位于我國南海的DF1C1氣田有4個(gè)生產(chǎn)平臺(tái)（D、E、A、B）共28口生產(chǎn)井（1口大斜度井和27口水平井），氣田設(shè)計(jì)產(chǎn)量規(guī)模為27×10⁸m³/a。氣田不同氣組、不同區(qū)塊單井的產(chǎn)能和天然氣組分都存在較大差異，各井無阻流量為（10～570）10⁴m³/d。非烴組分主要為CO₂和N₂，各井純烴摩爾百分含量為23%～83%，CO₂含量為0.3%～73%，N₂含量為4%～35%，且CO₂和N2含量存在此高彼低的規(guī)律，各井產(chǎn)出天然氣相對密度為0.64～1.28。氣田投產(chǎn)3_a多來，除一口井產(chǎn)出天然氣組分在緩慢發(fā)生改變外，其余生產(chǎn)井天然氣組分基本穩(wěn)定。

    圖1為氣田生產(chǎn)處理及天然氣流量計(jì)量流程示意圖。圖中D平臺(tái)為氣田中心處理平臺(tái)，其余3個(gè)井口平臺(tái)（E、A和B）生產(chǎn)的天然氣集中在D平臺(tái)脫水處理后，經(jīng)海底管線輸送到陸上終端處理廠，在處理廠，大部分天然氣直接輸送到化工用戶，其余天然氣經(jīng)脫CO₂流程處理后，供給燃料用戶。氣田各主要節(jié)點(diǎn)均設(shè)有孔板流量計(jì)，監(jiān)測、記錄各節(jié)點(diǎn)的瞬時(shí)流量或累積產(chǎn)量（圖1中的M1～M11）。氣田平臺(tái)和終端都配有在線和離線色譜組分分析儀器，可隨時(shí)對各節(jié)點(diǎn)的天然氣組分進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測分析。

    氣田日常生產(chǎn)操作的核心是保持氣田外輸混合天然氣產(chǎn)量和組分穩(wěn)定，難點(diǎn)是當(dāng)下游用氣量發(fā)生變化時(shí)，如何快速、合理地調(diào)整單井配產(chǎn)，在調(diào)整外輸氣量的同時(shí)維持外輸混合天然氣組分的穩(wěn)定。

    如果氣田各節(jié)點(diǎn)孔板流量計(jì)，特別是各平臺(tái)測試流量計(jì)（M5、M7、M9和M11）計(jì)量精度足夠高，則可以通過對各單井進(jìn)行變工作制度（油嘴尺寸）產(chǎn)量計(jì)量確立各生產(chǎn)井配產(chǎn)模型，進(jìn)而建立氣田各平臺(tái)及單井的天然氣產(chǎn)量和組分計(jì)算模板，利用此模板即可模擬預(yù)測不同單井工作制度對應(yīng)的氣田外輸天然氣產(chǎn)量和組分的變化，指導(dǎo)氣田在各種情況下對外輸天然氣產(chǎn)量和組分進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的調(diào)配。

    一、產(chǎn)量計(jì)量誤差對生產(chǎn)管理的影響

    自氣田投產(chǎn)以來，氣田各平臺(tái)及單井的產(chǎn)量分配模式見圖2。過程如下：

    （1）氣田陸上終端用于貿(mào)易交接計(jì)量的流量計(jì)M1和M3經(jīng)過國家法定單位定期檢定，誤差小，而氣田外輸總流量計(jì)M2非標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，且未考慮流體物性對流量的影響，誤差大。因此，以終端接收氣量（包括銷售氣量及燃燒、放空氣量）來標(biāo)定氣田外輸流量計(jì)計(jì)量值，以此作為氣田的總產(chǎn)量值。

    （2）再根據(jù)各平臺(tái)總流量計(jì)M4、M6、M8和M10計(jì)量的值，將標(biāo)定后的氣田外輸總產(chǎn)量按比例分配給各平臺(tái)，作為各平臺(tái)總產(chǎn)量值。

