多相流量计的应用研究_张琳

多相流量计的应用研究

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张　琳　李长俊

(西南石油学院,成都610500)

摘　要　多相流量测量技术就是将一种多相流量计直接安装在油气集输管线上,采用先进的测量技术,对油、气、水三相在不分离情况下进行连续、在线和自动计量,从而可以取代传统的由测试分离器及其辅助系统组成的计量装置,简化油气生产工艺流程,降低投资,减少操作成本。多相流量计有缩小使用空间和减轻测试设备重量等优点,在工程中的应用正在迅速增长。文章介绍了多相流量计的种类以及应用的现状,并指出了其发展趋势。

关键词　多相流量计;研究;应用;发展趋势

3　四川省重点学科建设资助项目(SZD0416)

1　多相流量计的分类[1,2]

多相流量计大致可以分为3类:分离式多相流量计、在线式多相流量计和其它型式的多相流量计。111　分离式多相流量计

分离式多相流量计的特点是对多相流不论是全部或部分分离都能在线测试三相流中的每一相。在每一座生产平台附近都有测试分离器,它是三相流量计计量的基础。它能将油、气、水混合物分成三相,并在出口测量出油、气、水各相流量。11111　分离总流量式多相流量计

该种类型的多相流量计能将多相混合物的总流量分开,通常只分为气相和液相,然后再使用一个单相气体流量计测量气体流量,该种气体流量计应能承受气相中夹带一定量的液体,另外再使用一个单相流体流量计测量液相流量,液相含水率可用一个在线水组分测量仪完成。

11112　在线取样分离式多相流量计

这种型式的多相流量计特点是其分离不是在总的多相流管线上,而是在取样旁通管线上,将取样后的流体分为气相和液相,液中含水率可用在线含水分析仪测出,而多相流总液量和气液比必须在主流量管线上测得。为了确定油、气、水三相混合物的质量和体积流量,要求进行三方面测试:

1)气/液比(G L R )测量———可用伽马吸收法、振动管、中子探测脉冲或称重法;

2)多相流量测量———可用放射性、声波、电子信

号相关法、文丘里管、V 锥体或机械式(例如:容积式

或涡轮流量计)等方法;

3)液中含水率(WL R )测量———可用电阻或振

动管法。

112　在线式多相流量计

在线式多相流量计的特点是在多相流管线上不经任何分离,直接测量各相的比例和流量。各相的体积流量是用各相的速度乘以面积比例表示的,这就意味着最少要测量或估计6项参数,有些多相流量计假设二相或三相以相同的速度移动,这样就能减少测量参数。在这种情况下,一种办法是必须采用混合器或是建立一组标定系数。在线式多相流量计一般联合采用下列二种或多种测量技术:微波技术;电容;伽马吸收;中子探测脉冲;放射性、声波或电子信号相关法;文丘里管、V 锥体或Dall 管压差法;容积式或涡轮流量计。113　其它型式多相流量计

其它型式多相流量计包括先进的信号处理系统,能从多相流管线上测得信号,即用时间变量信号处理器的分析功能估算出各相的比例和流量值。信号处理器可以是一个中枢网络,或另一模拟识别,或静态信号处理系统。例如:多相计量系统同样也是在处理模拟程序的基础上一并采用参数估算技术发展起来的,以此代换预测管线终点的流态,将管线终点的压力和温度测出后输入到模拟程序中,位于上游或下游的压力和温度也应测出。当沿管线走向图的流体性质已知时,就可估算出各相的比例和流量。

　测量与设备　

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　・计量技术20061No 9

2　多相流量计的应用[3-5]

自20世纪80年代开始研究多相流计量技术以来,多相流计量技术已进入一个相对成熟的阶段。多相流量计不仅在陆上油田,而且在海洋平台及水下设施上都得到了应用。经过充分调研和比较,笔者认为以下公司研制的多相流量计技术相对比较成熟,商业化程度较高,并且都经过了现场工业测试和第三方实验室的性能测试。国外公司主要有:挪威ROXAR(原MFI),挪威FL U EN TA(目前已与ROXAR合并),挪威FRAMO,美国A G AR,英国J ISKOO T等;国内主要有兰州海默公司。此外, KVAERN ER、DAN IAL、KON GSB ER G公司、西安交通大学等都在积极开展多相流量计的研制、开发和商业运作工作。下面简要介绍这些公司产品的工作原理、特点和应用情况。

