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天然气流量计投运后发现问题
点击次数:549 发布时间:2014-09-10

问题提问
 中海油某气田28口气井天然气流量计,订货时天然气相对密度按0.82,仪表投运后发现没有一口井采出的气田相对密度是0.82。
问题解答
(1)起因
  中海油南海某气田有4个生产平台,共28口生产井,气田不同单井的产能和产出天然气组分都有较大差异。各井烃类(摩尔百分)含量在23%-83%之间,CO2含量在0.3%~73%之间,N2含量在4%~35%之间,相对密度在0.64~1.28之间。而该处所安装的全部孔板流量计,都是按相对密度。0.82设计的。待气田投产后才发现所有气井没有一口所产天然气的相对密度为0.82。
  相对密度的差异,引起仪表出现很大误差,甚至对气井评价产生相反的结果。因为纯烃含量高的气井,天然气热值高,但因相对密度小,仪表所显示的体积流量值大幅度偏低,从而落了个“低产”的罪名。而CO2含量高的气井,天然气热值低,但因相对密度大,仪表所显示的体积流量值大幅度偏高,从而获得“高产”的美名。
  错误测量结果的误导,也给单井配产和天然气组分调配工作带来问题。
  据报道,该处共有28口气井,投产三年多以来,除一口井产出天然气组分在缓慢变化外,其余生产井天然气组分基本稳定。
  本书将变组分天然气分成三类。上面所述为*种类型.即天然气流量计订货时,工艺专业提供的一种组分数据,待仪表投人使用时,发现实际天然气的组分与订货时的组分数据有很大差异。但组分还是基本稳定的。
  第二种类型的变组分天然气情况更加严酷,其组分的变化是随机的,没有任何规律,变化的幅度也较大,例如炼油厂的干气,将在3.18节中讨论。
  第三种类型的变组分天然气是火炬气。这种天然气的组分变化特点与第二种类型天然气相同,所不同的是火炬气静压低、流速低、流量变化范围大,而且管道内径特别大,一些适用于第二类情况的测量方法,在此也变得无能为力.这种类型流量测量将在3.20节中讨论。
(2)*类变组分天然气的解决方法
①用差压式流量计测量天然气质量流量的基本公式与式(2.1)相同,符号定义也与式(2.1)相同:

式中ρ1—天然气在工作条件下正端取压口处的密度,kg/M3,
    天然气在标准状态下的体积流量计算基本公式为:

式中ρn—天然气在标准状态下的密度,kg/m3
  对于变组分天然气,ρn也是变量,即天然气组分变化时,其标准状态密度也相应变化。为了分析的方便,定义两个新的变量,即ρnd—设计计算时天然气在标准状态下的密度,kg/m3;
ρnf实际使用时天然气在标准状态下的密度,kg/m3。
为了研究ρ1对流量测量的影响,定义另两个变量,即
ρ1d—设计计算时节流件正端取压口处天然气密度,kg/m3;
ρ1t—实际使用时节流件正端取压口处天然气密度,kg/m3。
将式(3.21)中的ρ1改写成式(3.22),式(3.21)中的ρn改写成式(3.23):

将式(3.22)和式(3.23)代入式(3.21)得

式中qvnd——未经密度补偿的标准状态体积流量,m3/h(标准状态)。

从天然气方程知:

式中ρ1f—使用状态天然气密度,kg/m3 ;
      Pf—使用状态天然气压力,MPa;
      pn—标准状态天然气压力,MPa;
      Tn—标准状态天然气热力学温度,K;
      Tf—使用状态天然气热力学温度,K;
      Zn—标准状态天然气压缩系数;
      Zf—使用状态天然气压缩系数;
      ρ1d—设计状态天然气密度,kg/m3;
      ρnd—设计时标准状态天然气密度,kg/M3;
      Pd—设计状态天然气压力,MPa;
      Td—设计状态天然气热力学温度,K;
      Zd—设计状态天然气压缩系数。
 将式((3.25)和式((3.26)代人式((3.24)并化简得:

式中qvn—天然气在标准状态下的体积流量,m3/h(标准状态);
    qvnd—未经密度补偿的标准状态体积流量,m3/h(标准状态);
    其余符号与式(3.26)相同。
    式(3.27)的计算是在流量演算器(模块)中完成的.其中,Pd、Td、ρnd的数值可由孔板计算书查得,然后写人仪表的菜单。Pf和Tf是实侧值.Zd是Td、Pd、Tc(临界温度)和Pc(临界压力)的函数,在流量演算器中计算得到。Zf是Tf, pf. Tc和pc的函数,也在流量演算器中得到。
    式(3.27)中的ρnf是实际使用天然气在标准状态下的密度.由于*类天然气的组分比较稳定,可以离线计算。
    这一方法适用于被测天然气组分只随时间作缓慢而小幅度变化的流量测量对象。
    ②天然气组分完全不变化的测量对象
    对于天然气组分完全不变化的测量对象,如果投运时发现被侧天然气组分与差压装置计算书中有明显差异,除了可用上面所述的具有特殊功能的流量演算器解决问题之外,还可按GB/T2624-2006提供的方法对差压流量计进行重新设计计算。
    GB/T 2624-2006中提供的计算命题共有三个。
    a.*个命题是根据已知条件计算节流件的开孔直径,其程序框图如图3.14所示。仪表制造厂提供的差压装置计算书就是*个命题完成后所做的报告。

    b.第二个命题是根据已知条件计算差压上限,其程序框图如图3.15所示。
    c.第三个命题是根据已知条件计算流量测量上限gmmax,其程序框图如图3. 16所示。
  至于是采用修改差压变送器差压上限的方法,还是采用修改刻度流量的方法,要根据仪表投运后的具体情况选定,也可既修改△Pmax又修改qmmax。

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