【文章內(nèi)容簡介】 量，避免了雙容積以數(shù)小時量油折算日產(chǎn)量帶來的系統(tǒng)誤差；能夠?qū)崟r采集處理數(shù)據(jù)、監(jiān)控油井工況；自動化程度高，每個數(shù)據(jù)處理點(diǎn)可管理 40口油井 n 計(jì)量分離器n 計(jì)量過程中首先用兩相計(jì)量分離器將油井產(chǎn)出物分出液、氣兩相，然后用玻璃管量液，人工井口取樣化驗(yàn)含水率。 n 液面恢復(fù)法 n 根據(jù)試井理論，油井關(guān)井后，液面上升率起初與關(guān)井時間成正比，然后越來越慢。根據(jù)連通器原理，在關(guān)井時間內(nèi)，油套環(huán)形空間儲存的流體可在相同時間內(nèi)被抽油泵抽出。因此，用儀器間隔一定時間測出 3個液面深度，由 3個液面深度計(jì)算出液面恢復(fù)速度值，即可算出相應(yīng)的產(chǎn)液量。 一、概況n 在過去的十年中，多相流計(jì)量系統(tǒng)的發(fā)展、評估和運(yùn)用一直是世界油氣工業(yè)的主要焦點(diǎn)。迄今為止，已經(jīng)開發(fā)了很多供選擇的計(jì)量系統(tǒng)，但是沒有一個能夠稱得上是廣泛應(yīng)用或絕對精確。n 第一個商用多相流量計(jì)出現(xiàn)在大約十年前，是 80年代初期多相計(jì)量研究項(xiàng)目出現(xiàn)的結(jié)果。曾經(jīng)致力于和正在研究多相流計(jì)量的開發(fā)的研究中心和石油公司有： Tulsa、 SINTEF、 Imperial大學(xué)、國家工程實(shí)驗(yàn)室、 CMR、英國石油公司、德士古公司、埃爾夫石油公司、殼牌石油公司、阿吉普石油公司和巴西石油公司。二、基本原理n 測量流動參數(shù) 流動參數(shù)是油氣水流量的函數(shù)，因此可以測定通過流量計(jì)的壓降、射線束的衰減和混合物的阻抗等參數(shù)，建立這些測量值與各相流量之間的關(guān)系，要建立三相流動需要三個獨(dú)立的測量值。 n 多相流量計(jì)計(jì)量的主要數(shù)據(jù)是流體中油、水、氣三相的質(zhì)量流量。目前的技術(shù)還不能直接測試流體中三相的質(zhì)量流量。當(dāng)前采用間接測量的方法即計(jì)量每種成分的瞬時速率和各自截面含率 M=αγgσg+βγwσw+[1(α+β)]γoσo n 也常采用兩種簡化方式來降壓上述測量的難度。兩種方法是部分分離和均相化。部分分離是將三相流體分離成氣液兩相，以便更多的利用常規(guī)單相計(jì)量技術(shù)來計(jì)量分離相。均相化是將流體在計(jì)量前均相處理，則可以認(rèn)為名相流速相等，整個橫截面密度相等，這兩種方法均降低了所需測量數(shù)據(jù)的個數(shù)和難度。多相流的計(jì)量主要計(jì)量其各組分含率和流速。 n 沒有方法能夠理論上預(yù)測這種關(guān)系，因此，一定要通過校準(zhǔn)來確定這些關(guān)系。但不可能在測量技術(shù)應(yīng)用的所有情況下校準(zhǔn)，而且這種方法并不總是有效的。校準(zhǔn)方法通?？梢酝ㄟ^神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來得到增強(qiáng)，這種技術(shù)可以高精度地確定函數(shù)關(guān)系。然而，這種技術(shù)雖然有用，但不能解決基本問題，也就是說校準(zhǔn)只用于實(shí)施校準(zhǔn)的情況下。n 測量相位速度和相位橫截面分?jǐn)?shù) 為了測量管道中三種組分的體積流量，需要建立三個平均速度和三個相位截面。因此，需要測量五個量（三個速度和兩個相位分?jǐn)?shù)）。當(dāng)然，這個難以達(dá)到的測量要求可以通過分離或均相化來減少。n 通過相分離，就沒有測量截面持率的需要了，而三個體積流量可以通過傳統(tǒng)單相計(jì)量技術(shù)來測定。但是，相分離是很昂貴的，而且在很多情況下很難實(shí)現(xiàn)。如果通過使混合物均相化來均衡速度也可以把測量要求減少到三個。這是更經(jīng)濟(jì)的選擇而且是一些商用流量計(jì)的核心。但是，能夠達(dá)到均相化的范圍總是有限的。n 因此，兩種計(jì)量方法都有本質(zhì)的缺陷，正是由于這個原因迄今為止還沒有獲得完全令人滿意的計(jì)量方法。