[科普中国]-湿天然气

定义

大多数情况下，天然气的产出总是伴随着液态烃、游离水和压缩蒸汽，这样产出的天然气称为湿天然气或多相天然气。2

国际上湿气的量化定义方法主要包括 LM 参数法、气体体积含率法（GVF法） 和气体质量含率法 （干度）。通用的定义方法是 LM 参数法。国际技术报告 ISO/TC193SC3 WG2 DTR-2010 规定，LM 参数小于 0.3 的天然气、烃和 （或） 水组成的混合流体称为湿天然气。LM 参数定义为管道中单独液体流动条件下的液体惯性与管道中单独气体流动条件下的气体惯性之比的平方根。3

分类在2002年，Parviz Mehdizadeh, Jack Marrelli and Ven C Ting等根据洛—马参数X的大小和体积含气率将湿天然气划分为3类。4

Ⅰ型湿天然气为X≤0.02，对应于体积含气率大于99%的湿天然气，一般是液相（水或凝析烃）体积含率低于0.5%的已处理或未处理过的气体，或是由高气油比、高温高压的气藏产出。计量这类湿天然气的主要目的是测量气体中的气相流量，但要获得气相流量的精确值，必须精确得知其液相含量。

Ⅱ型湿天然气为0.02≤X≤0.30的湿天然气，凝析气藏的井口产出物一般是这类湿天然气，计量的主要目的也是获得气相流量。

洛—马线以上的部分都属于Ⅲ型湿天然气，这类湿天然气的液相含率可能很高，计量的目的是获得液体和气态烃的流量，要获得高准确度或进行油藏与油井管理就要计量水的含量，这类湿天然气的计量主要由多相流计量系统完成，称为Ⅲ型计量系统。

3类湿天然气之间有交叉部分，其边界的变动是压力的函数。2

计量方法湿天然气是一种两相流体，液相可以是水或凝析油等，湿天然气计量的主要目的是计量气相的流量。目前湿天然气的计量方法主要有两种：单参数计量方法和双参数计量方法。单参数方法是对干气计量的模型进行适当的修正和改进，主要适用于Ⅰ型湿天然气的计量；双参数计量方法主要是采用两种或多种传感器进行组合测量，主要适用于Ⅱ型湿天然气的计量；Ⅲ型湿天然气主要采用多相流计量系统进行计量。无论是单参数方法还是双参数方法，都存在不足，通过对其工作原理和实现方式的详细分析，可以采用相应的措施来提高湿天然气的测量准确度。2

单相流量计常用的单相气体流量计主要有孔板、文丘里管、喷嘴、涡轮、旋进漩涡流量计等。美国、荷兰、挪威等大石油公司和研究机构开展了大量的利用差压式流量计测量湿气的实验研究，研究结果表明，差压流量计测量湿天然气的结果偏高，需要建立修正模型。典型的修正模型包括孔板测量湿气修正的Lockhart-Martinell公式、Mur-dock 公式和 Chisholm 公式，文丘里管测量湿气修正的De Leeuw公式和Steven公式等。国内石油大学、天津大学等也通过对模拟装置进行研究，获得了孔板、文丘里管等流量计在一定测量范围内的修正公式。3

湿气流量计湿天然气流量计是指能够实时测得气、液两相流量的测量装置，多采用多参数或双参数测量方法，采用两种或多种传感器进行组合测量，产生包含两个未知数的方程，解此方程组得到两相流量，如采用双孔板、双文丘里管组合旋涡流量计等。目前，能够用于湿气测量的湿气流量计 有 Solartron、 TEA、 Mc Crometer、 PECO、 Agar、FMC 等公司的产品。 Solartron 公司的 DualstreamⅡ型双差压流量计测量湿气，气相流量测量不确定度可达到±5%，液相达±10%；Agar公司的WGM型双文丘里管加旋涡流量计测量湿气，气、液相流量测量不确定度可达到±2%；FMC 公司的 One Step型加长文丘里管测量湿气，气相流量不确定度可达2%，液相达 6%。国内天津大学、浙江大学等也进行了双孔板和双文丘里管双参数湿天然气流量计实验研究并开发了产品。3

多相流量计多相流量计定义为能够同时测得气相、液相流量以及不同液体组分的流量计。多相流量计以多传感器为基础进行多参数组合测量，并通过专用微机系统进行数据处理分析，实现自动、连续、在线测量。多相流量计有两种测量方式，一种是部分分离测量方式，美国 Agar 公司的MPFM-400型多相流量计、英国Jiskoot公司基于小型气液旋流分离器的多相流量计、国内兰州海默公司的 MPM2000H 型多相流量计是典型的部分分离式多相流量计；另一种是不分离测量方式，它通过两个或更多传感器对多相流流速、流体密度或相分布进行测量，如挪威 Roxar 公司开发的 RFM MPFM1900VI 多相流量计和挪威 Framo 公司的 Framo 多相流量计。多相流量计一直用于石油天然气开采行业油气水三相流或多相流测量 （即XLM>0.3 范围），湿气测量 （即XLM≤0.3） 始终是多相流量计测量技术的困难领域，测量结果的误差明显大于多相流。3

其他测量技术除了上述3类流量测量技术以外，为了准确获得湿天然气的体积流量、质量流量或者能量流量，还必须获得气相和液相的密度、体积比、组分、热值等参数，因此湿天然气取样技术、体积比测量分析技术、在线组分分析技术、现场测试修正技术等都是需要认真解决的技术问题。3

输送问题天然气在气井中被开采出来后，由于未经处理常含有大量的水分和其他成分，利用管道输送这种天然气的过程称为湿天然气或凝析气输送。未处理的湿天然气由于含有大量的自由水，而且湿天然气中含有一部分的重烃组分（乙烷质量分数6%~10%），在输送过程中，当管道内温度低于水合物形成温度时容易产生水合物。水合物的产生容易堵塞管道，影响管道的安全运输，造成经济上的浪费和损失。4

湿天然气在管道内输送过程中，随着压力、温度和地形起伏等条件的变化，分离成气液两相，气相为凝析气田天然气，液相可以是水或凝析油等。因此，湿天然气的流动问题属于两相流动问题。4