多相流量计的研究与应用

    传统的计量方法是把油井产物送入三相分离器,由分离器将其分成油、气、水三相,通过安装在分离器各相出口管线上的流量计,计量三种流体的产量,该系统 的质量和体积都较大,给设计和施工都增加了很大难度。采用多相流流量计直接计量油井各相流量的方法可以取消计量用分离器、计量管线以及计量汇管,因此,多 相流流量计节约了空间、资金并能连续计量各油井的产量,简化了流程^[1,2]。

    多相流量计与计量分离器相比有以下特点。1)对油气进行连续、在线、自动测量,可实现无人值守。多相流量计可测出日产油、水、气的量以及井口压力、温度数 据,并把它们显示、打印出来。如果与多路阀结合使用,可实现单井无人计量。2)系统质量轻,结构紧凑,占地面积小。3)无任何可动部件,几乎不需要维护。 多相流量计基本上由传感器和探测器组成,没有可动部件,不需要维护;而常规计量分离器有液面控制器、流量计、孔板、控制阀等,需要定期维护、更换和标定。 4)被计量的原油无须加热,节省能量。多相流量计对被测介质温度无要求,只要介质能够流动就可以进行计量,仅需要用220 V电源,功率为200 W左右;而采用计量分离器,当井温较低时,产出液加热后才能进行有效地分离,如果是气泡原油,还要加消泡剂。5)投资少,操作费少。考虑到日常维护费用、 占用平台面积等间接因素,选用多相流量计将会带来更大的经济效益。

    但是多相计量在以下几个方面与单相计量相比有其自身的复杂性。1)各相并非混合均匀,水与油混合得不好,气体与液体处于分离状态;2)各相以不同的速度流 动,各相之间存在着界面效应和相对速度,相界面在时间和空间上变化比较大,液相和气相以不同的速度流动;3)混合是不规则的。各相混合时,黏度和总量都会 发生变化;4)相与相之间相互作用。气体能从溶液中析出或者溶解在液体中,蜡和水合物会在流体中沉淀;5)流动状态非常复杂,特征参数比单相流系统多,它 取决于各相之间的相对速度、流体特性、管路结构及流动方向^[3]。

    1　基本原理

    油、气、水三相在实际状况下的体积流量的测量可以通过对各相流速、流量截面上的含气率和含水率等流动参数的在线监测来实现。一般地,多相流量计需要用以下 的参数来计算各相流量:各相在管道截面上所占据的面积Si;各相沿管道轴线的流速vi;各相的温度ti和压力pi。各相在实际状况下的体积流量根据以下公 式计算^[1]。

    qV=v_iS_i         (1)

    根据t_i和p_i,利用状态方程可以将实际状况下的体积流量转换成标准状况下的体积流量。设管道截面的总面积为S₀,其中油相所占据的面积为S_P,气相所占的面积为S_G,水相所占的面积为S_W;设管道中油气水三相流的截面含气率为H_G,油水混合液中的含水率为H_W。可以得到以下的关系式。