国外新型多相流计量技术综述

！。量计量 技术 的调研 ， 着 重介 绍 了 １ １种
原理 。 这１ １种 多相 流 流 量 计 目前 在 世
发 多相 流 热 潮 中 处 于 领 先 地位 。文 章 时 简述 了其 中 ４种 多相流 流 量 计 的最
验 结果。
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油气 田地 面工 程 （ ＯＧＳ Ｅ） 第 ｌ ５卷第 ０期 （ １ ９ ９ ６ ． ３ ） ７
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啦 相 关 连 续 测 最 这 两个 电容 在管 线底 部 附 近 的 同
等高度 上，丽 旦褶蝌距离很短 。同时 ，在管线顶部
相距 ２ ０ ｎ ｕ ａ的两 个电报产生不 同的信号 ，根据这些 信号 间的 时整计算段塞流速 。段 塞流速 的测量 间接 铪 出气体流量 。通过测量液体 的介 电常数 ，便可确
这 样 ，便 确 定 出截 面 含 液 率 ，即 假 若 各 相 分 离 后 由液 相 占据 的截 面面 积 。剩余 的横 截 面 积 则 为气 体 所占有 。
流 量范 围为 １ ２ ０ ～５ ０ ０ ０ ｍ。 ／ ｈ ，设 计 压 力 为 ２ ～
３ ６ Ｍ Ｐａ
在 管线底部流动着 的液体 流速 由 ２ 个 电容信号
售 了 ２套 商业 性 多 相 流 量 计 。 最近 ， Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ａ公 司 又 在 ＭＰ ＦＭ １ ９ ０ ０ ＶＩ 型 的 基 础上开发 出 Ｓ ＭＦ Ｍ １ ０ ０ ０型 海 底 多 相 流 流 量 计 。该
流量计 作为一个整体组装 ，它包括各 种传感嚣 和一
囝 ４ 计量 段结 构 示意圉
１ ． ＭＦ Ｉ 公 司的 Ｌ Ｐ型 多相 流 流量 计
Ｌ Ｐ型多相流 流量计 的主体结 构 由两个 独立 的 仪表组成 ，其中一个为组份计 ，用于测量 传感 器中 油 、气 、水的瞬时体积或质量百 分数 ；另一个 为速 度计 ，用于测定油、气、水混合物通 过传感器 的速
６ 油气 田地 看工程 （ ＯＧ Ｓ Ｅ） 第 １ ５巷第 ２薅 （ １ ９ ９ ６ ． ３ ）
３ ． ＫＯ Ｓ公 司的 ＭＣ Ｆ ３ ５ １型
多 相 流 流 量 计
ＭＣ Ｆ ３ ５ １型 多 相 流 计 量 系 统 由 一 个 不 锈 钢 双 法兰短节 、 ＥＸ 级 信 号 处 理 电子 装 置 和一 个 以 Ｐ Ｃ机 为主的控 制装置组成 （ 见图 ３ ） Ｐ Ｃ机 用 来计 算 和 显 示 计 量 结 果 。不 锈 钢 短 节 配 备 的是 标 准 型 Ａ ＮＳ Ｉ 法 兰 ，在 管 线 上 安 装 极 为方 便 。
液体便是油 。
流量计量段采用一对插入管 内并 与流 向并行 的 平行 传感 器板 （ 见图 ４ ） 。传感器板上镶嵌着数个 电
圈２ ＭＰ Ｆ Ｍ 型 多 相流 流量 计结 构示 意囝
极 形 成 的 电容 ， 由电容 产 生信 号 ， 从中 通过 复杂 的
数据计算 ，得 出各相 的流量 。
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丑和 ｃ联 合最行逮窟—■ ＾和 矗嚷音进拧组毋一量
油井采出液 多相计量是油 田正常生产不可缺少 的一个组成部分 近年来 ．国外石油工业 的发展重 点逐渐集 中到海上 。在海洋石 油开发 中，由于受平 台面积及重量的 限制 ，传统 的多相分离计 量失去 了 它自 身 的优势 。因此 ，需要 开发一 种可 靠的适用 于
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组份 从桶底经 喷射器排 出，而密度最 小的组份从桶 顶 排 出并 经 一 根 管 引 回到 喷 射 器 。在 喷射 器 内 ，两 种组份接喷射 比混合 。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
