[发明专利]天然气地下储气库单井注采同管双向计量装置及计量方法

说明书

技术领域

本发明属于天然气地下储气库井口注采双向计量技术领域领域，更具体地，涉及一种利用节流阀节流原理进行计量的装置，主要用于天然气地下储气库在注气和采气过程中，实现单井的实时、在线、连续、气液分相的双向计量功能，属于一种内部计量器具。

背景技术

天然气地下储气库(简称“储气库”)是确保向天然气用户平稳供气的最佳选择，具有储存量大、安全性高、使用年限长、经济易行等优点，是目前较为普遍采用的一种天然气存储设施。储气库地面井组中各单井的注气计量数据和采气计量数据是评价该区域地层天然气储存能力和采出能力的重要依据。储气库注采单井要求双向计量、承载高低压交替变化，而且在注采气成分、压力、流量、相态、流态变化较大条件下仍然能保证较高的计量精度及可靠度等特点，对计量仪表提出了较为苛刻的要求，因此选用适合储气库运行工况特点的计量装置至关重要。

目前储气库井口注采双向计量多采用靶式流量计和超声流量计。靶式流量计根据伯努利方程，当介质在测量管中流动时，因其自身的动能与靶板产生压差，而产生对靶板的作用力，使靶板产生微量的位移，其作用力的大小与介质流速的平方成正比。这样，传感器获得的信号可换算为流体的流量。靶式流量计结构简单，没有滑动、转动可动部件，主要用于测量高粘度、低雷诺数的流体。当靶式流量计用于储气库井口双向计量时，由于靶板安装于管道中，需要与气流接触，在注采气过程中，固体颗粒、油、水等固液态杂质对靶板形成交变载荷，容易受气流流速、气流冲蚀、杂质干扰、采出液波动等复杂工况的影响，造成计量误差偏大。

超声流量计主要通过信号传输时差校正原理来测量介质流量，其换能器在逆流和顺流方向同时发射和接收信号，当介质流动时，信号在介质中传播会跟随流动产生位移，其传播的时间在顺流方向小于逆流方向，而此时间差与平均介质流动的速度成正比例关系，通过测量此时间差，即可计算出介质流量。超声换能器与气体直接接触时，称为插入式超声流量计；超声换能器不与气体直接接触时，称为外夹式超声流量计。超声波流量计具有测量精度高、可靠性强、无扰动部件、压力损失小等特点，尤其适用于大管径气体流量的高精度计量(管径可达1.6m、精度0.5％)，但在储气库的实际应用过程中，天然气中的杂质及液滴、换能器定位误差、声学噪声干扰等因素会对测量结果造成误差。根据《用气体超声流量计测量天然气流量(GB/T 18604—2014)》国家标准，在正常输气工作条件下，在流量计表体内的附着物(如凝析液或带有加工杂质的油品残留物、灰和砂等)会减少流量计的流通面积而影响计量准确度，同时附着物还会阻碍或衰减超声换能器发射和接收超声信号，或者影响超声信号在流量计表体内壁的反射，因此对流量计应定期检查清洗。

以上靶式流量计和超声流量计(含插入式超声流量计和外夹式超声流量计)的性能对比见表1。从现场应用情况来看，注气阶段的计量难度不大，出现的问题较少；在采气初期，天然气气体中携带油分或者凝析地层水及岩屑杂质等，影响流量计的测量精度，容易造成气量计量误差，当流量计承载静压差较大时，极易导致流量计阻流件卡阻、损坏或脱落。此外，靶式流量计和超声流量计均不能对注采井的凝析液或地层水进行计量。

表1储气库双向流量计对比表

发明内容

针对上述问题，本发明的目的提供一种具有数据自动采集功能的计量装置，为建设数字化储气库创造条件。实现在复杂气流环境中单井注采同管的双向、实时、在线、连续、气液分相计量，既可满足储气库关于内部计量的精度及可靠性要求，又能大幅度降低计量成本。

本发明的方法基于储气库天然气的组分数据、注采气时流经节流阀的上下游压力、温度数据以及节流阀的阀门特性和开度，通过数值建模并实时演算，实现在复杂气流环境中单井注采同管的双向、实时、在线、连续、气液分相计量。

为实现上述目的，本发明提供一种天然气地下储气库单井注采同管双向计量方法，所述方法包括：

采集压力、温度及节流阀开度数据；

根据天然气组分以及采集的温度、压力数据的平均值，计算当前条件下天然气混合物的气相质量分数、液相质量分数、含水率及物性参数；

判别当前的作业流程；

如果当前为采气作业流程，则计算单井的气相流量和液相流量；

如果当前为注气作业流程，则计算单井的气体流量。

进一步地，利用相平衡热力学计算模型计算当前条件下天然气混合物的气相质量分数、液相质量分数、含水率及物性参数。可选地，物性参数包括密度、摩尔质量、比体积、比焓、比熵、比热、比内能、压缩因子、JT系数等物性参数。