蔣徐標(biāo), 鐘雨桐, 周學(xué)軍， 徐正海

(中海油研究總院責(zé)任有限公司，北京 100028)

邊際油田接入不同作業(yè)者油田的交接計(jì)量一直是行業(yè)內(nèi)一個(gè)難題,需要綜合考慮油田開發(fā)成本和交接計(jì)量精度，雙方經(jīng)常為此花費(fèi)大量的精力和時(shí)間進(jìn)行談判，有時(shí)在一些細(xì)節(jié)上可能花費(fèi)幾個(gè)月時(shí)間才能達(dá)成共識(shí)。

1 項(xiàng)目概況

中國(guó)南海海域新發(fā)現(xiàn)一個(gè)油田區(qū)塊，作業(yè)者為外方某石油公司，中海油有限公司也占有股份，油田水深約為82 m，高峰年日產(chǎn)油約為4 144 m3。

原油物性和工藝參數(shù)詳見表1所列。

表1 原油物性和工藝參數(shù)

從表1中可見，油品性質(zhì)很好，含氣較少，有利于氣液分離。

前期研究階段，設(shè)計(jì)方考慮兩種工程開發(fā)方案： 方案1是新建一個(gè)4腿井口平臺(tái)接入一條改建或新建的浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置(FPSO)；方案2是新建一個(gè)4腿井口平臺(tái)，通過水下三通接入已建的一條中方FPSO?？紤]到改建或新建FPSO造價(jià)昂貴，方案1不推薦，選擇方案2經(jīng)濟(jì)效益更佳，但選擇方案2會(huì)涉及中外雙方交接計(jì)量問題，雙方須在計(jì)量精度和投資間做出選擇。設(shè)計(jì)方做了方案A和方案B，并對(duì)2套方案做了初步比選，見表2所列。

1)方案A。平臺(tái)設(shè)置一級(jí)分離器，分離器油相出口油水混合液含水體積分?jǐn)?shù)φw約為15%，在該分離器油相出口計(jì)量，計(jì)量精度約為±3%。

2)方案B。平臺(tái)設(shè)置三級(jí)分離器，第三級(jí)電脫水器油相出口油水混合液φw約為0.05%，在該電脫水器的油相出口計(jì)量，計(jì)量精度約為±0.5%。

表2 方案A和方案 B方案比選

作業(yè)者根據(jù)比選結(jié)果，決定選用方案A。

2 計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2016年投產(chǎn)的南海甲油田(中方100%權(quán)益)與該項(xiàng)目的交接計(jì)量問題相似，其油水氣混輸?shù)街苓叺囊矣吞?中方、外方石油公司各占權(quán)益)，然后產(chǎn)液混合后一起輸送到FPSO?；旌锨霸O(shè)置了一套交接計(jì)量系統(tǒng)，在乙平臺(tái)上先用一級(jí)分離器對(duì)甲油田來液進(jìn)行油氣水分離，在水相出口設(shè)置電磁流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，在油相出口設(shè)置了“一用一備”的質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，并配置流量計(jì)算機(jī)。2016年投產(chǎn)后作業(yè)者詳細(xì)記錄了該計(jì)量裝置的數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)室測(cè)量含水率的比對(duì)數(shù)據(jù)。根據(jù)反饋，該裝置一直運(yùn)行穩(wěn)定，中外雙方均對(duì)計(jì)量結(jié)果表示滿意。該油田的交接計(jì)量設(shè)計(jì)對(duì)該項(xiàng)目有很好的參考價(jià)值。

以往經(jīng)驗(yàn)表明，質(zhì)量流量計(jì)用于分離器油相出口計(jì)量時(shí),混合液體中φ氣應(yīng)控制在2%以內(nèi)[1]。

該油田氣油比較低，一級(jí)分離器絕對(duì)壓力300 kPa，操作溫度為82 ℃，一級(jí)分離器進(jìn)行油氣水初步分離后，經(jīng)計(jì)算油相出口混合液不含游離氣，φw大致保持在15%。對(duì)于油相混合液的計(jì)量,流量計(jì)的選型應(yīng)盡可能提高計(jì)量系統(tǒng)的精度，容積式流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)都能實(shí)現(xiàn)較精確的計(jì)量。質(zhì)量流量計(jì)有如下優(yōu)點(diǎn)： 與密度變化、流動(dòng)剖面和流動(dòng)湍流無關(guān)，因此不需要直流段；準(zhǔn)確度高；測(cè)量參數(shù)多,在測(cè)量體積流量的同時(shí),可以同時(shí)獲取質(zhì)量流量,溫度及密度等；可在線計(jì)算0～100%的φw，不需要單獨(dú)配置含水分析儀。

因此該項(xiàng)目吸取油田間計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)“一用一備”2條管路，每路均配置1臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)、1臺(tái)溫度變送器和1臺(tái)壓力變送器，并做成撬裝式提升系統(tǒng)整體精度，還配置1臺(tái)流量計(jì)算機(jī)。

比較在線密度信號(hào)與之前在流量計(jì)算機(jī)中預(yù)置的干油和清水密度，就可以計(jì)算得出φw，其計(jì)算公式如式(1)所示：

(1)

式中：ρm——油水混合物密度；ρo——原油密度；ρw——清水密度。ρm，ρo，ρw都是操作溫度下的數(shù)據(jù)。

純油的體積量計(jì)算公式為：V純油=V混合(1-φw)。

當(dāng)使用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量φw時(shí)，不確定度隨不同API質(zhì)量指標(biāo)油品的含水體積分?jǐn)?shù)變化情況如圖1所示。在低含水體積分?jǐn)?shù)(φw為15%或0.5%)的情況下，不確定度值非常小，測(cè)量精度保持較好。