计 由 一个 同 位 素 和 一 个 耐 震探 测 器 构 成 ，设 计 位 置 紧 跟 在 流 量 混 合 器 之 后 ，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 能 的相 对 衰 减 程 度 计 算 求 得 。文丘 里 流 量 计 也 在 混合器之后 ， 它 与 ７组 份 计 相 结 合 ， 获得油 、 气、 水、 各 自的 流 量 。
良前育 Ｄ Ｎ８ ０和 Ｄ Ｎ１ ０ ０ 两种 规格 ， 其流量范 围分别
为ｓ ～１ ４ ６ ｍ ／ ｄ（ 液体 ）和 １ ６ ￣２ ９ ２ ｍ。 ／ ｄ（ 气体 ） 。
从两排 电极 获得 的相 关信号计算 出气 、 液 的流速 。 最 后 ，由计算 机处理测得的各相百分率和气 、液各 相 的流速 ，从 而得 出油气水各相的流量 。 ＭＰ Ｆ Ｍ １ ９ ０ ０型 多 相 流 流 量 计计 量 段 长 约 ５ ６ ０ ａｍ， ｒ 重约 ２ ０ ０ ｋ ｇ ， 可计量 ０ ～８ ０ 的原油含水 和 Ｏ ～９ ０ Ａ的含 气 ，其计 量精度 为油气 水 总流量 的＋ ｏ ５ Ａ ～１ ｏ ０ 。 据 最新报道 ， 该 公司 已向 Ｖ ｉ ｇ ｄ ｉ ｓ 公 司销
海 上 平 台或 海 底 的 多 相 流 量计 ，这 种 流 量计 不需 要
田 １ Ｌ Ｐ
这样 ，油、气 、水每种组份 的瞬时体积或质量 流量就可 以通过这两个仪表所给 出的输 出信号进行 计算求得 。
组 份 计 测 量 油井 未 处 理 流体 的介 电性 质 （ 介 电
传统 的分离 器及 其配 套的控制 设备 和管 线 。 目前 ． 世
速 度 计 测 量 速 度 使 用 相关 技 术 。速 度计 在两 个
多相流 量计 基本上可分为分离计 量、混合均质 计量 和直接在线 计量 ３ 种方法 。分离计量是一种传 统计 量方法 。混 合均质计量一方面测量主管线 内混 合物的密度 ｝另一方面 由一个微型分离器从主管线 上取样 并将其分离成气相和液相 ，然后 由 ７密度仪 测量 出液 相 中的油水各 自的密度 ，同时结合温度和 压力测量 ， 以此间接计算出油气 水各相 的体积 流量。 直接在线计量是利 用内在 的流体性质获得各相的流 量 ，因而 没有 设 备 对 液 体 的干 扰 。
界上 不仅有新型 多相 流流量计 问世 ，而 且 已经应 用
于油 田生 产 。
常数和导 电率） 和密度 。 水对介 电性质 比较敏感 ， 气 对密度比较 敏感 。介电性 质的测量使用 的是 一种新 获专利的微 波技 术 ，它可对工 艺流体进行精 确、稳 定、 快速的 电测量 。 密 度测量用 的是常规 ７密度计 ， 直接装在传感器法兰上 。
传感器板厚 １ ． ６ ５ ｍｍ、 宽４ ０ ｍｍ． 其 中镶 嵌 着 一
截止到 １ ９ ９ ５ 年 １ ０月的调研 ，该公 司已在世界 各海上油 田推广 了 １ ５ 套 ＭＰ Ｆ Ｍ 型流量计 ，其 中 ５ 套为海底计量装置 ，使用这种 流量计 公司的有挪威 国家石油、船士古、菲律普斯和汉米尔顿等 ８ 家国 际大石油公 司 。 这１ ５套流量计均 为全流态型 ， 主要 的上 、下限参数范 围为 ：实际工况下 的含气体积率
线 内所 占据 的横截 面积 ．然后从总横截面积 中扣除
液体 的横 截 面 积 ， 以此 求 出气 体 所 占据 的横 截 面积 。 同 时 ，流 量 计 还 测 Байду номын сангаас 液 体 的 流 速 及 段 塞 运 动 速 度 （ 与气体流速相 等） 。最 后 ，油 、水 各 自的流 量 通 过
确定含水 率得出 ，即测 出液体 中的水量 后 ，剩余的
海 底 流 量 计 推 向市 场 。
４ ． Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ａ公 司 的 ＭＰ Ｆ Ｍ １ ９ ０ ０型和
Ｓ ＭＦ Ｍ １ ０ ０ ０型 多 相 流 流 量 计
