摘要：元壩氣(qì)田是(shì)中石(shí)化(huà)成功開(kāi)發的(de)第二(èr)個大型酸性氣田。在氣田(tián)開(kāi)發中，克(kè)服(fú)傳統計量裝(zhuāng)置在高(gāo)含硫(liú)氣(qì)體計量(liàng)存在的(de)問題，實行(háng)準确計量(liàng)關乎(hū)開發(fā)的成敗。 外夾式(shì)超聲(shēng)波流(liú)量計 能有(yǒu)效的(de)解決(jué)酸性(xìng)氣(qì)田計量(liàng)中存在的問題(tí)，除(chú)常規計量影(yǐng)響因(yīn)素外(wài)，計量(liàng)管段(duàn)附(fù)着的水(shuǐ)珠、沉積的單質(zhì)硫對(duì)計量的準(zhǔn)确性也影(yǐng)響較(jiào)大。結(jié)合現場運(yùn)用中實際問題，分析問題(tí)原因(yīn)，找出了解決計量不準的切實(shí)可行的(de)措施(shī)，明(míng)确下一步(bù)攻關(guān)的方向，值得高(gāo)含硫(liú)氣田開發(fā)借(jiè)鑒。
前(qián)言(yán)
　　元壩(bà)氣田是中(zhōng)石(shí)化(huà)繼普光氣(qì)田之(zhī)後，成功(gōng)開發的第二(èr)個酸(suān)性整裝大型氣藏。氣(qì)田分一二期不(bú)同時(shí)間投運，2014年(nián)12月一(yī)期試采工程第一(yī)口井建(jiàn)成投産，2016年(nián)二期(qī)滾動工程各個(gè)井陸續投産，從而實現氣(qì)田滿(mǎn)負荷運(yùn)行生産(chǎn)，目前淨化氣年(nián)生産能力爲(wèi)34億方。氣(qì)田(tián)天然氣(qì)中硫化(huà)氫(qīng)含量(liàng)2.7～8.44%（體積含量，下同(tóng)），平(píng)均(jun1)爲5.44%；二(èr)氧化(huà)碳含量3.12-15.5%，屬于高(gāo)含硫化氫(qīng)，中含二氧化(huà)碳氣田(tián)。
　　在氣田開發中，同其他氣(qì)田一(yī)樣，準确的計量(liàng)天然氣、水(shuǐ)（部分井産水）的産量(liàng)，對于氣井産能(néng)評價、生産(chǎn)動态(tài)分析(xī)、油(yóu)氣井配(pèi)産、生産(chǎn)制(zhì)度調整、調(diào)剖堵水、措施維護等(děng)起着(zhe)決定性(xìng)的(de)作用(yòng)，甚至關乎(hū)一(yī)口井的生(shēng)死存亡(wáng)。
1元壩氣(qì)田計量(liàng)存在(zài)的(de)問題
　　在(zài)已有的天然氣(qì)計量中，以孔闆(pǎn)節流(liú)爲(wèi)代表的計量(liàng)裝(zhuāng)置需與(yǔ)氣體(tǐ)直接接觸，在元壩氣田采(cǎi)氣井的運用(yòng)中(zhōng)存在(zài)以下問題(tí)：
（1）含水(shuǐ)的高(gāo)酸性(xìng)環境(jìng)中，酸性氣(qì)體對計量材料(liào)的腐(fǔ)蝕性較強(qiáng)，傳統計(jì)量孔闆(pǎn)容易(yì)因腐(fǔ)蝕而(ér)出現(xiàn)計量(liàng)孔徑(jìng)變大(dà)，從而使得(dé)計量不(bú)準(zhǔn)；
（2）改變(biàn)計量裝置材質(zhì)，使用鎳基材料雖能有效解決腐蝕問題，但整(zhěng)個計量裝置（包(bāo)括前後(hòu)管段、高(gāo)孔閥(fá)、孔闆(pǎn)等）所(suǒ)需費(fèi)用(yòng)大，經濟(jì)上不(bú)劃算(suàn)；
