摘要：針對(duì)蘇里格氣田井間串接、井口濕氣計(jì)量工藝模式下單井無(wú)液相計(jì)量的問(wèn)題，提出了節(jié)流式流量計(jì)與渦街式流量計(jì)組合測(cè)量濕氣氣液兩相流量的方法。通過(guò)將兩種流量計(jì)測(cè)量管集成，再加上差壓靜壓、頻率溫度集成式傳感器，簡(jiǎn)化了流量計(jì)整體結(jié)構(gòu)。采用室內(nèi)空氣-水兩相流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)該組合式濕氣流量計(jì)的計(jì)量精度進(jìn)行測(cè)試表明：當(dāng)瞬時(shí)液量為 0.05～4 m3/h 時(shí)，組合式濕氣流量計(jì)氣相、液相測(cè)量誤差分別在 5％、20％以?xún)?nèi)。采用分離計(jì)量裝置在氣井井口對(duì)組合式濕氣流量計(jì)計(jì)量精度進(jìn)行測(cè)試表明：泡排氣井氣相、液相測(cè)量平均誤差分別在 5％、20％以?xún)?nèi)，能夠準(zhǔn)確反映氣井出液規(guī)00律0，可為泡排加注制度優(yōu)化提供指導(dǎo)；柱塞氣舉井氣相測(cè)量誤差在 8％以?xún)?nèi)，液相測(cè)量誤差較大，但能夠準(zhǔn)確反映柱塞氣井出液特征，測(cè)試結(jié)果可為柱塞氣井工況診斷及生產(chǎn)制度優(yōu)化提供依據(jù)。（圖 8， 表 2，參 17）
濕氣氣液兩相計(jì)量技術(shù)是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量研究[1-8]。其研究?jī)?nèi)容主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)是節(jié)流式流量計(jì)結(jié)合伽馬射線(xiàn)等相含率測(cè)試技術(shù)，如蘭州海默公司的“文丘里管+伽馬射線(xiàn)”濕氣流量計(jì)、西安銘度公司的“孔板+伽馬射線(xiàn)”濕氣流量計(jì)，該類(lèi)濕氣流量計(jì)測(cè)量精度相對(duì)較高，但裝置成本高，在蘇里格氣田主要用于開(kāi)展氣井氣液兩相移動(dòng)測(cè)試服務(wù)；另一類(lèi)是兩個(gè)或多個(gè)單相流量計(jì)組合，根據(jù)其對(duì)濕氣測(cè)量的不同虛高特性得出氣液兩相測(cè)量模型，如天津大學(xué)的 TTWGF 型“內(nèi)錐+文丘里”濕氣流量計(jì)、其他高校開(kāi)展的雙槽式孔板測(cè)量氣液兩相流技術(shù)等，該類(lèi)技術(shù)尚處于研究及試驗(yàn)階段。
長(zhǎng)慶蘇里格氣田采用的井下節(jié)流、井間串接、井口濕氣計(jì)量工藝大幅降低了地面建設(shè)投資，實(shí)現(xiàn)了氣田的經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)，但井口簡(jiǎn)易孔板流量計(jì)濕氣計(jì)量工藝無(wú)單井液相計(jì)量，且氣相測(cè)量誤差較大，給氣田穩(wěn)產(chǎn)階段的氣井精細(xì)化管理帶來(lái)了困難[9]。現(xiàn)場(chǎng)主要采用分離計(jì)量裝置定期移動(dòng)測(cè)試單井氣液產(chǎn)量[10-12]，成本高，且無(wú)單井氣液產(chǎn)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用。
隨著氣田大面積開(kāi)展泡沫排水、柱塞氣舉等排水采氣措施[13-14]，氣井普遍間歇出液，瞬時(shí)流量波動(dòng)大、流態(tài)復(fù)雜多變，大幅增加了氣井氣液兩相的計(jì)量難度。因此，將節(jié)流式流量計(jì)與渦街式流量計(jì)組合集成，通過(guò)計(jì)算混合流體平均密度實(shí)現(xiàn)氣液兩相流量測(cè)量，并在蘇里格氣田泡排、柱塞氣舉排水采氣井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以期為排水采氣措施氣井生產(chǎn)制度優(yōu)化及精細(xì)化管理提供有效依據(jù)。
1 組合式濕氣流量計(jì)結(jié)構(gòu)
節(jié)流式與渦街式組合測(cè)量濕氣流量計(jì)（簡(jiǎn)稱(chēng)組合式濕氣流量計(jì)）主要由節(jié)流裝置、頻率溫度變送器、差壓壓力傳感器、
流量積算儀、取壓管路等組成（圖 1）。
