多相流量計發(fā)展歷程

1、多相流量計的研究始于上世紀六十年代，從80年代至今，國內(nèi)外多相流量計量技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用取得了重要進展。20世紀80年代，第一臺商業(yè)多相流量計( MPFM) 在挪威的北海油田投入使用。多相流量計的優(yōu)點主要有：（1）對油氣進行連續(xù)、在線、自動測量，可實現(xiàn)無人值守。多相流量計可測出日產(chǎn)油、水、氣的量以及井口壓力、溫度數(shù)據(jù)，并把它們顯示、打印出來。如果與多路閥結(jié)合使用，可實現(xiàn)單井無人計量。（2）系統(tǒng)質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。（3）無任何可動部件，幾乎不需要維護。多相流量計基本上由傳感器和探測器組成，沒有可動部件，不需要維護；而常規(guī)計量分離器有液面控制器、流量計、孔板、調(diào)節(jié)閥等，需要定期維護、更換和

2、標定。（4）被計量原油不用加熱，節(jié)省成本。多相流量計對被測介質(zhì)溫度無要求，只要介質(zhì)能夠流動就可以進行計量，僅需要用220V電源，功率為200W左右；而采用計量分離器，當井溫較低時，產(chǎn)出液加熱后才能進行有效的分離，如果是氣泡原油，還要加消泡劑。（5）投資少，操作費用低?？紤]到日常維護費用、占用平臺面積等間接因素，選用多相流量計將會帶來更大的經(jīng)濟效益。多相流量計測量的基本原理1、流量測量基本方程多相流量計：能夠同時獲得被測管道氣液各相流量的裝置。質(zhì)量流量=面積（Si）*密度（i）*速度（Vi）其中：Si各相在管道截面上所占據(jù)的面積Vi 各相沿管道軸線的流速2、相分率測量技術(shù)（1）射線吸收測量相分率

3、技術(shù)射線穿過多相流體時受到流體吸收，吸收的程度與多相流的密度有關(guān)。根據(jù)射線的吸收程度，可得出流體混合物的密度，進而計算出多相流的各相分率。（2）電法測量相分率技術(shù)根據(jù)氣液相混合物中兩相介質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率差別，測量出混合物中的氣液相分率?？煞譃殡娙莘ê碗妼?dǎo)法。（3）微波衰減法測量微波衰減法主要用于測量含水體積分數(shù)，因為某一固定頻率的微波經(jīng)過不同含水體積分數(shù)的液相，可以產(chǎn)生不同的衰減，亦即衰減幅度與含水體積分數(shù)有關(guān)。（4）電容層析成像技術(shù)2 0 世紀8 0 年代初首先由西方發(fā)達國家開始研究開發(fā)，主要用于工業(yè)管道多相流測量.它類似于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的CT 技術(shù)，通過檢測陣列電極電容變化，反映管道中多

4、相介質(zhì)介電常數(shù)分布，從而構(gòu)造出管道中備相介質(zhì)的分布圖像，如石油輸送管道中油水氣各相介質(zhì)濃度分布。3、流量技術(shù)：常用的流速測量技術(shù)主要有：互相關(guān)法、差壓法、容積流量計法（1）互相關(guān)法：沿多相流管道相隔一定距離布置 2個特性相同的傳感器，分別檢驗多相流相分率和相空間分布等變化的隨機流動噪聲信號。根據(jù)相關(guān)技術(shù)確定上下游噪聲信號的渡越時間，即可求得相關(guān)速度。多相流相分率及壓力信號可作為流動噪聲信號進行相關(guān)處理。常用傳感器有測量相分率信號的射線和電容/電導(dǎo)傳感器及測量壓力信號的壓力變送器等。當前超過半數(shù)的多相流量計采用相關(guān)分析設(shè)計。通常用于相關(guān)分析測量的參量也用于相分率推算。該方法的優(yōu)點是只有信號中的交

5、流成分作為信息用于相關(guān)函數(shù)中，對熱力影響和零點漂移不敏感?；ハ嚓P(guān)法流量測量原理Flowsys多相流量計現(xiàn)場 儀表主要有4部分組成 電容或電導(dǎo)傳感器在油連續(xù)相混合液時，采用電容傳感器測量乳化油的介電常數(shù)；對于水連續(xù)相混合液時，采用電導(dǎo)傳感器測量水的電導(dǎo)率，用以確定含水率。 電容、電導(dǎo)構(gòu)成的互相關(guān)儀在文丘里喉側(cè)的電極為一對，由其測得的互相關(guān)信號確定流體流速。 擴展喉部的文丘里流量計通過文丘里的動量方程間接求得密度流體密度 壓力和溫度傳感器測量的壓力、溫度值用于油氣PVT運算。系統(tǒng)性能 操作范圍：WLR 0-100% GVF 0-97% 測量不確定度：（置信水平90%）測量不確定度取決于工況含氣率（

