濕天然氣測量技術(shù)及國際標準化研究進(jìn)展
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1 濕天然氣測量技術(shù)
（1）濕天然氣量化定義。國際上濕氣的量化定義方法主要包括LM參數法、氣體體積含率法（GVF法）和氣體質(zhì)量含率法（干度法）。通用的定義方法是LM參數法。國際技術(shù)報告ISO/TC193SC3WG2DTR-2010規定，LM參數小于0.3的天然氣、烴和（或）水組成的混合流體稱(chēng)為濕天然氣。LM參數定義為管道中單獨液體流動(dòng)條件下的液體慣性與管道中單獨氣體流動(dòng)條件下的氣體慣性之比的平方根，計算公式如下
由式（1）可見(jiàn)，XLM越小，液相含率越低。對于XLM很小的濕天然氣，通常采用單相氣體流量計測量氣體流量。對于XLM較大的濕天然氣，通常采用多相流流量計或氣液分離的測量方式。當XLM在一定范圍內時(shí)，可以采用濕天然氣流量計同時(shí)獲得氣液兩相的流量。
（2）單相流量計。常用的單相氣體流量計主要有孔板、文丘里管、噴嘴、渦輪、旋進(jìn)漩渦流量計等。美國、荷蘭、挪威等大石油公司和研究機構開(kāi)展了大量的利用差壓式流量計測量濕氣的實(shí)驗研究，研究結果表明，差壓流量計測量濕天然氣的結果偏高，需要建立修正模型。典型的修正模型包括孔板測量濕氣修正的Lockhart-Martinell公式、Mur-dock公式和Chisholm公式[1]，文丘里管測量濕氣修正的DeLeeuw公式和Steven公式等[2-3]。國內石油大學(xué)、天津大學(xué)等也通過(guò)對模擬裝置進(jìn)行研究，獲得了孔板、文丘里管等流量計在一定測量范圍內的修正公式。
（3）濕氣流量計。濕天然氣流量計是指能夠實(shí)時(shí)測得氣、液兩相流量的測量裝置，多采用多參數或雙參數測量方法，采用兩種或多種傳感器進(jìn)行組合測量，產(chǎn)生包含兩個(gè)未知數的方程，解此方程組得到兩相流量，如采用雙孔板、雙文丘里管組合旋渦流量計等。目前，能夠用于濕氣測量的濕氣流量計有Solartron、TEA、McCrometer、PECO、Agar、FMC等公司的產(chǎn)品。Solartron公司的DualstreamⅡ型雙差壓流量計測量濕氣，氣相流量測量不確定度可達到±5%，液相達±10%；Agar公司的WGM型雙文丘里管加旋渦流量計測量濕氣，氣、液相流量測量不確定度可達到±2%；FMC公司的OneStep型加長(cháng)文丘里管測量濕氣，氣相流量不確定度可達±2%，液相達±6%。國內天津大學(xué)、浙江大學(xué)等也進(jìn)行了雙孔板和雙文丘里管雙參數濕天然氣流量計實(shí)驗研究并開(kāi)發(fā)了產(chǎn)品。
（4）多相流量計。多相流量計定義為能夠同時(shí)測得氣相、液相流量以及不同液體組分的流量計。多相流量計以多傳感器為基礎進(jìn)行多參數組合測量，并通過(guò)專(zhuān)用微機系統進(jìn)行數據處理分析，實(shí)現自動(dòng)、連續、在線(xiàn)測量。多相流量計有兩種測量方式，一種是部分分離測量方式，美國Agar公司的MPFM-400型多相流量計、英國Jiskoot公司基于小型氣液旋流分離器的多相流量計、國內蘭州海默公司的MPM2000H型多相流量計是典型的部分分離式多相流量計；另一種是不分離測量方式，它通過(guò)兩個(gè)或更多傳感器對多相流流速、流體密度或相分布進(jìn)行測量，如挪威Roxar公司開(kāi)發(fā)的RFMMPFM1900VI多相流量計和挪威Framo公司的Framo多相流量計。多相流量計一直用于石油天然氣開(kāi)采行業(yè)油氣水三相流或多相流測量（即XLM＞0.3范圍），濕氣測量（即XLM≤0.3）始終是多相流量計測量技術(shù)的困難領(lǐng)域，測量結果的誤差明顯大于多相流。
（5）其他測量技術(shù)。除了上述3類(lèi)流量測量技術(shù)以外，為了準確獲得濕天然氣的體積流量、質(zhì)量流量或者能量流量，還必須獲得氣相和液相的密度、體積比、組分、熱值等參數，因此濕天然氣取樣技術(shù)、體積比測量分析技術(shù)、在線(xiàn)組分分析技術(shù)、現場(chǎng)測試修正技術(shù)等都是需要認真解決的技術(shù)問(wèn)題。
2 國際標準研究進(jìn)展