將旋渦發(fā)生體、傳感器探頭安裝在節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流裝置通道內(nèi)（圖 2），降低了流量計(jì)整體長(zhǎng)度；優(yōu)選EJA110E 型差壓傳感器，可同時(shí)輸出差壓和靜壓，減少了傳感器數(shù)量；將壓電芯片（旋渦頻率信號(hào)檢測(cè)傳感器）和 PT100 熱電阻（溫度信號(hào)檢測(cè)傳感器）封裝在一起形成頻率溫度一體化傳感器，減少了傳感器管道開(kāi)孔數(shù)量；流量積算儀（圖 3）基于 EJA110E 型差壓傳感器二次開(kāi)發(fā)，通過(guò) HART 協(xié)議與差壓壓力傳感器通信、RS485 協(xié)議與頻率溫度傳感器通信，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集處理、流量計(jì)算及顯示功能。該設(shè)計(jì)思路減少了傳感器數(shù)量，簡(jiǎn)化了流量計(jì)結(jié)構(gòu)，有利于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
2 測(cè)量原理
渦街式流量計(jì)通過(guò)測(cè)量旋渦頻率信號(hào)實(shí)現(xiàn)流體流量測(cè)量[15]，節(jié)流式流量計(jì)通過(guò)測(cè)量差壓實(shí)現(xiàn)流體流量測(cè)量[16]。當(dāng)濕氣在水平管中以大于 15 m/s 的流速流動(dòng)時(shí)，濕氣中氣液兩相流為環(huán)霧流，通常稱(chēng)為霧狀流，可近似為均相流。將以上兩種流量計(jì)組合同時(shí)測(cè)量濕氣，理論上可以實(shí)現(xiàn)濕氣氣液混合流體平均密度測(cè)量，根據(jù)已知的氣、液?jiǎn)蜗嗝芏瓤赏茖?dǎo)得出氣液兩相流量[17]。
因兩種流量計(jì)測(cè)量濕氣均存在虛高，得出的氣液流量與實(shí)際流量不一致，但能反映變化趨勢(shì)，因此采用室內(nèi)空氣-水兩相流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)理論模型測(cè)量結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)修正，并建立氣液兩相流量與氣液混合流體平均密度的修正模型。該組合式濕氣流量計(jì)的測(cè)量精度理論上取決于修正模型的準(zhǔn)確度，由于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)介質(zhì)與氣井現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)的差異性，且室內(nèi)為低壓工況，因此應(yīng)用于氣井現(xiàn)場(chǎng)中低壓工況時(shí)會(huì)導(dǎo)致誤差增大。
3 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)
采用空氣-水兩相流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)組合式濕氣流量計(jì)進(jìn)行了氣液計(jì)量精度測(cè)試。
3.1 實(shí)驗(yàn)流程
實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為空氣和水。實(shí)驗(yàn)中，空氣由壓縮機(jī)升壓后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐進(jìn)行穩(wěn)流，然后經(jīng)氣量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)后采用
孔板流量計(jì)計(jì)量；水由水泵升壓進(jìn)入儲(chǔ)水罐穩(wěn)壓，然后經(jīng)水流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)后采用質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量；空氣和水單獨(dú)計(jì)量后混合，流經(jīng)組合式濕氣流量計(jì)進(jìn)行氣液兩相流量測(cè)量，然后氣液混合流體進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣液分離，空氣通過(guò)調(diào)壓閥排入大氣，水通過(guò)排液閥進(jìn)入敞口水池循環(huán)利用�？諝夤艿拦軓� 50 mm，水管道為管徑 40 mm、15 mm 的兩路管道并聯(lián)，空氣與水混合后的管道管徑為 50 mm；將組合式濕氣流量計(jì)測(cè)量的氣、液流量值與混合前氣、液流量單獨(dú)測(cè)量值進(jìn)行比對(duì)，即可評(píng)價(jià)該組合式濕氣流量計(jì)計(jì)量精度（圖 4）。
3.2 實(shí)驗(yàn)工況
