油田多相流计量方法研究与探讨
多相计量
多相流量计在海洋石油工程中的应用【摘要】油气分离计量是油气集输的首要任务。
本文从油气分离计量设备出发，从理论上分析了重力分离、折流分离、离心分离三种分离方法，进而探讨了油气分离计量设备在油气集输中的应用，以供参考。
【关键词】油气分离与计量设备油气集输应用1 背景为了油井计量和油藏动态管理，确定最佳产量和油田开采时间，油藏工程师要求经常监视单井动态，掌握单口油井的产量，包括每口油井的产油量、产水量和产气量。
传统做法是将油井产出液经计量分离器分离成油相、水相和气相，再采用各单相测量仪表或装置测量获得三组分的各自含量，然后再混合输送到泵站进行生产处理，系统的质量和体积都较大，给设计和施工增加了很大难度。
特别是随着近年油气开发向海洋、沙漠和极地等地区发展，以及所开发的油田油层更深、油质更重的特点，造成油田开发成本不断上升，石油工业界对新的开采技术的需求日益迫切，多相计量技术正是在这种背景下应运而生的。
2 油气分离计量设备及工作原理从目前来看，油气分离设备种类较多。
按照功能进行划分，可分为两种：水油气三相分离器、油气两相分离器；按照形状可分为三种：立式分离器、卧式分离器。
目前，比较普遍的为卧式两相分离器。
主要是因为该分离器的分离效果好，成本较低，便于检修和安装。
其缺点是占地面积比较大，且排污比较困难，需要配备好排污设备。
现介绍一种组合式的小型油气分离计量装置。
在大庆、长庆、哈萨克斯坦布扎奇等油田投入使用，均运行了三年以上，运行良好。
该装置用于单井（油井采出液不分离）、油气汇管（气、液混输）等任何流型或流态的油水气二相在线实时计量，尤其适用于间歇来液、气液变化比较大的油井计量；是沙漠油田、海上油田和移动测井等多相流计量的理想装置。
2.1 结构油气分离计量设备主要由分离器、稳流器、捕集器、混合器、计量仪表与电控元件组成，工作原理如图1所示。
2.2 原理2.2.1分离器一般采用离心分离。
由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起旋转流动时，液体受到的离心力大于气体，所以液体有离心分离的倾向，液体附着在分离壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，从而实现气液分离。
油气多相流量计量研究现状与发展趋势课件
核磁共振法
核磁共振法是一种利用核磁共振原理对油气混合物进行测量 的方法，具有高精度、高可靠性等优点。
核磁共振法通过测量油气混合物中氢原子核的共振频率和磁 化率来推算流量，其原理基于核磁共振原理。该方法适用于 各种类型的油气多相流，尤其适用于含水率较高的情况。
微波法
微波法是一种利用微波对油气混合物 进行测量的方法，具有非侵入式、高 精度、高可靠性等优点。
这些方法各有其优缺点，适用范围也 不同。在实际应用中，应根据具体情 况选择合适的方法。
03 油气多相流量计量研究进展源自新型传感器研究1 2 3
新型传感器技术
油气多相流流量计量的关键在于获取准确、可靠 的数据，新型传感器技术的研究和应用为解决这 一问题提供了新的途径。
传感器优化设计
针对油气多相流的特性，优化传感器的设计，提 高其测量精度和稳定性，是新型传感器研究的重 点。
多相流在线监测与控制
研究方向：实现多相流参数的实时在 线监测与控制，以提高生产效率和安 全性。
通过实时监测多相流参数，可以及时 发现和解决生产过程中的问题，并实 现精准控制。这需要发展高灵敏度、 高稳定性的传感器和智能化控制系统 。
智能化与自动化技术发展
研究方向：利用人工智能、机器学习等技术 提高油气多相流量计量的智能化和自动化水 平。
随着人工智能和机器学习技术的不断发展， 油气多相流量计量正逐步实现智能化和自动 化。例如，利用深度学习算法对多相流数据 进行自动处理和分析，以提高计量的准确性
和效率。
新型传感器与计量模型研究
研究方向：开发新型传感器和优化计量模型，以适应 不同工况和介质类型的需求。
针对不同的油气多相流介质类型和工况，需要研究和 开发新型传感器和优化计量模型。这涉及到材料科学 、传感器技术、数据处理算法等多个领域的交叉研究 ，以实现多相流量计量的广泛应用和可靠应用。
【精选】多相流计量及多相流量计简介R1
【精选】多相流计量及多相流量计简介R1 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:?级管系以及除5.1以外的阀和附件证件类型:制造厂证明(?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)1. 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。
石油气液两相管流 多相管流理论与计算
“流动保障” 确保油气的无阻塞流动并使系统的运行费用达 到最低。
保温材料
Pipe-in-Pipe
