多相流量计及其标定装置

多相流量计及其标定装置姚海元 宫敬(石油大学(北京))

摘要 从1980年代末开始,国内多家

高校、科研院所和石油单位都开展了基于各

种原理的多相流量计的研制。目前,兰州海

默公司研制的MFM2000多相流量计、西安

交大研制的TFM-500多相流量计已经进入

现场试验与应用阶段。多相流量计的发展趋

势是小型化、智能化、高精度、低成本、适

应性广、安全性高和结构紧凑,而且通过多

相流量计还可以分析介质组成,包括蜡、水

合物、化学组分等。

主题词 多相计量 多相流量计 标定装置

多相流量计产品应用领域十分广泛,可直接安装在油气混输管线上测量油、气、水三相流各相的流量;用于油井计量、分队计算,试井和多相生产系统等;可取代计量分离器以及配套的计量仪表和控制装置,节省计量管线、管汇和建站费用,从而大幅度降低油田投资、简化油田的生产工艺流程、缩短油田建设周期和操作费用等。业内人士预计,多相流量计的应用将彻底改变新油田的开发和运行方式。

1 国内外多相流量计

目前,多相流计量基本上可分为混合均质多相计量和直接在线计量。混合均质多相流量计一方面测量主管内混合物的总质量流量,另一方面由一个微型采样分离器从主管线上取样并将其分离成气相和液相,然后用密度计测量出液相中油水的密度,并结合温度和压力的测量值,算出油气水的量。E uroma tic、Baker CAC、Mobil、Te xaco、Atla ntic、WellC omp、Accflow、Agar和英国B P等公司的多相流量计均属此类。直接在线多相流量计是采用电子设备来测量管内流体特性:相分率仪测量油气水瞬时质量分数,速度测量计确定通过混合物的速度流量。如挪威和美国合作开发的LP多相流量计、挪威Fra mo公司的MPFM和MPFM -1900多相流量计、KOS公司的MC F多相流量计、AEA公司的非插入式多相流量计等都是直接在线多相流量计。

从1980年代末开始,国内多家高校、科研院所和石油单位都开展了基于各种原理的多相流量计的研制。目前,兰州海默公司研制的MFM2000多相流量计、西安交大研制的TFM-500多相流量计已经进入现场试验与应用阶段。以下将简要介绍这两种多相流量计。

(1)MFM2000系列多相流量计。MFM2000多相流量计是海默公司根据 微扰 多相流理论研制成功的专利产品。该产品主要由流型调整装置、互相关流量计和双能 伽玛传感器组成。它采用互相关测量方法检测管道测量截面上通过的油气水三相流中的气速和液速,利用双能 射线测定管道测量截面上油气水三相流中的含水率和含气率,同时,还对油气水三相流的温度和压力进行监测。相应的计算机软件即可根据测量值求得标准状况下的体积流量或质量流量。该流量计在大庆油田多相流量计实液对比测试装置和英国NE L多相流实验室进行了标定测试。目前,该公司产品已进入工业化应用阶段。

(2)TFM-500多相流量计。TF M-500多相流量计由西安交通大学多相流国家重点实验室经过多年的努力于1994年研制成功,经过了以中国石油天然气总公司有关专家为主组成的技术鉴定会鉴定,并申报了国家专利。该流量计由其自行设计的静态混合器、测量总流量的文丘里管以及测量气液比的倒U型管组成;应用流体力学方法测量气液比;利用热扩散原理测量相分率。其特点是无放射性、无运动部件。

2 现场应用及所存在的问题

油气田开发中多相流量计的使用,不仅能带来巨大的经济效益,同时多相流量计还能提供更为详细的关于井口的技术数据,为油藏管理和风险评估提供可靠的技术支持。目前,多相计量技术在石油工业中现已逐步得到应用。许多边际油田和深海油田的开发也正在使用和考虑使用此项技术。

目前,国产多相流量计也得到了初步应用。兰州海默公司已能够提供商品化的多相流量计。从1994年至今,至少有120多台套海默多相流量计在油田得到了应用。其中中国海洋石油总公司在2001年购置了12台大口径海默MFM2000系列多相

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流量计;在2002年,阿曼石油公司也购置了一套该类型流量计。同时,TFM-500型多相流量计已在陆上油田(大港、胜利、中原等)进行了应用性实验研究,海上平台的测试试验即将进行。

