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| GLCC多相流量計系統(tǒng)在海洋工程中的應(yīng)用 |
| GLCC多相流量計系統(tǒng)在海洋工程中的應(yīng)用 | | 發(fā)布時間：2017/3/27 10:48:22 |
摘 要： GLCC（柱狀旋流式氣—液分離器）多相流量計系統(tǒng)是一種新型的計量設(shè)備，在海洋工程的應(yīng)用中它有著體積小、重量輕、計量效果好及安全性高等優(yōu)勢。文章結(jié)合GLCC多相流量計系統(tǒng)在冀東油田NP1-29項目中的應(yīng)用情況，介紹了GLCC多相流量計系統(tǒng)的原理、組成、功能特點，并分析了GLCC多相流量計系統(tǒng)在海洋平臺上應(yīng)用的優(yōu)勢。
關(guān)鍵字： 多相流量計；柱狀旋流式氣—液分離器；海洋工程
0 引言
在海上平臺多井油氣生產(chǎn)處理設(shè)施中，均設(shè)置一個測試分離器，以定期測定每個油氣井的油、氣、水的含量，以便合理進(jìn)行配產(chǎn)。我們一般稱完成油、氣、水三相流量測量的系統(tǒng)為多相流量計系統(tǒng)。
本文介紹的GLCC（Gas-LiquidCylindricalCyclone柱狀旋流式氣—液分離器）多相流量計系統(tǒng)是基于GLCC原理設(shè)計的。其在海洋平臺的應(yīng)用中有著體積小、重量輕、計量效果好及安全性高等優(yōu)勢，特別是對于氣液比波動大的特殊工況有著其他多相流量計無可比擬的優(yōu)勢，是適合在海洋工程中推廣使用的計量設(shè)備。
1 多相流量計的發(fā)展
海洋平臺上應(yīng)用的多相流量計，最早是利用臥式三相分離器進(jìn)行油、氣、水的三相分離，再分別對每相流量進(jìn)行測量。后來將三相分離器改進(jìn)為立式氣液兩相分離器，分別測量氣液兩相流量，再通過含水分析儀計算出油、水的產(chǎn)量。由于都使用了傳統(tǒng)分離器，這些多相流量計設(shè)備往往體積大，重量大，投資高，系統(tǒng)控制復(fù)雜。
還有一種多相流量計是在井液不分離的情況下，通過對一些流體參數(shù)的測量給出三相流的油、水、氣流量。其基本原理是通過確定每一種組分的瞬時速度和截面占有率來確定每一組分的量。此種流量計雖然有體積小，重量輕，投資少的優(yōu)點，但測量相分率需要用到放射源，增加了危險性，其組合測量方法也影響了系統(tǒng)計量的不確定度，最主要的是由于測量中沒有實現(xiàn)氣液分離，高含氣率會對計量的結(jié)果產(chǎn)生很大影響。
GLCC多相流量計系統(tǒng)基于GLCC柱狀旋流式氣—液分離器原理，完全克服了傳統(tǒng)分離器體積、重量大的缺點，同時又具有較大的氣液比跨度、測量精度高、無放射源等優(yōu)點，非常適合海洋平臺的應(yīng)用環(huán)境。其在NP1-29項目應(yīng)用中取得很好的效果。
2 NP1-29項目GLCC多相流量計系統(tǒng)介紹
2.1 系統(tǒng)測量原理
GLCC多相流量計系統(tǒng)通過分離器對上游的兩相流進(jìn)行氣液分離，然后采用單相流儀表對氣、液分別進(jìn)行計量，并通過含水分析儀計算出油、水的產(chǎn)量及累積量，從而達(dá)到單井監(jiān)測的功能。其測量原理如圖1所示。
圖1 GLCC多相流量計系統(tǒng)測量原理示意
2.2 GLCC分離器工作原理
GLCC分離器工作原理如圖2所示，分離器由傾角向下的管道沿特定角度的切線方向與鉛垂管道相連，多相流經(jīng)入口段預(yù)分離后進(jìn)入主分離器。在主分離器中，由于離心力、重力和浮力的作用形成一個倒圓錐型的渦流面。密度大的液相沿鉛垂管道的管壁流到分離器底部，密度小的氣相沿渦旋的中央上升至渦面并流至分離器頂部，最終氣相和液相分別從分離器的頂部和底部排出。并通過控制閥調(diào)整液位和壓力，實現(xiàn)兩相充分分離。
圖2 GLCC分離器工作原理示意
2.3 多相流量計系統(tǒng)的組成
該系統(tǒng)裝置由三大部分組成：GLCC氣液兩相分離器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和計量系統(tǒng)。具體設(shè)備如表1所示。
表1 NPL29A項目多相流量計系統(tǒng)組成
