浅析粉煤灰对煤层气井计量的影响

2018-12-20张宏廷谢保豹

石油工业技术监督 2018年11期

张宏廷，刘猛，谢保豹

中石油煤层气有限责任公司工程技术研究院（陕西西安 710082）

煤层气作为清洁能源越来越受到重视，但煤层气开采过程中伴随煤层气从井口的产出气中所含的水、粉煤灰等杂质会一起流经计量阀组，进入采气汇管后输送到集气站进行除水、除尘、压缩[1]。在生产过程中，水气、粉煤灰对流量计的准确计量产生一定的影响，进而影响煤层气井地产的准确性。以煤层气普遍使用的旋进漩涡流量计为例，研究煤层气开采携带出的粉煤灰对该类型流量计计量的影响，为流量计的选型提供了可靠的数据保障。

1 旋进旋涡流量计工作原理

旋进旋涡流量计流量传感器的流通剖面类似文丘利管的型线。在入口侧安放一组螺旋型导流叶片，当流体进入流量传感器时，导流叶片迫使流体产生剧烈的旋涡流。当流体进入扩散段时，旋涡流受到回流的作用，开始作二次旋转，形成陀螺式的涡流进动现象[2]。该进动频率与流量大小成正比，不受流体物理性质和密度的影响，检测元件测得流体二次旋转进动频率就能在较宽的流量范围内获得良好的线性度。信号经前置放大器放大、滤波、整形转换为与流速成正比的脉冲信号，然后再与温度、压力等检测信号一起被送往微处理器进行计算处理，最后在液晶显示屏上显示出测量结果(瞬时流量、累积流量及温度、压力数据)，如图1所示。

图1 旋进旋涡流量计原理图

2 旋涡流量计计量精度影响因素

2.1 气中含水对计量精度的影响

由于煤层气中含有水分，湿气计量目前仍是国际难点，准确计量存在难度。虽然流量计在干燥气体中检定合格，在实际现场使用条件下仍存在误差。相关实验结果表明，旋涡流量计在体积含气率大于99%的湿天然气，液相（水或凝析烃）体积含率低于0.5%的气体中产生0～6%的正误差（表1）。

2.2 粉煤灰对计量精度的影响

通过磨损试验，随着旋涡叶片被磨损厚度的增加，流量计的线性度变差，相对误差增大。另外，在气量较大、粉尘颗粒较小时，由于气体流速过快[3]，经旋涡发生体加速后，粉尘颗粒对流量计计量腔体和测量探头出现磨损情况，损坏流量计及计量腔，导致出现较大的计量误差。

表1 各类流量计在煤层气的误差统计表 /%

2.3 较大杂质颗粒对计量精度的影响

现场施工和运行过程中，较大的杂质颗粒在不能通过叶片间距时，会堵塞到叶片之间，对流量计精度产生较大的影响。

通过试验数据，随着进气通道被堵塞的数量不同，在6个通道堵塞4个以内时，相对误差呈现正增长；而在通道只剩2个或1个，相对误差变成负值。

2.4 LUM旋涡流量计现场试验

LUM流量计属于简易智能旋进旋涡流量计，工作原理与旋涡流量计相同。从2017年11月20日在韩城区块安装第一台流量计开始，到2018年2月为止共安装5台该型号流量计。目前已安装的5台流量计除1台由于压变损坏无法使用外，其余4台使用良好。具体安装情况见表2。

表2 试验用流量计安装位置统计

1）上述单井原安装流量计为普通旋涡流量计，数据采集至上位机，在数据库进行计算，计算公式如下（由于未采集单井井口产气温度，所有非智能流量计的温度按照20℃计算）。

式中：Q标况为该管线气体在标准状况下的瞬时气量，m3/h；Q工况为该管线内气体在实际工作状态下的瞬时气量，m3/h；P管压为该管线内气体的压力（不含大气压），MPa。

2）一般带温压补偿的标准状况下流量计算公式如下：

式中：Q标况为该管线气体在标准状况下的瞬时气量，m3/h；Q工况为该管线内气体在实际工作状态下的瞬时气量，m3/h；P管压为该管线内气体的压力（不含大气压），MPa；P大气为标准大气压，MPa；T为管线内气体温度，℃。

煤层气井口温度冬季约为4℃、夏季为18℃左右，采用温压补偿计算后，同样的工况流量在冬季和夏季计算出的值与数据库计算的值理论上相差+5.7%和+0.68%。

3）数据分析。更换流量计前后3天数据对比（表3）。经过分析认为：①LUM智能旋涡流量计具有温压补偿功能，瞬时标况计算相对准确。仅温度补偿一项[4-5]，在2018年2月份气候条件下，智能旋涡流量计较普通流量计多6%左右。此外，该流量计压力值测量单位为kPa，自动化系统压力数据采集的单位为MPa，计量精度上有差异，也是导致计量误差偏大的因素。②HC1-36气量波动较大，尤其是更换流量计前后。从单井数据库查询，2017年11月该井换流量计前平均流量2 700 m3，换流量计后一般流量为3 000 m3，差值为+11.1%。③2018年6月生产数据（表4）。上述4口井从2018年6月28日～6月30日生产数据抽样结果看，数据平稳变化不大，性能稳定。