林　飛， 鄧克樹， 馬　杰， 鄧傳忠

(中海石油(中國)有限公司 崖城作業(yè)公司，廣東 深圳 518067)

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高溫氣井產(chǎn)水量地面計(jì)量誤差修正

林飛， 鄧克樹， 馬杰， 鄧傳忠

(中海石油(中國)有限公司 崖城作業(yè)公司，廣東 深圳 518067)

氣田水產(chǎn)量誤差直接影響對氣田開發(fā)方案實(shí)施效果的分析判斷和調(diào)整挖潛措施的制定。而傳統(tǒng)的水產(chǎn)量計(jì)量系統(tǒng)誤差隨著氣藏壓力的降低而增加，影響了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過計(jì)算天然氣飽和含水量來修正計(jì)量結(jié)果，帶理論推導(dǎo)的半經(jīng)驗(yàn)公式能有效減小由于生產(chǎn)水以氣相形式存在而導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差，具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和可用性。結(jié)果表明，采用帶理論推導(dǎo)的半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算天然氣含水量對產(chǎn)量計(jì)量結(jié)果經(jīng)過修正能大幅降低計(jì)量誤差，平均誤差率由60%減小到6%以內(nèi)，對實(shí)際生產(chǎn)有一定參考價(jià)值。

天然氣；飽和含水量；計(jì)算方法；產(chǎn)量計(jì)量；系統(tǒng)誤差；修正

氣田水產(chǎn)量是氣田開發(fā)動(dòng)態(tài)分析的重要資料，其誤差將直接影響對氣田開發(fā)方案實(shí)施效果的分析判斷和調(diào)整挖潛措施的制定[1]。而傳統(tǒng)的水產(chǎn)量計(jì)量系統(tǒng)誤差隨著氣藏壓力的降低而增加，影響了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。本文以Y13氣田為例，通過計(jì)算天然氣飽和含水量來修正計(jì)量結(jié)果，降低計(jì)量誤差，為生產(chǎn)實(shí)際提供指導(dǎo)。

Y13氣田產(chǎn)量計(jì)量系統(tǒng)如圖1所示，當(dāng)生產(chǎn)壓力從3.45 MPa降低至2.41 MPa后，計(jì)量的產(chǎn)出水量不升反降，與氣井開采規(guī)律相悖。分析其原因，是由于單井產(chǎn)量計(jì)量設(shè)備沒有溫度控制單元(見圖1)，導(dǎo)致部分產(chǎn)出水以飽和水蒸氣的形式隨著天然氣進(jìn)入下游流程而未被水相流量計(jì)測量，造成了產(chǎn)量計(jì)量的系統(tǒng)誤差。

圖1　Y13氣田產(chǎn)量計(jì)量系統(tǒng)示意

Y13氣藏埋深約3 800 m，溫度高達(dá)175～180 ℃。到達(dá)地面產(chǎn)量測試設(shè)備的流體溫度約130 ℃。根據(jù)水蒸氣飽和壓力表，在測試設(shè)備中水蒸氣分壓高達(dá)0.27 MPa[2]。根據(jù)道爾頓分壓定律，天然氣體系壓力越低，水蒸氣在天然氣中的比例越高。計(jì)量的系統(tǒng)誤差也會隨之增加。天然氣體系壓力變化到一定程度時(shí)，便會出現(xiàn)有悖常識的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

為了解決這一問題，常見做法是給產(chǎn)量計(jì)量設(shè)備加裝溫度控制器，使絕大部分天然氣飽和冷凝后通過水相流量計(jì)[3]。但海上油氣生產(chǎn)設(shè)施空間有限，且在海洋平臺上加裝一套測試分離器溫控設(shè)備，工程費(fèi)用可能高達(dá)數(shù)百萬，維護(hù)成本也較高，現(xiàn)場施工還會增加安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，該方案可行性較差。通過計(jì)算天然氣飽和含水量來修正計(jì)量結(jié)果，減小產(chǎn)量計(jì)量誤差的方案可用性更強(qiáng)，更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1　天然氣飽和含水量計(jì)算方法選擇