圖1 不同API質(zhì)量指標(biāo)油品的不確定度與φw的關(guān)系

3 不確定度估算

流量計(jì)算機(jī)連續(xù)測(cè)量如下的運(yùn)行參數(shù)： 管路壓力值、管路溫度、介質(zhì)密度和介質(zhì)含水體積分?jǐn)?shù)。通過補(bǔ)償運(yùn)算得出質(zhì)量流量或體積流量。與這些參數(shù)相關(guān)的不確定度都會(huì)導(dǎo)致流量測(cè)量的不確定度改變。

管線壓力和管線溫度測(cè)量的不確定度，分別通過壓力、溫度對(duì)測(cè)量液體影響的校正因子傳遞到最終體積流量的不確定度，一般來說，上述2個(gè)參數(shù)對(duì)流量測(cè)量的不確定度影響較小。由于重復(fù)性，準(zhǔn)確性原因，流量計(jì)測(cè)量的介質(zhì)密度、介質(zhì)含水體積分?jǐn)?shù)和脈沖，3個(gè)參數(shù)的不確定度是估算最終體積流量不確定度的主要因素。

APIManualofpetroleummeasurementstandardschapter11,volumecorrectionfactors(2004)中的公式用于不確定度估計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)體積測(cè)量不確定度的估算方法如下：

1)基本參數(shù)的不確定度。第一步估計(jì)基本參數(shù)測(cè)量的不確定度，如壓力、溫度、標(biāo)準(zhǔn)密度、含水體積分?jǐn)?shù)、脈沖(流量計(jì)的體積流量)等。

2)基本參數(shù)不確定度的傳遞。估計(jì)質(zhì)量流量計(jì)基本參數(shù)不確定度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)算不確定度的傳遞。體積流量是根據(jù)流量計(jì)的脈沖數(shù)和K系數(shù)計(jì)算的，因此，體積流量的不確定度是通過脈沖數(shù)的不確定度和K系數(shù)的不確定度來估算，而K系數(shù)的不確定度是根據(jù)脈沖數(shù)、溫度和壓力對(duì)液體的影響修正系數(shù)等參數(shù)的不確定度來估算。傳遞效果通過微分計(jì)算得出。

基于目前現(xiàn)狀，做如下假設(shè)： 不將流量計(jì)算機(jī)分辨率的影響，電源變化對(duì)變送器輸出的影響等視為計(jì)算的一部分；壓力、溫度，密度測(cè)量分辨率等因素引起的不確定性被忽略。

a)壓力測(cè)量的不確定度取決于以下參數(shù)： 變送器的精度、環(huán)境溫度對(duì)變送器的影響、變送器的穩(wěn)定性、校準(zhǔn)使用的參考標(biāo)準(zhǔn)的不確定度，參考標(biāo)準(zhǔn)和壓力變送器之間的允許公差等。

b)溫度測(cè)量的不確定度取決于以下參數(shù)： 變送器的精度、傳感器的精度、環(huán)境溫度對(duì)變送器的影響、變送器的穩(wěn)定性、回路檢查期間參考標(biāo)準(zhǔn)和變送器之間的允許公差。

c)標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算的不確定度取決于以下參數(shù)： 在線密度測(cè)量的不確定度、溫度測(cè)量的不確定度和數(shù)據(jù)庫(kù)中的不確定度。

d)含水體積分?jǐn)?shù)測(cè)量的不確定度取決于儀表的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。在流量計(jì)算機(jī)中采用10點(diǎn)線性化曲線，減小了由于測(cè)量精度引起的不確定度影響。

在該項(xiàng)目給定的運(yùn)行條件下，用質(zhì)量流量計(jì)撬進(jìn)行交接計(jì)量，由流量計(jì)制造商初步估算，最終標(biāo)準(zhǔn)體積流量的不確定度約為1.71%。

4 結(jié)論及操作維護(hù)建議

本文介紹了一種適合于海上低氣油比油田的中外雙方交接計(jì)量的方法，質(zhì)量流量計(jì)撬用來計(jì)量φw為15%的原油，標(biāo)準(zhǔn)體積流量的不確定度估算為1.71%。目前該方案已應(yīng)用在南海某油田，并將應(yīng)用在南海新發(fā)現(xiàn)的油田。

根據(jù)平臺(tái)應(yīng)用總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，建議使用以下方法來提高整體計(jì)量的準(zhǔn)確性：

1)常規(guī)情況。每月在陸上實(shí)驗(yàn)室采集油和水試樣，測(cè)試油密度和水密度，然后輸入流量計(jì)算機(jī)。應(yīng)每天在平臺(tái)上測(cè)試3～4次試樣。手動(dòng)取樣和質(zhì)量流量計(jì)之間的含水體積分?jǐn)?shù)差為每4 h小于2%，其中大部分小于1%。

2)特殊情況。如果某一天含水體積分?jǐn)?shù)變化很大，將會(huì)計(jì)算前兩天的平均含水體積分?jǐn)?shù)。

測(cè)量管內(nèi)壁積聚沉淀的垢層阻礙流通,還可能影響密度輸出信號(hào)的精度，因此建議1個(gè)月就切換使用兩個(gè)管路并清洗。貿(mào)易計(jì)量的檢定周期規(guī)定為12個(gè)月，為保持計(jì)量精度，質(zhì)量流量計(jì)每年都需要拆下來運(yùn)回陸地法定檢定機(jī)構(gòu)做檢定。