管线管束(flowline bundles)
渤海平均水深 18m,最深83m
黄海平均水深 44m,最深140m
东海平均水 深 370m, 最 深 2719m
南海平均水深 1212m, 最 深 5377m
pwf 井底流压
ptp 两相流压降
pt ph 自喷生产 pt ph 机械采油(人工举升)
气举采油系统示意图
依靠从地面注 入井内的高压气体 与油层产出流体在 井筒中混合，利用 气体的膨胀使井筒 中的混合液密度降 低，将流到井内的 原油举升到地面。
pt pwf ptp
设计的原则： 最大限度地发挥油藏的潜 力和地面设备的能力，获 得最高的产油量。
•80年代中期应用高新技术及仪器进行多相流的模拟试验， 期望深入认识多相流动现象及流动机理，从而改进模型，提 高精度。
核密度计、超声波传感器、电导和光导探针、电容传感器、 激光多普勒测速仪、高速摄像机等。
西安交通大学 动力工程多相流国家重点实验室 • 目前，双流体瞬态模拟方法和精确描述物理现象的稳态机 理模型是多相管流研究的主要方法
举例来说，渗流理论、油气井压力控制、油气管流计算、举升参 数设计、工况分析、集输设计等，都离不开多相流的理论与计算 方法。
多相流理论是贯穿于石油开采全过程的基本理论
一、多相流理论在石油工业中的地位和作用
许多工程设计都将计算多相流体在管道中流动的压降和温度。
钻井工程：油气井压力控制 (含气泥浆的压降计算)
第二节 气液两相管流的基本特征与研究方法
一、基本特征
多相流测量技术的研究及其应用前景
多相流测量技术的研究及其应用前景曹艳强 曹岩西安石油大学石油工程学院 陕西 西安 710065摘要：多相流广泛存在于石油工业中,因此对于多相流的测量就具有非常重要的意义。
然而,由于多相流在流动过程中流型复杂,成分多变。
到目前为止,多相流的测量仍然是石油行业中的一个难题，但同时多相流技术的应用潜力还是被大家非常看好的。
关键词：多相流 压降 分相含率 空隙率 速度 流量1多相流简介在大自然中,物质可以分成气相、液相和固相三相[]1。
顾名思义多相流就是指同时存在两种或两种以上不同相混合物质的流动。
在日常生活中常见的多相流有气固两相流、气液两相流、液固两相流、液液两相流以及气液液、气液固多相流等等。
在多相流的研究中,通常将在同一自然相中存在明确界面的不同物质当作不同相进行研究,如在油水混合物中,由于油和水互不相溶,那么就会在两者之间存在明显的相界面,这样就称为油水两相流。
多相流在石油化工行业中是一种十分普遍的现象。
在石油开采过程中，从采出到运输都会存在油、气、水三相混输，这是一种很典型的多相流，甚至还存在油、气、水、沙四相流。
多相流是在流体力学，物理化学，传热传质学，燃烧学等学科的基础上发展起来的一门新兴学科,对国民经济的发展有着十分重要的作用,它广泛存在于能源、动力、石油化工、核反应堆、制冷、低温、环境保护及航天技术等许多工业部门。
因此，虽然多相流的发展历史只有短暂的几十年，但由于油气水多相流检测技术的研究具有重要的理论和工程意义，发展脚步很快。
尤其是在20世纪50年代以来,由于石油化工行业中高参数的引人,以及对环境保护的日益重视,在一定程度上大大地促进了多相流研究及其应用的发展[]2。
2多相流的测量参数[]3在多相流的流动过程中，由于相与相之间的作用，就会有分布和形状在空间和时间里都是可以随时变化的相界面，而相与相之间又会存在不同的速度，导致通过管道的不同相的流量比和其所占的管截面比并不相等。
因此，根据多相流的这些特点，描述其流动的参数就要比单相的参数要复杂。
油气多相流量计量研究现状与发展趋势 ppt课件
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8、 AEA技术公司的脉冲式多相流量计
这种多相流量计安装在管线的外侧，这样就不会对管 线内的混合物产生干扰。该流量计采用一个脉冲中子束对 通过管线的氢原子、碳原子和氧原子进行计数，以此测出 气体、液体和固体的体积。混合物中的含水量通过对氯原 子的计数求得。辐射短脉冲“触激”氧原子，同时计量以 此测出混合物的流速。将两种测量结果相结合便可精确地 计算出管线内的流量。
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（二） 非分离式多相流量计
工作原理：
不分离式多相流量计是在不对井液作任何分离的情 况下实现油、气、水三相计量, 其技术难度主要体现在 油、气、水三相组分含量及各相流速的测定。
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1、英国JISkoot的Mixmeter多相流量计
测量原理： •压差变送器测量总流量； •双能伽马密度仪测量含水率、含气率； 特点：结构较为紧簇，压差损失小。
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3、挪威Framo公司的MPFM多相流量计