通过大量的鉴定实验结果证实,在其合理的操作范围内,MPF M1900VI型系列多相流量计测试精度较高。其计量的不确切性在各相(油、气、水)读数的 10%之内,含水率测量绝对值误差在 10%之内,各相流量的再现性在 5%以内。但是,在含气量接近90%且流速低或出现严重段塞流时,测量相对偏差较大,这主要是此时相滑移比较明显所致。据调研,其他类型的多相流量计也都存在类似的问题。总之,现有的各种多相流量计实际能够达到的测量精度和适用范围都有一定限度,每一种流量计分别适用于特定的流量范围或者流型,例如,高含水油井和气举油井需要不同类型的多相流量计。

3 国内外多相流测试标定装置

任何一种多相流量计在成为商品推向应用市场之前,都必须对其进行综合测试和评价,标定出其精度,并在现场运行期间定期地进行检定。目前,英国、法国、挪威和美国等发达国家都投入大量的资金建造了一定规模的多相流测试和计量装置,来进行多相流测试标定技术方面的试验和理论研究。国内也相继建立了一些规模相对较小的装置,如大庆油田工程设计技术开发有限公司的油气水多相流量计现场实液测试校验装置等。

英国国家工程实验室从1991年开始建造油气水三相流量测试和标定装置,1994年建成。目前,它是世界上唯一一个具有标准的多相流量计标定装置,具有较高的知名度和权威性。该装置具有功能齐全、测量范围宽、准确度高、仪器设备先进等优点,是油气水多相流量计标定和多相流测试研究的综合性试验装置。

1996年,大庆油田工程设计技术开发有限公司建造了一套DN50型油气水多相流量计现场实液测试校验装置,它直接采用油井采出液配制实验介质,并通过了国家计量科学研究院的鉴定。此后,该装置不断得到改进,并采用了英国NEL的一些技术方案。现在,这一装置已得到国内外同行的认可,在国际多相流计量领域已具有了一定的技术特色和知名度。

此外,法国I FP石油研究院也建造了一套油气水多相流量测试装置,主要用于多相流模拟试验及多相流量计、多相混输泵原理样机的半工业化性能测试。挪威HYDRO石油公司研究中心的高压多相流实液测试标定装置是目前世界上唯一一套高压多相标定装置,具有压力高、规模大、量程宽等特点。美国Conoco多相流标定装置也是一种采用原油、天然气、产出水为介质的现场实液标定装置。另外,挪威HYDRO公司和Framo公司的油气水多相流标定和流量测试装置主要用于各自产品的出厂校验。总之,这些多相流测试标定装置现已成为试验研究多相流工艺参数和多相流计量技术的重要手段之一。

4 多相流量计的发展趋势

由于多相流量计技术能够带来可观的经济效益,其应用前景非常广阔。鉴于多相流自身的复杂性,多相流量计作为一种科技含量较高的新技术产品,目前还存在一些问题亟待解决。石油工业界已经认识到,现有任何一种类型的多相流量计不可能在所有的多相流条件下都表现出最佳的工作性能。

多相流量计的发展趋势是小型化、智能化、高精度、低成本、适应性广、安全性高和结构紧凑,而且通过多相流量计还可以分析介质组成,包括蜡、水合物、化学组分等。这主要依靠以下技术路线来实现。一是把已经成熟的单相流参数测试技术和测量仪表应用到多相流量计的开发研究之中,再结合多相流本身的流动特征进行分析计算得到各组分的流量;二是运用新技术进行不干扰流动的流量计量,如新型示踪技术、激光技术、光谱技术、微波技术、核磁共振技术和过程层析成像技术等。当然,采用新的信号处理技术和现有检测手段相结合的软测量方法也是改善多相流量计性能的有效技术路线。

参考文献

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2孙贺东等.油气水三相流测量技术的最新进展.油气储运.2002,21(3):31~37.

3王勇.国外新型多相流计量技术综述.油气田地面工程.

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4郭亮、金刚、邸立军.国外油气水多相流测试标定装置及技术现状.油气田地面工程,1999,18(4):51~53.

[编者按]原文较长,刊登前做了较大的删节。更详细的内容请参阅网上的完全版。

(栏目主持 张秀丽)

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