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多相流量计的研究及应用洪毅毕 多相流量计的研究及应用 洪 毅 毕晓星 中海石油研究中心 ,北京 ,100027 摘 要 对多相计量技术及其目前的主流多相流量计产品进行较为全面的介绍 ,并对用好这一新 技术产品应该注意的问题进行深入的探讨 ,为今后多相流量计的设计和选型提供参考 。 关键词 多相计量 多相流量计 选型 在原油开采过程中 ,为确定各油井原油 、天然气 产量 ,了解地层油气含量及地层结构的变化 ,需要对 油井产出液各相的体积流量或质量流量进行连续的 计量并提供实时计量数据 ,以便优化生产参数 ,提高 采收率 。多相计量就是在尚未预分离的情况下 ,用 于对油井产出液中的油 、气 、水 3 相进行计量 。 早在 20 世纪七八十年代美国的 TUL SA 大学 在其流动工程测试环道上就开始了多相计量研究 , 最早的有关多相流量计的文章是由 B P 和 T EXACO 在 20 世 纪 80 年 代 中 期 发 表 的 。20 世 纪 90 年 代 初 ,在伦敦召开了多相流量计及其海上应用研讨会 。 挪威 、英国 、美国等国家投入了大量的财力 、人力进 行多相流量计的研制和开发 。20 世纪 90 年代末 , 在各大石油公司的支持下 ,多相计量的研究 、开发和 应用得到了迅猛的发展 。多相流量计技术已进入到 一个比较成熟的阶段 ,多相流量计的应用也进入到 商业应用阶段 。 目前在世界范围内 ,已有多种多相流量计在陆 上油田安装使用 , 也有少数几种在海上油田使用 。 在一些新油田的开发中 ,多相计量被作为首选的油 井计量技术来考虑 ,因为传统的开发手段对操作者 而言在商业上已变得不再适用 。 不需要维护 ;而常规计量分离器有液面控制器 、流量 计 、孔板 、调节阀等 ,需要定期维护 、更换和标定 。 4) 被计量原油无须加热 ,节省能量 。多相流量 计对被测介质温度无要求 ,只要介质能够流动就可 以进行计量 , 仅需要用 220 V 电源 , 功率为 200 W 左右 ;而采用计量分离器 ,当井温较低时 ,产出液加 热后才能进行有效的分离 ,如果是气泡原油 ,还要加 消泡剂 。 5) 投资少 ,操作费少 。考虑到日常维护费用 、 占用平台面积等间接因素 ,选用多相流量计将会带 来更大的经济效益 。 2 多相流量计的复杂因素及技术关键 211 多相流计量的复杂因素 与单相流计量相比 ,精确计量多相流的难度要 比精确计量单相流大得多 。单相计量可通过测得压 力 、流动黏度 、压缩性和测量装置的几何尺寸来测得 流量 。在多相流中 ,如每相的变化都是相同的 ,处理 起来要方便一些 。多相计量在以下几个方面与单相 计量相比有其自身的复杂性 : 1) 各相并非混合均匀 ,水与油混合得不好 ,气 体与液体处于分离状态 。 2) 各相以不同的速度流动 ,各相之间存在着界 面效应和相对速度 ,相界面在时间和空间上变化比 较大 ,液相和气相以不同的速度流动 。 3) 混合是不规则的 。各相混合时 ,黏度和总量 都会发生变化 。 4) 相与相之间相互作用 。气体能从溶液中析 出或者溶解在液体中 ,蜡和水合物会在流体中沉淀 。 5) 流动状态非常复杂 ,特征参数比单相流系统 多 ,它取决于各相之间的相对速度 、流体特性 、管路 结构及流动方向 。 1 多相流量计的特点 多相流量计与计量分离器相比有以下特点 : 1) 对油气进行连续 、在线 、自动测量 ,可实现无 人值守 。多相流量计可测出日产油 、水 、气的量以及 井口压力 、温度数据 ,并把它们显示 、打印出来 。如 果与多路阀结合使用 ,可实现单井无人计量 。 2) 系统质量轻 ,结构紧凑 ,占地面积小 。 3) 无任何可动部件 ,几乎不需要维护 。多相流 量计基本上由传感器和探测器组成 ,没有可动部件 , 第 15 卷第 4 期洪 第 15 卷第 4 期 洪 毅等 : 多相流量计的研究及应用 17 为解决以上难点 ,应针对不同的场所选用不同 的测量方法 ,建立合理的测量模型 ,重视特征参数的 选取 ,选用可靠的仪器 ,应用先进的数据处理方法 。 212 多相计量采用的主要技术和方法 油 、气 、水 3 相的计量可以分解为 2 个技术要 点 :一是将 3 相视为气液 2 相进行总量计量 ;二是进 行相分率测量 。 21211 将油 、气 、水视为气 、液 2 相总量计量 测试方法有 : 1) 相关法 。通过 2 个在管道上相距为 L 的完 全相同的传感器来检测流体中的尺寸分布 、空间分 布 、各相含量等变化的随机流动噪声信号 ,得到与被 测流体流动状况有关的在时间上相差Δt 的 2 个流 动噪声信号 。建立二信号的互相关函数 ,进而求得 Δt