三、測量方法n 多相流量的測量方法n 緊湊式分離方法 ——應(yīng)用最廣泛、可靠、體積大n 相分率和速度計(jì)量 ——使用條件受到限制n 通過測量總流量和相分率實(shí)現(xiàn)多相計(jì)量 ——各種商業(yè)化流量計(jì)的做法，價格昂貴n 利用示蹤物 ——用于校準(zhǔn)以及濕氣測量n 流型識別 ——硬件結(jié)合軟件，價格便宜n 各相分別測量 ——復(fù)雜而且難以校準(zhǔn)n 主要參數(shù)的測量方法n 一、相分率的測量方法n 用快關(guān)閥技術(shù)測量空隙率 使用快關(guān)閥技術(shù)的主要問題：一是關(guān)閉閥門需要一定時間，此時通道內(nèi)的流型會發(fā)生變化，本方法從理論上說存在誤差；二是每次測量都要切斷系統(tǒng)，影響系統(tǒng)運(yùn)行。 ?射線衰減法n ?射線法是以雙能級能源 ?射線衰減（ DEGRA）為基本原型的。其原理在于 ?射線穿過多相流管道時有能量衰減。相分率不同， ?射線衰減程度也不同，并且對于不同能源 e e2通過相同相分率的多相流體時其衰減程度也不相同。圖 7所示?射線穿過氣、油、水三相混和流動時衰減情況。 n 對內(nèi)徑是 d，含油、氣、水三相流動的管道，其測量的衰減計(jì)數(shù) Im(e)可用下式表示：n 對于兩個能級能源 e e2，由于油、氣、水三相線形衰減系數(shù)顯著不同，得到兩個獨(dú)立等式。由于相分率之和為 1得到第三個等式：n 由此可得出一個線形方程組：Rw、 Ro、 Rg是當(dāng)管線中分別充滿水、油、氣三相時的計(jì)數(shù)值， Rm是管線中充滿混和流體時的計(jì)數(shù)值。 e e2分別為能源能級為 e e2時的測量值。 ?射線法的優(yōu)缺點(diǎn) n ?射線法的優(yōu)點(diǎn)十分顯著，它能夠處理任何油水比的情況并且是非介入式測量。n 缺點(diǎn)主要有兩方面：n 由于放射源的隨機(jī)性，測量時間和測量精度有一定的沖突。若想提高精確性就需要用較長的測量時間，克服此缺陷的途徑是加大能源能級，但這是以降低安全操作為代價的。n 水中的含鹽成分對測量也有很大的影響。由于鹽水具有較高的衰減系數(shù)，水相中鹽成分的變化會引起測量水相分率誤差較大。為此Scheer和 Letton提出采用三能級 /多能級來解決這個問題。雙能級能源可以確定三相流的相分率，使用三能級能源（ TEGRA）可以多確定一個參數(shù)，如含鹽量的變化等。 n 單束射線的缺點(diǎn)是：測量值與流型關(guān)系較大，不能代表截面上平均密度，現(xiàn)在均采用雙射線束或多射線束解決上述問題。镅 241(Am241)被證明是較好的放射源，一般低能級能源范圍是 10~30Kev，高能級能源其能級應(yīng)高于40~50Kev。n 用 γ側(cè)散射技術(shù)測量局部空隙率 應(yīng)用 γ側(cè)散射技術(shù)的主要問題：一是流體中某一確定點(diǎn)在很小的立體角范圍內(nèi)散射的光子的強(qiáng)度非常小，因而要得到較高的精度需要很長的計(jì)數(shù)時間，但在如此長的計(jì)數(shù)時間內(nèi)，難以保持條件的完全穩(wěn)定；二是要考慮被散射射線的自吸收，而這取決于對系統(tǒng)中空泡分布的了解，因而需要迭代計(jì)算局部空隙率的分布，引起計(jì)算誤差。n 使用中子散射測量空隙率 將需要測定空隙率的通道截面布置于快超熱中子射束中，然后計(jì)數(shù)測定被散射和透射的中子流密度。如果入射強(qiáng)度比較均勻，則被散射的熱中子流密度取決于橫截面上含氫物質(zhì)的數(shù)量，而與其分布無關(guān)。所以本方法適合于測量橫截面平均空隙率。 使用本技術(shù)的最大問題在于獲得合適的中子，而且其造價極其昂貴。圖 2 快中子測量相分率技術(shù)示意圖n 電容 /電導(dǎo) /電感傳感器 電容 /電導(dǎo)傳感器由至少兩個安裝在管壁上的金屬板電極組成，形成幾列電容器，使流體從兩塊金屬板或電極之間的空間流過；電感傳感器通常是一個環(huán)繞在管道上的線圈?；谟蜌馑煌膶?dǎo)電特性和電介質(zhì)特性，認(rèn)為混合物的電特性是物理性質(zhì)已知的各相流體所占比例的函數(shù)，因此根據(jù)測量得到的電容、電導(dǎo)、電感值就可以計(jì)算出油氣水各相的相分率。這種方法的缺點(diǎn)是受含鹽率的影響。 油、水、氣的介電常數(shù)圖 n 微波相分率傳感器