（3）安裝(zhuāng)接觸式計量裝(zhuāng)置，增(zēng)加了流程(chéng)焊接(jiē)、連接點的數量(liàng)，特(tè)别是高(gāo)孔閥的(de)壓闆及(jí)密封(fēng)材料、放空閥、排污閥等地方，容易(yì)出(chū)現因(yīn)密封不嚴、腐蝕而導(dǎo)緻高含硫(liú)天然氣的洩漏，增加(jiā)開采(cǎi)安全風險；
（4）高(gāo)含硫天然氣開(kāi)采中容(róng)易析出(chū)單質硫，特别是在流态(tài)發生(shēng)變化(huà)、産生(shēng)輕微節流處的(de)孔闆後更(gèng)易于聚(jù)集單質(zhì)硫，改(gǎi)變流速及流态(tài)，影響計(jì)量(liàng)準确(què)性。
2外夾式超聲波流(liú)量計在元(yuán)壩的運用
　　爲解(jiě)決上(shàng)述開(kāi)發(fā)中(zhōng)的突出問(wèn)題，元(yuán)壩氣田采集輸(shū)系統(tǒng)采用(yòng)了外(wài)夾(jiá)式(shì)超聲(shēng)波流(liú)量計(jì)來計(jì)量酸性天然(rán)氣、含硫(liú)氣田(tián)水。
　　外夾式超聲(shēng)波流量計是采取(qǔ)措(cuò)施把(bǎ)發射(shè)、接頭探頭固定在(zài)測(cè)試管外壁，實(shí)現(xiàn)對氣(qì)體流量進行測量的計量裝置(zhì)。該裝置(zhì)安(ān)裝在(zài)一長段直、光滑(huá)、内外表(biǎo)面無缺陷的(de)直管段上。裝(zhuāng)置主(zhǔ)要包括探頭(tóu)、電(diàn)纜、自(zì)動(dòng)積算顯(xiǎn)示儀等(děng)元器(qì)件(jiàn)，探(tàn)頭通(tōng)過電纜(lǎn)與流量(liàng)積算儀連接，并(bìng)連接(jiē)有外接電(diàn)源。探頭加工成(chéng)與管道表(biǎo)面一(yī)緻的(de)弧(hú)形，能高度(dù)吻合的緊貼(tiē)在管道(dào)外壁上(shàng)。該裝置有溫度(dù)、壓力的(de)自動補(bǔ)償功能，能根據現場實際工況(kuàng)自動調整計算(suàn)流量(liàng)時的參數變化。
　　超聲(shēng)波流(liú)量計 的測量原(yuán)理是在管(guǎn)道兩(liǎng)側布置一組(zǔ)（單(dān)聲道）或多(duō)組探頭（雙通道或多(duō)通道(dào)），通過發射聲(shēng)波，在另一側(cè)接收聲波的原理來(lái)進行氣體(tǐ)流量測量(liàng)的。氣體壓(yā)力越高，聲(shēng)波傳(chuán)播速(sù)度越(yuè)快，接收探頭接(jiē)收到信号(hào)的時(shí)間越(yuè)短；氣(qì)體流(liú)速越快，聲波發生(shēng)偏(piān)移越大，探(tàn)頭接(jiē)收到(dào)信号(hào)的時間越(yuè)長。
　　測量時，爲(wèi)減小探(tàn)頭與(yǔ)測量管外(wài)壁之間空氣對(duì)測量(liàng)精度(dù)的影響，在探頭(tóu)與被(bèi)測管道外壁間(jiān)添加了降噪膜，并塗上(shàng)液體耦(ǒu)合劑(jì)，大大減小(xiǎo)了測(cè)量(liàng)誤差。
　　外(wài)夾式超聲波流量計由于安裝在酸性氣(qì)體的(de)管道(dào)外壁(bì)，測量(liàng)元件(jiàn)不直接與酸性氣體接觸(chù)，有效解決了傳(chuán)統流(liú)量測(cè)量在(zài)酸性氣田(tián)中遇(yù)到的突(tū)出問題。
3計量準确性的(de)影響(xiǎng)因素(sù)