ＭＰ Ｆ Ｍ 型多相流流量计长分别 为 ２ ． ６ ｍ（ 海 底） 和１ ． ５ ｍ（ 陆地） ， 重约 ２ ５ ０ ０ ｋ ｇ ，可计量各种多相流 态中 ０ ￣１ ０ ０ 的油气 水混 合 物 ，计量 精 度可 达 士
６ 。
囝３ ＭＣ Ｆ ３ ５ １ 型 多 相流 流量 计结 构示 意圉
ＭＣ Ｆ 多 相 流 流 量 汁依 靠 连 续 测 定 各 相 所 占 据 的 横截 面 面 积 ， 然 后 以 各 相 的流 速 乘 以各 相 的 面积 ， 从 而计 量 出段 塞 流 中 液 体 和 气 体 的 各 自流 量 。 要 实 现 多 相 流 的 计 最 流 量 计 先 测 出液 体 在 管
泡 逸 出 ，则 根 本 无法 测 量 其 流 速 。为此 ，新 型 流 量 计 采 用 相 关 法 确 定 大 、 小两 种 气 泡 的 流 速 ，即 较 大 气 泡 流 速 为气 相 流 速 ， 而 较 小 气 泡 则 为 液相 流速 。 传 感 器 配 备 着两 排 大 小 不 等 、排 列 不 均 的 电极 ，通 过
个 接 口板 。整个计量装置被封装 在一 只圆形的容器 内 ，底座上 只留有流体 和 电力接 口。全部 电子元件 被封装在一个单独的常压容器 内。接 口板收集传感 器 信 号 并 通 过 一 个 高 速 串联 网 将 其 传 输 给 控 制 模 块 。封装在控制模块压 力容器 内的其它接 口板对来 自各传感器的信息执行信号 处理 并将处理结果送给 控制 系统地面通讯 网。该公 司计 划在近期 内将这种
本 文 只介 绍根 据 后 两 种 方 法 开 发 出 的 国外 多相 流计 量 装 置 。
横截面做非常像速的微波介 电测量 。这两个 横截 面
之间的轴线距离是 已知的 。对每个 测量截面输出信 号的系统分析可计算 出流体从第一个 测量截面流到 第二个测量截面的平均时间 。根据流体通过的时间 和两者测量截面的 间距 ，则可计算 出流体的速度 。 该 流 量计 长 ６ ６ ． ７ ｃ ｍ （ ２ ６ ． ３ ｉ ｎ ） ，公 称 直 径 １ Ｏ １ ． ６ ａｍ （ ｒ ４ ｉ ｎ ） ，额 定压力 Ａ Ｎ Ｓ Ｉ ６ ０ ０ 。它无可动部 件 ，壳体 由 ３ １ ６ Ｌ不锈钢制 成 ．重约 １ ０ ０ ｋ ｇ 。
２ ． Ｆ ｒ ａ ｍｏ公 司 的 ＭＰ Ｆ Ｍ 型
多相 流流 量计
ＭＰ Ｆ Ｍ 型 多相流流量计 由在 线静态混合器 、 多 源 ７组 份计 和 文丘里 流量计 等 ３ 都 份组 成 （ 见 图 ２ ） 。该流量混合器为一 种纯静态混合 装置 ．由一个 将多相流送入其 内的桶 体组 成 。流体 中密度最大 的
定 出油 中枘 含 水 率 或 水 量 Ｍ Ｃ Ｆ ３ ５ １型 多 相 流 量 计
那么 ，测得 的 ７ 粒 子吸附率将与混合物 的密度成 正 比 。因 此 ， 电容 传感 器 测 得 混 合 枷 的 介 电常 数 ，而 ７密 度 计 测 得其 密 度 。 研 究表 明 ， 若 多 相 流 不 出现 气
为２ ０ ～ ９ ９ ， 实 际 工 况 下 的含 水 率 为 ０ ～９ ０ ， 总
列 电极和 ２ 个信号 电极 ，其 中一 个信号 电极位于管 子的底部 ，另一个位于顶部 。这 些 电极 与 电子线路 连接 ，由电子线路产 生代 表着导 电率实数和虚数 部 分 的输 出信号 ，其 中虚ｉ （ 部分与流动介质的 电纳 成 正 比，也是计量 混合物 中液体 的组份 。
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国 外 新 型 多相 流 计量 技 术 综 述
一
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墨 曼（ 胜 利 油田 设 计 院 山 东 省 东 营 市 ２ ５ ７ ０ ２ ６ ）
度 （ 见图 １ ） 。
ｉ
摘 要 通 过 对国 外 新开 发的 多 相
多相 流 流 量计 主 体 结 构 和控 制 装 置 的