水下生产系统计量方案研究

鞠朋朋，武志坤，陈文峰，张欢，周晓艳

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

随着海洋油气开发逐渐走向深海，水下生产井口的计量愈发重要。准确及时地测量单井的油气水产量，不仅可为油藏部门制定合理的开发方案提供产量数据，还为保证足够的水化物抑制剂注入提供水产量。中国南海某气田有4口水下生产井，水深在200～300m，井口位置分布比较分散，A2井通过9.3km的6“海管回接水下管汇，与管汇处A3、A4井混合后通过6.2km的10”海管输送到A1井在线管汇混合，再通过12.1km的10“海管输送至中心处理平台进行脱水和外输，气田开发示意图如图1。

图1 南海某水下气田开发示意图

根据水下生产系统开发方案，结合当前常见的计量技术和方法，有以下几种方案供选择：

方案一：单井设流量计，每口井单独安装一台流量计，可进行井口的实时计量；

方案二：设置测试管汇和一台水下流量计，通过测试管汇倒阀实现每口生产井的流量计量；

方案三：关井计量，通过关闭相应的水下生产井口，测量水上产量差值来推测水下井口的产量；

方案四：关井计量，通过水下流量计的数值差来推测相应生产井的产量；

方案五：虚拟计量，通过测量相应的传感器数据，进行相关计算推测单井产量。

以上计量方案各有优缺点，综合考虑整个油气田的开发方案和经济性，确定最终的计量方案。

1 计量方案

1.1 方案一：每口井单独设置流量计

在该方案中，每口生产井都单独设置一台多相流量计，多相流量计的测量参数通过采油树的SCM传送至水上控制系统。该方案可实现对每口生产井产量的实时监测，在一台流量计发生故障时不影响其他井口的测量，同时可以根据每口生产井的产量选取合适的测量范围，避免多口生产井共用一台流量计时测量范围不好选取的问题。具体流程如图2。该方案的缺点是生产井数较多时，设备的初始投资和安装费用及维护费用较高。

图2 计量方案一

1.2 方案二：设置测试管汇和水下流量计

该方案通过倒阀实现每口生产井的产量计量。多口水下生产井共用一台水下流量计，且各井口去测试管汇的阀门要求液压控制，可以在水上实现倒阀功能。该方案只需一台水下流量计，但需要设置较多的液压控制阀门，增加了管汇的体积和重量，同时阀门的初始投资和维修工作量也较大；在流量计发生故障时，所有的水下生产井口都无法进行计量。具体流程如图3。

图3 计量方案二

1.3 方案三：关井水上计量

该方案通过关闭相应的水下生产井口，测量平台上段塞流捕集器出口的产量变化来推测水下生产井口的产量。该方案不需要设置水下多相流流量计，也不需要设置测试管汇和用于测量的液压控制阀门，设备初始投资和操作维修量均较低。但该方案计量的准确度较低，影响整个油气田的产量，且无法实现对单井实时计量的需要，在需要核实水化物抑制剂注入量等数据要求较严格的场合，准确度较低。

1.4 方案四：关井水下计量

该方案在水下管汇出口设置流量计，通过关闭相应的水下生产井口，记录流量计的数值差实现单井产量的计量。该方案不要设置测试管汇，也不需设置多台流量计，管汇设计相对简单，流量计的操作维修工作量较小。但在管汇尺寸较大时，流量计不好选取且价格昂贵贵；且无法实现单井的实时计量，在流量计发生故障时，所有的水下井口都无法实现计量。

1.5 方案五：虚拟计量

该方案通过测量各温度、压力传感器的数据，油嘴前后压力，油嘴自身特性和电潜泵特性等相关数据，利用专门的软件进行模拟，计算每口井的产量，无需设置水下流量计和测试管汇等，可节约大量的设备初始投资。但该方案的精确程度与传感器的精确度及系统的维护及时性均高度相关，需要专门培训的操作人员，对后期系统的维护也有较高要求。

综上所述，各计量方案对比如表1。

表1 各计量方案优缺点对比

2 方案对比

方案一相对于其他方案测量数据最全面、最及时，能充分地反映油藏的状况，为制定合理的开发方案提供全面的数据支持；同时由于可以测量每一口生产井的产量，可以实时比较井口水化物抑制剂等注入量是否满足生产要求；在一台流量计发生故障时，其他流量计可以正常生产，互不影响；由于水下各生产井的产量在设计寿命内变化较大，每口井单独设置流量计便于流量计的选择，避免测量范围过大而选取不到合适的流量计。

方案二相对于其他方案，流量计的初始投资和操作维修工作量较低，但增加了管汇的重量和液压控制阀的数量。对于该南海项目，由于井位相对分散，A2井距离A3、A4井的管汇距离达9.3km，A1井距离A3、A4井的管汇距离达6.2km，无法实现测试管汇倒阀计量单井产量的功能，因而不采用此方案。

方案三虽然不要增加水下流量计和测试管汇等投资，但是无法实现各井口产量的实时计量，同时该方案准确度较低，无法满足核实井口水化抑制剂注入量的要求；该方案需要停产，影响气田产量。同时气井在停产后如果不采取适当的措施将会产生水化物，因而对停井后注入甲醇、泄压等要求较高，因而该南海项目未采用该方案。

方案四类似于方案三，虽然设置了水下流量计，但由于各生产井的产量在设计寿命内变化较大，不一定能满足水化物抑制剂注入的准确度要求，同时由于该流量计需要安装在管汇出口，但目前该南海项目管汇未设置SCM等控制模块，同时也无法实现A2井的计量，因而不采用此方案。

方案五需要的传感器精确度较高，软件的维护费用和操作人员的技能要求较高，并且需要根据井口流体物性的变化及时进行调整，后期需要厂家支持的工作量大，维护成本较高；目前应用效果和可靠性需要进一步核实，本着安全可靠的原则，该南海项目未采用此方案。

通过以上的方案比较，最终采取了方案一。

3 结论

单井设流量计实时性好，测量全面及时，但成本较高；关井水上计量影响产量且准确度较低；关井水下计量在选取流量计方面存在不确定性；虚拟计量尚需下一步继续研究，以便今后应用奠定基础。

◆参考文献

[1] 洪毅，毕晓星. 多相流量计的研究及应用[J].中国海上油气（工程），2003，15(4)：16-20.

[2] 张理. 水下生产系统单井计量方案研究[J].中国造船，2009，50（增刊）：403-407.