　　超聲(shēng)波流(liú)量(liàng)計(jì)發射探頭(tóu)發送(sòng)的信(xìn)号源到(dào)接收探頭依次(cì)經過帶(dài)有耦合劑(jì)的發射端降噪膜、發(fā)射端管壁、流動的氣體(tǐ)、接收端管壁、帶有耦合劑的(de)接收端降(jiàng)噪膜。結合元壩氣田(tián)實際情況(kuàng)，存在下(xià)列(liè)影響(xiǎng)因素(sù)：
（1）探(tàn)頭加工(gōng)弧度與測量管(guǎn)段的(de)吻合度
超(chāo)聲波(bō)流量(liàng)計測(cè)量氣(qì)體流量時(shí)，探頭夾持在測(cè)量管(guǎn)段的外壁上。探頭(tóu)加工成(chéng)與管段相同的(de)弧形，加工(gōng)精度(dù)越高(gāo)，與被測量(liàng)管段(duàn)越(yuè)吻合，探頭與管壁之間(jiān)的間歇(xiē)越(yuè)小，對聲波傳播的影(yǐng)響越小(xiǎo)，計量越準确，反之則計(jì)量越不準(zhǔn)确。
（2）降(jiàng)噪膜和耦合劑(jì)
　　超聲波流量計(jì)的發射探頭、接收探(tàn)頭無論加(jiā)工精(jīng)度如何與(yǔ)測量管段外壁吻合(hé)，其安裝接觸間實在(zài)存在(zài)氣體(tǐ)間隔。安裝降噪膜和耦合(hé)劑後(hòu)，探頭與管(guǎn)壁間将充(chōng)滿液體和固(gù)體，聲波(bō)在液(yè)體固(gù)體中(zhōng)的傳播速度遠(yuǎn)大于在氣體中的傳播速(sù)度，因此，安裝充滿耦合劑(jì)的降噪膜(mó)後将減小計量(liàng)誤差(chà)。
　　耦合劑(jì)爲液體，在(zài)使用中不可(kě)避免出現(xiàn)幹燥，變質(zhì)，再加上降(jiàng)噪(zào)膜有可(kě)能存在損(sǔn)壞等(děng)原因，都有(yǒu)可能(néng)影響計量計量精度(dù)，爲此(cǐ)，需适(shì)時(shí)檢(jiǎn)查耦(ǒu)合劑(jì)、降噪(zào)膜，必(bì)要時(shí)進行更換安裝。
（3）測量段(duàn)管線固(gù)有特性
　　與其他測(cè)量一樣(yàng)，要求(qiú)測量段管(guǎn)線精度高，管段平直(zhí)、光滑，内(nèi)外(wài)壁無缺陷(xiàn)，滿足(zú)測量(liàng)要求。另外，針對(duì)高含硫氣體(tǐ)，要(yào)求測(cè)量管(guǎn)段材質抗硫(liú)，不存在因腐蝕而(ér)出現影響氣體流态(tài)，進而(ér)影響計(jì)量準确性的現象(xiàng)出現(xiàn)。
（4）測(cè)量點的位置(zhì)
　　要使得測(cè)量更加準确，需(xū)盡可(kě)能保(bǎo)證(zhèng)被(bèi)測量氣體(tǐ)在管(guǎn)道内的流動保(bǎo)持層(céng)流狀态，因此，測量點(diǎn)需遠(yuǎn)離彎頭、三通(tōng)、大(dà)小頭(tóu)等地方，處(chù)于一相對較長的直的管段上，必要(yào)時(shí)可以采(cǎi)取安裝整流器(qì)等輔助設(shè)置來使氣(qì)體(tǐ)爲層流(liú)狀态。
（5）流經水珠(zhū)影響
　　元壩氣田(tián)與其他氣田一樣，氣(qì)田(tián)産(chǎn)水。雖(suī)然計量(liàng)前(qián)經過(guò)分離，但分離不(bú)徹(chè)底的液(yè)滴、天(tiān)然氣(qì)中(zhōng)未分離(lí)的微小(xiǎo)液(yè)滴顆(kē)粒随(suí)氣流流經(jīng)計量管段(duàn)，會形(xíng)成(chéng)新(xīn)的液滴附(fù)着在管壁上，并形成流動的液(yè)滴。當液(yè)滴(dī)流經(jīng)至主(zhǔ)超(chāo)聲波傳(chuán)遞的通道上時(shí)，不僅改變聲波(bō)傳遞的速(sù)度，還改變主(zhǔ)聲波傳(chuán)遞的方向，使得接收探頭提前(qián)接收到信号或(huò)根本(běn)接收(shōu)不到(dào)信号，影響計量(liàng)精度(dù)。