6、GVF），給出的測量不確定度指標是以GVF劃分。含水適于在0-100%范圍內(nèi)?，F(xiàn)場測試：1臺2” TopFlow多相流量計與兩相分離器串聯(lián)進行對比現(xiàn)場測試，于2002年3月由Petronas Carigali實施?，F(xiàn)場條件： 工作壓力：13001900kPaGVF：80-97%含水率：0-95%測試結(jié)果：液量在±10%之內(nèi)：10點（10/13,94%）氣量在±10%之內(nèi)：6點（6/10,60%）含水率在±10%之內(nèi)：12點（12/13,93%）油量在±10%之內(nèi)：8點（8/13,61.5%）水量在±10%之內(nèi)：5點（10/13,45%）總結(jié)：

7、文丘里與電容、電導(dǎo)構(gòu)成的互相關(guān)儀可測量流速、含水率、含氣率（差壓測密度）。 電容、電導(dǎo)傳感器在含氣狀態(tài)下可測量含水率。 與ROXAR原理相近，只是ROXAR用放射性測量密度，而Flowsys用文丘里測密度。 液量、含水率測量準確度分段給出；GVF超過97%不給出液量、含水率測量準確度。 實際測試結(jié)果表明測量準確度較差。 含水準確度差，對純油準確度影響很大。差壓法：流體通過節(jié)流件（如孔板、文丘利管和噴嘴）時會產(chǎn)生壓降，由多相流量與壓降的關(guān)系即可測得多相流量。文丘利管法就是當前使用最多的多相流量測量法。文丘利管結(jié)構(gòu)簡單，體積小，維護方便。多相流量計發(fā)展歷程：（1）國內(nèi)蘭州海默公司的FJ-104型、

8、MFM2000型、臍眼OOO-y型、MFM2000-H型油氣水三相流量計和Mobile MFM2000型車載式多相流量計:華北油田鉆井研究所的SXL 一1 型油氣水三相流量計;西安交通大學(xué)的TFM-500型多相流量計。（2）國外挪威Fluenta 公司1900 系列多相流量計;MFI 公司LP型多相流流量計;Framo公司的MPFM型多相流量計;KOS公司的MCF351 型多相流量計:Texaco公司的SMS 多相流量計。油氣多相計量技術(shù)分類優(yōu)點缺點完全分離方法當氣液相能實現(xiàn)完全分離，測量不受多相流波動的影響，精度高。由于要對氣液進行完全分離，分離設(shè)備體積龐大，價格昂貴，在很大程度上增加了油田

9、的開發(fā)成本。不分離多相計量方法不需分離設(shè)備，體積小;測量受流體波動的影晌，精度低。部分分離多相流量計縮小了流過測量儀表的兩相流組分變化范圍，同時也降低了流動的不穩(wěn)定性和測量信號的波動性。這雖然在一定程度上縮小了計量分離器的體積，并降低了兩相流測量的難度。未能將氣液混合物完全分離，故實際上對提高測量精度的作用是有限的。（1）分離式多相流量計工作原理：將多相流體只分為氣相和液相，使用一臺單相氣體流量計測量氣體流量，使用一臺單相液體流量計測量液體流量，液相含水率可用一臺在線水組分測量儀完成。GLCC 多相流量計GLCC ( gas-I iquidcyl indrical cyclone ,管柱式氣液

10、分離器，由美國Tulsa大學(xué)最先研制推出。由一個傾角向下的管道切向進入分離器，在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以及重力作用下發(fā)生分離，形成一錐狀氣液界面，液相沿著分離器璧沉積在底部，進入液體測量管道，上方氣體進入氣中目測量管道，隨后氣液重新混合。phase dynamics 多相流量計（2）非分離式多相流量計不分離式多相流量計是在不對井;在作任可分離的情況下實現(xiàn)油、氣、水三相計量，其技術(shù)難度主要體現(xiàn)在油、氣、水三相組分含量及各相流速的測定。Framo的MPFM型多相流量計MPFM型多相流量計由在線靜態(tài)混合器、多源伽馬組份計和文丘里動量計三部分組成?；旌涎b置使計量系統(tǒng)完全不受上游流態(tài)的影響并為計量段提供均質(zhì)流

