氣田的井叢控制系統(tǒng)分為井口部分、匯管部分、注甲醇和注緩蝕劑部分、預(yù)留部分以及分散控制系統(tǒng)DCS組成。井口部分使用大小孔板流量計，井叢運行前期流量較小，采用小孔板用于檢測流量，待穩(wěn)定之后，天然氣流量增大，運用大孔板用于檢測流量。
進入了21世紀(jì)，測控隨著自動化技術(shù)以及機電一體化的潮流而有益發(fā)展。一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成的。測量技術(shù)是機電一體化重要的的組成部分。
工程概況
從油田的現(xiàn)狀來看，機電一體化技術(shù)還沒有達到廣泛應(yīng)用的地步。油田的自動化程度越來越高，測控技術(shù)已經(jīng)在油田建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。
氣田井叢工藝原理如圖1所示。
氣田一個井叢一般包括3口單井。每單井采出的天然氣經(jīng)過注甲醇和緩蝕劑的處理后，再將處理過的天然氣進行節(jié)流調(diào)壓匯入井叢匯管外輸至中央處理廠(CPF)。一般而言，一個大的中央處理廠(CPF)能接收30~40個井叢的外輸天然氣，能接收大概100多口井的外輸天然氣。每口單井采氣樹設(shè)置壓力參數(shù)檢測設(shè)備，--旦井下的壓力過高或者壓力變化過于迅速，井下的壓力變送器將壓力信號及時的將井底和井口的壓力參數(shù)上傳至井叢控制室內(nèi)的分散控制系統(tǒng)DCS上。分散控制系統(tǒng)DCS將會發(fā)出命令根據(jù)壓力的升高情況和變化速率，決定關(guān)閉井底安全閥，還是井口安全閥，或者同時關(guān)閉井底和井口安全閥確保采氣樹的安全,保證安全生產(chǎn)。井下的壓力變送器就像觀察井下情況的眼睛和耳朵，時時檢測井下壓力參數(shù)的變化情況，輸送出4~20mA的電流信號，一旦達到危險地極限，及時通知井叢的大腦-分散控制系統(tǒng)DCS，由分散控制系統(tǒng)DCS,做出判斷，并且依據(jù)所做出的判斷，來下達相應(yīng)的指令。流量計比選
每單井井口流量檢測并遠傳，高、低流量報警信號傳入分散控制系統(tǒng)DCS中，如果流量過低聯(lián)鎖控制節(jié)流閥，適當(dāng)?shù)目刂乒?jié)流閥的開度，保持流量的穩(wěn)定性。
各類流量儀表都有自己的特點。選型的目的就是為了在眾多的產(chǎn)品中選出適合工況條件的儀表。要想選擇最佳的儀表，必須從儀表本身和被測對象兩方面考慮。首先當(dāng)然要確認(rèn)儀表安裝的必要性，工程實際中是否真的需要安裝流量儀表。確定了必要性之后，如果只希望知道流體在管道中是否流動和大體流量值，采用價格低廉的流量指示器即可。其次，了解流體的特性和參數(shù)，初選流量測量的方法和儀表。除了一些非常明顯不合適的儀表類型之外，余下幾種方案進行下一步深入的比較。分析主要從五個方面進行的，即儀表的性能，流體特性方面，安裝條件方面，環(huán)境條件方面和經(jīng)濟因素等。
氣體流量計的種類非常多，但是常用的有以孔板為代表的節(jié)流裝置，渦街，金屬管浮子，旋進旋渦和氣體渦輪流量計。由于以上幾種流量計的原理不同，所以它們所測量的流量下限要求不同，精度不同，價格也不相同。孔板流量計測量氣體時壓力損失大，對流量下限有一定要求，它適用于測量精度要求不高，介質(zhì)流量正常的場所。
渦街流量計對氣體介質(zhì)流量下限有一定要求，如果流量正常它的測量精度完全可以滿足。
金屬管浮子流量計對壓力有一定要求，壓力過小，浮.子將無法工作，它可以用于測量流量較小的介質(zhì)，但由于的它的管徑最大只能做DN150，所以它不能測量大口徑管道氣體流量。
旋進旋渦流量計主要用于天然氣的測量，主要優(yōu)點是沒有機械轉(zhuǎn)動部件，不易腐蝕、可靠度高、穩(wěn)定性好，長期工作無須維護。但是旋進漩渦流量計測量含水、含油、含沙的天然氣較為困難，并且測量的高流量的天然氣顯得力不從心。
