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      孔板流量計計量天然氣的誤差分析及優化措施

      作者: 來源: 發布時間:2017-10-19 10:43:01

       摘 要 由于受天然氣組分、天然氣計量儀表及人員素質等因素的影響,導致天然氣計量出現不同程度的差異,產生了計量誤差。為了提供準確的計量數據,為分析井口數據和天然氣銷售提供準確的依據,從現場計量現狀入手,對蘇里格南計量系統進簡要介紹,分析產生誤差的原因并提出減小誤差措施,包括加強設備維護、及時錄入及分析數據、利用SCADA系統實時監控、加強運行數據管理、嚴控管網泄漏損耗等。結果表明,現場應用優化了單井計量設備,減小了誤差,保證流量數據準確。

       
              蘇南項目目前已建成投產2座集氣站,C2集氣站的天然氣匯集到C1集氣站,再經閥室輸送至處理廠。蘇里格南井場主要由水平井、BB9和BB9′組成,BB9井場由9口單井或1口水平井構成,BB9′井場由3個BB9井場加BB9′井場的9口單井組成。3個BB9井場的來氣通過采氣支管輸送至BB9′井場,BB9′井場單獨建采氣干管接至本區塊的集氣站。
       
      1 蘇里格南作業區天然氣計量現狀
              蘇里格南作業分公司天然氣計量系統主要可分為4部分,即單井井口計量、集氣站外輸計量、第五處理廠濕氣交接計量、第五處理廠干氣計量,每日計量數據以天為單位進行結算。
       
      1.1 單井井口計量
              單井流量計采用的是一體化多參量差壓式流量計,如ACD-3Q型流量計及ACF-1型流量計。井口帶液計量,單井井口計量可實時記錄單井的瞬時流量、管道壓力、管道孔板前后壓差、井口溫度等數據,為氣井生產動態分析、氣藏分析等研究提供準確的井口數據。
       
      1.2 集氣站計量
              從井口輸送到集氣站的天然氣經分離器進行氣液分離,脫水后的天然氣經計量區孔板流量計計量后,外輸至第五處理廠。其主要作用是對集氣站外輸氣量進行計量,并與第五處理廠的濕氣計量值進行對比。
       
      1.3 濕氣交接量計量
              蘇南公司的濕氣計量點設在第五處理廠,集氣站外輸天然氣輸送到第五處理廠,經三具預分離器進行氣液分離后,天然氣進4路標準孔板進行濕氣計量。濕氣交接計量作為蘇里格南作業分公司與處理廠進行商品氣和凝析油分配的依據。
       
      1.4 干氣計量
              計量后的蘇里格南天然氣與處理廠的天然氣經增壓、脫烴脫水后進入配氣區進行外輸計量,干氣計量采用超聲波流量計計量,計量結果為蘇里格南干氣與長慶自營的干氣的總量,雙方根據濕氣比例進行分配。
       
      2 蘇里格南集氣站計量設備
              蘇里格南集氣站現場主要采用的是標準孔板流量計。
       
      2.1 孔板流量計的計量原理
              標準孔板流量計屬于差壓式流量計,按照流體流動的節流原理,利用流體流經節流元件,在元件的前端和后端產生壓差,壓差和流量的平方成正比,由此來實現流量測量 [1] 。
       
      2.2 孔板流量計的計量特性
              1)孔板流量計的主要優點:①標準節流件屬于全用型,無需進行實流校準,就可以投用,并得到了國際標準組織的認可;②應用歷史悠久,標準規定最全;③結構簡單、牢固,且性能穩定,使用期限長,價格低廉,應用范圍廣。
       
              2)主要缺點:①測量的精確度受眾多因素的影響很難提高;②測量的范圍一般僅3∶1~4∶1;③對直管段的要求較高,占地面積大;④壓力損失最大可達25%~50%;⑤孔板以內孔銳角線來保證精度,因此對腐蝕、磨損、結垢、臟污敏感,長期使用精度難以保證,因此需每年進行一次強檢;⑥采用法蘭連接,易產生跑、冒、滴、漏油等問題,因而增加了維護的工作量。
       