計(jì)算天然氣飽和含水的方法主要包括圖表法和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法兩種。由于在查圖表時(shí)容易產(chǎn)生人為誤差并且不方便于計(jì)算機(jī)計(jì)算[4]，因此本文選擇經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算天然氣飽和含水量。目前常用的經(jīng)驗(yàn)公式法主要包括以下三類。

1.1帶理論推導(dǎo)的半經(jīng)驗(yàn)公式

方法1 根據(jù)飽和蒸汽壓下天然氣水蒸氣計(jì)算方法，考慮到氣體組分的影響，根據(jù)所含酸性氣體和鹽類結(jié)合烏拉爾定律修正來計(jì)算天然氣飽和狀態(tài)下含水量[5]。

(1)

(2)

其中， 當(dāng)Tc≤Tsw時(shí)：

(3)

當(dāng)Tc≥Tsw時(shí)：

(4)

其中，WH2O為天然氣飽和含水量，g/m3；psw為水的飽和蒸氣壓，MPa；W為天然氣水分的鹽含量，%；YH2S為天然氣中H2S的摩爾分?jǐn)?shù)，%；YCO2為天然氣CO2中的摩爾分?jǐn)?shù)，%；p為天然氣體系壓力，MPa；pc為水蒸氣的臨界壓力，22.12 MPa；Tsw為天然氣中飽和水蒸氣的溫度，K；Tc為水蒸氣的臨界溫度，647.3 K。

1.2純實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合

方法2 西南石油大學(xué)諸林等[6]對Mcketta-Wehe算圖的數(shù)據(jù)源進(jìn)行了技術(shù)回歸提出了如下算法。

(5)

A=A1+A2T+A3T2+A4T3+A5T4+

(6)

B=B1+B2T+B3T2+B4T3+B5T4+

(7)

其中，WH2O為天然氣飽和含水量，g/m3；p為天然氣體系壓力，MPa；T為天然氣水露點(diǎn)溫度，℃；A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8為常系數(shù)(數(shù)據(jù)略)。

方法3R.F.Bukacek[7]對1.4～21 MPa壓力下取得的天然氣含水量數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，得到如下公式。

(8)

其中，WH2O為天然氣飽和含水量，kg/m3；p為天然氣體系壓力，kPa；T為天然氣體系溫度，K；A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7為常系數(shù)(數(shù)據(jù)略)。

1.3對含水曲線的數(shù)學(xué)模擬

方法4東北石油大學(xué)的寧英男等[8]對Mcketta-Wehe算圖的數(shù)學(xué)模擬公式如下。

(9)

(10)

(11)

(12)

其中，WH2O為天然氣飽和含水量，g/m3；Cg為天然氣相對密度校正系數(shù)；Cs為天然氣中水分含鹽量修正系數(shù)；Wo為天然氣相對密度為0.6時(shí)的含水量，g/m3；t為天然氣體系溫度，℃；d為天然氣相對密度；S為天然氣中水分的含鹽摩爾分?jǐn)?shù)，%；T為絕對溫度，K；a0、a1、a2為與體系壓力有關(guān)的系數(shù)(數(shù)據(jù)略)。

