【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 MPFM301型多相流量計(jì)主要由2PFM201流量計(jì)和OWM201微波含水分析儀兩部分組成，其中前者為一種氣液兩相流量計(jì)，用于測(cè)量從泡流至塞流所有流態(tài)中的氣體流量和液體流量，后者由一個(gè)2kHZ的微波變送器和一個(gè)接收器構(gòu)成。 7 AEA技術(shù)公司的脈沖式多相流量計(jì) 這種多相流量計(jì)安裝在管線的外側(cè)，這樣就不會(huì)對(duì)管線內(nèi)的混合物產(chǎn)生干擾。該流量計(jì)采用一個(gè)脈沖中子束對(duì)通過管線的氫原子、碳原子和氧原子進(jìn)行計(jì)數(shù)，以此測(cè)出氣體、液體和固體的體積?；旌衔镏械暮客ㄟ^對(duì)氯原子的計(jì)數(shù)求得。輻射短脈沖“觸激”氧原子，同時(shí)計(jì)量以此測(cè)出混合物的流速。將兩種測(cè)量結(jié)果相結(jié)合便可精確地計(jì)算出管線內(nèi)的流量。 多相流量計(jì)存在的問題 目前，由于技術(shù)水平的限制，多相流量計(jì)尚存在一些問題。 （1）現(xiàn)有的大多數(shù)多相流量計(jì)都需要測(cè)量若干數(shù)據(jù)后，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出各相的流量，使計(jì)量精度受到很大影響，目前市場(chǎng)上大多數(shù)多相流量計(jì)在大部分流態(tài)下各相測(cè)量誤差為177。10%。 （2）所有目前用于多相計(jì)量的技術(shù)都要求必須掌握流體的特性，如介電常數(shù)、質(zhì)量吸收系數(shù)等，才能比較精確地計(jì)量。如果流體特性出現(xiàn)變化或多相流量計(jì)用于多井計(jì)量，必須頻繁地評(píng)價(jià)和標(biāo)定多相流量計(jì)的傳感器。 （3）~，隨著含氣率的增加，液相的計(jì)量精度將受到影響。 （4）多相流量計(jì)普遍采用像微波等輻射源，而有關(guān)法規(guī)對(duì)使用輻射源有嚴(yán)格的限制。 （5）現(xiàn)有的多相流量計(jì)標(biāo)定設(shè)施只能較好地標(biāo)定組分測(cè)量?jī)x器，而對(duì)流速測(cè)量尚未有令人滿意的標(biāo)定方法。此外，很多情況下是采用計(jì)量分離器來標(biāo)定，由于計(jì)量分離器計(jì)量不準(zhǔn)確，標(biāo)定沒有實(shí)際意義。 多相流量計(jì)的選擇 目前國(guó)際上衡量多相流量計(jì)好的標(biāo)準(zhǔn)主要有：①是否通過權(quán)威機(jī)構(gòu)的第三方試驗(yàn)室的測(cè)試和評(píng)價(jià)；②是否通過公正、獨(dú)立的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)量；③是否經(jīng)過長(zhǎng)期的和批量化的工業(yè)性實(shí)驗(yàn)。 不同測(cè)量原理的多相流量計(jì)有不同的適應(yīng)工況，選型時(shí)應(yīng)綜合考慮以下因素： （1）安裝位置，包括陸上、海上平臺(tái)、水下等，水下測(cè)量應(yīng)選用電學(xué)法測(cè)量多相流量計(jì)。 （2）流體物性，原油黏度、乳化、起泡、水含鹽量等物性是主要考慮因素，具體選擇方案見表1。 表1 流體物性對(duì)多相流量計(jì)選型的影響液體物性適應(yīng)流量計(jì)（測(cè)量方法）不適應(yīng)流量計(jì)（測(cè)量方法）高黏原油微波衰減法，雙能γ密度儀，電容法相關(guān)流量計(jì)乳化原油雙能γ密度儀，均相流法電容/電導(dǎo)法，相關(guān)流量計(jì)起泡原油雙能γ密度儀相關(guān)流量計(jì)水含鹽體積分?jǐn)?shù)已知微波衰減法，雙能γ密度儀，電容法電導(dǎo)法水含鹽體積分?jǐn)?shù)未知微波衰減法，多能γ密度儀電容/電導(dǎo)法，雙能γ密度儀 （3）流動(dòng)工況，含氣體積分?jǐn)?shù)和含水體積分?jǐn)?shù)的高低是影響精度的重要因素。高含氣工況應(yīng)考慮先部分分離天然氣，再進(jìn)行多相計(jì)量；高含水了況，應(yīng)選用微波衰減法測(cè)量含水體積分?jǐn)?shù)；低含水下況應(yīng)選用電容法或微波衰減法測(cè)量含水體積分?jǐn)?shù)，顯然用射線吸收法和電導(dǎo)法測(cè)量極端含水下況是不適宜的。 （4）測(cè)量不確定度，多相計(jì)量的復(fù)雜性使多相流量計(jì)至今尚沒有統(tǒng)一的精度等級(jí)，因此選用前應(yīng)針對(duì)具體的流動(dòng)工況和流體物性進(jìn)行標(biāo)定。 （5）應(yīng)參考第三方試驗(yàn)室的結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)使用情況，實(shí)踐證明，經(jīng)過長(zhǎng)期、批量化工業(yè)性實(shí)驗(yàn)的多相流量計(jì)產(chǎn)品，在今后的使用中可以大大降低使用風(fēng)險(xiǎn)。 （6）要重視多相流量計(jì)的售后服務(wù)工作，售后服務(wù)包括現(xiàn)場(chǎng)安裝，調(diào)試，試運(yùn)行，定期的維護(hù)和定期標(biāo)定以及出現(xiàn)問題后的及時(shí)解決等。實(shí)踐證明，多相流量計(jì)是一種實(shí)證產(chǎn)物。從某種意義上說，多相流的不可確定性和復(fù)雜性，決定了多相流量計(jì)在實(shí)際使用過程中出現(xiàn)問題的可能性比常規(guī)儀表要大，問題的復(fù)雜性往往也較大。這就要求廠商能夠提供高水平的、及時(shí)而優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)，同時(shí)售后服務(wù)的費(fèi)用又不能過高。這一點(diǎn)在選擇多相流量計(jì)時(shí)，也應(yīng)該作為一個(gè)重要的因素認(rèn)真考慮。 （7）在重視多相流量計(jì)測(cè)量精度的同時(shí)還要重視其重復(fù)性和穩(wěn)定性，多相流量計(jì)的測(cè)量精度是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，它包括在實(shí)際操作條件下及適用范圍內(nèi)氣相流量、液相流量、含水率、含氣率等的測(cè)量精度和測(cè)量范圍等多個(gè)指標(biāo)，而這些指標(biāo)又都是有前提條件并互相關(guān)聯(lián)的。對(duì)于廠商標(biāo)明和聲稱的精度，我們的工程技術(shù)人員要做認(rèn)真科學(xué)的分析，以便得出一個(gè)正確的判定。也正是由于多相流的復(fù)雜性和不可確定性，我們對(duì)多相流的測(cè)量精度不能過于苛求，并且要允許存在超差。當(dāng)然，對(duì)超差比例一定要盡可能地控制在極小范圍內(nèi)。正因?yàn)檫@樣，多相流量計(jì)目前只用作井口計(jì)量而不是用在商業(yè)計(jì)量上。在使用上既要關(guān)心測(cè)量精度，又要重視多相流量計(jì)的重復(fù)性和穩(wěn)定性。另外，對(duì)于由操作條件變化、物性變化或者測(cè)量范圍變化帶來的對(duì)測(cè)量精度的影響程度，也應(yīng)要求廠商給予說明，多相流量計(jì)是否需要現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，如何進(jìn)行，也要進(jìn)行了解。 發(fā)展趨勢(shì) 多相流量計(jì)作為一種全新的計(jì)量設(shè)備，它的出現(xiàn)已引起世界石油工業(yè)界的高度重視。與傳統(tǒng)的計(jì)量分離器相比，它的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的，在海上和陸上油田開發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。但多相流量計(jì)作為一種新技術(shù)、新產(chǎn)品，用的時(shí)間比較短，世界各大石油公司對(duì)其采用的是一種邊研究、邊驗(yàn)證。邊推廣使用的方法；同時(shí)各個(gè)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品因其測(cè)量機(jī)制不同，而又有各自的適用范圍，國(guó)際上至今沒有一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在使用中難免會(huì)出現(xiàn)一些問題，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)然這是任何新產(chǎn)品在應(yīng)用推廣時(shí)都會(huì)遇到的。對(duì)多相流量計(jì)的研究還是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，今后其發(fā)展趨勢(shì)是： （1）智能式。要確保測(cè)量模型和方案的正確性，需重視特征參數(shù)的選取。由于多相流動(dòng)狀態(tài)的不確定性及不穩(wěn)定性，為了確保多相計(jì)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)用智能化的測(cè)量方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，特別是應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及小波分析理論。 （2）組合式。組合式一方面是指功能上的組合，例如將流速表和組分表組合起來使用；另一方面是指組合多種方法和技術(shù)來完成一種功能。盡可能地應(yīng)用單相計(jì)量和氣、液兩相流動(dòng)測(cè)試比較成熟的方法和技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)計(jì)量，應(yīng)滿足信號(hào)連續(xù)采集。為適應(yīng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，應(yīng)與計(jì)算機(jī)合為一體。可操作性強(qiáng)。 （3）通用性。目前的多相流儀表的測(cè)量范圍受到很多限制，如受含氣率、含油率、含水率、勁度、鹽度等的影響。因此，開發(fā)和研制大范圍的多相流儀表勢(shì)在必行，增加其通用性。同時(shí)，應(yīng)建立比較完善的檢測(cè)裝置，對(duì)多相流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，保證準(zhǔn)確性。 （4）經(jīng)濟(jì)性。降低成本，加快工業(yè)化進(jìn)程。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究工作后，需做大量的工作，尤其是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室有許多方面沒能考慮到，這是應(yīng)該注意的。多相流量計(jì)的研究與應(yīng)用 傳統(tǒng)的計(jì)量方法是把油井產(chǎn)物送入三相分離器，由分離器將其分成油、氣、水三相，通過安裝在分離器各相出口管線上的流量計(jì)，計(jì)量三種流體的產(chǎn)量，該系統(tǒng)的質(zhì)量和體積都較大，給設(shè)計(jì)和施工都增加了很大難度。采用多相流流量計(jì)直接計(jì)量油井各相流量的方法可以取消計(jì)量用分離器、計(jì)量管線以及計(jì)量匯管，因此，多相流流量計(jì)節(jié)約了空間、資金并能連續(xù)計(jì)量各油井的產(chǎn)量，簡(jiǎn)化了流程[]。 多相流量計(jì)與計(jì)量分離器相比有以下特點(diǎn)： 1）對(duì)油氣進(jìn)行連續(xù)、在線、自動(dòng)測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)無人值守。多相流量計(jì)可測(cè)出日產(chǎn)油、水、氣的量以及井口壓力、溫度數(shù)據(jù)，并把它們顯示、打印出來。如果與多路閥結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)單井無人計(jì)量。 2）系統(tǒng)質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。 3）無任何可動(dòng)部件，幾乎不需要維護(hù)。多相流量計(jì)基本上由傳感器和探測(cè)器組成，沒有可動(dòng)部件，不需要維護(hù)；而常規(guī)計(jì)量分離器有液面控制器、流量計(jì)、孔板、控制閥等。需要定期維護(hù)、更換和標(biāo)定。 4）被計(jì)量的原油無須加熱，節(jié)省能量多相流量計(jì)對(duì)被測(cè)介質(zhì)溫度無要求，只要介質(zhì)能夠流動(dòng)就可以進(jìn)行計(jì)量，僅需要用220V電源，功率為200W左右；而采用計(jì)量分離器，當(dāng)井溫較低時(shí)，產(chǎn)出液加熱后才能進(jìn)行有效地分離，如果是氣泡原油，還要加消泡劑。 5）投資少，操作費(fèi)少?？紤]到日常維護(hù)費(fèi)用、占用平臺(tái)面積等間接因素，選用多相流量計(jì)將會(huì)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。 但是多相計(jì)量在以下幾個(gè)方面與單相計(jì)量相比有其自身的復(fù)雜性： 1）各相并非混合均勻，水與油混合得不好，氣體與液體處于分離狀態(tài)； 2）各相以不同的速度流動(dòng)，各相之間存在著界面效應(yīng)和相對(duì)速度，相界面在時(shí)間和空間上變化比較大，液相和氣相以不同的速度流動(dòng)； 3）混合是不規(guī)則的。各相混合時(shí)，黏度和總量都會(huì)發(fā)生變化； 4）相與相之間相互作用。氣體能從溶液中析出或者溶解在液體中。蠟和水合物會(huì)在流體中沉淀； 5）流動(dòng)狀態(tài)非常復(fù)雜，特征參數(shù)比單相流系統(tǒng)多，它取決于各相之間的相對(duì)速度、流體特性、管路結(jié)構(gòu)及流動(dòng)方向[3]。 