1)挪威ROXAR公司的MFI多相流量计

测量原理及技术特点:流速测量采用微波互相关法,相分率采用微波传感器加伽马密度计法。可选用文丘里流量计扩展总流量的测量。该多相流量计结构紧凑,无可动部件,压力损失较小。测试情况:先后在Statoil、EL F、Agip、Shell、BP等公司的油田及Porsgrunn高压多相流量计试验环道、N EL多相流测试环路、大庆油田设计院多相流量计实液测试装置上进行对比测试。应用情况:已在陆上、海上油田使用,已销售130多套(包括用于实验),文昌油田井口平台采用了该公司的产品。

2)挪威FL U EN TA的MPFM-1900/1900V I 多相流量计

测量原理及技术特点:流速测量采用电容互相关法,相分率采用电容、电感传感器加伽马密度计法,同时可选用文丘里流量计测量总流量。该多相流量计结构紧凑,无可动部件,压力损失小。测试情况:MPFM-1900/1900V I流量计先后在BP公司、Statoil公司、EL F公司的油田及Conoco、Texaco、N EL及Porsgrunn的多相流量计试验装置上进行对比测试。应用情况:已在陆上、海上油田使用,已销售90多套(包括用于实验),秦皇岛32-6油田的井口计量就采用了该公司的产品。

3)挪威FRAMO公司的MPFM多相流量计

测量原理及技术特点:采用文丘里管测量总流量,用双能伽马仪测相分率。该流量计结构精巧,无可动部件,压力损失小,其静态混合器是该公司的专利产品。测试情况:1992年开始在油田进行试验,随后分别在Texaco、N EL及Porsgrunn的多相流测试装置上进行对比测试。应用情况:已在陆上、海上油田及海底使用,目前已销售50多套(包括用于实验)。

4)美国A G AR公司的MPFM-301多相流量计

测量原理及技术特点:采用正排量(PD)流量计测定总体积流量,由2个文丘里管组成的双动量流量计测定含气量、再用专业微波原油含水分析仪测定含水率。该流量计系统相对庞大,结构复杂,压力损失较大,而且有可动部件和电控阀门。测试情况:分别在Shell、Amoco公司的油田及Conoco、Texaco 及N EL的多相流量试验装置上进行了对比实验。应用情况:已在陆上、海上油田使用,其各种型号的多相流量计已销售了90多套(包括用于实验)。

5)英国J ISKOO T的Mixmeter多相流量计

测量原理及技术特点:差压变送器测定总流量,用双能伽马射线相分率计测定含水率和含气率。该多相流量计结构较紧凑,无可动部件,压差损失较小。测试情况:该产品已在英国M EL多相流实验室、意大利Trecatc多相流试验装置上进行了性能评价试验。应用情况:该产品已有数十套在油田使用[6]。

6)兰州海默的MFM2000多相流量计

工作原理及技术特点:采用单能伽马互相关流量计测定各种流速,双能伽马射线相分率计测定含水率和含气率。当低含气时,可采用转子流量计(或其他流量计)测定总流量。该产品结构较为紧凑,压力损失较小。测试情况:分别在塔里木轮南油田、N EL多相流测试装置、大庆油田设计院多相流实液测试装置上进行了对比测试。应用情况:已在陆上和海上油田使用。涠洲11-4东平台采用了该公司的多相流量计,是我国海上平台第一次使用多相流量计,且正在运行中。另外,秦皇岛32-6油田井口平台和绥中36-1Ⅱ期井口平台的总流量计量也采用了该多相流量计。

3　多相流量计存在的问题

目前,由于技术水平的限制,多相流量计尚存在

　测量与设备　

计量技术20061No9・31　・