挪威Framo公司的多相流量计
MPFM型多相流量计由在线静态混合 器、多源伽马组份计和文丘里动量计 三部分组成。
混合装置使计量系统完全不受上游流 态的影响并为计量段提供均质流。
多源伽马计由一个伽马同位索和一个 耐震探测器构成，用来确定油、气、 水各自的体积百分数。油、气、水各 自的组份根据不同伽马能的相对衰减 程度计算求得。
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3、关键问题
为保证分流分相方法流量测量 的精确性，分流出的分流体 与被测两相流体之间必须具 有稳定和确定的关系，即右 式的分流系数应保持恒定或 有确定的变化规律。
KL
=
M 3L M1L
KG
=
M 3G M 1G
多相流采油测试中的流体性质测量方法及准确性评估
多相流采油测试中的流体性质测量方法及准确性评估摘要：随着多相流采油技术的广泛应用，对流体性质测量方法及准确性的评估变得至关重要。
本文综述了目前常用的多相流采油测试中的流体性质测量方法，包括压力传感器、声速测量、密度测量等。
通过对各种方法的原理、优缺点以及实际应用进行分析，评估出它们的准确性及适用范围。
结果表明，不同的测量方法在不同的操作条件下具有不同的准确性与可靠性。
因此，在多相流采油测试中选择适合的测量方法，结合相关的准确性评估指标，对于提高测试结果的精确性和可靠性是至关重要的。
关键词：采油测试；流体性质；测量方法引言多相流采油技术在油田开发中发挥着重要作用，流体性质测量是其中不可或缺的一环。
准确评估流体性质测量方法的准确性对于优化采油过程至关重要。
本文旨在综述多相流采油测试中常用的流体性质测量方法，并评估其准确性。
具体包括压力传感器、声速测量和密度测量等方法。
通过对各种方法原理、优缺点以及实际应用的分析，探讨它们的准确性和适用范围。
1.常用的多相流采油测试中的流体性质测量方法1.1压力传感器的原理和应用压力传感器是一种用于测量液体或气体压力的装置。
其原理基于压阻效应，通过将压力传感器与压力源连接，并将压力转化为电信号。
当压力施加在传感器上时，内部压阻元件产生电阻变化，由此转换成与压力成正比的电压输出。
在多相流采油测试中，压力传感器广泛应用于测量油井或管道中的液体和气体压力。
它们能够提供重要的压力数据，用于监测生产过程、评估油井性能和优化生产策略。
压力传感器具有响应速度快、精度高、稳定性好等优点，适用于多种环境条件下的压力测量。
1.2声速测量方法的原理和应用声速测量方法是一种基于声波传播速度的流体性质测量方法。
其原理是通过测量声波在流体中传播的时间和距离，计算出声速，从而推断流体的性质。
在多相流采油测试中，声速测量方法被广泛应用于确定流体的密度和粘度。
通过将声发射器和接收器放置在流体中，测量声波的传播时间和距离，可以计算出声速，并将其与已知流体性质进行比较以得出流体密度和粘度的估计值。
油井多相流量计
油井多相流量计油井多相流量计主要用于油田的单井计量和测试。
该产品能够在油、气、水三相不分离的状态下，不受相分率的影响，可覆盖0~100%的含水/含气率，完成对油井产出的油、气、水各相流量和其它过程参数的在线、实时测量与检测，是传统测试分离器的替代产品。
油井多相流量计可永久安装在井口或计量站，实现对生产井的连续监测和产量计量。
由于其体积小、重量轻、便于移动等特点，也可用来为油田用户提供移动式的生产测试、勘探测试和评价测试等服务。
工作原理海默油井多相流量计包括在线式气液两相流量计、全量程油气水三相含水仪和基于工业计算机的数据采集和处理单元（DAU)三大模块；气液两相流量计由文丘里管和安装在其喉部的单能伽玛传感器组成，主要完成气、液两相流量的实时测量；油气水三相含水仪由流型调整装置和双能伽玛传感器组成，主要完成油气水三相状态下油水混合液的含水率的测量；数据采集和处理单元(DAU)，主要完成对系统内各传感器和仪表的信号采集、处理，基于多相流动模型的计算，最终测量结果的输出和数据远传等。
多相流量计系统还包括了温度变送器、压力变送器、差压变送器和控制阀等辅助性的测量仪表和控制装置；粘度：不受粘度限制，只需流体流动即可测量。
多相流量计最终输出的测量结果包括：油、气、水三相的瞬时流量和累计流量，含水率、含气率、气油比、混合液密度和流体的温度、压力等过程参数的瞬时值和累计平均值等，其计算流程下图所示：技术特点海默多相流量计结构紧凑，工艺简洁；测量为实时、连续、自动测量，可无人值守；采用低能伽玛射线吸收技术测量相分率，不受油水相转化的影响，且可以用于全范围相分率测量；利用文丘里与单能伽玛组合形成一个独立的测量单元，测量气液流体总流量；利用专利的流型调整取样装置与双能伽玛测量仪组成液体相分率测量单元，测量油水混合液中的含水率。
这一独特的结构使得含水率测量准确度不受入口处多相流的流型和含气率变化的影响，从而能保证全量程范围内的含水率和纯油的测量精度；将单能测含气率与双能测含水率分别实施，除了可以确保含气率全量程范围内的含水测量准确度以外，更有意义的是可以将多相流量计的口径做大。
