常方便。 针对早期质量流量计使用存在的问题，在以下方面做了改进。在流量测量管的安装上，使其不受泥土掩埋，不受油管应力的影响；在实验室油样密度测量上采用了高精度的Anton Paar DMA48密度仪，精度可达到小数点后第四位，确保组态输入的纯油密度和纯水密度满足质量流量计的要求；在质量流量计流量计算机上，安装遮阳棚，或将流量计算机NOC安装在具有空调的室内，使它不受高温的影响；同时，针对生产操作人员和维护人员进行操作维护培训，使质量流量计成功的应用在油井的计量中。 在Munga和Bamboo油田的油井计量中，采用了远程油井计量技术。在站外集油管汇OGM上安装了远程终端装置RTU。质量流量计通过RS－485接口，将数据传输到RTU，通过RTU将信号经光纤系统，送到集散控制系统DCS进行油井的远程计量，操作员可以通过集散控制系统操作站对油井进行远程计量。 传输到集散控制系统的油井计量数据有：油井的总体积流量、总质量流量、纯油量、纯水量，原油的实时密度、温度、压力，测井日期和测井时间。这些数据自动存储在计算机中，并可根据要求自动生成油井计量报表。 质量流量计在站外集油管汇OGM的使用中，另一个大问题是油井含气的问题。在Bamboo油田和Tali油田的一些油井中GOR较高，流体中含有部分气体。Micro Motion 质量流量计是设计用来计量油水两相流的，当有气体时，将产生计量误差，严重时将导致质量流量计计量中断。在Bamboo油田质量流量计试运的半年中，气体对流量计造成了相当大的测量误差。 针对高含气的问题，对计量系统进行了改造。在质量流量计上游安装脱气器，在井液进入质量流量计前脱去气体。计量表明脱气器可以完全脱除游离气体，保证质量流量计的测量精度。 3.3 质量流量计在三相计量分离器改造中的应用 大尼罗河石油公司1999年投产以来，在Heglig、UNIty、Tomasouth、Elnar、Eltoor五个油田的油田生产设施FPF站上，采用三相计量分离器对进站油井进行计量。这些计量分离器的处理容量是按单口油井日产最大800立方米原油设计的。在油田早期开发阶段，油井采用螺杆泵抽油技术，计量分离器基本能满足油井计量要求。随着油田的开发，大量的油井采用电潜泵，许多油井的日产量达到1600m3，同时油井的含水量也大幅增加。因此，井液在计量分离器内的滞留时间较短，不能满足油水分离要求，造成较大的计量误差。给油藏模拟和油田配产带来了许多困难。 大尼罗河石油公司在2002年决定将三相计量分离器改造成为气液两相分离器，并采用质量流量计对液相进行计量。采用这一方案，增大了油井计量量程，使计量分离器最大可以计量日产1900m3的油井。同时，提高了油井的计量精度，大大的节约了改造投资。 3.4 质量流量计测量误差的来源及控制 一般来说，质量流量计本身测量质量流量时的误差为±0.1%，测量混合密度时的误差为±0.002g/cm3（±2kg/m3）；测量温度的误差为（±1～0.5）℃。在使用质量流量计时，除了测量上述三个基本参数外，还要根据基本参数和输入流量计算机的纯油密度、纯水密度计算出含水量、纯油量和纯水量等参数。 有五个因素将影响纯油量和含水量的测量。它们是组态时输入流量计算机的纯油密度误差δDo和纯水密度误差δDw ，仪表本身测量混合密度误差δDe和质量流量测量误差δMe，另外，是井液中游离气体造成的误差δXg。质量流量计的总体误差为上述五项误差的均方根值。 质量流量计总体误差＝（δDo2+δDw2+δDe2+δMe2+δXg2）1/2 在质量流量计的实际应用中，混合密度误差δDe 和质量流量测量误差δMe基本不变。因此，主要计量误差来自它们组态时输入流量计算机的纯油密度误差δDo和纯水密度误差δDw，以及是井液中游离气体造成的误差δXg。 在流量计使用之前，先要对油井的油品取样，然后分离出纯油和纯水，在使用高精度密度仪测量出其密度，然后组态入流量计算机。这样，就能够将纯油密度误差δDo和纯水密度误差δDw控制在最小的范围内。 另外一个影响测量精度的因素是井液中含有气体和沙粒，它直接决定了井液中游离气体造成的误差δXg。气体对流量计含水量和纯油量的影响是非常大的。在油田含气的油井使用中，我们在流量计前安装脱气装置，保证了计量精度。 4 结束语 目前，质量流量计在油田油井计量中是比较成熟的技术，与三相计量分离器相比，大大的节约了投资。如果采用在站外集油管汇上安装质量流量计，可以用一台流量计对多达48口油井进行油井计量。不仅节约了计量分离器的投资，同时还可以节约修建从集油管汇到处理站的计量管线的投资。采用这一方案其经济效益是非常可观的。与远程终端装置RTU一起使用，可以完成油井的远程计量。在应用质量流量计时，要注意流量计的安装、组态时输入流量计算机的纯油密度和纯水密度组态数据，以及井液含沙含气的影响。对含气量较大的油井要采用脱气器，对含砂较大和原油粘度较大的油井不应使用质量流量计。这样就可以保证油井计量的精度，其精度将大大优于用三相计量分离器的油井计量。为油藏模拟和油田配产提供良好的数据。 参考文献： [1] RI威廉斯[英]．油气工业监控与数据采集系统[M]．北京：石油工业出版社，1995．
[2] Parvlz Mehdizadeh.The state of art multiphase flow meter[C]．API white paper，2004
