一种天然气生产平台湿气流量计量系统及控制方法、应用与流程

本发明涉及天然气生产湿气流量测量，具体涉及一种天然气生产平台湿气流量计量系统及控制方法、应用。

背景技术：

1、在天然气工业中，从天然气生产平台产出的天然气都含有少量的水和烃类，这些直接产出未经处理的天然气称之为湿气。湿气的准确计量对于降低油气田的开发和运行成本，提高油气田的科学管理水平具有重要意义。

2、当前，在天然气开采领域，尤其是页岩气和致密气等开采过程中，井口大都采用平台化的丛式井组方式进行开采，地面计量工艺通常安装在井口除砂器后，采用气液分离再计量的方式实时监测井口气液产量，主要有单井连续计量和多井轮换计量两种设计方式，单井连续计量即每个气井都配置有气水分离和计量工艺，但建设成本高，占地面的大；多井轮换计量虽然只需设置一套计量工艺，但不能实现单井气液流量的实时计量，在气水波动较大的生产过程中难以全面反映非计量时间内的真实情况，影响气井产能动态分析和生产措施制定。

3、同时，因为井口设置的除砂器不能实现砂砾的100％脱除，且气液分离装置也不能实现气相和液相的彻底分离，所以不论是单井连续计量或多井轮换计量，在井口的高压计量工况下长时间运行后，因管道内气液流体和细小砂砾的持续冲刷，将导致流量计量工艺和主要计量设备的内壁存在不同程度的磨损和变形，进而导致计量结果误差增大，且无法对流量计量设备的性能进行在线核查，影响气井产能的监测评估。另一方面，当流量计量工艺及主要计量设备发生故障或性能出现较大偏差需要维护保养时，必须将该生产井进行关断或中断计量才能进行作业，若维护保养时间较长，同样将对该生产井的产能监测评估造成影响。

4、因此，有必要设计一种能够实现核查且能连续计量的流量测量系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种天然气生产平台湿气流量计量系统及控制方法，采用湿气不分离测量工艺，不仅能够实现真实流量测量，且具有流量核查功能，避免湿气测量单元因磨损导致的测量误差，同时本发明还能实现连续测量。

2、此外，本发明还提供上述然气生产平台湿气流量计量系统的应用。

3、本发明通过下述技术方案实现：

4、一种天然气生产平台湿气流量计量系统，包括湿气测量单元、湿气备用核查测量单元和数据采集控制单元；

5、所述湿气测量单元用于计量天然气井口生产湿气的气相流量和液相流量；

6、所述湿气备用核查测量单元用于计量天然气井口生产湿气的气相流量和液相流量；或计量流经湿气测量单元湿气的气相流量和液相流量；

7、所述数据采集控制单元通过控制管线上阀门控制湿气直接进入湿气测量单元计量，或直接进入湿气备用核查测量单元计量，或依次进入湿气测量单元、湿气备用核查测量单元进行二次计量。

8、本发明所述的湿气测量单元用于一般的湿气测量，当湿气测量单元需要检修保养时，采用湿气备用核查测量单元，所述的湿气备用核查测量单元不仅作用备用进行湿气测量，还可以用于对湿气测量单元进行核查。

9、本发明数据采集控制单元通过控制管线上阀门使湿气直接进入湿气备用核查测量单元计量，此时，湿气不进入湿气测量单元，可以对湿气测量单元进行检修保养，当数据采集控制单元通过控制管线上阀门使湿气依次进入湿气测量单元、湿气备用核查测量单元进行二次计量，可通过比较湿气备用核查测量单元和湿气测量单元的计量结果核查湿气测量单元。

10、综上，本发明采用湿气不分离测量工艺，不仅能够实现真实流量测量，且具有流量核查功能，避免湿气测量单元因磨损导致的测量误差，同时本发明还能实现连续测量。

11、进一步地，湿气测量单元包括测量管，所述测量管一端与井口连接；所述测量管上设置有第一湿气流量计，所述第一湿气流量计的上游端和下游端分别设置有第一阀门和第二阀门，所述测量管上在第二阀门下游端设置有第五阀门；

12、所述湿气备用核查测量单元包括旁通管和支管；

13、所述旁通管一端连接在测量管上第一阀门的上游端，另一端连接在第二阀门和第五阀门之间，所述旁通管上设置有第三阀门；

14、所述支管一端与旁通管、测量管交汇于第二阀门和第五阀门之间，所述支管上设置有第四阀门和第二湿气流量计。

15、本发明采用上述连接的管线和阀门设置，能够实现数据采集控制单元通过控制管线上阀门控制湿气直接进入湿气测量单元计量，或直接进入湿气备用核查测量单元计量，或依次进入湿气测量单元、湿气备用核查测量单元进行二次计量。