石油生产井油气水多相流气相测量方法
03
技术研发成果
经过多次试验验证，新型测量技术具有较高的准确性和稳定性，能够满
足实际生产的需求。
新型测量技术应用实例
应用实例一
采用新型测量技术对某油田的油气水 多相流进行测量，通过与传统的测量 方法进行对比，发现新型测量技术的 测量结果更加准确可靠。
应用实例二
将新型测量技术应用于某气田的开发 过程中，通过实时监测油气水的流量 和比例，提高了生产效率并降低了生 产成本。
05
新型油气水多相流气相测量技 术及应用
新型测量技术研发
01 02
技术研发背景
石油生产井中的油气水多相流测量对于提高石油生产效率、降低成本具 有重要意义。然而，传统的测量方法存在一定的局限性，需要研发新型 的测量技术。
技术研发过程
通过理论分析、实验研究、数值模拟等方法，研发出新型的油气水多相 流气相测量技术。
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激光多普勒测速法
利用激光多普勒测速仪测量油气 水多相流中各相的速度分布，结 合气相速度与含量的关系，推算 出气相含量。
04
实验及结果分析
实验装置与流程
实验装置
油气水多相流实验装置，包括分离器 、计量泵、混合器、管道、传感器等 部分。
实验流程
将油气水混合物通过计量泵送入混合 器中，在混合器中充分混合后进入管 道，通过传感器测量气相流量和含气 率等参数。
石油生产井油气水多相流气 相测量方法
汇报人： 2023-12-15
目录
• 引言 • 石油生产井油气水多相流基础
理论 • 气相测量方法 • 实验及结果分析 • 新型油气水多相流气相测量技
术及应用 • 结论与展望
01
引言
油井流入动态及多相流动计算
1.Vogel 方法
①假设条件：
a.圆形封闭油藏，油井位于中心；
b.均质油层，含水饱和度恒定； c.忽略重力影响； d.忽略岩石和水的压缩性； e.油、气组成及平衡不变； f.油、气两相的压力相同； g.拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点的脱气原油 流量相同。
• 1968年，沃格尔对不 同流体性质、油气比、 相对渗透率、井距、 压裂井、污染井等各 种情况下的21个溶解 气驱油藏进行了计算。
2 r
3.非完善井Vogel方程的修正
油水井的非完善性： ◆ 打开性质不完善；如射孔完成 ◆ 打开程度不完善；如未全部钻穿油层 ◆ 打开程度和打开性质双重不完善 ◆ 油层受到损害 ◆ 酸化、压裂等措施
对于非圆形封闭泄油面
积的油井产量公式，可 根据泄油面积和油井位 置进行校正。
re X rw
泄油面积形状与油井的 位置系数图
油井产量公式变为：
2 ko h( Pr Pwf ) qo a 1 o Bo ln X s 2
2 ko h( Pr Pwf ) qo a 3 o Bo ln X s 4
2
b.给定不同流压，计算相应的产量：
Pwf Pwf qo 1 0.2 0.8 P Pr r
2
qo max
c.根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线。
◆油藏压力未知，已知两个工作点
a.确定油藏平均压力
q1 A 1 q2
1 K ro c ( )p P r o o r
2 K ro P Pwf 2kh qo 3 re ln s o o Pr 2P r rw 4
提升多相流量计测量精度的方法在渤海某油田的应用
提升多相流量计测量精度的方法在渤海某油田的应用发布时间：2022-07-30T07:17:25.726Z 来源：《工程管理前沿》2022年3月6期作者：刘金龙杨焕财[导读] 渤海某油田运行的多相流量计作为外输流量计，承担贸易结算计量的作用，刘金龙、杨焕财中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459摘要：渤海某油田运行的多相流量计作为外输流量计，承担贸易结算计量的作用，但由于各方面原因导致多相流量计实际计量误差偏大，无法达到外输贸易计量精度的要求。
通过对影响该设备计量精度的原因进行分析，并提出相应的改造方案。
并对改造后的方案进行不确定度的分析，评估其是否满足贸易计量要求。
应用该改造方案后，该油田多相流量计测量精度将大大提高，满足了外输贸易计量的要求，同时也将避免了因计量误差过大造成的产量损失和国有资产流失。
关键词：多相流量计；GLCC；含水率分析仪；质量流量计；含气率1 概述渤海某油田的多相流量计作为外输贸易流量计，在实际运行中多相流GLCC（气液分离器）无法实现气、液完全分离，导致液相中含气，流体密度偏低，质量流量计测量偏差过大，从而使得整个多相流量计系统实无法达到外输贸易计量精度的要求。
本着发现问题、解决问题的原则，从含水率、含气率及仪表本身测量精度等影响多相流计量精度的因素考虑，提出一套完整的解决方案。
