多相流计量与多相流量计简介R.docVIP

多相计量技术 Multiphase metering technology 概述 许多新开发的油田属于经济型边际油田，这种油田不能承担传统分离技术所引发的高昂的费用。而多相流量计可以节省很多费用，因为使用它就不需要安装分离器，或者几个油田共用处理装置。在油井管理方面：多相流量计可以提供持续的数据输出，给出油井动态的有价值信息，这样可以及时地发现油井产生的问题或变化，以便尽早地做出决定，而采用传统的处理技术却要慢一些。中国船级社（CCS）要求 参照《海上移动平台入级规范》第1篇 第3章 附录1 平台入级产品持证要求一览表： 5.3： Ⅲ级管系以及除5.1以外的阀和附件 证件类型：制造厂证明（Ⅲ级管系应提供工厂认可证书，除5.1以外的阀和附件应提供型式认可证书） 认可模式：型式认可B（可选项：型式认可A）在线多相流量计 在线多相流量计依据对流体特性的一些测量得到油、气、水三相的各自流量。现在有许多这样的计量技术，可大致分为两大类：速度或总流量测量和相分率测量。 速度或流量测量通常是通过压差计量或一个特殊信号的互相关,即压力或导电率来获得。许多流量计也采用滑动模块，这说明了气体通常比液体流速快的事实。在垂直管道上安装的一些在线多相流量计一般通过在其上游装一个盲三通来减少水的紊动，以此最大限度地减少滑动。相分率可以通过测量三相混合物的物性来获得，据此推算出三相各自的流量。伽马射线能量衰减法是一种常用的方法，它的原理是油、气、水不等同地削弱伽马射线的能量。伽马射线能量在两个能量级放射高能量级对气/液比更敏感，而低能量级对液相中的水/油比较敏感。可以用这两个能量衰减量来确定三相混合液的相分率。第三个能量级也可以用来确定水相的含盐量。 电容和电导技术可以用来确定液相中的含水量。电容传感器用于测量连续油流的介电常数并确定含水量，电导传感器用于连续水流的测量。这种方法适于气体体积分数大环境，但缺点是：如果流体在水连续流和油连续流之间不停转换，那么流量计就很难跟踪到这个变化。微波衰减也可以用来计量液相中的含水量，它的好处是对气体体积分数（GVF - Gas Volume Fraction，即：工况条件下气相所占总体积比）不是很敏感，并且既可以在油连续流也可以在水连续流中工作。经多年在NEL和油田的试验表明，虽然流量计性能随GVF和含水率会发生很大变化，在线流量计在某些情况下各相的精度可以达到2.15%～10% ，而其他参数(例如压力、液体速度)和含盐量在很大程度上也会影响流量计性能。 分离流量计 分离流量计或分离系统可以采用各种分离等级，但大部分还是采用小型分离器实施部分分离。在按体积计算时，这样做会导致液流含气量达30%，气流含液量不超过1%～2%，但是在极端的情况下特别是段塞流严重的情况下，含液量可以达到10%； 分离流量计一般采用小型旋流分离器进行分离利用位于进出口处的控制阀来调节液位。大部分分离流量计都采用在主液流上安装一个标准在线多相流量计，在气流上安装一个标准气体流量计，例如涡流流量计或科里奥利流量计。如果气流的含液量高则可以安装一个能够计量液体和气体流量的湿气流量计。最近几年在NEL和油田的试验表明：分离流量计系统可以确保各相计量精度好于5%，与在线流量计相比受GVF的影响要小。它的主要缺点是其尺寸、重量和依赖分离器中的快速液位控制阀使得这种分离器不适合在海底应用。 多相流量测量的基本原理 在油气混输管线中，油井产出的原油、伴生天然气和矿化水形成了一种相态和流型复杂多变的多相流，是一个多变量的随机过程。一般地，多相流量计需要用以下的参数来计算各相流量： 各相在管道截面上所占据的面积A1； 各相的流速Vi； 各相的温度Ti和压力Pi 各相的体积流量可根据下式计算： Qi＝AiV1?????????????????? ? ? （1） 式中Qi——各相的体积流量 根据各相的温度Ti和压力Pi，利用状态方程可以将实际状况下的体积流量转换成标准状况下的体积流量。根据实际情况，我们可以得到以下的关系式： A＝Ao+Ag+Aw???????????????????（2） ??????????????? （3） ??????? （4） 上述式中： A——管道截面面积； Ao——油相所占的面积； Ag——气相所占的面积； Aw——水相所占的面积； αg——管道中油气水三相流的截面含气率； αw——油水混合液中的含水率。 综合上述四式，油、气、水三相在实际状况下的体积流量Qo、Qg、Qw可以分别由下列计算式求得： Qo＝VoA（1－αg）（1－αw）? （5） Qg＝VgAαg??????????????????? ??????? ?（6） Qw＝VwA（1－αg）αw???????????? （7） 由此可见，油、气、水三相在实际状况下的体