組合式濕氣流量計(jì)樣機(jī)參數(shù)：管徑 50 mm，節(jié)流通道內(nèi)直徑 25 mm，設(shè)計(jì)壓力 6.3 MPa，差壓傳感器量程0～500 kPa。實(shí)驗(yàn)工況：空氣流量為 200 m3/h、400 m3/h、600 m3/h， 共 3 個(gè)流量點(diǎn)；水流量在 0～6 000 L/h 之間，有 30 多個(gè)流量點(diǎn)；壓力約為 0.8 MPa，共測(cè)試 100 余組不同工況；液氣體積比在 0～0.016 范圍內(nèi)變化，流體溫度在16～34 ℃之間變化，流量計(jì)差壓在 1.8～298 kPa 之間變化�？諝夂退拿芏确謩e為 1.209 kg/m3 和 998 kg/m3。
3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
以孔板流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表分別測(cè)量空氣和水的流量，通過(guò)調(diào)節(jié)不同工況下的空氣、水流量，待流量計(jì)瞬時(shí)流量顯示穩(wěn)定后，同時(shí)記錄空氣、水標(biāo)準(zhǔn)表瞬時(shí)流量和組合式濕氣流量計(jì)測(cè)量的氣液瞬時(shí)流量，計(jì)算在不同工況下組合式濕氣流量計(jì)氣液測(cè)量誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)瞬時(shí)液量在50～4 000 L/h 范圍內(nèi)時(shí)，該組合式濕氣流量計(jì)氣、液測(cè)量誤差分別在 5％、20％以?xún)?nèi)；超出此范圍，組合式流量計(jì)測(cè)量誤差增大（圖 5）。
4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
2017—2018 年先后在蘇里格氣田泡沫排水井、柱塞氣舉井開(kāi)展了該組合式濕氣流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（圖 6），組合式濕氣流量計(jì)與分離計(jì)量裝置串聯(lián)安裝，將分離計(jì)量裝置作為標(biāo)準(zhǔn)裝置，測(cè)試組合式濕氣流量計(jì)的測(cè)量精度。井口濕氣首先經(jīng)過(guò)組合式濕氣流量計(jì)計(jì)量，然后通過(guò)分離計(jì)量裝置進(jìn)行氣液分離計(jì)量，分離后氣相采用
旋渦流量計(jì)計(jì)量（準(zhǔn)確度 1.5 級(jí)），液相采用
磁浮子液位計(jì)計(jì)量（精度 1 mm，折合體積 0.2 L），可根據(jù)分離器實(shí)時(shí)液位計(jì)算出瞬時(shí)液量，氣液分離計(jì)量后混輸至采氣管道。
4.1 泡排井試驗(yàn)
2017 年在蘇 1 井開(kāi)展試驗(yàn)（表 1），該井定期向油管加注泡排劑排水生產(chǎn)，試驗(yàn)期間生產(chǎn)油壓 2.7 MPa，瞬時(shí)氣量在 400～1 000 m3/h 內(nèi)波動(dòng)，間歇出液，出液期間瞬時(shí)液量在 0～2 000 L/h 內(nèi)波動(dòng)。采用分離計(jì)量裝置比對(duì)測(cè)試，組合式濕氣流量計(jì)氣、液測(cè)量平均誤差分別為 3.3％、-10.1％，當(dāng)氣井產(chǎn)液較小時(shí)，液相誤差超出 ±20％；當(dāng)氣井產(chǎn)液較大時(shí)，液相誤差在 ±20％內(nèi)。
由蘇 1 井組合式濕氣流量計(jì)測(cè)量氣液瞬時(shí)流量變化曲線(xiàn)（圖 7）可見(jiàn)，當(dāng)該井瞬時(shí)液量迅速增大，即帶出井筒積液時(shí)，產(chǎn)氣量上升，表明該井泡沫排水采氣措施有效；隨后瞬時(shí)氣量逐漸降低，且瞬時(shí)液量較小或不產(chǎn)液，表明井筒開(kāi)始積液，需要及時(shí)加注泡排劑輔助生產(chǎn)。分析認(rèn)為，該組合式濕氣流量計(jì)測(cè)量氣、液流量能夠準(zhǔn)確反映泡排氣井的生產(chǎn)規(guī)律，可有效指導(dǎo)氣井泡排生產(chǎn)制度優(yōu)化及精細(xì)化管理。
4.2 柱塞氣舉井試驗(yàn)
2018 年在蘇 2 井開(kāi)展試驗(yàn)（表 2），該井采用柱塞氣舉排水采氣生產(chǎn)，生產(chǎn)制度為關(guān) 6 h 開(kāi) 2 h，生產(chǎn)過(guò)程中油壓約 1.0 MPa，日均產(chǎn)氣量 0.4×104
m3。