并对改造后的方案进行不确定度的分析，评估其是否满足贸易计量要求。
应用该改造方案后，该油田多相流量计测量精度将大大提高，满足了外输贸易计量的要求，也将避免因计量误差过大造成的产量损失和国有资产流失。
2基于GLCC技术的多相流量计工作原理如图2-1所示，GLCC多相流计量系统的原理为气液分离后进行单相计量，然后再根据工艺要求气液混合输出或气液单独输出。
核心技术为GLCC （Gas-Liquid Cylindrical Cyclone 柱状旋流式气-液分离器），通过分离器对井口的气液两相流进行气液分离，分离后的气相采用叶片捕雾器将气体中的微小液滴处理掉，然后采用单相流表对气液分别进行计量，并通过液相中的含水率分析仪测量的水含量计算出油、水的产量及累积量，通过本地控制系统将数据处理后，发送到远程DCS系统。
多相流流量计量综述
2831 多相流计量技术现状 相较于单相流，由于多相流中有多种流体，流体间流速、流体自身的性质各不相同，同时流动过程中流型也会发生变化，因此多相流会复杂的多。
流型不同，多相流的流动状态也会不同，而多相流流型的变化是由流体动力效应、瞬时效应、几何方向效应以及流体性质、流体流速、各流体占比综合作用产生的结果，众多的影响因素使得多相流流动状态变化复杂，也给多相流的计量造成了很大的困难。
从20世纪60年代开始，国内外进行了多相流测试技术的研究，现已有大量的多相流流量计应用于油田生产中。
然而从研究和应用情况看，已有的多相流量计往往用于特定的使用环境，当环境有变化时需重新标定流量计，从而使流量计精度在要求范围内。
但即便如此由于许多流量计大多还是针对特定的流型设置的，所以当被测流体流型改变时测量效果无法达到测量精度要求。
同时目前应用的产品还有一些问题：诸如制造费用较高，精度较低，对使用环境的适应性差等。
因此，多相流量计仍然需要进一步发展。
2 多相流计量分类 按照计量方式的不同，现已有的多相流流量计量可分为：完全分离式多相流计量、部分分离式多相流计量、不分离式多相流计量和取样分离式多相流计量四种。
其中，完全分离式多相流计量是油田生产中较为传统，同时也是应用较多的计量方式，这种方式先将待计量的流体进行完全气液分离，计量气相和液相的流量之后，再将两相汇集向下游管道输送，这种方法的缺点是占地面积大，耗时长，且无法及时反映油田生产状况。
部分分离式多相流计量在计量前也将气液两相分离，但与完全分离式不同的是，这种方法在进行气液分离时，只需将两相分离为以气相为主和以液相为主的两部分流体，再将这两部分流体用较为成熟的两相流计量计进行计量。
计量液相部分中的含气量和气相部分中的含液量是此种计量方式的关键。
相较于完全分离式多相流计量，这种方法占用的空间更小，但由于气液混合物并没有完全分离，因此这种计量方法对提高计量精度没有显著作用。
多相流量计在海洋石油工程中的应用_赵丹
多相流量计在海洋石油工程中的应用赵丹，贾明鑫，张小钢，魏丽（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）摘要：在原油开采过程中，为了优化生产参数，提高采收率，需对油井产出液中各组分的体积流量进行连续计量。
随着海洋油气的开发，传统的分离式计量方法已越来越不能适应生产需要，多相流量计逐渐开始得到应用，并有取代传统计量方式的趋势。
针对此种趋势，结合目前国内海洋工程中多相流量计的应用情况，通过多相流量计14-J-2000在曹妃甸项目某组块上的实际应用，深入分析了多相流量计的测量原理、组成结构、工艺流程及系统连接，并对其系统安全、使用环境等提出要求。
与传统的分离式计量方法相比，展示了多相流量计的应用在成本及创造的经济效益等方面的优势，总结了多相流量计的自身优点，分析了其在海洋环境中尚需完善的功能，考虑在海洋环境中的实用价值，对其进一步的应用作出展望。
关键词：海洋石油平台；多相流量计；测量原理；应用1 背景为了油井计量和油藏动态管理，确定最佳产量和油田开采时间，油藏工程师要求经常监视单井动态，掌握单口油井的产量，包括每口油井的产油量、产水量和产气量。
传统做法是将油井产出液经计量分离器分离成油相、水相和气相, 再采用各单相测量仪表或装置测量获得三组分的各自含量, 然后再混合输送到泵站进行生产处理，系统的质量和体积都较大，给设计和施工增加了很大难度。
特别是随着近年油气开发向海洋、沙漠和极地等地区发展，以及所开发的油田油层更深、油质更重的特点，造成油田开发成本不断上升，石油工业界对新的开采技术的需求日益迫切，多相计量技术正是在这种背景下应运而生的。
2 海洋石油工程多相流量计的使用情况从80年初至今，国内外多相计量技术的开发和应用取得重要的进展。
截至目前，国际公认的达到商品化程度并且在工业现场进行了较为广泛的试验和应用的多相流量计包括：美国Agar公司的Agar-301和Agar-401，中国海默仪器制造有限责任公司的MFM2000，挪威Fluenta公司的Fluenta 1900VI，MFI公司的Multi-fluid以及Framo公司的Framo多相流量计等［1］。
