2017年10
月
浅析CO 2注入系统计量方法
高圣宏（大庆榆树林油田开发有限责任公司，黑龙江大庆
163000）
摘要:Y 油田从2008年开始CO 2驱提高采收率的先导性
矿场试验研究，试验效果较好，目前已进入工业化应用阶段。截止目前为止CO 2累计总注入量为17万t 。CO 2注入量的计量准确与否，直接关系到开发效果、方案调整及后期的评价，所以CO 2注入量的精准计量尤为重要。不同相态下的CO 2需要与其特性相适应的计量方法，才能实现准确计量。低压液态CO 2，宜选用内部结构简单，本身产生节流和压降较小的流量计，如差压式流量计；高压液态CO 2，可选用适合
于液态计量的流量计，如浮子流量计或者漩涡流量计；超临界态的CO 2，应尽量控制工况条件、避开边界线，可以使计量变的简单。
关键词:CO 2计量；相态；埋存
1CO 2驱的工艺概况
Y 油田的CO 2驱油试验从开始先导性矿场实验开始，到目前的工业化应用阶段，地面配套工艺共经历了三次突破性的变革，而最终形成一套比较成熟的CO 2注入、采出集输处理工艺。
初期先导性试验，注入采用外购液态CO 2经罐车拉运至井场，注入泵车高压液相的方式，采出液集输采用单井架罐拉油；后期扩大矿场试验规模后，外来气态CO 2经过氨制冷工艺液化后，经柱塞泵集中高压液相注入，采出液的集输工艺采用单井架罐拉油；工业化应用阶段，采出液集输系统实现密闭集输，待采出气达到回收规模，将掺混纯CO 2进行混相注入。
2不同工况及相态下CO 2特性
根据CO 2相态图及矿场试验的工艺特点，可以将CO 2分为四种不同的工况。在CO 2温度与压力关系的相态图中有两个的关键点，一个为三相点，一个为临界点。三相点温度为-56.6℃，压力为0.535MPa ，该点处CO 2可以气态、液态、固态三种相态共存。临界点温度为31.1℃，压力为7.38MPa ，当温度与
压力均大于临界值时，CO 2处于超临界状态。2.1气相
CO 2温度大于-78.5℃时，气相压力曲线下方区域，该工况下的CO 2属于常规气体，气体的密度会随温度和压力的变化而变化，在一定的温度和压力下，特性比较稳定，具有稳定的密度。2.2低压液相
CO 2温度大于-56.6℃，压力大于0.535MPa ，低于7.38MPa 的区域，该工况下的CO 2属于低压液相区，该工况下的CO 2物理性质并不稳定，密度随温度和压力参数的变化产生较大的变化，并且随着流动状态、压力、温度参数变化，可在在气相和液相之间相互转化。2.3高压液相
CO 2温度小于31.1℃，压力大于7.38MPa 的区域，该工况下的CO 2属于稳定单一的液相区，该工况下的CO 2物理性质比较稳定，在同一温度和压力条件下，相态稳定，密度一定。2.4超临界态
CO 2温度大于31.1℃，压力大于7.38MPa 的区域，该工况下的CO 2属于超临界态，可以理解为超过临界压力和温度的高压液体又被升温，抑或超过临界温度和压力后的高温气体又被加压，所以超临界状态的CO 2具有气体和液体两相特征，如气体扩张性、液体溶解性和超低的表面张力。
3矿场试验中CO 2计量方法的适应性分析
3.1原料气的测量
原料气为气体CO 2，设计压力为2.7MPa ，设计温度范围为
2～5℃；实际运行压力为2.2MPa 左右，温度为4℃左右，完全在
设计范围内。该工况下的CO 2属于稳定的气体，密度约为4.3g/l ，可选用涡街流量计，旋进漩涡流量计，涡轮流量计等测量气体的流量计，需要依据实际运行工况参数校正流量即可。3.2液化后去储罐的成品CO 2计量
注入液化后成品气的设计压力范围为其压力设计范围为2.0～2.3MPa ，温度设计范围为左右-20～-14℃。该工况下的液态二氧化碳属于饱和态，在一定的温度和压力下，处于气液两相平衡状态。但是，当有升温或者降压时，液相就会向气相转换；当有降温或升压时，气相就会向液相转换。在这种工况下，处于的流动状态的介质中一定有气泡存在，当介质经过管线弯头，大小头，或流量计本身时，气泡量都会增加，泡状流会影响测量的准确性。这种情况下，可以采用保冷的方式，降低升温，来减小气泡带来的测量误差。
在-17℃，液态CO 2的饱和蒸汽压为2.1MPa 。考虑到解析气和溶解气泡的存在，应该选用本身对介质产生节流压降或温升作用小的流量计，避免产生更多的气泡，导致测量值偏大，精确计量困难。该工况下推荐选用差压式流量计，如弯管、文丘里管流量计，还有间接式的速度流量计，如超声波流量计。3.3高压柱塞泵后的液态CO 2计量
成品液态CO 2经高压柱塞泵升压后，再经过单井的注入阀组回注地层。单井注入的流量计设置在单井注
入阀组。高压柱塞泵出口实际运行压力在21～23MPa 范围内，温度在-8℃左右。该工况下的液态CO 2属于第三种高压液相态。该工况下的液态CO 2的粘度、流动性等特性与水类似，密度稍大于水，一般使用除了电磁流量计外其它测量液体的流量计，因为CO 2属于非极性物质，不具有导电性，其余类型流量计均可。推荐的流量计有差压式、容积式、旋涡式流量计均可选择。对于以上各种流量计，都需要依据相应工况下的温度、压力等参数校正流量计。该种工况下，矿场试验使用的流量计有涡街流量计、漩涡流量计、金属管浮子流量计。3.4超临界态CO 2计量
超临界态除了边界区域存在相态的相互转化，计量难度大外，边界区域除外的剩余区域，可以按照单一的气态或者液态来计量。对于边界处的多相流计量，一般会采用多次重复测量，制作压力、温度和密度值的数据库，数据库越完善，计量越精确。
超临界态CO 2的计量，应尽量控制工况条件，避开7.31MPa 和31.3℃的边界区，可以使计量更简单，更准确。
4几点认识
（1）低于7.1MPa 的低压液态CO 2，宜选用内部结构简单，本身产生节流和压降较小的流量计，如差压式流量计。（2）压力大于7.1MPa 的高压液态CO 2，可选用除了电磁流量计以外的，适合于液态计量的流量计，如浮子流量计或者漩涡流量计。（3）超临界态的CO 2，应尽量控制工况条件，避开边界
线，可以使计量变的简单容易。（4）不论在那种工况条件下，都需要按照实际的压力和参数来校正计量结果，方可使计量更为精准。
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