    （3）對于單井，通過用測試分離器流量計(jì)M5、M7、M9和M11進(jìn)行變油嘴尺寸下的產(chǎn)量計(jì)量，建立各井油嘴、井口壓力和產(chǎn)量關(guān)系模型（單井配產(chǎn)模型），根據(jù)各井的井口壓力或油嘴開度，采用配產(chǎn)模型計(jì)算各井的理論產(chǎn)量值。最后將平臺(tái)總產(chǎn)量根據(jù)各井理論產(chǎn)量值按比例分配到各井。

    上述方法配產(chǎn)結(jié)果的準(zhǔn)確性主要取決于氣田各節(jié)點(diǎn)孔板流量計(jì)（特別是各平臺(tái)測試分離器流量計(jì)）的準(zhǔn)確度。

    DF1C1氣田生產(chǎn)系統(tǒng)壓力、壓力差和溫度都不高（流程壓力小于8MPa、油嘴后生產(chǎn)流程的壓力差小于1MPa、流程溫度小于70℃），油、水產(chǎn)量低，流程中氣、液間的相態(tài)轉(zhuǎn)化可以忽略^[1C2]_。因此，配產(chǎn)結(jié)果的正確與否，可以通過對比各節(jié)點(diǎn)（根據(jù)計(jì)量結(jié)果配產(chǎn)后）計(jì)算的混合天然氣組分與實(shí)測混合天然氣組分的差異進(jìn)行檢驗(yàn)。若差異大，即表明節(jié)點(diǎn)流量計(jì)計(jì)量結(jié)果存在較大相對誤差（不同組分流體誤差不一致）;若差異小，說明節(jié)點(diǎn)流量計(jì)計(jì)量結(jié)果相對誤差小。稱此過程為產(chǎn)量分配結(jié)果的組分校驗(yàn)。

    如果各平臺(tái)產(chǎn)量（Q_p）分配（比例）正確，則各平臺(tái)混合氣組分（G_p）經(jīng)Q_p加權(quán)計(jì)算后的氣組分應(yīng)該與實(shí)測的氣田外輸混合氣組分（G_f）基本一致;如果各單井產(chǎn)量（Q_w）分配（比例）正確，則不僅各平臺(tái)單井組分（G_w）經(jīng)Q_w加權(quán)計(jì)算后的混合氣組分應(yīng)該與實(shí)測的該平臺(tái)G_p基本一致，而且氣田所有單井組分經(jīng)產(chǎn)量加權(quán)計(jì)算后的氣組分也應(yīng)該與G_i基本一致。相關(guān)校驗(yàn)過程見公式（1）～（4）。

    式中：G_w為單井天然氣組分（純烴、CO₂或N₂）的摩爾百分含量;G_p為分平臺(tái)混合天然氣組分（純烴、CO₂或N₂）的摩爾百分含量;G_f為氣田總的外輸混合天然氣組分（純烴、CO₂或N₂）的摩爾百分含量;Q_w為單井分配產(chǎn)量;Q_p為分平臺(tái)分配產(chǎn)量;Q_f為氣田外輸總產(chǎn)量（標(biāo)定后）;n為某平臺(tái)井?dāng)?shù);N為氣田總井?dāng)?shù);m為氣田平臺(tái)數(shù)。

    圖3為DF1C1氣田投產(chǎn)以來單井產(chǎn)量分配后的組分校驗(yàn)結(jié)果對比曲線，可以看出，氣田各單井配產(chǎn)后加權(quán)計(jì)算的混合天然氣組分與氣田實(shí)測外輸混合天然氣組分相比，CO₂含量和純烴含量差距平均在±2%以上，且基本上都是計(jì)算的混合天然氣CO₂含量偏高，純烴含量偏低。這說明流量計(jì)計(jì)量的高含CO₂井的產(chǎn)量值明顯偏大。