采用分離計(jì)量裝置比對(duì)測(cè)試，該濕氣流量計(jì)氣相測(cè)量誤差在 ±8％內(nèi)，液相測(cè)量誤差較大。由蘇 2 井組合式濕氣流量計(jì)與分離計(jì)量裝置測(cè)量瞬時(shí)氣量、瞬時(shí)液量比對(duì)曲線(xiàn)（圖 8）可見(jiàn)：柱塞氣舉井生產(chǎn)過(guò)程中出液持續(xù)時(shí)間極短且瞬時(shí)液量很大，主要以段塞流形式出現(xiàn)，表明柱塞順利將井筒積液從井底舉升至井口，柱塞運(yùn)行正常；如果氣井不產(chǎn)液，表明柱塞運(yùn)行不正常。該組合式濕氣流量計(jì)能夠準(zhǔn)確反映氣井瞬時(shí)氣量、液量的變化規(guī)律，可以準(zhǔn)確判斷柱塞運(yùn)行情況，指導(dǎo)氣井生產(chǎn)制度優(yōu)化。
4.3 測(cè)量誤差
組合式濕氣流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果相對(duì)于室內(nèi)測(cè)試，誤差增大的主要原因?yàn)椋?/div>
（1）組合式濕氣流量計(jì)需要輸入氣相組分及液相密度，蘇里格氣田氣井產(chǎn)出天然氣氣相組分變化不大，但氣井產(chǎn)出液體中普遍含有凝析油，即為油水混合物，不同井或同一井不同生產(chǎn)階段凝析油體積分?jǐn)?shù)不一致，現(xiàn)場(chǎng)不便于確定。因此，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，取區(qū)塊凝析油平均體積分?jǐn)?shù)計(jì)算出液相平均密度，導(dǎo)致濕氣流量計(jì)液相測(cè)量誤差增大。
（2）氣井加注泡排劑后，產(chǎn)出液起泡導(dǎo)致密度發(fā)生變化，且泡沫液進(jìn)入分離器后致使分離效果變差，因此，分離計(jì)量裝置測(cè)量的液相體積不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致泡排井液相測(cè)量誤差增大。
（3）因室內(nèi)空氣-水兩相流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)條件限制，組合式濕氣流量計(jì)測(cè)量模型是在室內(nèi) 1.2 MPa 以下、液相流量 0～4 m3/h 范圍內(nèi)修正得出的，超出此范圍會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差增大�，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)蘇 1 井生產(chǎn)油壓為2.7 MPa，蘇 2 井出液時(shí)瞬時(shí)液量在 0～7 000 L/h 波動(dòng)（圖 8），均超出了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)工況，也造成濕氣流量計(jì)測(cè)量誤差增大。
5 結(jié)論
（1）組合式濕氣流量計(jì)通過(guò)測(cè)量濕氣平均密度實(shí)現(xiàn)氣液兩相流量測(cè)量，室內(nèi)空氣-水兩相流實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)瞬時(shí)液量在 50～4 000 L/h 范圍時(shí)，組合式濕氣流量計(jì)氣、液相測(cè)量誤差分別在 5％、20％內(nèi)，超出此范圍測(cè)量誤差則會(huì)增大。
（2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該濕氣流量計(jì)測(cè)量泡排氣井產(chǎn)出濕氣時(shí)，氣、液測(cè)量平均誤差分別在 5％、20％內(nèi)，能夠準(zhǔn)確反映泡排氣井出液規(guī)律；當(dāng)測(cè)量柱塞氣舉井產(chǎn)出濕氣時(shí)，氣相測(cè)量誤差在 ±8％內(nèi)、液相測(cè)量誤差較大，但瞬時(shí)液量測(cè)量結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映柱塞井出液特征。
（3）因蘇里格氣田氣井產(chǎn)出液相中含有凝析油及泡沫，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)工況無(wú)法包括現(xiàn)場(chǎng)氣井全部工況，導(dǎo)致濕氣流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試誤差大，但測(cè)量數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映出液規(guī)律，可以通過(guò)對(duì)氣井大液量段出液時(shí)機(jī)及規(guī)律進(jìn)行分析，有效評(píng)價(jià)泡排、柱塞氣舉措施效果，進(jìn)而指導(dǎo)制度優(yōu)化，提高氣井精細(xì)管理水平。