（6）析(xī)出單質硫的影(yǐng)響
　　元壩(bà)高含(hán)硫氣(qì)田開(kāi)發實踐(jiàn)證明，管道内(nèi)易析出單(dān)質硫(liú)。析出的單(dān)質硫(liú)附着在管(guǎn)壁上，減小氣體流經(jīng)通道，使得(dé)接收(shōu)探(tàn)頭接收到信(xìn)号的時間變短(duǎn)；不規則的(de)硫沉(chén)積，改變氣體流動狀(zhuàng)态，使得氣(qì)體(tǐ)從層流(liú)變爲紊流(liú)；不規(guī)則硫沉(chén)積量及(jí)厚度，改(gǎi)變超聲(shēng)波傳(chuán)播(bō)方向，有(yǒu)可能導緻接收(shōu)探頭(tóu)無(wú)法接收(shōu)到超聲波信号(hào)。綜合(hé)影響的結(jié)果，計量出(chū)現較(jiào)大偏差(chà)。
4運用中(zhōng)存在(zài)的(de)問(wèn)題
　　元壩氣田一期試(shì)采工程2014年12月開(kāi)始投産，外夾式(shì)超聲波流量計(jì)設計(jì)安(ān)裝(zhuāng)位置有(yǒu)2種：13口(kǒu)井站的(de)安裝在(zài)多相流(liú)計量分離器撬(qiào)塊的(de)氣(qì)相出口豎直管線上；集(jí)輸總站安(ān)裝水(shuǐ)平管(guǎn)道上(shàng)。通過對超(chāo)聲波流量計的調(diào)試，運行(háng)，各計量裝置相(xiàng)繼投用(yòng)。在計量(liàng)過程中(zhōng)，井站出現下述突出問(wèn)題：
（1）13口井站計量(liàng)不正(zhèng)常，數據時(shí)有(yǒu)時(shí)無，變(biàn)化異(yì)常；
（2）13口(kǒu)井(jǐng)站(zhàn)計量數據上(shàng)下波動幅度大，最(zuì)大數(shù)據超(chāo)過對應井産(chǎn)氣能(néng)力的2-3倍(bèi)（一般(bān)采(cǎi)用測(cè)試(shì)試采制(zhì)度生産(chǎn)，以測(cè)試穩定産(chǎn)能評價）。
（3）部分井站(zhàn)在(zài)使用(yòng)一段(duàn)時間後接(jiē)收(shōu)不到超(chāo)聲波(bō)信号(hào)，無法實(shí)行計量。
5解決(jué)措(cuò)施及效(xiào)果
（1）改變安裝位(wèi)置，計量相對準(zhǔn)确、可靠
　　針對元(yuán)壩氣田(tián)一期試(shì)采工程出現的(de)計量問題，結合(hé)集氣總站運用(yòng)的實際效(xiào)果，反(fǎn)複進行(háng)現場試(shì)驗，整(zhěng)改，分析，認(rèn)爲管(guǎn)壁上附着、流動的(de)水珠有(yǒu)可能對測(cè)量産生較大影響。豎(shù)直測量(liàng)管的水(shuǐ)珠呈360度随機分(fèn)布、流動，一(yī)旦流(liú)經發射、接收探(tàn)頭處，影(yǐng)響計量精度(dù)。若(ruò)采用水(shuǐ)平安裝，發射、接(jiē)收探頭安裝在(zài)側面，附(fù)着、流動(dòng)的水珠(zhū)在探頭的位置的數量(liàng)、幾率(lǜ)将成(chéng)倍的(de)減小，從而(ér)可使(shǐ)得影(yǐng)響變小。
　　在2015年、2016年對(duì)一(yī)期試采工程(chéng)的13口井(jǐng)進行了外夾式超聲(shēng)波流量(liàng)計(jì)安裝位置的更(gèng)換，改豎直安裝(zhuāng)爲水(shuǐ)平安(ān)裝，效(xiào)果明顯。