    各平臺(tái)和單井產(chǎn)量分配的準(zhǔn)確性不夠，不僅影響了氣藏動(dòng)態(tài)資料的準(zhǔn)確性，也影響了氣田產(chǎn)量和組分配產(chǎn)計(jì)劃的準(zhǔn)確性。由于配產(chǎn)結(jié)果可參考性差，在日常生產(chǎn)中，當(dāng)需要調(diào)整外輸天然氣產(chǎn)量，或者需要調(diào)整某口生產(chǎn)井的工作制度時(shí)（例如需對某井進(jìn)行系統(tǒng)試井時(shí)），為了同時(shí)保持外輸天然氣組分的穩(wěn)定，現(xiàn)場操作人員只能緩慢地同時(shí)調(diào)整幾口井的工作制度，逐步地實(shí)現(xiàn)調(diào)產(chǎn)目的，一次調(diào)產(chǎn)過程往往需要30～60min，使得調(diào)產(chǎn)時(shí)間長、風(fēng)險(xiǎn)大、計(jì)劃性差。

    二、DF1C1氣田原有流量計(jì)量設(shè)備存在的問題

    DF1C1氣田各節(jié)點(diǎn)孔板流量計(jì)（見圖1）按準(zhǔn)確度要求高低可分為3類。第一類流量計(jì)為終端貿(mào)易交接流量計(jì)M1和M3，屬標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，經(jīng)過國家法定機(jī)構(gòu)鑒定合格，準(zhǔn)確度高;第二類流量計(jì)為分別D、E、A和B等4個(gè)平臺(tái)的測試分離器氣相流量計(jì)M5、M7、M9和M11，用于定期、輪換計(jì)量單井的氣產(chǎn)量，要求有較高的準(zhǔn)確度;第三類流量計(jì)分別為氣田外輸天然氣總流量計(jì)和各平臺(tái)天然氣總流量計(jì)M2、M4、M6、M8和M10，都用于實(shí)時(shí)監(jiān)測的過程計(jì)量，準(zhǔn)確度要求不高。在氣田工程設(shè)計(jì)、安裝時(shí)，假定氣田各節(jié)點(diǎn)流量變化不大、天然氣組分基本一致，因此，氣田第二類和第三類流量計(jì)孔板尺寸都固定不可更換，而計(jì)量模塊也為固化的，無法根據(jù)實(shí)際計(jì)量流體物性的差異改變流量計(jì)算參數(shù)。其設(shè)計(jì)的計(jì)量流體相對密度約0.70。

    根據(jù)國標(biāo)SY/T6143C2004，孔板計(jì)量天然氣質(zhì)量流量計(jì)算基本公式如下^[3]_：

    天然氣在標(biāo)準(zhǔn)條件下（20℃，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）的體積流量計(jì)算基本公式為：

    上述公式中的C、β、ε、d和Δp等參數(shù)主要與計(jì)量工況及計(jì)量設(shè)施有關(guān)，流體性質(zhì)對它們的影響較小，而Z₁、Z_n、ρ₁和ρ_n為計(jì)量流體的物性參數(shù)，它們直接決定著孔板流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果。對于這種固定流體物性參數(shù)的流量計(jì)，在實(shí)際使用中，若計(jì)量流體的相對密度大于0.7，這種流量計(jì)實(shí)測流量值將偏大;若相對密度小于0.7，實(shí)測流量值將偏小。

    以DF1C1氣田產(chǎn)出天然氣組分存在差異的幾口井為例，假設(shè)各井測量工況下除流體物性參數(shù)不同外，其余計(jì)量工況及設(shè)施參數(shù)都一致（D=202.64mm，d=76.15mm，p₁=7.24MPa，Δp=28.8kPa，T=49℃），計(jì)算的各井流量值見表1。從表1中可看出，由于設(shè)計(jì)為固定流體物性參數(shù)的模式，對氣田不同天然氣組分的生產(chǎn)井來說，流量計(jì)的計(jì)量值相對誤差最大可達(dá)25%。

