多相流量计量技术综述

    近年来,油气开发向海洋、沙漠和极地等地区扩展,开发的油层更深、油的粘度更高,使开发成本不断上升。多相计量技术摒弃造价昂贵的基于测试分离器的计量站(测试分离器)和计量管汇,从而节省大量的投资、缩短建设周期、降低操作费用和改善油藏管理等,对降低新油气田的开发成本起到了重要作用。

    相关流量测量技术是20世纪60年代中期发展起来的一种在线流动参数检测技术,理论是随机过程相关理论和信息理论。随着这种测量技术的发展与完善,人们已越来越清楚地认识到,在解决复杂流体的流动参数测量问题,特别是二相流体以及多相(多组份)流体的流动参数测量问题方面,相关流量技术具有明显潜力。

    1　相关测试技术原理及构成

    1.1　原理

    首先考虑流体在封闭管道内的流动。与流体流动方向垂直的沿管道轴线方向相距距离L的2个流通截面。当流体流动时,如果不考虑流体内部存在的粘性阻力及管道内壁对流体的摩擦作用,则可以简单地认为截面上各处的流体是以液体的体积平均流速v_cp流动,即

式中,T为流体流动L距离所用时间。

    这样,流速测量问题转化为时间间隔的测量问题。流量相关测量原理如图1。

    在这2个截面上分别安装传感器,这些传感器向被测流体发出能量束。当在管道中的流体发生随机噪声现象和离散相颗粒的尺寸发生变化以及多组份流体中各组分的局部浓度的随机变化等,都会影响这个能量束。传感器则可检测到这个变化,通过转换,产生相应的信号传递出去。

    由传感器、测量管道及被测流体所组成的系统称为一个信号系统,将上游传感器产生的随机信号作为该系统的输入,下游传感器产生的信号作为该系统的输出,那么确定流体在2截面之间所需时间长短的问题就归结为一随机信号通过给定系统所需时间的问题。由相关理论可知,将该系统的输入、输出信号做互相关运算,得到相关函数的图形,该图形峰值所对应的时间位移就是随机信号在该系统中的传递时间。因此,相关速度可用下式计算

    在理想流动状态下,即管道横截面上各点处流体的速度都相等时,被测流体的体积流速vcp可用相关速度vc表示。被侧流体的体积流量q可表示为q=vcA。

    以上的叙述只是在极为简化的前提条件下,对相关流量测量技术的基础原理所作的一种说明。实际上,运用相关流量测量系统来实现单相或二相流体的流速或体积流量的测量时,还有许多影响因素,需要在设计和使用该系统时予以考虑。