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問題提問
中海油某氣田28口氣井天然氣流量計，訂貨時天然氣相對密度按0.82，儀表投運后發(fā)現(xiàn)沒有一口井采出的氣田相對密度是0.82。
問題解答
(1)起因
中海油南海某氣田有4個生產(chǎn)平臺，共28口生產(chǎn)井，氣田不同單井的產(chǎn)能和產(chǎn)出天然氣組分都有較大差異。各井烴類(摩爾百分)含量在23%-83%之間，CO2含量在0.3%~73%之間，N2含量在4%~35%之間，相對密度在0.64~1.28之間。而該處所安裝的全部孔板流量計，都是按相對密度。0.82設(shè)計的。待氣田投產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)所有氣井沒有一口所產(chǎn)天然氣的相對密度為0.82。
相對密度的差異，引起儀表出現(xiàn)很大誤差，甚至對氣井評價產(chǎn)生相反的結(jié)果。因為純烴含量高的氣井，天然氣熱值高，但因相對密度小，儀表所顯示的體積流量值大幅度偏低，從而落了個“低產(chǎn)”的罪名。而CO2含量高的氣井，天然氣熱值低，但因相對密度大，儀表所顯示的體積流量值大幅度偏高，從而獲得“高產(chǎn)”的美名。
錯誤測量結(jié)果的誤導(dǎo)，也給單井配產(chǎn)和天然氣組分調(diào)配工作帶來問題。
據(jù)報道，該處共有28口氣井，投產(chǎn)三年多以來，除一口井產(chǎn)出天然氣組分在緩慢變化外，其余生產(chǎn)井天然氣組分基本穩(wěn)定。
本書將變組分天然氣分成三類。上面所述為*種類型.即天然氣流量計訂貨時，工藝專業(yè)提供的一種組分數(shù)據(jù)，待儀表投人使用時，發(fā)現(xiàn)實際天然氣的組分與訂貨時的組分數(shù)據(jù)有很大差異。但組分還是基本穩(wěn)定的。
第二種類型的變組分天然氣情況更加嚴酷，其組分的變化是隨機的，沒有任何規(guī)律，變化的幅度也較大，例如煉油廠的干氣，將在3.18節(jié)中討論。
第三種類型的變組分天然氣是火炬氣。這種天然氣的組分變化特點與第二種類型天然氣相同，所不同的是火炬氣靜壓低、流速低、流量變化范圍大，而且管道內(nèi)徑特別大，一些適用于第二類情況的測量方法，在此也變得無能為力.這種類型流量測量將在3.20節(jié)中討論。
(2)*類變組分天然氣的解決方法
①用差壓式流量計測量天然氣質(zhì)量流量的基本公式與式(2.1)相同，符號定義也與式(2.1)相同:
式中ρ1—天然氣在工作條件下正端取壓口處的密度，kg/M3,
天然氣在標準狀態(tài)下的體積流量計算基本公式為:
式中ρn—天然氣在標準狀態(tài)下的密度，kg/m3
對于變組分天然氣，ρn也是變量，即天然氣組分變化時，其標準狀態(tài)密度也相應(yīng)變化。為了分析的方便，定義兩個新的變量，即ρnd—設(shè)計計算時天然氣在標準狀態(tài)下的密度，kg/m3;
ρnf實際使用時天然氣在標準狀態(tài)下的密度，kg/m3。
為了研究ρ1對流量測量的影響，定義另兩個變量，即
ρ1d—設(shè)計計算時節(jié)流件正端取壓口處天然氣密度，kg/m3;
ρ1t—實際使用時節(jié)流件正端取壓口處天然氣密度，kg/m3。
將式(3.21)中的ρ1改寫成式(3.22)，式(3.21)中的ρn改寫成式(3.23):
將式(3.22)和式(3.23)代入式(3.21)得
式中qvnd——未經(jīng)密度補償?shù)臉藴薁顟B(tài)體積流量，m3/h(標準狀態(tài))。
從天然氣方程知：
式中ρ1f—使用狀態(tài)天然氣密度，kg/m3 ;
Pf—使用狀態(tài)天然氣壓力，MPa;
pn—標準狀態(tài)天然氣壓力，MPa;
Tn—標準狀態(tài)天然氣熱力學溫度，K;
Tf—使用狀態(tài)天然氣熱力學溫度，K;
Zn—標準狀態(tài)天然氣壓縮系數(shù);
Zf—使用狀態(tài)天然氣壓縮系數(shù);
ρ1d—設(shè)計狀態(tài)天然氣密度，kg/m3;
ρnd—設(shè)計時標準狀態(tài)天然氣密度，kg/M3;
Pd—設(shè)計狀態(tài)天然氣壓力，MPa;
Td—設(shè)計狀態(tài)天然氣熱力學溫度，K;
Zd—設(shè)計狀態(tài)天然氣壓縮系數(shù)。
將式((3.25)和式((3.26)代人式((3.24)并化簡得:
式中qvn—天然氣在標準狀態(tài)下的體積流量，m3/h(標準狀態(tài));
qvnd—未經(jīng)密度補償?shù)臉藴薁顟B(tài)體積流量，m3/h(標準狀態(tài));
其余符號與式(3.26)相同。
式(3.27)的計算是在流量演算器(模塊)中完成的.其中，Pd、Td、ρnd的數(shù)值可由孔板計算書查得，然后寫人儀表的菜單。Pf和Tf是實側(cè)值.Zd是Td、Pd、Tc(臨界溫度)和Pc(臨界壓力)的函數(shù)，在流量演算器中計算得到。Zf是Tf, pf. Tc和pc的函數(shù)，也在流量演算器中得到。
式(3.27)中的ρnf是實際使用天然氣在標準狀態(tài)下的密度.由于*類天然氣的組分比較穩(wěn)定，可以離線計算。
這一方法適用于被測天然氣組分只隨時間作緩慢而小幅度變化的流量測量對象。
②天然氣組分*不變化的測量對象
對于天然氣組分*不變化的測量對象，如果投運時發(fā)現(xiàn)被側(cè)天然氣組分與差壓裝置計算書中有明顯差異，除了可用上面所述的具有特殊功能的流量演算器解決問題之外，還可按GB/T2624-2006提供的方法對差壓流量計進行重新設(shè)計計算。
GB/T 2624-2006中提供的計算命題共有三個。
a.*個命題是根據(jù)已知條件計算節(jié)流件的開孔直徑，其程序框圖如圖3.14所示。儀表制造廠提供的差壓裝置計算書就是*個命題完成后所做的報告。
b.第二個命題是根據(jù)已知條件計算差壓上限，其程序框圖如圖3.15所示。
c.第三個命題是根據(jù)已知條件計算流量測量上限gmmax，其程序框圖如圖3. 16所示。
至于是采用修改差壓變送器差壓上限的方法，還是采用修改刻度流量的方法，要根據(jù)儀表投運后的具體情況選定，也可既修改△Pmax又修改qmmax。
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