基于简单分离法的油气水三相流量计

　　1　概　述

　　原油是典型的多相流,包含油、气、水三相物质,油相是指油井产出液中的液烃相,气相是指天然气、轻烃、非轻烃气体,水相则是指矿化水,同时还有少量的固相(砂、蜡、水合物)。油、气、水三相流在流动过程中不仅存在多种流型,而且成分复杂多变,流量检测困难。20世纪80年代,西方主要石油公司提出开发多相流量计[1~7],此后我国也开展了这方面的研究工作。

　　2　油气水三相流量计的分类

　　按分离情况可以将油、气、水三相流的测量方法分为四种,即完全分离法、分流分相法、简单分离法、非分离法。其中简单分离法是利用小型气液分离器将三相流进行简单分离,得到以气相为主的一路和以液相为主的一路,每一路分别用组合仪表及修正关联式进行计量,求解出油、气、水三相流量。计量后的流体再混合到一起送回到原管道,这种三相流量计一般体积也较大,通常要做成车载的计量撬形式。近年来推出的三相流量计产品大部分都是采用简单分离法[8~19]。

　　3　基于简单分离法的油气水三相流量计设计

　　简单分离法三相流量测量的难点在于含油率测量方案的设计。尤其是在高含水期的油田,液相含水率可达80%~95%,含油率只有5%~20%,此时要保证油流量测量的精度必须要保证含油率测量高精度,而在低含油率下实现含油率的高精度测量是比较困难的。针对这一特点,提出了一种本文介绍的三相流测量方案,并进行了大量的实验研究及现场测试。

　　基于简单分离法的油、气、水三相流量计结构原理图见图1。流量计的实物图见图2。

　　油、气、水三相流体进入三相流量计,在图1中的高效气液分离器2进行分离,分离后气体流经气路温度传感器3,气路压力传感器4,气路内锥流量计5。气路内锥流量计水平安装,使得差压测量更准确,内锥流量计的差压测量采用高频差压变送器。如果气路中含有少量液体,通过高频差压信号可以识别,并且高频差压信号的波动幅度与液相含率之间有确定的关系,利用这些信息及湿气测量模型对气相流量测量值进行修正,保证气相测量精度。分离后液体流经质量流量计6、液路温度传感器7,液路压力传感器8,液路内锥流量计9。液路的结构及测量系统的设计是该流量计的关键。科氏力质量流量计可以直接测量质量流量与密度,本设计中主要用其测量密度。因此,流量计管径没有按流量范围选择,通常认为较大的管径比小管径有利于密度的测量,因此,为了保证质量流量计的密度测量精度,质量流量计管径选为50 mm。后面经变径再变为40 mm,以保证液路内锥流量计的测量精度。这样既兼顾了质量流量计的密度测量,又能使内锥流量计工作在其量程范围内。气液两路汇合,油气水三相流体经出口10流出。