11、。多源伽馬計由一個伽馬同位索和一個耐震探測器構(gòu)成，用來確定油、氣、水各自的體積百分數(shù)。油、氣、水各自的組份根據(jù)不同伽馬能的相對衰減程度計算求得。文丘里流量計與伽馬組份計相結(jié)合，獲得油、氣、水各自的流量。截止到1995年11月的資料，該公司已在世界各海上油田推廣了21套MPFM型流量計，其中5套為海底計量裝置。此外，挪威國家石油、德士古、菲律普斯和漢米爾頓等8家國際大石油公司也使用這種流量計。這13套流量計均為全流態(tài)型，主要的上、下限參數(shù)范圍為：實際工況下的臺氣體積率為20%9%，實際工況下的含水率為090%，總流量范圍為120m3/h5000m3/h，設(shè)計壓力為2MPa35MPa。測試情況：1

12、992年開始在油田進行試驗，隨后分別在Texaco，NEL及Porsgrunn的多相流測試裝置上進行對比測試。應(yīng)用情況：已在陸上、海上油田及海底使用，目前已銷售50多套（包括用于實驗）挪威ROXAR公司MFl 多相流量計測量原理:(1) 測速采用微波相關(guān)法:( 2 ) 相分率采用微波傳感器和伽馬密度儀:( 3 ) 總流量測量采用文丘里流量計。該多相流量計結(jié)構(gòu)緊奏，無可動部件，壓力損失較小。測試情況：先后在Statoil，ELF，Agip，Shell，BP等公司的油田及Porsgrunn高壓多相流量計試驗環(huán)道、NEL多相流測試環(huán)路、大慶油田設(shè)計院多相流量計實液測試裝置上進行對比測試。應(yīng)用情況：已

13、在陸上、海上油田使用，已銷售130多套（包括用于實驗）。文昌油田井口平臺采用了該公司的產(chǎn)品。AGAR公司的MPFM-301型多相流量計測量原理:采用正排量( PD )流量計測定總體積流量;由2個文丘里管組成的雙動量流量計測定含氣量；微波原油含水分析儀測定含水率。該流量計系統(tǒng)相對龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失較大，而且有可動部件和電控閥門。測試情況：分別在Shell，Amoco公司的油田及Conoco，Texaco及NEL的多相流量試驗裝置上進行了對比實驗。應(yīng)用情況：已在陸上、海上油田使用，其各種型號的多相流量計已銷售了90多套（包括用于實驗） 海默多相流量計)海默總量計量多相流量計測量原理:

14、3;采用低能伽瑪射線吸收技術(shù)測量相分率·利用文丘里與單能咖瑪組合形成一個獨立的測量單元，測量氣液流體總流量。·雙能咖瑪測量儀測量油水混合液中的含水率。應(yīng)用:該流量計已在陸上油田、海上油田使用。潿洲11-4東平臺采用了該公司的多相流量計，是我國海上平臺第一次使用多相流量計，目前正在運行中。另外，秦皇島32 - 6油田井口平臺和綏中36 - 1 II 期井口平臺的總流量計量也采用了該多相流量計。3.2 Fluent公司的MPFM 1900型系列多相流量計MPFM 1900型計量系統(tǒng)由測量流體介電常數(shù)（電容率）及氣液各相流速的電容傳感器和傳感器電子計、測量流體密度的伽馬密度計、執(zhí)

15、行數(shù)據(jù)分析的計算機和將傳感器電子計、伽馬密度計連接至計算機的電纜等組成。電容傳感器探測油氣混臺物中是否有大、小氣泡高速流過，以此確定流態(tài)，然后分析計算和測定流體的流速。流體密度和介電常數(shù)分別由伽馬密度計和電容傳感器確定。含水率適用范圍0-100%，含氣率可達95%。，F(xiàn)luenta公司已安裝了l6套用于試驗或商業(yè)性使用的多相流量計 該公司最近簽訂的合同是為殼牌英國公司的TealGuillemot生產(chǎn)船提供1套多相流量計。據(jù)該公司人士稱，這套1 524 mm 的MPFM 1 900型將是世界上第1套安裝在浮式生產(chǎn)系統(tǒng)上的多相流量計。Fluenta公司還稱在挪威獲得了最大的多相流量計合同，其一是2