16、进一步地，当系统用于多个天然气井湿气计量时，每个天然气井对应设置一个测量管，多个天然气井共用一个第二湿气流量计，各个测量管上的支管通过一连接管连接，连接管设置在第四阀门后端，所述第二湿气流量计设置在连接管上。

17、一方面，上述设置可减少第二湿气流量计的用量，无需每个天然气井均设置一个第二湿气流量计，另一方面，在核查第一湿气流量计时，所有的第一湿气流量计采用同一个第二湿气流量计核查，可统一各个第一湿气流量计核查标准。

18、进一步地，数据采集控制单元包括控制器，所述控制器与第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门通信连接，用于控制各个阀门的开启与关闭。

19、进一步地，数据采集控制单元还包括数据采集模块，所述数据采集模块与第一湿气流量计和第二湿气流量计通信连接，用于采集第一湿气流量计和第二湿气流量计的气相流量和液相流量，并将采集的气相流量和液相流量传递给控制器，所述控制器根据第一湿气流量计和第二湿气流量计的气相流量和液相流量计算第一湿气流量计的气相流量偏差和液相流量偏差。

20、进一步地，数据采集控制单元还包括存储模块，所述存储模块与数据采集模块、控制器通信连接，用于存储数据采集模块采集的气相流量和液相流量，以及控制器计算的气相流量偏差和液相流量偏差。

21、进一步地，所述数据采集控制单元还包括计算模块，所述计算模块与存储模块通信连接；

22、所述计算模块用于获取存储模块内存储的第一湿气流量计所采集的气相流量、液相流量，计算获得日累计气相流量、日累计液相流量、月累计气相流量和月累计液相流量，并将计算的结果存储在存储模块内；

23、所述控制器获取存储模块内日累计气相流量、日累计液相流量、月累计气相流量和月累计液相流量，通过比较当日的日累计气相流量与前一日的日累计气相流量，或比较当日的日累计液相流量与前一日的日累计液相流量，或通过比较当月的月累计气相流量与前一月的月累计气相流量，或比较当月的月累计液相流量与前一月的月累计液相流量，判断是否对第一湿气流量计进行核查；

24、所述控制器根据核查结果判断第一湿气流量计是否进行维护保养。

25、本发明的上述系统能实现自动核查和保养。

26、进一步地，数据采集控制单元还包括显示模块，所述显示模块与数据采集模块、控制器通信连接，用于显示数据采集模块采集的气相流量和液相流量，以及控制器计算的气相流量偏差和液相流量偏差。

27、进一步地，还包括汇流单元，所述汇流单元用于接收所述湿气测量单元和所述湿气备用核查测量单元流出的湿气，并输送至下游的气液分离和集输管线。

28、进一步地，还包括过滤单元；

29、所述过滤单元设置在湿气测量单元或湿气备用核查测量单元的上游端，用于对天然气井口生产的湿气进行过滤处理。

30、进一步地，过滤单元包括过滤器；

31、所述过滤器包括过滤网和储砂部件；所述过滤网用于截留湿气中的砂砾，所述储砂部件设置在过滤网上游端，用于接收存储过滤网截留的沙砾。

32、进一步地，过滤网与管道截面成45°～60°斜角安装。

33、本发明中的过滤单元主要为减少流经湿气流量计的砂砾量而设置的简易过滤设施，仅通过过滤网与管道截面成45°～60°斜角安装方式对砂砾进行阻挡，且具备根据差压自动排砂的功能，需要设置在井口大型过滤设施下游，湿气测量单元上游，且与井口大型过滤设置有区别。

34、进一步地，还包括差压变送器，所述差压变送器的高压端取压口通过取压管与过滤器的上游端连通，差压变送器的低压端取压口通过取压管与过滤器的下游端连通，所述储砂部件设置有排砂阀；

35、所述数据采集控制单元包括控制器和数据采集模块；

36、所述数据采集模块用于采集差压变送器测得的差压值，并将采集的差压值传递给控制器，所述控制器通过比较差压值和设定值，判断时是否开启排砂阀对储砂部件进行排砂处理。

37、基于上述天然气生产平台湿气流量计量系统的控制方法，包括测量控制、保养控制和核查控制；

38、所述测量控制的具体过程为：

39、由控制器控制开启第一阀门、第二阀门，关闭第三阀门，使湿气流经第一湿气流量计，且不经第三阀门分流，同时由控制器控制关闭第四阀门、打开第五阀门，使经第一湿气流量计计量后的湿气直接流入下游，不会进入第二湿气流量计，通过第一湿气流量计采集湿气的气相流量和液相流量；