氣體渦輪流量計也是主要用于天然氣介質(zhì)測量是一種速度式儀表，對安裝有直管段要求。測量精度比較正確，但是氣體渦輪流量計里面有可疑快速轉(zhuǎn)動的氣體渦輪，所以使用時間長之后，氣體渦輪容易磨損，造成計量不準(zhǔn)確。如果天然氣介質(zhì)內(nèi)含有較多的雜質(zhì)，容易損壞氣體渦輪。
孔板，渦街可以用于各種口徑管道氣體介質(zhì)測量，只是對流量下限有一定要求，金屬管浮子流量計可用于DN150以下管道介質(zhì)測量。
綜合以上的考慮以及的現(xiàn)場實際情況。從氣田井口出來的天然氣，容易含水、含油、含氣。雜質(zhì)成分比較復(fù)雜。并且投產(chǎn)初期天然氣產(chǎn)量比較小，隨著逐步的開發(fā)和生產(chǎn)穩(wěn)定，天然氣的產(chǎn)量逐漸達到峰值，之后隨著生產(chǎn)的進一步深入，井口天然氣產(chǎn)量逐漸進人衰竭期。也就是說天然氣產(chǎn)量要經(jīng)歷低-高-低的過程。對于流量計的算則就非常困難。因為每種流量計都有自己的固定量程。如果用測量低流量的流量計，那么天然氣產(chǎn)量達到峰值的時候，低流量流量計將無法測量天然氣產(chǎn)量。如果用測量高流量的流量計，那么天然氣產(chǎn)量比較小的時候，高流量流量計將計量不準(zhǔn)確或者根本無法計量天然氣產(chǎn)量。
孔板流量計
針對工程實際情況，氣田井叢天然氣流量測量使用了帶兩塊孔板，可以在線更換的的孔板流量計。小孔板主要針對生產(chǎn)前期和后期，天然氣流量比較小的情況。而大孔板主要針對天然氣生產(chǎn)達到峰值，天然氣流量非常大的情況。根據(jù)孔板口徑計算公式:
Qv=CεA/sqr(20P/(1-β4)/ρ1)
其中:C一流出系數(shù);
E--可膨脹系數(shù);
A一節(jié)流件開孔截面積，ｍ³;
△P一節(jié)流裝置輸出的差壓，Pa;
β一直徑比;.
ρ1一被測流體在I-I處的密度，kg/ｍ³;
Qv一體積流量，m/h.
標(biāo)準(zhǔn)孔板的流出系數(shù)C由里德一哈利斯、加拉赫(Reader-Harris/Gallagher)公式確定。在保持管徑不變的情況下，只需要改變孔板的開孔尺寸，就可以改變測量范圍。這樣就提高了測量的精度。并且巧妙的躲開了孔板流量計量程比只有3:1,測量范圍窄的問題。雖然孔板流量計現(xiàn)場安裝條件要求比較高，需要比較長的的直管段，但是氣田井叢的廠區(qū)大，能夠提供較長的直接管段。這個問題可以解決。孔板的檢測件與差壓顯示儀表之間的引壓管線是比較薄弱的環(huán)節(jié)，比較容易產(chǎn)生泄露、凍堵、凍結(jié)及信號失真等故障。選擇質(zhì)量可靠的引壓管和電纜，并且要求現(xiàn)場施工的工人按照國家的標(biāo)準(zhǔn)安裝方式安裝，避免今后運行中的隱患。
結(jié)語
孔板流量計的許多優(yōu)點在氣田的井叢可以得以充分的展示。易于復(fù)制,簡單,牢固,性能穩(wěn)定可靠，價格低，使用期限長，標(biāo)準(zhǔn)型的檢測件為全世界通用，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國際計量組織均認(rèn)可的產(chǎn)品。而且孔板無須個別校準(zhǔn)，維護成本很低，對于介質(zhì)的潔凈程度要求不是很高。這都非常符合現(xiàn)場的實際需要。大小兩塊孔板可以實現(xiàn)在線更換，降低了操作難度，降低了維護成本。可換孔板的流量計的使用，提高了計量精度，降低了投資成本。始終可以使孔板流量計保持高效、穩(wěn)定、低成本的運行狀態(tài)。
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