      3 蘇里格南計量誤差的原因
              天然氣誤差指計量值與實際輸出值之間的誤差。針對第五處理廠與蘇里格南集氣站計量量值之間的誤差,即
              η=(V 1 +Q 1 -Q 5 )/Q 1 ×100%
              式中:η為交接相對誤差,%;Q 1 為蘇里格南集氣站外輸量,m 3 ;V 1 為蘇里格南集氣站自用氣量,m 3 ;Q 5為第五處理廠接收氣量,m 3 。
       
      3.1 計量儀表本身的誤差
              蘇里格南井口、集氣站及第五處理廠濕氣計量均采用孔板計量,該流量計的測量精度能夠滿足GB/T 21446—2008《用標準孔板流量計測量天然氣流量》的要求,但在實際生產中,孔板的偏心和彎曲是孔板的制造、安裝和使用中影響計量儀表精度的主要因素。由于孔板的安裝和維護不當,孔板會發生彎曲或變形,從而導致測量結果不準確。而第五處理廠4路計量的孔板直徑都是不同的,適用不同孔徑的孔板是為適應不同的流量。這會造成所選擇的計量管與實際流量匹配度不夠,造成計量不確定度增高,進而影響計量精度。
       
      3.2 天然氣氣質的影響
              1)采出的天然氣經分離、除塵、脫水等處理工藝,仍會因處理不徹底、集氣管網及輸氣干線內腐蝕物的影響,導致液體或固體雜質不能完全清理 [2] 。
              2)天然氣中所含的雜質會對孔板造成一定的沖刷和腐蝕,所以在實際生產過程中,應定期對孔板進行清潔或更換并且對測量的流量進行修正。
              3)天然氣中的液體導致孔板流量計差壓變送器、壓力變送器的導壓管堵塞,造成流量計算錯誤。在日常維護時,要對孔板流量計的孔板進行清洗,使節流件保持干凈、光潔,同時還要吹掃壓變和差壓變送器的導壓管;當發現數據顯示異常時,及時更換損壞件,避免流量計計量誤差的進一步擴大。
       
      3.3 氣體組分的影響
              天然氣是一種混合氣體,它是由甲烷、乙烷、丙烷等烴類組分和氮、二氧化碳等非烴類組分組成,其含量也不相同。即使是在同一區塊,天然氣組分也不一樣。孔板流量計的計量方式與天然氣組分有關,如果沒有對計量系統進行在線修正,計量誤差就會增大。因此,天然氣物性參數如果出現變化,要及時修正氣體組分及密度值。
       
      3.4 儀表參數設置原因
              天然氣氣體組分是流量計量程序中的重要參數,氣井生產過程中,因實際開井不同,導致氣體組分的不同。目前,集氣站及第五處理廠的組分參數根據實際化驗結果進行修改,但因氣井數量多,井口組分參數變化大,導致井口參數并不能按照實際進行設置。
       
      3.5 濕氣計量造成的誤差
              井口天然氣中存在大量液滴和固體顆粒雜質,在計量管段內,流態可認為氣液兩相,會直接影響孔板的差壓。井口計量比集氣站外輸計量偏大的一個重要原因是井口為帶液計量,集氣站是經分離器氣液分離之后的計量,部分飽和氣態的伴生氣將從氣態轉換成液態,從而導致集氣站比井口計量偏低。
       
      3.6 其他原因
              1)孔板閥積液及引壓管積液會產生計量誤差。在實際生產現場中,所有靜壓和差壓變送器的引壓管幾乎為水平安裝,傾斜度較小,是造成正負壓引壓管氣體帶液的重要原因,因此應定期對引壓管及孔板閥進行吹掃。
       
              2)氣井井口孔板流量計的孔徑未經過嚴格標定,存在較大誤差。而集氣站、第五處理廠計量孔板流量計經過了嚴格的計量儀表A類標定。
              3)蘇里格南所轄氣井的井口流量計均為一體式流量計,儀表精度低,存在較大誤差。
              4)儀表故障。使用一段時間后,儀器的溫度、壓力、差壓等零點出現漂移,導致現場計量結果不準,這種情況主要出現在井口流量計。
       
