第十三章多相流计量技术

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1、第十三章第十三章 多相流计量技术多相流计量技术中国石油大学中国石油大学李玉星李玉星n计量精度等级划分n传统井口计量方法n概况概况n基本原理基本原理n测量方法测量方法n多相流量计的性能评价n多相流量计的分类多相流量计的分类n国外主要多相流量计产品国外主要多相流量计产品n多相流量计面临的挑战及未来发展趋势多相流量计面临的挑战及未来发展趋势 计量精度等级划分 n1数据用于油田管理：精度要求：5-10%n2数据用于确定不同采油小队在各自采区的产量 ：精度要求：25%n3数据用于销售计量管理或管理权移动：精度要求：0.251.0%传统井口计量方法n示功图法软件量油技术n该技术依据油井深井泵工作状态与油井

2、液量变化关系，建立抽油杆、油管、泵功图的力学和数学模型，通过获取示功图数据，计量油井产液量n“功图法”油井计量技术具有以下特点：通过实时测得多个功图计算的产量叠加获得油井全天产量，避免了双容积以数小时量油折算日产量带来的系统误差；能够实时采集处理数据、监控油井工况；自动化程度高，每个数据处理点可管理40口油井 n计量分离器n计量过程中首先用两相计量分离器将油井产出物分出液、气两相，然后用玻璃管量液，人工井口取样化验含水率。 n液面恢复法 n根据试井理论，油井关井后，液面上升率起初与关井时间成正比，然后越来越慢。根据连通器原理，在关井时间内，油套环形空间储存的流体可在相同时间内被抽油泵抽出。因此

3、，用仪器间隔一定时间测出3个液面深度，由3个液面深度计算出液面恢复速度值，即可算出相应的产液量。 一、概况一、概况n 在过去的十年中，多相流计量系统的发展、评估和运在过去的十年中，多相流计量系统的发展、评估和运用一直是世界油气工业的主要焦点。迄今为止，已经用一直是世界油气工业的主要焦点。迄今为止，已经开发了很多供选择的计量系统，但是没有一个能够称开发了很多供选择的计量系统，但是没有一个能够称得上是广泛应用或绝对精确。得上是广泛应用或绝对精确。n 第一个商用多相流量计出现在大约十年前，是第一个商用多相流量计出现在大约十年前，是80年代初期多相计量研究项目出现的结果。曾经致力于年代初期多相计量研究

4、项目出现的结果。曾经致力于和正在研究多相流计量的开发的研究中心和石油公司和正在研究多相流计量的开发的研究中心和石油公司有：有：Tulsa、SINTEF、Imperial大学、国家工程实验大学、国家工程实验室、室、CMR、英国石油公司、德士古公司、埃尔夫石油、英国石油公司、德士古公司、埃尔夫石油公司、壳牌石油公司、阿吉普石油公司和巴西石油公公司、壳牌石油公司、阿吉普石油公司和巴西石油公司。司。二、基本原理二、基本原理n 测量流动参数测量流动参数 流动参数是油气水流量的函数，因此可以流动参数是油气水流量的函数，因此可以测定通过流量计的压降、射线束的衰减和混合测定通过流量计的压降、射线束的衰减和混合

5、物的阻抗等参数，建立这些测量值与各相流量物的阻抗等参数，建立这些测量值与各相流量之间的关系，要建立三相流动需要三个独立的之间的关系，要建立三相流动需要三个独立的测量值。测量值。 n多相流量计计量的主要数多相流量计计量的主要数据是流体中油、水、气三据是流体中油、水、气三相的质量流量。目前的技相的质量流量。目前的技术还不能直接测试流体中术还不能直接测试流体中三相的质量流量。当前采三相的质量流量。当前采用间接测量的方法即计量用间接测量的方法即计量每种成分的瞬时速率和各每种成分的瞬时速率和各自截面含率自截面含率 测试持液率 测试各相速度速度 测试各相密度 体积流量 质量流量 图 1 油气水三相流量测试