    氣田一期開發(fā)的D、E平臺(tái)多數(shù)為高含CO₂生產(chǎn)井，將造成多數(shù)井測試產(chǎn)量偏高。由此可以預(yù)測，根據(jù)這種流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果進(jìn)行單井配產(chǎn)，配比出的混合天然氣CO₂含量必然比實(shí)際值高，而純烴含量必然比實(shí)際值低。

    另外，對應(yīng)的孔板直徑只能保證對應(yīng)流量范圍的精度，流量超出此范圍，誤差必然增大。氣田單井產(chǎn)能差異大，都采用同樣的孔板進(jìn)行產(chǎn)量計(jì)量，誤差大小必然不一樣。

    因此，為了確保氣田配產(chǎn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，以便指導(dǎo)現(xiàn)場的產(chǎn)量和組分調(diào)配工作，必須對氣田各節(jié)點(diǎn)孔板流量計(jì)進(jìn)行改造。

    三、對測試流量計(jì)進(jìn)行改造，建立流量計(jì)量結(jié)果檢驗(yàn)?zāi)０?/P>

    從組分校驗(yàn)過程可以看出，各平臺(tái)測試流量計(jì)是影響單井配產(chǎn)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵設(shè)備。若對M5、M7、M9和M11等測試流量計(jì)進(jìn)行改造，降低單井產(chǎn)量計(jì)量的相對誤差，即使M2、M4、M6、M8和M10的計(jì)量值相對誤差大，也可以通過終端貿(mào)易交接流量計(jì)計(jì)量結(jié)果的校核，確保氣田各單井及各平臺(tái)產(chǎn)量分配（配產(chǎn)）的準(zhǔn)確性。另一方面，M2、M4、M6、M8和M10等總流量計(jì)的計(jì)量工況與相關(guān)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)相比存在較大差距，改造難度也大。

    為此，生產(chǎn)部門于2005年提出將4個(gè)平臺(tái)的單井產(chǎn)量測試流量計(jì)改造成可輸入流體組分及物性參數(shù)、可更換孔板的流量計(jì)（丹尼爾孔板流量計(jì)），全部改造和調(diào)試工作于2006年6月完成。

    筆者根據(jù)SY/T6143C2004及其附錄^[3]_，編寫了流量計(jì)算程序作為單井產(chǎn)量計(jì)量結(jié)果的檢驗(yàn)?zāi)０?，該程序同時(shí)集成了天然氣物性參數(shù)及熱值計(jì)算、在線壓縮因子計(jì)算等模塊，可同時(shí)計(jì)算出天然氣質(zhì)量流量、體積流量和能量流量。測試流量計(jì)計(jì)算模塊顯示流量值與流量計(jì)算程序的計(jì)算結(jié)果吻合較好，偏差在2%以內(nèi)?，F(xiàn)場操作人員可利用該程序?qū)y試流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，避免測試時(shí)由于數(shù)據(jù)錄入或儀表信號(hào)等原因給計(jì)量結(jié)果帶來誤差。

    用新測試流量計(jì)對所有生產(chǎn)井重新進(jìn)行變油嘴產(chǎn)量計(jì)量后發(fā)現(xiàn)，高含CO2井計(jì)量產(chǎn)量比原流量計(jì)計(jì)量值明顯變小，而高含烴井產(chǎn)量則變化不大，見圖4。這一結(jié)果與前述分析相吻合。

    四、新配產(chǎn)模式的建立

    各平臺(tái)單井測試流量計(jì)改造后，氣田單井產(chǎn)量計(jì)量的準(zhǔn)確度得到提高。而各平臺(tái)總流量計(jì)仍然未改造，存在較大誤差。通過分析研究，建立了氣田新的產(chǎn)量分配模式，歸納為：以測試流量計(jì)計(jì)量的單井產(chǎn)量建立單井配產(chǎn)模型，進(jìn)而確定氣田各節(jié)點(diǎn)（單井及各平臺(tái)）天然氣產(chǎn)量，以終端接收天然氣量核定氣田各節(jié)點(diǎn)的最終分配產(chǎn)量。

