楊紫晴，王念榕，王月，劉燁，巴璽立，文韻豪

1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.遼河油田（盤錦）儲氣庫有限公司

0 引言

儲氣庫注采氣井口計量在儲氣庫注采循環(huán)中是一項至關(guān)重要的工藝環(huán)節(jié)［1］，準確的井口計量能有效指導(dǎo)生產(chǎn)，優(yōu)化運行參數(shù)，科學(xué)評價注采效果，提高天然氣注采率。儲氣庫計量有如下特點：儲氣庫壓力和氣量變化頻次多，具有“反復(fù)注采”的特點，對計量設(shè)備的抗疲勞能力要求高；中國儲氣庫產(chǎn)量變化大（天然氣瞬時流量上下限可達 40:1），壓力變化范圍大（單井采出氣壓力變化范圍可達8～32 MPa），對計量設(shè)備適應(yīng)性有較高要求；儲氣庫采氣期流體介質(zhì)組成各異，凝析氣藏或油藏型儲氣庫含天然氣、凝析油或黑油、游離水；氣藏型儲氣庫含天然氣、游離水，對計量設(shè)備提出較高要求。

自大張坨儲氣庫建成以來，單井注采氣流量計選型一直是儲氣庫建設(shè)過程的難點。本文從介紹中國儲氣庫井口計量工藝現(xiàn)狀入手，通過總結(jié)儲氣庫井口流量計類型及使用過程中的適應(yīng)性和優(yōu)缺點，并結(jié)合儲氣庫井口流量計國產(chǎn)化現(xiàn)狀給出相關(guān)建議。

1 井口計量工藝

1.1 國內(nèi)井口計量工藝

從 2000年大張坨儲氣庫建成，2021年中國已建儲氣庫38座，其中中國石油天然氣集團有限公司20座，國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司 11座，中國石油化工集團有限公司6座，港華燃氣集團有限公司1座，總庫容達666.03×108m3。已建儲氣庫類型主要有凝析氣藏型、氣藏型、油藏型、鹽穴型等，不同類型儲氣庫采出氣成分不同，采取的集輸工藝與井口工藝也有差別。中國部分已建儲氣庫采取的集輸工藝及井口工藝見表1［2］。

表1 中國部分已建儲氣庫集輸工藝及井口工藝

儲氣庫注采集輸工藝包括注采合一和注采分開兩種，集輸工藝的選擇應(yīng)綜合考慮注采規(guī)模、管道壓力、管道長度、采出物油水含量、設(shè)備與管材、運行管理等方面，對注采管道同管、異管進行技術(shù)經(jīng)濟比選。在注采輸送氣量接近、注采管道壓力接近時，采用注采管道合一建設(shè)可降低投資成本。但受無縫鋼管生產(chǎn)能力限制，當注氣設(shè)計輸量大于800×104m3/d時，注采合一管道需采用雙管，與注、采分開設(shè)置相比，并不能減少管道數(shù)量；當注氣設(shè)計輸量大于1 000×104m3/d時，注采合一的經(jīng)濟性優(yōu)勢不明顯。

儲氣庫井口工藝包括防止水合物生成工藝、注緩蝕劑工藝、調(diào)節(jié)計量工藝。

根據(jù)采氣特性，防止水合物生成工藝分為注醇+節(jié)流和注醇+節(jié)流+加熱兩類。氣藏型或凝析氣藏型地下儲氣庫井口采用節(jié)流注水合物抑制劑不加熱工藝。油藏型地下儲氣庫采出井流物中攜帶地層中殘存的原油，井口采用加熱節(jié)流與注水合物抑制劑相結(jié)合的工藝［3］，如雙6儲氣庫、雙臺子儲氣庫。

當采出流體介質(zhì)中含有腐蝕性介質(zhì)（CO2，Cl-，H2S）時，需采取腐蝕監(jiān)測及控制措施，如雙6、蘇橋、雷61、文23等儲氣庫。

儲氣庫井口計量工藝對評價區(qū)域地層儲存天然氣能力和采出能力有重要意義。由于儲氣庫各區(qū)塊地質(zhì)情況不完全相同，需對每口注采井進行井口注氣和采氣計量。根據(jù)不同的氣藏類型和集輸工藝，有注采合一計量和注采分開計量兩種方式，采用的流量計有單向、雙向兩種。

注氣管道所輸介質(zhì)為經(jīng)過處理的潔凈天然氣，使用單相流量計進行注氣計量即可。

儲氣庫采氣計量受儲氣庫類型、采出流體介質(zhì)影響較大。對于采出氣較潔凈的儲氣庫，如氣藏型儲氣庫［4］、采出氣含微量油凝析氣藏或油藏型儲氣庫，可采用雙向流量計對注氣和采氣流量計量，工藝流程簡單（見圖1）。