多相流量计在塔里木油田的应用
多相流量计在塔里木油田的应用多相计量技术和应用之所以成为近年来世界各石油国追逐的热门课题,是因为它改变了油井传统的分离器计量模式,可以简化油田地面生产工艺,大大降低产能建设费用,方便运行管理,提高自动化水平等。
多相流量计在塔里木的研制与试验历程从1992年底开始,到1995年以前,我们是通过测量总流量和相分率来实现多相计量的,先后经历了涡轮流量计/γ射线、涡街流量计/γ射线、相关法/γ射线等3个阶段。
从1995年底开始,我们开始着重研究通过测量各相相分率和流速来实现多相计量。
经过几年的现场试验,基本认可了用γ射线相关法测各相流速和用γ射线吸收法测相分率的计量原理和方法。
该流量计现在已基本定型并形成系列产品。
为了提高多相流量计的计量精度、测量范围以及可靠性和稳定性,近来仍不断在硬软件上作了一些改进和提高。
MFM多相流量计的计量原理与组成1相分率测量———γ射线吸收法2流速测量———互相关法互相关流速测量是基于两个随机信号间统计相似性的测量。
当流体从管道中流过时,沿管道轴向相隔一定距离(L)安装的上、下游传感器在各自的测量点上从流动的非均匀流体中检拾到两个随机信号,测出它们之间的互相关时间ti,就可得到流体流动的速度vi。
关于相关数值的论述和证明可在数学著作中找到。
3计量系统的结构与组成一套完整的MFM多相计量装置一般应包含4大部分:相分率测量装置;流速测量装置;温度和压力测量装置;数据采集和处理系统。
应用情况与现场数据从1992年底开始,我们就与兰州海默公司的科研人员合作,先后在塔里木的轮南、牙哈、塔中四等油田进行现场试验和使用,共用了20台套的前四代样机或产品,对近百口油井进行了数百次三相不分离计量。
现在在用的仍有13台套,并且在1997年创造性地把3套不同规格的三相流量计及配套系统集成在一个撬装上,成功地研制出适应沙漠环境的移动三相不分离计量装置,取得了良好的经济效益。
与分离计量相比,不分离计量系统主要具有以下优点:①可实现连续、在线自动计量,避免计量和取样时间的代表性问题带来的误差;②操作管理方便,可实现计量时的无人值守,运行维护费用低;③无阻力和可动部件,安全可靠;④出三相计量结果,自动打印计量报表;⑤安装方便,减少占地,节省建设投资等。
油气水的多相混输技术
油气水的多相混输技术油气水在同一管道内流动的现象在油气田上是经常遇到的，因为在采油的过程中多少都会还有一些水分和一些蒸气，所以我们必须研究油气水混输的技术，这样主要为了节约油气田的地面工程投资以及运行费用，充分利用伴生气并减少环境的污染。
随着油气田的勘探开发逐渐转移到海洋、沙漠、极地等自然环境恶劣的地区，多相流技术得到了越来越广泛的应用。
多相混输工艺也逐步成为了油气储运学科中的研究热点。
由于多相混输具有许多与单相输送不同的特性，因此必须首先从理论上充分科学地认识多相流动的特殊规律，才能更好的设计、管理多相混输管线。
目前，在多相混输工艺计算与仿真方法研究方面仍有许多值得探索和改进的地方。
所有世界各国对多相混输工艺计算与仿真中常用的流体热物性模型、流型划分与判别方法、流动模型、本构方程等方面进行了研究。
并对多相流在线仿真系统作了探索性设计，同时开发了离线多相流工艺计算软件。
具体来讲，有以下几方面的工作：第一部分，通过目前常用烃类流体热物性的研究，得出了求解烃类流体物性参数的热物性模型。
其中着重讨论了湿天然气、油气两相和油气水三相混输管路中适用的热物性计算模型。
第二部分，从已发表的实验结果和流动机理出发，总结了目前国内外常见的分析方法，给出了判断油气两相水平、垂直、倾斜管线流型的具体方法。
对于油水两相、气液液三相流管线则给出了水平、垂直管线的流型判别方法。
第三部分，从多相流动基本微分方程出发，通过引入不同的假设条件，得出了各种计算模型，并给出了相应算法，为多相混输管线的工艺计算提供了依据，是开发多相混输工艺计算软件的理论基础。
第四部分，根据多相管流的外观特征，建立了多相流具体流型分析的几何模型。
从各流型参数间的相互关系出发，总结了求解多相流管路中各流型具体结构参数的方法，并对段塞流这一特殊流型作了更详细的分析。
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万方数据
第６期增刊
油田多相流计量方法研究与探讨
５９
介质为连续相的测量。电导法是当导电介质为连续相 时替代电容法的一种方法。射线分析法受流态影响小 准确度高，但仪表含放射源物质。电导探针、电容探针 和光纤探针法通过多探头组合检测确定相分布，从而 确定相含率，探针法组成结构相对复杂，设备要求高。 成像法主要有超声成像、射线成像等方法口］，此类方法 原理复杂，仪器费用较高。 弯管流量计已成功应用于水、蒸汽等多种单相流 体测量口“，但在多相流测量方面还是空白。河北理工 学院进行的实验表明流体动力粘性系数从１．３ｃＰ变化 到６．５ｃＰ，弯管流量系数的变化在０．５％左右口“，说明 粘度对弯管流量计流量系数影响较小。２００５年作者