1.4方法的對比選擇

從本質(zhì)上講，以上4種天然氣含水量計(jì)算都基于天然氣含水量的經(jīng)驗(yàn)公式[9]。即4種計(jì)算方法的基礎(chǔ)都是通過實(shí)驗(yàn)方法測得在不同的工況下(壓力、溫度、密度等)，一等份天然氣的含水量，通過不同的數(shù)學(xué)模擬和數(shù)值回歸的方法整理成圖標(biāo)和公式。但使用經(jīng)驗(yàn)公式作為基礎(chǔ)的各種方法會有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，就是實(shí)際用來計(jì)算的天然氣與提取公式實(shí)驗(yàn)過程中用到的樣品天然氣組分不可能完全相同。當(dāng)實(shí)際天然氣和樣品天然氣組分相差不大時(shí)，用經(jīng)驗(yàn)公式法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值有所差異，但在一定程度上能反映天然氣飽和含水量的情況。但當(dāng)實(shí)際天然氣與樣品天然氣組分差異比較大時(shí)，用經(jīng)驗(yàn)公式法就不能得到比較準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果[10]。上述的4種方法都是主要針對非酸性天然氣飽和含水量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及提取數(shù)據(jù)源。故這些方法都更適合于非酸性天然氣含水量的計(jì)算，對酸性天然氣的計(jì)算偏差相對較大。

對比以上4種方法，方法2和方法4源自同一數(shù)據(jù)源。不同的是方法4是通過對已經(jīng)模擬化的算圖進(jìn)行了公式化模擬回歸，而方法2是對數(shù)據(jù)源的直接技術(shù)回歸。從原理上講，方法2比方法4更可靠。方法3由于數(shù)據(jù)源范圍小，使用范圍有限。

4種方法中，只有方法1對經(jīng)驗(yàn)公式化算法用拉烏爾定律進(jìn)行了修正。拉烏爾定律是物理化學(xué)基本定律之一[11]。在天然氣蒸氣含量計(jì)算中，將水作為模型中的溶劑，CO2、H2S、鹽等物質(zhì)作為溶質(zhì)。在天然氣系統(tǒng)溫度下，水蒸氣的蒸氣壓壓等于純?nèi)軇?水)的蒸氣壓乘以水在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)。由于一般油氣田現(xiàn)場生產(chǎn)水中都含有CO2、H2S、無機(jī)鹽，方法1中利用拉烏爾定律對這些影響水蒸氣分壓的因素進(jìn)行了修正，所以從理論上方法1的應(yīng)用范圍更廣。從文獻(xiàn)資料的被引用率來看，在實(shí)際生產(chǎn)及研究中，方法1使用也最為廣泛。

以Y13氣藏為例，自1996年正式生產(chǎn)至今已進(jìn)入開發(fā)后期階段，現(xiàn)在各生產(chǎn)井CO2的摩爾分?jǐn)?shù)在8%～15%，H2S摩爾分?jǐn)?shù)約0.003 5%，天然氣相對密度約0.7，產(chǎn)量計(jì)量設(shè)備操作壓力1.3～2.5 MPa。由于Y13氣藏含量較高，屬于酸性氣藏。對照計(jì)算方法的使用條件和Y13氣藏特點(diǎn)，主要考慮CO2含量對計(jì)算結(jié)果的影響[11]。方法1本身就對天然氣飽和含水經(jīng)驗(yàn)公式依據(jù)CO2含量進(jìn)行了理論修正，從理論上要更適合于Y13氣藏的含水計(jì)算。

由于對天然氣飽和含水量影響權(quán)重最高的是天然氣體系溫度，對精度影響最大的因素是酸性氣體含量[12]。為了驗(yàn)證各種計(jì)算方法在Y13氣田的含水計(jì)算的實(shí)際使用效果，本文選擇了兩口對于YC13氣田最有代表性的A4、A6井做了單井生產(chǎn)測試[13]。A4井CO2摩爾分?jǐn)?shù)約14%，是Y13含碳量最高的井之一，A6井CO2摩爾分?jǐn)?shù)約10%，與產(chǎn)品天然氣相當(dāng)。A4井井口溫度130 ℃，是大部分主力生產(chǎn)井溫度，A6井溫度約136 ℃，是最高溫生產(chǎn)井。

測試中只保留單口被計(jì)量井生產(chǎn)。天然氣在計(jì)量設(shè)備中仍然以高溫形式存在。經(jīng)過計(jì)量設(shè)備計(jì)量取得測試結(jié)果后，通過冷凝器使水蒸氣冷卻。再次計(jì)量單井生產(chǎn)水的總產(chǎn)量。以總產(chǎn)量減去計(jì)量設(shè)備計(jì)量的液相生產(chǎn)水量作為標(biāo)準(zhǔn)的飽和含水量。將各種方法的計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行了比對，結(jié)果見表1、2。