圖1 雙向計量工藝流程示意圖

對于采出流體介質(zhì)較復(fù)雜的儲氣庫，如采出氣含油量較高的凝析氣藏或油藏型儲氣庫，根據(jù)地質(zhì)專業(yè)要求，需要計量油、氣、水三相流量。目前，中國采用分離計量工藝對每口采氣井進行輪換計量，即在集注站或叢式井場內(nèi)設(shè)置1臺兩相或三相計量分離器將油、氣、水分離后計量［5-6］（見圖2）。蘇橋儲氣庫、大張坨儲氣庫均采用上述注采分開計量、采氣管道分離計量的工藝。

圖2 采氣分離計量流程示意圖

1.2 國外井口計量工藝

國外對于枯竭油氣藏改建的儲氣庫多為有計劃地實施，即天然氣并不采空，各采氣井直接轉(zhuǎn)換為儲氣庫用的注采井，各單井的油、氣、水產(chǎn)量基本上已經(jīng)確定，單井攜液量小。

國外儲氣庫常用注采合一雙向計量的計量工藝，使用的流量計多為超聲波流量計，部分采用差壓式流量計。西班牙Castor儲氣庫、德國Eneco儲氣庫、白俄羅斯 Moyzr儲氣庫等均使用超聲波流量計，Total（道達爾）公司 TIGF儲氣庫采用文丘里流量計雙向不分離計量工藝，Shell（殼牌）公司Norg儲氣庫采用質(zhì)量流量計雙向不分離計量工藝，井口集注工藝簡單［7］。

1.3 國內(nèi)外工藝差異

對于氣藏型及含油量較少的凝析氣藏或油藏型儲氣庫，國內(nèi)外均采用注采雙向計量工藝。對于含油量較高的凝析氣藏或油藏型儲氣庫，國外已研制出雙向多相流量計，而中國尚未研制出儲氣庫用雙向多相流量計，目前均采用注采分開，采出氣分離計量工藝，分離計量工藝占地面積大，流程復(fù)雜，國產(chǎn)雙向多相井口流量計亟待攻關(guān)。

2 井口流量計類型及其應(yīng)用

2.1 井口流量計類型

按計量原理不同，油氣田常用的 5類流量計分別為速度式流量計、變面積式流量計、容積式流量計、差壓式流量計和質(zhì)量流量計（見表2）。其中，變面積式流量計、容積式流量計、質(zhì)量流量計、差壓式中的文丘里流量計，以及速度式中的渦街、電磁和渦輪流量計不滿足儲氣庫高壓和高流速的計量要求，差壓式流量計中孔板流量計量程比不滿足儲氣庫計量的量程比要求。

表2 流量計評價結(jié)果統(tǒng)計［5］

滿足儲氣庫高壓力、高量程比計量要求的有均速管流量計、靶式流量計、槽道式流量計、插入式超聲波流量計、外夾式超聲波流量計。各流量計結(jié)構(gòu)與特點如下。

（1）均速管流量計包括阿牛巴流量計和威力巴流量計，測量元件構(gòu)造簡單，測量準確度等級一般為1級，流量范圍最大可做到12:1。

（2）靶式流量計靠壓敏電阻應(yīng)變片，將流體沖擊靶桿產(chǎn)生的微小形變轉(zhuǎn)化為流速，可雙向計量，靈敏度高，測量準確度等級為1級，直徑可做到 0.012 5～1.5 m，量程比為 15:1［8］。

（3）槽道式流量計通過測量流經(jīng)紡錘體壓力降計算天然氣流量。量程比為30:1，安裝簡單，可雙向測量、準確度較高。但紡錘體與管壁之間的通道過窄，當采出氣含液黏度過高時會出現(xiàn)堵塞情況。

（4）超聲波流量計按聲波探頭的設(shè)置方式分為插入式超聲波流量計和外夾式超聲波流量計［9］，通過順流和逆流情況下信號傳輸時差計算出介質(zhì)流量。超聲波流量計內(nèi)部沒有可動部件，維修時不影響生產(chǎn)，需要前后15倍直徑以上長度的直管段，測量準確度高（雙聲道準確度1級）、可靠性強、壓力損失小，量程比為100:1，可用于雙向計量。

（5）外夾式超聲波流量計與插入式超聲波流量計原理相同。與插入式相比外夾式超聲波流量計有如下優(yōu)點：探頭不直接接觸介質(zhì)，無壓損；安裝便利無需在高壓管道上進行開口，尤其適用于大直徑管道的計量。但外夾式超聲波流量計在管徑與壁厚比超過10:1時，計量準確度難以保證。

2.2 應(yīng)用情況

中國儲氣庫用于注采雙向計量設(shè)備有超聲波流量計、外夾式超聲波流量計、靶式流量計及槽道式流量計［9］。

靶式流量計從最早的大港到后期呼圖壁等儲氣庫均大量使用。但在長期的現(xiàn)場運行中暴露了此項技術(shù)的不足［10］。一方面，靶式流量計計量原件靶桿為可動部件，采出物固體顆粒、機械雜質(zhì)、積液對計量靶桿沖擊影響大，當瞬時流量超過設(shè)計最大值后，易造成靶桿疲勞斷裂。如，某儲氣庫用靶式流量計在6個注采周期內(nèi)靶桿出現(xiàn)58次斷裂，累計產(chǎn)生維修費超100×104元。另一方面，靶式流量計計量值與下載或外輸量偏差較大。鑒于靶式流量計在前期儲氣庫項目中使用效果不佳，目前已不推薦在儲氣庫井口計量中使用。