２
多相流计量方法的核心技术
总结国内外的多相流计量方法，其核心技术包括
体流动、压损小、受流体物性变化影响小，非常适合多 相流测量的需要。 相含率测量方法有密度法、电容法、电导法、射线 法、探针法、成像法等多种方法。密度法原理简单易 行，是油田应用最多的一种方法。电容法适合不导电
计量分离器、流量测量、相含率测量几个方面。 计量分离器按照力学原理有重力式、离心式两种。
Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ Ｔｈｅｏｒｙ
［Ｊ］．ＴＨＥ
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２００３，１ｉ（１）．
ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ．２００４，９：１４－１７． 口胡
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３
４弯管流量计测量多相流研究
多相流计量方法的研究进展
近年来国内外各大学和科研机构研究设计出了多
与河北理工学院在大庆油田对弯管流量计测量油水和 气水两相流进行了实验研究，实验目的是观察弯管流 量系数与油水、气水混合物在不同流速、不同含率下的 变化规律，实验系统构成如图１所示。
种基于光纤、电导相关、双参数等技术的测量方法［６］。 光纤传感器应用互相关技术确定总的流速，同时 基于各相的光折射调制还可以实现相组分测量，美国 ＣｉＤＲＡ公司开发的井下多相流光纤传感器已成功应
［３］ｌｕ ｙａｏｊｕｎ，ｚｈｏｕ ｌｉｘｉｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ
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Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｉｌ—Ｗａｔｅｒ Ｔｗｏ Ｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ Ｂａｓｅｄ
摘要分析了多相流分离计量和在线计量方法，总结了多相流计量的核心技术和研究进展，分析了弯管流量计测量油水和
气水两相流实验数据，结果表明弯管测量油水两相流准确性较好，测量气水两相流误差较大。探讨了弯管流量计与密度计或
与其它流量计配合的测量方案。 关键词 多相流 计量方法 弯管流量
Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ
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Ｓｉｇｎａｌｓ［Ｊ］．Ｆｌｏｍｏｋｏ，１９９６．
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Ａｌ－ｌａｂａｂｉｄｉ。Ｍ Ｌ Ｓａｎｄｅｒｓｏｎ．Ｔｒａｎｓｉｔ Ｔｉｍｅ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ
Ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ Ｆｌｏｗ ｕｓｉｎｇ Ｓｌｕｇ Ｆｒａｃｔｉｏｎ
Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ｉｎ Ｇａｓ／Ｌｉｑｕｄｉ
Ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ＴＨＥ １２ｔｈ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ
何定安，李斌，周芳德，等．相关分析及量热法在油水
两相流测量中的应用［Ｊ］．化学工程，２０００，（２８）：１．
ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９８，８（７）：６９１—７０１．
［２３曹学文，寇杰，林宗虎．在线多相流量计测试技术及 选型分析［Ｊ］．计量技术，２００３，（３）．
Ｔｒｉａｌｓ Ｕｔｒｓａｏｎｉｃ Ｇｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ［Ｊ］．
ＲＵ珊√衄＜Ｏ。１９９６．
Ｐｏｐｅｎ Ｇ，Ｈａｎｓ Ｖ．Ｆｏｌｗ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ Ｃｒｏｓｓ
明弯管流量计用于油水两相流测量误差较小，用于气 液两相流测量误差较大。弯管流量计可以与密度计或 与其它流量计配合用予多相流测量。