2.4 工藝流程說明
多相流量計系統(tǒng)工藝流程如圖3所示。油氣水多相流經(jīng)多路選擇閥切換，由多相流量計入口進(jìn)入GLCC高效分離器，通過旋流將氣、液兩相完全分離；GCV（GasControlValve氣相控制閥）和LCV（LiquidControlValve液相控制閥）通過“優(yōu)化控制”方法控制GLCC內(nèi)液位，使其保持恒定。分離后的氣液兩相通過氣相和液相流量計分別計量，根據(jù)質(zhì)量流量計的密度輸出數(shù)據(jù)，通過計算可以得到液相中的含水率，從而計算出油氣水三相流量。
圖3 NP1-29項目多相流理計系統(tǒng)流程
2.5 GLCC控制描述
在一般情況下，系統(tǒng)的控制由“優(yōu)化控制”實現(xiàn)。默賽公司（MSI）針對GLCC專門開發(fā)了一種優(yōu)化控制方法，在實現(xiàn)高效控制的基礎(chǔ)上，能夠盡量減少控制閥壓力的波動頻率，從而提高調(diào)節(jié)閥的使用壽命。但為了防止壓力可能偶爾超出設(shè)定范圍，我們增加了壓力控制模塊，如圖4所示。
圖4 GLCC壓力控制框
當(dāng)壓力處于正常范圍時，為優(yōu)化控制模式；當(dāng)壓力超出正常范圍時，氣路上的控制閥將切換到整體控制模式，即當(dāng)壓力超出正常范圍時，氣路控制閥將不再以液位控制為優(yōu)先，而是以壓力控制為優(yōu)先。這樣壓力將迅速穩(wěn)定至正常水平。
2.6 系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格
（1）NP1-29項目GLCC多相流量計系統(tǒng)處理能力如表2所示。
表2 NP1-29項目GLCC多相流量計處理能力
（2）NP1-29項目GLCC多相流量計系統(tǒng)操作工況如表3所示。
表3 NP1-29項目GLCC多相流量計操作工況
（3）系統(tǒng)計量不確定度：總氣體流量（標(biāo)況）<5%；總液體流量<5%；含水率<0.2%。
2.7 系統(tǒng)特點
（1）體積小，計量實時在線。
（2）無放射源元件。
（3）應(yīng)用范圍寬，對于氣液比跨度較大的工況，具有其他多相流量計不可比擬的優(yōu)勢。
（4）計量準(zhǔn)確度高。
（5）全自動無人值守。
（6）不需參照下游產(chǎn)量調(diào)整參數(shù)。
3 應(yīng)用分析
在NP1-29項目中，GLCC多相流量計系統(tǒng)使用GLCC高效兩相分離器代替?zhèn)鹘y(tǒng)三相分離器。GLCC分離器相比傳統(tǒng)分離器大大縮小了分離器的體積和重量，進(jìn)而縮小了多相流量計的體積和重量，節(jié)省了平臺的空間，同時也簡化了儀表控制回路。而且因氣液在GLCC中分離時間短，減少了井液的停留時間，從而縮短了測試時間，提高了測試的效率。這對簡化平臺中控系統(tǒng)、提高平臺運行效率和穩(wěn)定性有很大幫助。
近年來，海洋平臺事故較多，其主要原因是海洋環(huán)境惡劣和多變，這就要求平臺上的設(shè)備安全系數(shù)盡可能高，穩(wěn)定性好。由于GLCC多相流量計使用容器分離測量技術(shù)，沒有放射源的使用，這不僅降低了施工難度，也大大提高了施工和生產(chǎn)安全性。
在海洋工程中，油田開發(fā)設(shè)計相對于陸地上有一定難度，很有可能出現(xiàn)設(shè)計參數(shù)與實際值相差很大的情況。GLCC多相流量計系統(tǒng)通過優(yōu)化控制較好地控制了GLCC分離器中的液位，減少了氣液波動對計量的干擾，不僅提高了測量精度，同時增強了對氣液比跨度較大工況的適應(yīng)能力。這有效地縮小了NP1-29項目設(shè)計值與實際值的差距，避免了計量設(shè)備二次改造，創(chuàng)造了很高的經(jīng)濟效益。
GLCC多相流量計系統(tǒng)自動化程度很高，能很好地并入平臺控制系統(tǒng)中。其在NP1-29平臺的成功應(yīng)用為今后的平臺設(shè)計提供了參考。
4 結(jié)束語
GLCC多相流量計系統(tǒng)是一種體積小、計量準(zhǔn)、安全性高、適應(yīng)性強的新型計量設(shè)備。通過GLCC多相流量計系統(tǒng)在NP1-29項目中的成功應(yīng)用，證明了其在海洋平臺領(lǐng)域的適用性，隨著海洋石油工程的發(fā)展，GLCC多相流量計系統(tǒng)必將得到更多的應(yīng)用和發(fā)展。 |