　　二期滾(gǔn)動工(gōng)程(chéng)在一期(qī)試采工程的基(jī)礎上(shàng)，優化了超聲波流(liú)量計的(de)安裝位置，改豎(shù)直安裝位(wèi)置爲(wèi)水平安裝位置。通過運行(háng)表明(míng)，數據的穩(wěn)定性(xìng)、準确性大幅度(dù)提高，基(jī)本(běn)能反應各井的(de)真實(shí)産能。
（2）移動探頭(tóu)位置(zhì)，成功找到(dào)丢失(shī)信号(hào)
　　超聲(shēng)波流量計，按照(zhào)原理，結合(hé)現場情況，通過模拟(nǐ)、計算，發射(shè)、接收探頭位置(zhì)相對(duì)固定，在相應(yīng)位置安(ān)裝發射、接(jiē)收探頭，能準确接收(shōu)到發(fā)射探(tàn)頭(tóu)發出的(de)超聲波。但(dàn)在(zài)元壩氣(qì)田運用(yòng)中(zhōng)，一些(xiē)井站在不同生産時(shí)間，出現信(xìn)号丢失的現象(xiàng)。通過分析(xī)判斷，并試(shì)探性采用(yòng)移動探(tàn)頭位置(zhì)，成功(gōng)找(zhǎo)到超聲(shēng)波(bō)信号的最佳(jiā)接收點，并恢複(fú)計量。
（3）采(cǎi)購(gòu)便攜(xié)式超(chāo)聲波流量(liàng)計進行流(liú)量核(hé)查
爲使得各井(jǐng)的流量(liàng)計量(liàng)貼(tiē)合氣井生(shēng)産實(shí)際，廠購買(mǎi)了 便(biàn)攜式超(chāo)聲波流(liú)量計 ，不定時對(duì)井站産量進行便攜(xié)式測(cè)量，并與固定式超聲(shēng)波流量計計量(liàng)數據進行對比(bǐ)分析，判斷計量(liàng)準确性(xìng)，并及時(shí)對可能(néng)存(cún)在的計量(liàng)差較大、信(xìn)号(hào)丢失等問題(tí)進行(háng)診(zhěn)斷、解決(jué)。
6結論及建(jiàn)議
（1）外(wài)夾式超(chāo)聲(shēng)波流(liú)量計(jì)在高含硫(liú)氣田(tián)中用于氣(qì)體流量計(jì)量，能(néng)解決常(cháng)規(guī)計量(liàng)裝置在高含硫(liú)氣田(tián)計量(liàng)中存(cún)在的計(jì)量(liàng)不準(zhǔn)、設備腐(fǔ)蝕等(děng)問(wèn)題。
（2）高含(hán)硫(liú)氣田超聲波(bō)流(liú)量計(jì)計量準确(què)性的(de)影響因素較多(duō)，包括探頭吻(wěn)合度，降(jiàng)噪(zào)膜和耦(ǒu)合劑的運用、測量管特性、含硫(liú)氣體析(xī)出(chū)的水(shuǐ)珠、高(gāo)含硫氣體(tǐ)析出并沉積的(de)單質硫等(děng)。
（3）超聲波流量計安裝(zhuāng)在(zài)水平位置的(de)計量(liàng)準确(què)性高(gāo)于安(ān)裝(zhuāng)在豎直位置時的(de)計量準确(què)性。
（4）針對高(gāo)含硫氣(qì)田(tián)計量(liàng)管段，下一(yī)步将(jiāng)開展如何(hé)監測析出硫(liú)對計量(liàng)準确性的影響程度，如何采取(qǔ)措施（包(bāo)括(kuò)溶硫(liú)劑溶(róng)硫、機械除(chú)硫）來(lái)清(qīng)除管線内沉積(jī)的硫，進(jìn)而提高計量的準确性。

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