6、原理图 M=gg+ww+1-(+)oo n也常采用两种简化方式来降压上述测量的难度。两种方法是部分分离和均相化。部分分离是将三相流体分离成气液两相，以便更多的利用常规单相计量技术来计量分离相。均相化是将流体在计量前均相处理，则可以认为名相流速相等，整个横截面密度相等，这两种方法均降低了所需测量数据的个数和难度。多相流的计量主要计量其各组分含率和流速。 n没有方法能够理论上预测这种关系，因此，一定要通没有方法能够理论上预测这种关系，因此，一定要通过校准来确定这些关系。但不可能在测量技术应用的过校准来确定这些关系。但不可能在测量技术应用的所有情况下校准，而且这种方法并不总是有效的。校所有情况下校准

7、，而且这种方法并不总是有效的。校准方法通常可以通过神经网络技术来得到增强，这种准方法通常可以通过神经网络技术来得到增强，这种技术可以高精度地确定函数关系。然而，这种技术虽技术可以高精度地确定函数关系。然而，这种技术虽然有用，但不能解决基本问题，也就是说校准只用于然有用，但不能解决基本问题，也就是说校准只用于实施校准的情况下。实施校准的情况下。n测量相位速度和相位横截面分数测量相位速度和相位横截面分数 为了测量管道中三种组分的体积流量，需为了测量管道中三种组分的体积流量，需要建立三个平均速度和三个相位截面。因此，要建立三个平均速度和三个相位截面。因此，需要测量五个量（三个速度和两个相位分数）。需

8、要测量五个量（三个速度和两个相位分数）。当然，这个难以达到的测量要求可以通过分离当然，这个难以达到的测量要求可以通过分离或均相化来减少。或均相化来减少。n 通过相分离，就没有测量截面持率的需要了，而通过相分离，就没有测量截面持率的需要了，而三个体积流量可以通过传统单相计量技术来测定。但三个体积流量可以通过传统单相计量技术来测定。但是，相分离是很昂贵的，而且在很多情况下很难实现。是，相分离是很昂贵的，而且在很多情况下很难实现。如果通过使混合物均相化来均衡速度也可以把测量要如果通过使混合物均相化来均衡速度也可以把测量要求减少到三个。这是更经济的选择而且是一些商用流求减少到三个。这是更经济的选择而且

9、是一些商用流量计的核心。但是，能够达到均相化的范围总是有限量计的核心。但是，能够达到均相化的范围总是有限的。的。n因此，两种计量方法都有本质的缺陷，因此，两种计量方法都有本质的缺陷，正是由于这个原因迄今为止还没有获得正是由于这个原因迄今为止还没有获得完全令人满意的计量方法。完全令人满意的计量方法。三、测量方法三、测量方法n多相流量的测量方法多相流量的测量方法n1、紧凑式分离方法、紧凑式分离方法应用最广泛、可靠、应用最广泛、可靠、体积大体积大n2、相分率和速度计量、相分率和速度计量使用条件受到限制使用条件受到限制n3、通过测量总流量和相分率实现多相计量、通过测量总流量和相分率实现多相计量各种商业

10、化流量计的做法，价格昂贵各种商业化流量计的做法，价格昂贵n4、利用示踪物、利用示踪物用于校准以及湿气测量用于校准以及湿气测量n5、流型识别、流型识别硬件结合软件，价格便宜硬件结合软件，价格便宜n6、各相分别测量、各相分别测量复杂而且难以校准复杂而且难以校准n主要参数的测量方法主要参数的测量方法n一、相分率的测量方法一、相分率的测量方法n1、用快关阀技术测量空隙率、用快关阀技术测量空隙率 使用快关阀技术的主要问题：一是关闭阀门需要一定使用快关阀技术的主要问题：一是关闭阀门需要一定时间，此时通道内的流型会发生变化，本方法从理论上说时间，此时通道内的流型会发生变化，本方法从理论上说存在误差；二是每次

11、测量都要切断系统，影响系统运行。存在误差；二是每次测量都要切断系统，影响系统运行。2、 -射线衰减法射线衰减法n -射线法是以双能级能源射线法是以双能级能源 -射线射线衰减（衰减（DEGRA）为基本原型的。）为基本原型的。其原理在于其原理在于 -射线穿过多相流射线穿过多相流管道时有能量衰减。相分率不管道时有能量衰减。相分率不同，同， -射线衰减程度也不同，射线衰减程度也不同，并且对于不同能源并且对于不同能源 e1、e2通通过相同相分率的多相流体时其过相同相分率的多相流体时其衰减程度也不相同。图衰减程度也不相同。图7所示所示 -射线穿过气、油、水三相混和射线穿过气、油、水三相混和流动时衰减情况。