摘 要： GLCC（柱狀旋流式氣—液分離器）多相流量計系統(tǒng)是一種新型的計量設(shè)備，在海洋工程的應(yīng)用中它有著體積小、重量輕、計量效果好及安全性高等優(yōu)勢。文章結(jié)合GLCC多相流量計系統(tǒng)在冀東油田NP1-29項目中的應(yīng)用情況，介紹了GLCC多相流量計系統(tǒng)的原理、組成、功能特點，并分析了GLCC多相流量計系統(tǒng)在海洋平臺上應(yīng)用的優(yōu)勢。
關(guān)鍵字： 多相流量計；柱狀旋流式氣—液分離器；海洋工程
0 引言
在海上平臺多井油氣生產(chǎn)處理設(shè)施中，均設(shè)置一個測試分離器，以定期測定每個油氣井的油、氣、水的含量，以便合理進(jìn)行配產(chǎn)。我們一般稱完成油、氣、水三相流量測量的系統(tǒng)為多相流量計系統(tǒng)。
本文介紹的GLCC（Gas-LiquidCylindricalCyclone柱狀旋流式氣—液分離器）多相流量計系統(tǒng)是基于GLCC原理設(shè)計的。其在海洋平臺的應(yīng)用中有著體積小、重量輕、計量效果好及安全性高等優(yōu)勢，特別是對于氣液比波動大的特殊工況有著其他多相流量計無可比擬的優(yōu)勢，是適合在海洋工程中推廣使用的計量設(shè)備。
1 多相流量計的發(fā)展
海洋平臺上應(yīng)用的多相流量計，最早是利用臥式三相分離器進(jìn)行油、氣、水的三相分離，再分別對每相流量進(jìn)行測量。后來將三相分離器改進(jìn)為立式氣液兩相分離器，分別測量氣液兩相流量，再通過含水分析儀計算出油、水的產(chǎn)量。由于都使用了傳統(tǒng)分離器，這些多相流量計設(shè)備往往體積大，重量大，投資高，系統(tǒng)控制復(fù)雜。
還有一種多相流量計是在井液不分離的情況下，通過對一些流體參數(shù)的測量給出三相流的油、水、氣流量。其基本原理是通過確定每一種組分的瞬時速度和截面占有率來確定每一組分的量。此種流量計雖然有體積小，重量輕，投資少的優(yōu)點，但測量相分率需要用到放射源，增加了危險性，其組合測量方法也影響了系統(tǒng)計量的不確定度，最主要的是由于測量中沒有實現(xiàn)氣液分離，高含氣率會對計量的結(jié)果產(chǎn)生很大影響。
GLCC多相流量計系統(tǒng)基于GLCC柱狀旋流式氣—液分離器原理，完全克服了傳統(tǒng)分離器體積、重量大的缺點，同時又具有較大的氣液比跨度、測量精度高、無放射源等優(yōu)點，非常適合海洋平臺的應(yīng)用環(huán)境。其在NP1-29項目應(yīng)用中取得很好的效果。
2 NP1-29項目GLCC多相流量計系統(tǒng)介紹
2.1 系統(tǒng)測量原理
GLCC多相流量計系統(tǒng)通過分離器對上游的兩相流進(jìn)行氣液分離，然后采用單相流儀表對氣、液分別進(jìn)行計量，并通過含水分析儀計算出油、水的產(chǎn)量及累積量，從而達(dá)到單井監(jiān)測的功能。其測量原理如圖1所示。
圖1 GLCC多相流量計系統(tǒng)測量原理示意
2.2 GLCC分離器工作原理
GLCC分離器工作原理如圖2所示，分離器由傾角向下的管道沿特定角度的切線方向與鉛垂管道相連，多相流經(jīng)入口段預(yù)分離后進(jìn)入主分離器。在主分離器中，由于離心力、重力和浮力的作用形成一個倒圓錐型的渦流面。密度大的液相沿鉛垂管道的管壁流到分離器底部，密度小的氣相沿渦旋的中央上升至渦面并流至分離器頂部，最終氣相和液相分別從分離器的頂部和底部排出。并通過控制閥調(diào)整液位和壓力，實現(xiàn)兩相充分分離。
圖2 GLCC分離器工作原理示意
2.3 多相流量計系統(tǒng)的組成
該系統(tǒng)裝置由三大部分組成：GLCC氣液兩相分離器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和計量系統(tǒng)。具體設(shè)備如表1所示。
表1 NPL29A項目多相流量計系統(tǒng)組成
2.4 工藝流程說明