16、套203 2 mm 的MPFM1 900型裝置將安裝在Saga石油公司的Snorre平臺上，用于Vigdis油田的生產(chǎn)，其二是為AmocoGupco公司在蘇伊士灣的October油田提供2套多相流量計。測試情況：MPFM-1900/1900VI流量計先后在BP公司、Statoil公司、ELF公司的油田及Conoco，Texaco，NEL及Porsgrunn的多相流量計試驗裝置上進行對比測試。 應(yīng)用情況：已在陸上、海上油田使用，已銷售90多套（包括用于實驗），秦皇島32- 6油田的井口計量就采用了該公司的產(chǎn)品3.3 Multi-Fluid公司的LP和FR型多相流量計這種多相流

17、量計的主體結(jié)構(gòu)由兩個獨立的儀表組成，其中一個為組份計，用于測量傳感器中油、氣、水瞬間體積或質(zhì)量百分數(shù)；另一個為速度計，用于測定油、氣、水混合物通過傳感器的速度。該流量計確定油、氣、水間相對分布的方法類似于Fluenta公司的流量計。流量計長66.7cm（26.3in），公稱直徑101.6mm（4in），額定壓力ANSI600。它無可動部件，殼體由316L不銹鋼制成，重約100kg。FR型多相流量計是在LP型多相流量計的基礎(chǔ)上研制的。它以微波技術(shù)為基礎(chǔ)，由組份計、伽馬密度計和1個或2個流速計組成。組份計從混合物密度和介電常數(shù)中獲得油、氣和水各相的體積流量，其中混合物的介電性質(zhì)由微波監(jiān)測專利技術(shù)測

18、得。FR型多相流量計可在0 100 含水率條件下使用；而LP型流量計采用同樣的微波技術(shù)，僅能在油連續(xù)相和4O 6O含水率條件下使用。1994年，F(xiàn)R型流量計樣機分別在Elf石油公司的Pecorade油田和Stato1的Gullfaks油田進行了試驗 目前，該公司正根據(jù)樣機向商業(yè)化階段轉(zhuǎn)化，并有望在1996年進入商業(yè)性銷售。LP型多相流量計已得到了Statoil對其在油井計量方面的質(zhì)量認證，1套1524 mm裝置將近期在Gullfaks安裝使用。1995年初，Saga石油公司在Snorre平臺已投產(chǎn)了1套這種型號的多相流量計。這種多相流量計由兩個獨立的儀表組成(見圖2)，其中一個為組份計，用于測

19、量傳感器中油、氣、水瞬時體積或質(zhì)量百分數(shù)另一個為速度計，用于測定油、氣、水混合物通過傳感器的速度KOS公司的MCF 351型多相流量計MCF 351型多相流量計是KOS公司與Norske殼牌公司聯(lián)合開發(fā)的，并在阿曼、加蓬和北海油田進行了廣泛的試驗。1 995年4月，該公司又在德士古公司的Humble流體試驗設(shè)旋上針對油連續(xù)相乳狀液進行了試驗。此外，還在北海某油田用稠油進行了試驗。1995年4月，馬來西亞Petronas Carigali公司在其Tembungo B平臺安裝了l套商業(yè)性MCF 351型流量計。目前，KOS公司正在開發(fā)用于海底的SMF 351型多相流量計，并正在制造樣機，準備在今年

20、夏季進行試驗。3.4 其它此外，還有，KOS公司的MCF型多相流量計，ISA公司的Scroll Flo型多相流量計這種多相流量計由英國BP開發(fā)研制， I SA公司生產(chǎn)。它是根據(jù)眾所周知的容積式計量原理，同時結(jié)合密度測量，以此得出油、氣、水混合物各相的質(zhì)量流量AEA技術(shù)公司的脈沖式多相流量計這種多相流量計安裝在管線的外側(cè)，不會對管線內(nèi)的混合物產(chǎn)生干擾。該流量計采用一個脈沖中子束對通過管線的氫原子、碳原子和氫原子進行計數(shù)，以此測出氣體、液體和固體的體積?；旌衔镏械暮客ㄟ^對氯原子的計數(shù)求得。輻射短脈沖"觸激"氫原子，同時計量以此測出混合物的流速。將兩種測量結(jié)果相結(jié)合便可精確地計算出管線內(nèi)的流量。存在問題(1) 測量精度相對較低，目前市