40、所述保养控制的具体过程为：

41、由控制器控制关闭第一阀门、第二阀门和第五阀门，开启第三阀门和第四阀门，使湿气不进入第一湿气流量计，而是依次通过旁通管、支管进入第二湿气流量计，通过第二湿气流量计采集湿气的气相流量和液相流量；

42、所述核查控制的具体过程为：

43、由控制器控制开启第一阀门、第二阀门，关闭第三阀门，同时开启第四阀门、关闭第五阀门，使湿气依次经过第一湿气流量计和第二湿气流量计。

44、进一步地，在核查控制过程中，由数据采集控制单中的数据采集模块实时采集第一湿气流量计和第二湿气流量计的气相流量和液相流量，并将采集的气相流量和液相流量传递给控制器，所述控制器根据第一湿气流量计和第二湿气流量计的气相流量和液相流量计算第一湿气流量计的气相流量偏差和液相流量偏差。

45、由数据采集控制单中的数据采集模块实时采集第一湿气流量计气相流量和液相流量，并将采集的气相流量和液相流量传递给控制器，其中，控制器和数据采集模块均与存储模块通信连接，存储模块用于存储数据采集模块采集的气相流量和液相流量，以及控制器计算的气相流量偏差和液相流量偏差，存储模块与计算模块通信连接；计算模块用于获取存储模块内存储的第一湿气流量计所采集的气相流量、液相流量，计算获得日累计气相流量、日累计液相流量、月累计气相流量和月累计液相流量，并将计算的结果存储在存储模块内；

46、所述控制器通过比较当日的日累计气相流量与前一日的日累计气相流量，或比较当日的日累计液相流量与前一日的日累计液相流，当日的日累计气相流量与前一日的日累计气相流量偏差超过±10％；或当日的日累计液相流量与前一日的日累计液相流偏差超过±20％，则由控制器控制对第一湿气流量计进行核查；

47、当一个月周期结束后，当日的日累计气相流量与前一日的日累计气相流量偏差均未超过±10％，且当日的日累计液相流量与前一日的日累计液相流量偏差均未超过±20％，则控制器通过比较当月的月累计气相流量与前一月的月累计气相流量，或比较当月的月累计液相流量与前一月的月累计液相流量，若当月的月累计气相流量与前一月的月累计气相流量的偏差超过±20％；或当月的月累计液相流量与前一月的月累计液相流量的偏差超过±40％；则由控制器控制对第一湿气流量计进行核查；

48、所述控制器根据核查结果判断第一湿气流量计是否进行维护保养；若气相核查偏差超过±10％，或液相核查偏差超过±20％，应通过显示模块或其他方式提醒对湿气测量单元进行维护保养。

49、他方式可以是报警方式，例如实际一个报警模块，例如，气相核查偏差超过±10％，或液相核查偏差超过±20％，控制器控制报警模块发出警报。

50、如上述天然气生产平台湿气流量计量系统在单井湿气连续计量或多井湿气连续计量中的应用。

51、进一步地，当用于多井湿气连续计量时，每个天然气井对应一个湿气测量单元，多个天然气井共用一个湿气备用核查测量单元。

52、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

53、1、本发明能够在天然气井口不关井且正常计量的情况下，进行该平台中任意单井计量工艺调试或仪器仪表维保。

54、2、本发明能实现对天然气井口湿气流量计进行在线性能核查。

55、3、本发明通过设置过滤单元，能减少天然气井口流量计量工艺磨损，延长维护保养和使用周期。

56、4、本发明采用湿气流量计替换传统气液分离计量方式，可以实现天然气井口地面计量工艺投资的降本增效。

技术特征：

1.一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，包括湿气测量单元、湿气备用核查测量单元和数据采集控制单元；

2.根据权利要求1所述的一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，所述湿气测量单元包括测量管，所述测量管一端与井口连接；所述测量管上设置有第一湿气流量计(7)，所述第一湿气流量计(7)的上游端和下游端分别设置有第一阀门(6)和第二阀门(8)，所述测量管上在第二阀门(8)下游端设置有第五阀门(11)；

3.根据权利要求2所述的一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，当系统用于多个天然气井湿气计量时，每个天然气井对应设置一个测量管，多个天然气井共用一个第二湿气流量计(12)，各个测量管上的支管通过一连接管连接，连接管设置在第四阀门(10)后端，所述第二湿气流量计(12)设置在连接管上。