槽道式流量計安裝簡單，沒有前后直管段的要求，2019年以來應(yīng)用于雙坨子、雙6、呼圖壁等儲氣庫。使用過程中易出現(xiàn)流量計堵塞、引壓管凍堵現(xiàn)象，分析可知，槽道式流量計不適用于在采出氣含液黏度過高及寒冷地區(qū)使用。槽道式流量計沒有長周期應(yīng)用案例，還需各種工況試驗。

插入式超聲波流量計及外夾式超聲流量計內(nèi)部沒有可動部件，維修時不影響生產(chǎn)，廣泛用于中國氣藏型和含微量油型儲氣庫井口雙向計量，在現(xiàn)場長期運行中，積累了使用經(jīng)驗：在使用過程中需注意外界聲學(xué)、噪聲影響；外夾式流量計需確保換能器定位牢固、避免測量誤差，超聲波流量計適用于大管徑氣體流量的高準確度計量、實際使用過程中效果良好［11］。

中國早期儲氣庫注氣計量使用阿牛巴和威力巴流量計，在使用過程中管道內(nèi)殘留的焊渣、積水多次造成引壓管堵塞。鑒于均速管流量計占地面積大，使用效果不佳，目前儲氣庫井口計量中已不推薦使用。

綜上，推薦采用超聲波流量計用于儲氣庫井口計量。

3 流量計國產(chǎn)化現(xiàn)狀

目前，中國已初步生產(chǎn)出應(yīng)用于儲氣庫雙向計量的產(chǎn)品。國產(chǎn)超聲波流量計、外夾式超聲波流量計和槽道式流量計已在中國多個儲氣庫應(yīng)用，國產(chǎn)流量計應(yīng)用情況見表3。

表3 國產(chǎn)流量計應(yīng)用情況

國產(chǎn)插入式超聲波流量計已用于文 23、黃草峽、金壇、蘇橋、相國寺、銅鑼峽等儲氣庫，在采出氣含液量低于 3%時有較高的計量準確度和穩(wěn)定性，但當含液量超過 3%～5%后誤差較大，流量計準確度和可靠性難以保證。與進口超聲波流量計相比，國產(chǎn)超聲波流量計價格便宜10%，后期服務(wù)費和配件費低于進口廠商一半的價格。

國產(chǎn)外夾式超聲波流量計已用于雙臺子儲氣庫、雙6儲氣庫。雖然外夾式超聲波流量計已實現(xiàn)國產(chǎn)化，但準確度沒有進口流量計高，且單臺價格與國外相比高出50%，還需進一步降低成本。

國產(chǎn)槽道式流量計由南京航空航天大學(xué)自主研發(fā)，價格略低于同規(guī)格國產(chǎn)插入式超聲波流量計，國外儲氣庫無此類流量計應(yīng)用實例。

4 建議

中國早期儲氣庫多使用靶式流量計進行雙向計量。在長期運行中，靶式流量計靶桿易疲勞斷裂，不推薦在儲氣庫井口計量中使用。

槽道式流量計安裝簡單，可雙向測量、準確度較高。但當儲氣庫采出氣含液黏度過高或應(yīng)用地區(qū)較為寒冷時，紡錘體與管壁之間的通道極易發(fā)生堵塞。槽道式流量計適用性仍待提高，需經(jīng)各種工況試驗后才可推廣。

超聲波流量計計量準確度高，含液量對準確度影響小，維修時不影響生產(chǎn)。對于氣藏及含少量油的凝析氣或油藏型，推薦采用超聲波流量計雙向計量。當采出氣含硫時會對超聲波探頭造成腐蝕，建議采用外夾式超聲波流量計對含硫采出氣進行計量。

中國已實現(xiàn)超聲波流量計、外夾式超聲波流量計國產(chǎn)化。但國產(chǎn)外夾式超聲波流量計比國外價格較高，國產(chǎn)插入式超聲波流量計也無明顯價格優(yōu)勢，流量計投資仍較高。因此，研發(fā)低成本流量計，節(jié)約流量計投資是目前攻關(guān)方向［12］。

中國目前對含油量較高凝析氣藏或油藏型儲氣庫計量采用分離計量方式，計量裝置占地面積大、投資及運維成本高。國外已采用雙向多相流量計對含油儲氣庫計量。中國尚未研發(fā)出雙向多相流量計，進口雙向多相流量計投資高、供貨周期長、運維成本高，引進難度大。研制一體化儲氣庫雙向多相流量計，實現(xiàn)注采合一的雙向多相流計量，簡化井場工藝是未來流量計攻關(guān)方向。

目前，氣田已開展了虛擬計量研究應(yīng)用，實現(xiàn)了井口數(shù)字化計量，很大程度提高了計量和管理水平。虛擬計量同樣適用于儲氣庫井口計量，建議盡快發(fā)展儲氣庫虛擬計量技術(shù)，實現(xiàn)儲氣庫數(shù)字化計量。