多相流量計系統(tǒng)工藝流程如圖3所示。油氣水多相流經(jīng)多路選擇閥切換，由多相流量計入口進(jìn)入GLCC高效分離器，通過旋流將氣、液兩相完全分離；GCV（GasControlValve氣相控制閥）和LCV（LiquidControlValve液相控制閥）通過“優(yōu)化控制”方法控制GLCC內(nèi)液位，使其保持恒定。分離后的氣液兩相通過氣相和液相流量計分別計量，根據(jù)質(zhì)量流量計的密度輸出數(shù)據(jù)，通過計算可以得到液相中的含水率，從而計算出油氣水三相流量。
圖3 NP1-29項目多相流理計系統(tǒng)流程
2.5 GLCC控制描述
在一般情況下，系統(tǒng)的控制由“優(yōu)化控制”實現(xiàn)。默賽公司（MSI）針對GLCC專門開發(fā)了一種優(yōu)化控制方法，在實現(xiàn)高效控制的基礎(chǔ)上，能夠盡量減少控制閥壓力的波動頻率，從而提高調(diào)節(jié)閥的使用壽命。但為了防止壓力可能偶爾超出設(shè)定范圍，我們增加了壓力控制模塊，如圖4所示。
圖4 GLCC壓力控制框
當(dāng)壓力處于正常范圍時，為優(yōu)化控制模式；當(dāng)壓力超出正常范圍時，氣路上的控制閥將切換到整體控制模式，即當(dāng)壓力超出正常范圍時，氣路控制閥將不再以液位控制為優(yōu)先，而是以壓力控制為優(yōu)先。這樣壓力將迅速穩(wěn)定至正常水平。
2.6 系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格
（1）NP1-29項目GLCC多相流量計系統(tǒng)處理能力如表2所示。
表2 NP1-29項目GLCC多相流量計處理能力
（2）NP1-29項目GLCC多相流量計系統(tǒng)操作工況如表3所示。
表3 NP1-29項目GLCC多相流量計操作工況
（3）系統(tǒng)計量不確定度：總氣體流量（標(biāo)況）<5%；總液體流量<5%；含水率<0.2%。
2.7 系統(tǒng)特點
（1）體積小，計量實時在線。
（2）無放射源元件。
（3）應(yīng)用范圍寬，對于氣液比跨度較大的工況，具有其他多相流量計不可比擬的優(yōu)勢。
（4）計量準(zhǔn)確度高。
（5）全自動無人值守。
（6）不需參照下游產(chǎn)量調(diào)整參數(shù)。
3 應(yīng)用分析
在NP1-29項目中，GLCC多相流量計系統(tǒng)使用GLCC高效兩相分離器代替?zhèn)鹘y(tǒng)三相分離器。GLCC分離器相比傳統(tǒng)分離器大大縮小了分離器的體積和重量，進(jìn)而縮小了多相流量計的體積和重量，節(jié)省了平臺的空間，同時也簡化了儀表控制回路。而且因氣液在GLCC中分離時間短，減少了井液的停留時間，從而縮短了測試時間，提高了測試的效率。這對簡化平臺中控系統(tǒng)、提高平臺運行效率和穩(wěn)定性有很大幫助。
近年來，海洋平臺事故較多，其主要原因是海洋環(huán)境惡劣和多變，這就要求平臺上的設(shè)備安全系數(shù)盡可能高，穩(wěn)定性好。由于GLCC多相流量計使用容器分離測量技術(shù)，沒有放射源的使用，這不僅降低了施工難度，也大大提高了施工和生產(chǎn)安全性。
在海洋工程中，油田開發(fā)設(shè)計相對于陸地上有一定難度，很有可能出現(xiàn)設(shè)計參數(shù)與實際值相差很大的情況。GLCC多相流量計系統(tǒng)通過優(yōu)化控制較好地控制了GLCC分離器中的液位，減少了氣液波動對計量的干擾，不僅提高了測量精度，同時增強了對氣液比跨度較大工況的適應(yīng)能力。這有效地縮小了NP1-29項目設(shè)計值與實際值的差距，避免了計量設(shè)備二次改造，創(chuàng)造了很高的經(jīng)濟效益。
GLCC多相流量計系統(tǒng)自動化程度很高，能很好地并入平臺控制系統(tǒng)中。其在NP1-29平臺的成功應(yīng)用為今后的平臺設(shè)計提供了參考。
4 結(jié)束語
GLCC多相流量計系統(tǒng)是一種體積小、計量準(zhǔn)、安全性高、適應(yīng)性強的新型計量設(shè)備。通過GLCC多相流量計系統(tǒng)在NP1-29項目中的成功應(yīng)用，證明了其在海洋平臺領(lǐng)域的適用性，隨著海洋石油工程的發(fā)展，GLCC多相流量計系統(tǒng)必將得到更多的應(yīng)用和發(fā)展。 |
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