4.根据权利要求2所述的一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，所述数据采集控制单元包括控制器，所述控制器与第一阀门(6)、第二阀门(8)、第三阀门(9)、第四阀门(10)和第五阀门(11)通信连接，用于控制各个阀门的开启与关闭。

5.根据权利要求4所述的一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，所述数据采集控制单元还包括数据采集模块，所述数据采集模块与第一湿气流量计(7)和第二湿气流量计(12)通信连接，用于采集第一湿气流量计(7)和第二湿气流量计(12)的气相流量和液相流量，并将采集的气相流量和液相流量传递给控制器，所述控制器根据第一湿气流量计(7)和第二湿气流量计(12)的气相流量和液相流量计算第一湿气流量计(7)的气相流量偏差和液相流量偏差。

6.根据权利要求5所述的一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，所述数据采集控制单元还包括存储模块，所述存储模块与数据采集模块、控制器通信连接，用于存储数据采集模块采集的气相流量和液相流量，以及控制器计算的气相流量偏差和液相流量偏差。

7.根据权利要求6所述的一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，所述数据采集控制单元还包括计算模块，所述计算模块与存储模块通信连接；

8.根据权利要求5所述的一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，所述数据采集控制单元还包括显示模块，所述显示模块与数据采集模块、控制器通信连接，用于显示数据采集模块采集的气相流量和液相流量，以及控制器计算的气相流量偏差和液相流量偏差。

9.根据权利要求1所述的一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，还包括汇流单元，所述汇流单元用于接收所述湿气测量单元和所述湿气备用核查测量单元流出的湿气，并输送至下游的气液分离和集输管线。

10.根据权利要求1所述的一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，还包括过滤单元；

11.根据权利要求10所述的一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，所述过滤单元包括过滤器(1)；

12.根据权利要求11所述的一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，所述过滤网(2)与管道截面成45°～60°斜角安装。

13.根据权利要求11所述的一种天然气生产平台湿气流量计量系统，其特征在于，还包括差压变送器(4)，所述差压变送器(4)的高压端取压口通过取压管与过滤器(1)的上游端连通，差压变送器(4)的低压端取压口通过取压管与过滤器(1)的下游端连通，所述储砂部件(3)设置有排砂阀(5)；

14.基于权利要求4-8任一项所述的天然气生产平台湿气流量计量系统的控制方法，其特征在于，包括测量控制、保养控制和核查控制；

15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，在核查控制过程中，由数据采集控制单中的数据采集模块实时采集第一湿气流量计(7)和第二湿气流量计(12)的气相流量和液相流量，并将采集的气相流量和液相流量传递给控制器，所述控制器根据第一湿气流量计(7)和第二湿气流量计(12)的气相流量和液相流量计算第一湿气流量计(7)的气相流量偏差和液相流量偏差。

16.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，由数据采集控制单中的数据采集模块实时采集第一湿气流量计(7)气相流量和液相流量，并将采集的气相流量和液相流量传递给控制器，其中，控制器和数据采集模块均与存储模块通信连接，存储模块用于存储数据采集模块采集的气相流量和液相流量，以及控制器计算的气相流量偏差和液相流量偏差，存储模块与计算模块通信连接；计算模块用于获取存储模块内存储的第一湿气流量计(7)所采集的气相流量、液相流量，并计算获得日累计气相流量、日累计液相流量、月累计气相流量和月累计液相流量，并将计算的结果存储在存储模块内；

17.如权利要求1-13任一项所述的天然气生产平台湿气流量计量系统在单井湿气连续计量或多井湿气连续计量中的应用。

18.根据权利要求17所述的应用，其特征在于，当用于多井湿气连续计量时，每个天然气井对应一个湿气测量单元，多个天然气井共用一个湿气备用核查测量单元。

技术总结
本发明涉及天然气生产湿气流量测量技术领域，具体公开了一种天然气生产平台湿气流量计量系统及控制方法、应用，包括湿气测量单元、湿气备用核查测量单元和数据采集控制单元；湿气测量单元用于计量天然气井口生产湿气的气相流量和液相流量；湿气备用核查测量单元用于计量天然气井口生产湿气的气相流量和液相流量；或计量流经湿气测量单元湿气的气相流量和液相流量；数据采集控制单元通过控制管线上阀门控制湿气直接进入湿气测量单元计量，或直接进入湿气备用核查测量单元计量，或依次进入湿气测量单元、湿气备用核查测量单元进行二次计量。本发明不仅能够实现真实测量，且具有流量核查功能，避免湿气测量单元因磨损导致的测量误差。

技术研发人员：刘丁发,张强,王辉,罗勤
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23