      4 降低誤差的方法
      4.1 儀表維護
              加強設備的日常維護保養,及時對儀表進行標定更換,儀表本身的準確度是影響計量數據的重點因素之一。因此,做好計量設備的定期校驗、檢查、維護及更換工作,保證計量儀表的相對準確性。
       
      4.2 提高氣體組分錄入及時性
              目前氣體組分取樣分析周期為10天一次,其局限性及波動性較大。
       
      4.3 利用SCADA系統對計量數據進行實時監控
              用SCADA (監控與數據采集)系統對計量系統進行實時監控。蘇里格南分公司對天然氣計量系統監控是通過SCADA系統實現的,集氣站及控制中心可利用SCADA系統實時檢查計量的壓力、溫度、差壓等相關參數,并可對相關參數設置上下報警限,控制流量長時間超限,以降低計量漏失。
       
      4.4 及時進行數據分析
              對于出現偏差的數據,由作業區計量員利用SCADA系統對相關壓力、溫度、流量等數據進行相應計算,并對計算結果進行分析。
       
      4.5 加強管道的運行數據管理
              做好管道置換、通球掃線等過程中天然氣用量的統計記錄工作;做好管道陰極保護系統測試數據的分析工作。
       
      4.6 嚴控管網泄漏損耗
              認真巡線,發現泄漏點及時上報處理,防止跑、冒、滴、漏油的產生;做好陰極防腐工作,延長管道的使用壽命,減少管道因腐蝕引起泄漏的情況發生 ;定期對各閥門進行維護保養。
       
      5 現場應用效果
      5.1 優化單井計量設備
              2012年至2015年蘇里格南分公司采用ACD-3Q型計量設備以及標準孔板進行單井計量,最小計量范圍為8 000~20 000 m 3 /d,瞬時流量計量范圍為330~830 m 3 /h,最大范圍為 4:1。但隨著氣井的生產,大部分氣井受井底積液影響,會產生不定期波動,且波動范圍較大,現有設備的計量范圍不能滿足生產現狀,經常出現流量計無瞬時或差壓超量程等計量不準確情況。
       
              結合上述生產工況,蘇里格南分公司對計量設備及孔板流量計進行優化,采用ACF-1型流量計以及新型平衡孔板流量計,最小計量范圍為1 000~10 000 m 3 /d,瞬時流量計量范圍為42~420 m 3 /h,將測量范圍由4:1提升至10:1,初期選取23口氣井進行現場試驗,詳細情況見表1。
      孔板流量計試驗效果分析
              對比ACF-1型與ACD-3Q型流量計的使用情況,從計量準確性、穩定性對ACF-1型流量計進行評估。評估結果如下:
       
              1)對比流量計更換前后單井的產量、瞬時流量、壓力、溫度等數據變化,與氣井投運至今的數據一致,說明ACF-1型流量計計量準確,與ACD-3Q型流量計相比,計量誤差較小。
              2)根據ACF-1型流量計計量的瞬時氣量,計量范圍基本符合孔板流量計的計量范圍,說明該型流量計計量精度準確,最小計量滿足蘇里格南分公司需求,如SN0xxx-01井,瞬時計量可計量至72 m 3 /h。通過試驗結果評估,蘇南公司對140口無瞬時或計量不準確的低產氣井進行了計量設備升級,目前有135口氣井可實現實時計量,措施有效率96.4%。
       
      5.2 定期維護計量設備,減小誤差
              蘇南公司與第五處理廠每10天對計量交接設施進行維護保養,對集氣站計量設備每15天進行維護保養,確保計量設備完好,保證流量數據準確。通過嚴格執行維護制度,基本保證蘇南公司集氣站外輸計量和第五處理廠計量對比平均誤差在0.69%,在正常允許輸差1%之內,詳細情況見表2。
      歷年交接計量設備數差分析
      6 結束語
              天然氣計量是天然氣貿易中的交易手段,只有了解和掌握了計量的原理以及適用范圍才能因地制宜采用不同的計量方法,確保公平的交易。此外,計量的準確性需要通過誤差控制才能得以保證,所以計量工作者需要盡可能地控制計量誤差,為企業發展發揮更大的作用。
       

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