表1　A4井飽和含水量計(jì)算準(zhǔn)確度測試

表2　A6井飽和含水量計(jì)算準(zhǔn)確度測試

從表1、2可以看出，方法2效果好于方法4，證明了對數(shù)據(jù)源的直接擬合要優(yōu)于對圖標(biāo)的擬合方法。方法3誤差最大，分析原因在于方法3的數(shù)據(jù)源溫度和壓力范圍小，YC13氣田的實(shí)際工況已不在其研究范圍之內(nèi),造成計(jì)算結(jié)果誤差大。方法1對A4、A6井的飽和含水量計(jì)算結(jié)果平均誤差都在6%以內(nèi)，實(shí)際使用效果在這幾種方法中最好，與理論分析結(jié)果一致[14]。

所以本文選用方法1作為Y13氣田的產(chǎn)量計(jì)量誤差修正計(jì)算方法。

2　修正方法在Y13氣田的應(yīng)用

Y13氣田使用該方法對產(chǎn)量計(jì)量結(jié)果經(jīng)行了修正，應(yīng)用效果見表3[15]。結(jié)果表明，采用方法1修正后，YC13氣田所有生產(chǎn)井總產(chǎn)量計(jì)量結(jié)果的平均誤差率由60%減小到6%以內(nèi)。

表3　修正方法在Y13氣田的應(yīng)用效果

3　結(jié)論

(1) 利用計(jì)算天然氣飽和含水量來修正氣井產(chǎn)水量計(jì)量結(jié)果，能有效減小由于生產(chǎn)水以氣相形式存在而導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差，相對于加裝溫度控制器，該方法在海上氣田更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值和可用性。

(2) 經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算天然氣飽和含水量常用的三類方法中，帶理論推導(dǎo)的半經(jīng)驗(yàn)公式更適合于Y13氣藏的含水計(jì)算，在A4、A6井的飽和含水量計(jì)算結(jié)果平均誤差最小。

(3) Y13氣田實(shí)際應(yīng)用效果表明，采用帶理論推導(dǎo)的半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算天然氣含水量對產(chǎn)量計(jì)量結(jié)果經(jīng)行修正能大幅降低計(jì)量誤差，平均誤差率由60%減小到6%以內(nèi)。

(4) 每種天然氣保和含水量計(jì)算方法由于研究范圍與數(shù)據(jù)源不一樣，適用的范圍也不一樣。在技術(shù)改造中推廣應(yīng)用時(shí)，需要選擇最符合當(dāng)?shù)毓に嚄l件的方法。

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(編輯王亞新)

The Deviation Revise in High Temperature Gas Well Production Testing Water Contents Result

Lin Fei， Deng Keshu， Ma Jie， Deng Chuanzhong

(YachengOperatingCompany,CNOOCChinaLimited,ShenzhenGuangdong518067,China)

Generally, water production of natural gas well is important in the gas field development, and parts of production water of high temperature gas wells exist in saturated water vapor form, leading to measurement result deviation. In order to reduce the water measurement result deviation of high temperature gas well production, it is necessary to calculate the saturation water content of natural gas and correct the deviation from production water measurement. Through the analysis of natural gas water content calculation method principle, and the contrast in the practical application effect of Y13 gas field, the method of semi empirical formula with theoretical derivation is suitable for the actual Y13 gas field. According to this method, the average deviation can be decreased from 60% to less than 6%.

Natural gas; Saturated water content; Calculation method; Well production testing; Deviation; correct

1006-396X(2016)02-0055-05

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2015-05-18

2015-12-22

林飛(1987-)，男，工程師，從事海上天然氣開采研究；E-mail：feeling86982026@126.com。

TE646

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.02.011