由于濕天然氣測量技術(shù)尚不完善，目前國際上還沒(méi)有頒布正式的濕氣測量標準，已頒布的都是濕氣測量技術(shù)建議或技術(shù)報告，主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是重點(diǎn)闡述多相流測量技術(shù)，其中涉及濕氣測量技術(shù)要求，如挪威油氣測量協(xié)會(huì )《多相流測量手冊》、美國阿拉斯加油氣保護委員會(huì )《多相測量原理》、美國石油學(xué)會(huì )《多相流測量推薦做法》；另一類(lèi)是針對濕氣和濕天然氣測量的技術(shù)報告，如美國機械 工程師協(xié)會(huì )（ASME）《濕氣測量指南》、國際標準化委員會(huì )封閉管道差壓裝置流體流量測量分委會(huì )技術(shù)報告（ISOTC30SC2DTR-11583，2010）《用差壓裝置測量圓形截面管道濕氣流量》、國際標準化委員會(huì )天然氣技術(shù)委員會(huì )技術(shù)報告（ISOTC193DTR，2011）《封閉管道濕天然氣測量》。
（1）以多相流測量為重點(diǎn)的技術(shù)手冊和建議?！抖嘞嗔鳒y量手冊》是于1995年制定發(fā)布的世界上第一個(gè)涉及濕氣測量的指導性技術(shù)文件，并于2005年發(fā)布了修訂版。該手冊主要包括多相流測量原理、流型、流量計性能技術(shù)要求、測量不確定度、多相流量計現場(chǎng)安裝和運行等內容?！抖嘞鄿y量原理》于2004年頒布，主要包括多相測量原理、多相流量計分類(lèi)、濕氣測量技術(shù)、多相流量計性能等內容?！抖嘞嗔鳒y量推薦做法》于2005年9月發(fā)布，主要用于油氣單井產(chǎn)量的測量，內容包括多相流測量方式和測量原理、流型、測量不確定度計算方法、流量計的驗收和校準等方面的內容。
（2）ASME《濕氣測量指南》。該指南于2008年發(fā)布，體現了國際上濕氣測量技術(shù)的發(fā)展水平和最新研究成果，它不是只針對天然氣行業(yè)，而是針對整個(gè)工業(yè)濕氣（如蒸汽等）的通用技術(shù)報告，內容包括濕氣流型、濕氣流量計的分類(lèi)和工作原理、濕氣測量中的實(shí)際問(wèn)題和推薦做法、測量不確定度等。
（3）ISOTC30《用差壓裝置測量圓形截面管道濕氣流量》。該報告草案于2010年12月投票，于2011年發(fā)布。報告適用于用孔板和文丘里管測量氣體體積含量大于95%的濕氣，氣體包括空氣、氮氣、天然氣、水蒸氣等，液體包括水、煤油、冷凝物等。報告給出了孔板和文丘里管用于濕氣測量的適用條件，設計、安裝、取壓、修正計算公式、XLM參數測定方法，不同XLM參數下的測量不確定度，以及采用示蹤技術(shù)測得液相含率的方法。
（4）ISOTC193《封閉管道濕天然氣測量》。國際標準化委員會(huì )天然氣技術(shù)委員會(huì )于2008年7月成立了上游領(lǐng)域濕氣測量工作組（ISOTC193SC3/WG2），負責起草ISO濕天然氣測量技術(shù)報告，并于2010年4月發(fā)布報告草案，2011年1月對報告進(jìn)行了修改。報告名稱(chēng)為《封閉管道濕天然氣測量》，適用于石油天然氣行業(yè)中的濕天然氣測量。報告主要給出了濕天然氣的定義，流型分類(lèi)，流量計種類(lèi)，技術(shù)性能，安裝、使用及維護的技術(shù)要求和建議。同時(shí)對于一些相對成熟的測量技術(shù)，提出了其在濕氣測量應用中的限制條件，安裝、校準和檢定等方面的技術(shù)要求。此技術(shù)報告對于保證濕天然氣測量的準確可靠具有重要意義，是目前世界上唯一的針對濕天然氣測量的技術(shù)依據，具有較強的實(shí)際指導作用。
3 結語(yǔ)
我國陸上和海上油氣田在單井、輸配氣站等生產(chǎn)環(huán)節需要進(jìn)行大量多次的濕天然氣測量，目前絕大多數測量節點(diǎn)采用單相流量計測量濕天然氣，在測量工藝、流量計的類(lèi)型、安裝條件、取樣方法、組分分析以及濕氣修正等方面缺乏理論指導和相關(guān)標準的支持。我國尚無(wú)針對濕天然氣測量的實(shí)驗測試裝置，不能開(kāi)展濕天然氣流量測量校準工作。我國應結合國際濕天然氣測量最新技術(shù)報告的相關(guān)要求，對國內濕天然氣測量技術(shù)現狀進(jìn)行調查分析，建設濕天然氣實(shí)驗測試標準裝置，開(kāi)展濕天然氣測量相關(guān)技術(shù)研究，及時(shí)制定我國的濕天然氣測量系列標準。(end)
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