1 基本原理 油、氣、水三相在實(shí)際狀況下的體積流量的測(cè)量可以通過對(duì)各相流速、流量截面上的含氣率和含水率等流動(dòng)參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)來實(shí)現(xiàn)。一般地，多相流量計(jì)需要用以下的參數(shù)來計(jì)算各相流量：各相在管道截面上所占據(jù)的面積Si；各相沿管道軸線的流速v；各相的溫度ti和壓力Pi。各相在實(shí)際狀況下的體積流量根據(jù)以下公式計(jì)算[1]。 qv= ViSi （1） 根據(jù)ti和Pi，利用狀態(tài)方程可以將實(shí)際狀況下的體積流量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量。設(shè)管道截面的總面積為S0，其中油相所占據(jù)的面積為Sp，氣相所占的面積為SG，水相所占的面積為Sw；設(shè)管道中油氣水三相流的截面含氣率為HG，油水混合液中的含水率為Hw?？梢缘玫揭韵碌年P(guān)系式。 S0=SP+SG+Sw （2） HG=（SG/S0）100% （3） Hw=[Sw/（SP+Sw）]100% （4） 綜合式（1~4），若油、氣、水三相在實(shí)際狀況下的流速分別為vp，vG，vw，則其體積流量qvp，qvG，qvw可以分別表示為 Qvp=vpS0（1 HG）（1 Hw） （5） qVG=vGS0HG（6） qvw=vwS0（1 HG）Hw（7） 2 多相流量計(jì)的標(biāo)定 流量標(biāo)定的定義是為了建立標(biāo)定系數(shù)，將被計(jì)量的流量與標(biāo)準(zhǔn)流量對(duì)比的值。當(dāng)被標(biāo)流量計(jì)已標(biāo)定，標(biāo)定系數(shù)已確定后，應(yīng)將該系數(shù)值入到該流量計(jì)中，可通過軟件或者機(jī)械/電子的調(diào)節(jié)完成。多相流量計(jì)和單相流量計(jì)之間一個(gè)顯著的不同點(diǎn)是多相流量計(jì)的不準(zhǔn)確度受工藝條件和液體性質(zhì)的變化比受一次計(jì)量元件不確定度的變化要大得多。多相流量計(jì)的一次計(jì)量元件可以用近似單相計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)程序來標(biāo)定。然而，多相流量計(jì)一次計(jì)量元件的輸出可采用先進(jìn)的信號(hào)處理設(shè)備得到最終的單相流量值。正如人們所知，單相計(jì)量得到的流量標(biāo)定程序是不能直接轉(zhuǎn)換用于標(biāo)定多相流量計(jì)的。 英國(guó)、法國(guó)、挪威和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家大都建造了一定規(guī)模的多相流測(cè)試和計(jì)量裝置，以供開展多相流測(cè)試標(biāo)定技術(shù)方面的試驗(yàn)和理論研究。美國(guó)國(guó)家工程試驗(yàn)室建造的多相流測(cè)試標(biāo)定裝置是世界上惟一一個(gè)具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的多相流量計(jì)標(biāo)定裝置，在世界上具有一定的知名度和權(quán)威性。具有功能齊全，精確度高等優(yōu)點(diǎn)。挪威Hydro公司的多相流標(biāo)定裝置是1套高壓多相流標(biāo)定裝置。法國(guó)IFP石油研究院的多相流測(cè)試裝置主要用于多相流模擬試驗(yàn)及多相流量計(jì)和混輸泵的試驗(yàn)。美國(guó)Conoco多相流標(biāo)定裝置是采用原油、天然氣、產(chǎn)出水為介質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液標(biāo)定裝置。這些多相流測(cè)試標(biāo)定裝置已成為試驗(yàn)研究多相流工藝參數(shù)和多相流計(jì)量技術(shù)的重要手段之一。這些檢定裝置建設(shè)規(guī)模不等，各具特色，但總的來講基本上都是由以下5個(gè)部分組成。 1）油氣水單相供應(yīng)系統(tǒng)：大多采用柴油、礦化水和氦氣為介質(zhì)，但Hydro研究中心卻是采用原油，天然氣和產(chǎn)出水實(shí)液作為測(cè)試介質(zhì)，大多都具有穩(wěn)壓和調(diào)壓功能，還可以變溫。 2）油氣水單項(xiàng)計(jì)量、混合系統(tǒng)：油水流量計(jì)量多采用速度式或容積式流量計(jì)，氣體計(jì)量大多采用差壓式流量計(jì)。 3）流態(tài)測(cè)試或透明管觀察段：流態(tài)測(cè)試是一很困難的問題，Hydro研究中心的高壓多相流實(shí)液測(cè)試標(biāo)定裝置使用了伽瑪射線儀測(cè)量氣液組分和流型，用電導(dǎo)儀測(cè)量油水流型。使用柴油或煤油介質(zhì)的