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用于北海生产井测试。美国斯伦贝谢公司、中科院西
安光机研究所等国内外机构也有光纤测井仪器 问世‘”。 超声波传感器基于超声波穿过多相流流体时受到 随机声阻抗变化的调制，通过接收到的超声波信号的 相关分析可测定流速，超声波流场成像技术可以分析 出流体相含率口。１…。石油大学以含水率９０％的柴油和 水作为介质进行了超声波相关流量计室内实验，测试 数据拟合的曲线得出相关流速与实际流量具有较好的 线性关系。 西安交通大学将量热法与相关分析技术结合，实 验研究得出：流量测量误差士１０％、体积含水率测量误 差±５％‘“］。 大庆油田生产测井研究研发出了同时测量流量和 含水率的电导式传感器，实验室模拟和生产井测试数 据表明相关流速和实际流量问存在很好的线性关系， 流量大于１０ｍ３／ｄ、含水率５０％～９５％范围含水率测量 精度为士３％、重复性士２．６％，电导式相关流量测井仪 将成为出沙严重的油井和聚驱产出油井注聚中后期井 内流量和含水率测量的重要技术［１２１。 应用双孔板、孔板与容积式或速度式流量计结合、 孔板与文丘里管结合、涡街式压力与旋涡检测相结合 的双参数测量方法在实现同时测量多相流流量和含率 方面得到了一定的研究，并具备了一定的理论基础。 研究进展表明新测量技术不断应用于多相流计量 领域，新的测量方案具有原理清晰、结构简单、常规参 数检测易实现、同时实现流速和含率检测的特点。 油水两相流实验流速为１．０ｍ／ｓ、１．４ｍ／ｓ、２．８ｍ／ Ｓ，含水值为１００％、８０％、６０％、４０％、２０％、０％，实验结 果：平均流量系数最大相对偏差为１．５２％，单点流量 系数相对于平均流量系数最大相对偏差为～２．２３％，计 算得出实验系统合成相对标准不确定度为１．７３％，油 水实验结果表明弯管流量计用于油水两相流测量误差 较小。 气水两相流实验水流量为１５０ｍ３／ｄ、２００ｍ３／ｄ，含 气率为１０％～７０％，实验结果：平均流量系数相对偏 差为０．６４％，单点流量系数相对于平均流量系数的最 大相对偏差为６．７６％。计算得出实验系统合成相对 标准不确定度为２．４５％，结果表明弯管流量计用于气 液两相流测量误差较大。 根据上述实验结果，弯管流量计可以与其它仪表 构成多种测量方案进行多相流测量，一是弯管流量计 配密度计或含率分析仪表的常规测量方案，二是双弯 管流量计、弯管流量计配节流差压流量计、弯管流量计 配容积式或速度式流量计的双参数测量方案。其中弯 管流量计配合相关流量计的测量方案可以充分发挥相 关流量计和弯管流量计的技术优势，实现在压力损失 极小的情况下对多相流进行在线连续测量，将具有较
第２７卷第６期增刊 ２００６年６月
仪器仪表学报
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
Ｖｏｌ＿２７
Ｎｏ．６
Ｊｕｎｅ．２００６
油田多相流计量方法研究与探讨
薛国民１’２
１（哈尔滨工业大学控制科学与工程系 哈尔滨
沈毅１
１５０００１）
２（大庆油田质量安全环保部大庆１６３４５３）
多相流计量一般采用分离和不分离两种计量方 法。计量分离器、流量测量、相含率测量是多相流计量 的核心技术，超声相关、电导相关以及双参数组合测量 等多相流测量方法得到了广泛的研究与应用。实验表
●叼
●踞
Ｎｕｉｊｔｅｎ Ｊ Ａ，ｋｅｅｅｈ Ｒ Ｐ．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
１５０００１，Ｃｈｉｎａ） １６３４５，Ｃｈｉｎａ）
２（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｖｌｒｏｎｍｅｎｔ—ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｄａｑｉｎｇ Ｏｉｌ—ｆｉｅｌｄ，Ｄａｑｉｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ａｎｄ ｏｎｌｉｎｅ ｍｕｌｔｉ－ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ ｍｅａｓｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄｓ
１
引
言
成离心力将密度不同的物体分离ｏ］，它有多种结构形 式，如锥型、双锥型、圆柱型、螺旋板型等。与重力分离
多相流广泛存在于石油化工等工业领域，其准确 计量具有重要意义。油水两相流计量方法一般采用总 流流量计配含水分析仪表方式。油气水三相流计量方 法一般采用分离计量方式。近年来在线多相流量计发 展迅速口ｏ，多相流量计有部分分离和不分离两种计量 方式，不分离计量装置体积小、重量轻，但流型影响大； 部分分离式计量装置不局限于某种特殊流型限制，成 本低技术成熟，但体积和重量略大。