油田多相流计量方法研究与探讨

　　1　引　　言

　　多相流广泛存在于石油化工等工业领域,其准确计量具有重要意义。油水两相流计量方法一般采用总流流量计配含水分析仪表方式。油气水三相流计量方法一般采用分离计量方式。近年来在线多相流量计发展迅速[1],多相流量计有部分分离和不分离两种计量方式,不分离计量装置体积小、重量轻,但流型影响大;部分分离式计量装置不局限于某种特殊流型限制,成本低技术成熟,但体积和重量略大。

　　2　多相流计量方法的核心技术

　　总结国内外的多相流计量方法,其核心技术包括计量分离器、流量测量、相含率测量几个方面。计量分离器按照力学原理有重力式、离心式两种。离心分离器的代表是旋流分离器,它利用螺旋运动形成离心力将密度不同的物体分离[3],它有多种结构形式,如锥型、双锥型、圆柱型、螺旋板型等。与重力分离器比较,旋流分离器体积小、分离速度快、效果好[4]。

　　流量测量有容积式、速度式和质量式三类仪表。在测量段,当多相流体经过充分均匀混合时,可按照单相流分析,用容积式流量计或差压式流量计计量。当采用分离计量方式时,气路、液路可采用多种常规流量仪表计量,如相关流量计、差压流量计和容积式流量计。相关测量方法利用多相流体流动中的特征扰动信号进行相关分析测得流速,同时通过对这些特征信号的分析还可得到分相含率数据,相关流量计不干扰流体流动、压损小、受流体物性变化影响小,非常适合多相流测量的需要。

　　相含率测量方法有密度法、电容法、电导法、射线法、探针法、成像法等多种方法。密度法原理简单易行,是油田应用最多的一种方法。电容法适合不导电介质为连续相的测量。电导法是当导电介质为连续相时替代电容法的一种方法。射线分析法受流态影响小准确度高,但仪表含放射源物质。电导探针、电容探针和光纤探针法通过多探头组合检测确定相分布,从而确定相含率,探针法组成结构相对复杂,设备要求高。成像法主要有超声成像、射线成像等方法[5],此类方法原理复杂,仪器费用较高。

　　3　多相流计量方法的研究进展

　　近年来国内外各大学和科研机构研究设计出了多种基于光纤、电导相关、双参数等技术的测量方法[6]。光纤传感器应用互相关技术确定总的流速,同时基于各相的光折射调制还可以实现相组分测量,美国CiDRA公司开发的井下多相流光纤传感器已成功应用于北海生产井测试。美国斯伦贝谢公司、中科院西安光机研究所等国内外机构也有光纤测井仪器问世[7]。　　超声波传感器基于超声波穿过多相流流体时受到随机声阻抗变化的调制,通过接收到的超声波信号的相关分析可测定流速,超声波流场成像技术可以分析出流体相含率[8210]。石油大学以含水率90%的柴油和水作为介质进行了超声波相关流量计室内实验,测试数据拟合的曲线得出相关流速与实际流量具有较好的线性关系。西安交通大学将量热法与相关分析技术结合,实验研究得出:流量测量误差±10%、体积含水率测量误差±5%[11]。