濕天然氣

在石油天然氣工業中，通常將經過脫水、淨化和輕烴回收處理，符合工業、民用的商品氣或者滿足長距離輸送條件的管輸氣稱之為“乾氣”。而將從井口直接采出，未經脫水脫烴處理，含有少量凝析油、凝析水、飽和水蒸氣，持液率較高的天然氣稱之為濕天然氣。

基本介紹

• 中文名：濕天然氣
• 外文名：Wet natural gas
• 領域：石油天然氣
• 分類參數：L-M參數
• 狀態：兩相流體
• 組分：天然氣、水或凝析油

定義

大多數情況下，天然氣的產出總是伴隨著液態烴、游離水和壓縮蒸汽，這樣產出的天然氣稱為濕天然氣或多相天然氣。

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） 和氣體質量含率法 （乾度）。通用的定義方法是 LM 參數法。國際技術報告 ISO/TC193SC3 WG2 DTR-2010 規定，LM 參數小於 0.3 的天然氣、烴和 （或） 水組成的混合流體稱為濕天然氣。LM 參數定義為管道中單獨液體流動條件下的液體慣性與管道中單獨氣體流動條件下的氣體慣性之比的平方根。

分類

在2002年，Parviz Mehdizadeh, Jack Marrelli and Ven C Ting等根據洛—馬參數X的大小和體積含氣率將濕天然氣劃分為3類。

Ⅰ型濕天然氣為X≤0.02，對應於體積含氣率大於99%的濕天然氣，一般是液相（水或凝析烴）體積含率低於0.5%的已處理或未處理過的氣體，或是由高氣油比、高溫高壓的氣藏產出。計量這類濕天然氣的主要目的是測量氣體中的氣相流量，但要獲得氣相流量的精確值，必須精確得知其液相含量。

Ⅱ型濕天然氣為0.02≤X≤0.30的濕天然氣，凝析氣藏的井口產出物一般是這類濕天然氣，計量的主要目的也是獲得氣相流量。

洛—馬線以上的部分都屬於Ⅲ型濕天然氣，這類濕天然氣的液相含率可能很高，計量的目的是獲得液體和氣態烴的流量，要獲得高準確度或進行油藏與油井管理就要計量水的含量，這類濕天然氣的計量主要由多相流計量系統完成，稱為Ⅲ型計量系統。

3類濕天然氣之間有交叉部分，其邊界的變動是壓力的函式。

計量方法

濕天然氣是一種兩相流體，液相可以是水或凝析油等，濕天然氣計量的主要目的是計量氣相的流量。目前濕天然氣的計量方法主要有兩種：單參數計量方法和雙參數計量方法。單參數方法是對乾氣計量的模型進行適當的修正和改進，主要適用於Ⅰ型濕天然氣的計量；雙參數計量方法主要是採用兩種或多種感測器進行組合測量，主要適用於Ⅱ型濕天然氣的計量；Ⅲ型濕天然氣主要採用多相流計量系統進行計量。無論是單參數方法還是雙參數方法，都存在不足，通過對其工作原理和實現方式的詳細分析，可以採用相應的措施來提高濕天然氣的測量準確度。

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、旋進漩渦流量計等。美國、荷蘭、挪威等大石油公司和研究機構開展了大量的利用差壓式流量計測量濕氣的實驗研究，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，文丘里管測量濕氣修正的De Leeuw公式和Steven公式等。國內石油大學、天津大學等也通過對模擬裝置進行研究，獲得了孔板、文丘里管等流量計在一定測量範圍內的修正公式。

濕氣流量計

濕天然氣流量計是指能夠實時測得氣、液兩相流量的測量裝置，多採用多參數或雙參數測量方法，採用兩種或多種感測器進行組合測量，產生包含兩個未知數的方程，解此方程組得到兩相流量，如採用雙孔板、雙文丘里管組合旋渦流量計等。目前，能夠用於濕氣測量的濕氣流量計 有 Solartron、 TEA、 Mc Crometer、 PECO、 Agar、FMC 等公司的產品。 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 One Step型加長文丘里管測量濕氣，氣相流量不確定度可達2%，液相達 6%。國內天津大學、浙江大學等也進行了雙孔板和雙文丘里管雙參數濕天然氣流量計實驗研究並開發了產品。

多相流量計

多相流量計定義為能夠同時測得氣相、液相流量以及不同液體組分的流量計。多相流量計以多感測器為基礎進行多參數組合測量，並通過專用微機系統進行數據處理分析，實現自動、連續、線上測量。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公司基於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，它通過兩個或更多感測器對多相流流速、流體密度或相分布進行測量，如挪威 Roxar 公司開發的 RFM MPFM1900VI 多相流量計和挪威 Framo 公司的 Framo 多相流量計。多相流量計一直用於石油天然氣開採行業油氣水三相流或多相流測量 （即XLM>0.3 範圍），濕氣測量 （即XLM≤0.3） 始終是多相流量計測量技術的困難領域，測量結果的誤差明顯大於多相流。

其他測量技術

除了上述3類流量測量技術以外，為了準確獲得濕天然氣的體積流量、質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、體積比測量分析技術、線上組分分析技術、現場測試修正技術等都是需要認真解決的技術問題。

輸送問題

天然氣在氣井中被開採出來後，由於未經處理常含有大量的水分和其他成分，利用管道輸送這種天然氣的過程稱為濕天然氣或凝析氣輸送。未處理的濕天然氣由於含有大量的自由水，而且濕天然氣中含有一部分的重烴組分（乙烷質量分數6%~10%），在輸送過程中，當管道內溫度低於水合物形成溫度時容易產生水合物。水合物的產生容易堵塞管道，影響管道的安全運輸，造成經濟上的浪費和損失。

濕天然氣在管道內輸送過程中，隨著壓力、溫度和地形起伏等條件的變化，分離成氣液兩相，氣相為凝析氣田天然氣，液相可以是水或凝析油等。因此，濕天然氣的流動問題屬於兩相流動問題。