    一方面，將單井配產(chǎn)模型、各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)量分配模式、以及各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)量分配結(jié)果的組分校驗(yàn)過程編程，植入開發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的入庫、準(zhǔn)確配產(chǎn)及其配產(chǎn)結(jié)果的校驗(yàn)。另一方面，以EXCEL表格形式將單井配產(chǎn)模型、分配模式和校驗(yàn)過程直接嵌入到氣田生產(chǎn)日報(bào)模板中。在日報(bào)中錄入當(dāng)日各單井油嘴尺寸、井口壓力、溫度、生產(chǎn)時(shí)間、標(biāo)定后的氣田外輸產(chǎn)量等參數(shù)，模板即可自動(dòng)給各單井和各平臺(tái)配產(chǎn)，并對配產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行組分驗(yàn)證。

    五、應(yīng)用效果

    新的配產(chǎn)模式已在氣田現(xiàn)場生產(chǎn)和氣藏動(dòng)態(tài)管理方面使用了近一年時(shí)間，從組分校驗(yàn)結(jié)果看，采用新的配產(chǎn)模式后，計(jì)算的氣田外輸混合天然氣組分與實(shí)測混合氣組分之間的差異明顯變小，平均小于0.5%，見圖5。各平臺(tái)計(jì)算與實(shí)測混合天然氣組分也吻合較好，偏差在1%以內(nèi)。證明單井測試流量計(jì)經(jīng)改造后，計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確度得到明顯提高，配產(chǎn)方法的改進(jìn)不僅提高了氣田配產(chǎn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，建立了配產(chǎn)結(jié)果的校驗(yàn)方法，還避免了氣田各平臺(tái)總流量計(jì)的缺陷對氣田生產(chǎn)管理造成的影響。

    在一定時(shí)期內(nèi)、氣田系統(tǒng)和管匯壓力變化不大的情況下，只需在新的日報(bào)模板中人為改變單井工作制度，即可較為準(zhǔn)確地模擬預(yù)測氣田外輸天然氣產(chǎn)量和組分。因此，該模板可以用于指導(dǎo)氣田現(xiàn)場人員進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的天然氣產(chǎn)量和組分調(diào)配。氣田調(diào)產(chǎn)時(shí)間從原來的30～60min縮短至5～10min。

    六、結(jié)論

    （1）DF121氣田原有產(chǎn)量分配結(jié)果存在較大誤差的主要原因是原有測試流量計(jì)誤差大，配產(chǎn)模式不合理。

    （2）根據(jù)孔板流量計(jì)測量天然氣流量計(jì)算的基本公式（行標(biāo)SY/T614322004），在認(rèn)真分析導(dǎo)致原有測試流量計(jì)誤差較大的技術(shù)原因的基礎(chǔ)上，對氣田4個(gè)平臺(tái)的單井產(chǎn)量測試流量計(jì)進(jìn)行了改造，編寫了孔板流量計(jì)計(jì)算程序，改造后可根據(jù)產(chǎn)量大小合理選擇丹尼爾孔板，同時(shí)還可以將實(shí)測流體組分及物性參數(shù)輸入流量計(jì)算軟件中，實(shí)現(xiàn)了對新測試流量計(jì)計(jì)量結(jié)果的檢驗(yàn)。

    （3）改進(jìn)了氣田配產(chǎn)模式，避免了各平臺(tái)總流量計(jì)存在的誤差對氣田配產(chǎn)結(jié)果造成影響。建立了新的產(chǎn)量分配模板及相應(yīng)的配產(chǎn)結(jié)果的組分校驗(yàn)?zāi)０澹@著地提高了氣田產(chǎn)量分配結(jié)果的準(zhǔn)確性，明顯地縮短了氣田調(diào)產(chǎn)時(shí)間，減小了調(diào)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，極大地方便了氣田的生產(chǎn)管理。

    參考文獻(xiàn)

    [1]李士倫。天然氣工程[M]。北京：石油工業(yè)出版社，2003。
    [2]何更生。油層物理[M]。北京：石油工業(yè)出版社，1991。
    [3]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)。SY/T614322004用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量[S]。北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004。