多相流量計(jì)發(fā)展歷程

1、多相流量計(jì)的研究始于上世紀(jì)六十年代，從80年代至今，國內(nèi)外多相流量計(jì)量技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用取得了重要進(jìn)展。20世紀(jì)80年代，第一臺(tái)商業(yè)多相流量計(jì)( MPFM) 在挪威的北海油田投入使用。多相流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）對(duì)油氣進(jìn)行連續(xù)、在線、自動(dòng)測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)無人值守。多相流量計(jì)可測(cè)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(shí)現(xiàn)單井無人計(jì)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(dòng)部件，幾乎不需要維護(hù)。多相流量計(jì)基本上由傳感器和探測(cè)器組成，沒有可動(dòng)部件，不需要維護(hù)；而常規(guī)計(jì)量分離器有液面控制器、流量計(jì)、孔板、調(diào)節(jié)閥等，需要定期維護(hù)、更換和

2、標(biāo)定。（4）被計(jì)量原油不用加熱，節(jié)省成本。多相流量計(jì)對(duì)被測(cè)介質(zhì)溫度無要求，只要介質(zhì)能夠流動(dòng)就可以進(jìn)行計(jì)量，僅需要用220V電源，功率為200W左右；而采用計(jì)量分離器，當(dāng)井溫較低時(shí)，產(chǎn)出液加熱后才能進(jìn)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(fèi)用低?？紤]到日常維護(hù)費(fèi)用、占用平臺(tái)面積等間接因素，選用多相流量計(jì)將會(huì)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。多相流量計(jì)測(cè)量的基本原理1、流量測(cè)量基本方程多相流量計(jì)：能夠同時(shí)獲得被測(cè)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(cè)量技術(shù)（1）射線吸收測(cè)量相分率

3、技術(shù)射線穿過多相流體時(shí)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(jìn)而計(jì)算出多相流的各相分率。（2）電法測(cè)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(cè)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(cè)量微波衰減法主要用于測(cè)量含水體積分?jǐn)?shù)，因?yàn)槟骋还潭l率的微波經(jīng)過不同含水體積分?jǐn)?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?jǐn)?shù)有關(guān)。（4）電容層析成像技術(shù)2 0 世紀(jì)8 0 年代初首先由西方發(fā)達(dá)國家開始研究開發(fā)，主要用于工業(yè)管道多相流測(cè)量.它類似于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的CT 技術(shù)，通過檢測(cè)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(cè)量技術(shù)主要有：互相關(guān)法、差壓法、容積流量計(jì)法（1）互相關(guān)法：沿多相流管道相隔一定距離布置 2個(gè)特性相同的傳感器，分別檢驗(yàn)多相流相分率和相空間分布等變化的隨機(jī)流動(dòng)噪聲信號(hào)。根據(jù)相關(guān)技術(shù)確定上下游噪聲信號(hào)的渡越時(shí)間，即可求得相關(guān)速度。多相流相分率及壓力信號(hào)可作為流動(dòng)噪聲信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理。常用傳感器有測(cè)量相分率信號(hào)的射線和電容/電導(dǎo)傳感器及測(cè)量壓力信號(hào)的壓力變送器等。當(dāng)前超過半數(shù)的多相流量計(jì)采用相關(guān)分析設(shè)計(jì)。通常用于相關(guān)分析測(cè)量的參量也用于相分率推算。該方法的優(yōu)點(diǎn)是只有信號(hào)中的交

5、流成分作為信息用于相關(guān)函數(shù)中，對(duì)熱力影響和零點(diǎn)漂移不敏感?；ハ嚓P(guān)法流量測(cè)量原理Flowsys多相流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng) 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(shí)，采用電容傳感器測(cè)量乳化油的介電常數(shù)；對(duì)于水連續(xù)相混合液時(shí)，采用電導(dǎo)傳感器測(cè)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(duì)，由其測(cè)得的互相關(guān)信號(hào)確定流體流速。 擴(kuò)展喉部的文丘里流量計(jì)通過文丘里的動(dòng)量方程間接求得密度流體密度 壓力和溫度傳感器測(cè)量的壓力、溫度值用于油氣PVT運(yùn)算。系統(tǒng)性能 操作范圍：WLR 0-100% GVF 0-97% 測(cè)量不確定度：（置信水平90%）測(cè)量不確定度取決于工況含氣率（

6、GVF），給出的測(cè)量不確定度指標(biāo)是以GVF劃分。含水適于在0-100%范圍內(nèi)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試：1臺(tái)2” TopFlow多相流量計(jì)與兩相分離器串聯(lián)進(jìn)行對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，于2002年3月由Petronas Carigali實(shí)施?，F(xiàn)場(chǎng)條件： 工作壓力：13001900kPaGVF：80-97%含水率：0-95%測(cè)試結(jié)果：液量在±10%之內(nèi)：10點(diǎn)（10/13,94%）氣量在±10%之內(nèi)：6點(diǎn)（6/10,60%）含水率在±10%之內(nèi)：12點(diǎn)（12/13,93%）油量在±10%之內(nèi)：8點(diǎn)（8/13,61.5%）水量在±10%之內(nèi)：5點(diǎn)（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(cè)量流速、含水率、含氣率（差壓測(cè)密度）。 電容、電導(dǎo)傳感器在含氣狀態(tài)下可測(cè)量含水率。 與ROXAR原理相近，只是ROXAR用放射性測(cè)量密度，而Flowsys用文丘里測(cè)密度。 液量、含水率測(cè)量準(zhǔn)確度分段給出；GVF超過97%不給出液量、含水率測(cè)量準(zhǔn)確度。 實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明測(cè)量準(zhǔn)確度較差。 含水準(zhǔn)確度差，對(duì)純油準(zhǔn)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(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降，由多相流量與壓降的關(guān)系即可測(cè)得多相流量。文丘利管法就是當(dāng)前使用最多的多相流量測(cè)量法。文丘利管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，維護(hù)方便。多相流量計(jì)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(jì)和Mobile MFM2000型車載式多相流量計(jì):華北油田鉆井研究所的SXL 一1 型油氣水三相流量計(jì);西安交通大學(xué)的TFM-500型多相流量計(jì)。（2）國外挪威Fluenta 公司1900 系列多相流量計(jì);MFI 公司LP型多相流流量計(jì);Framo公司的MPFM型多相流量計(jì);KOS公司的MCF351 型多相流量計(jì):Texaco公司的SMS 多相流量計(jì)。油氣多相計(jì)量技術(shù)分類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)完全分離方法當(dāng)氣液相能實(shí)現(xiàn)完全分離，測(cè)量不受多相流波動(dòng)的影響，精度高。由于要對(duì)氣液進(jìn)行完全分離，分離設(shè)備體積龐大，價(jià)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(jì)量方法不需分離設(shè)備，體積小;測(cè)量受流體波動(dòng)的影晌，精度低。部分分離多相流量計(jì)縮小了流過測(cè)量?jī)x表的兩相流組分變化范圍，同時(shí)也降低了流動(dòng)的不穩(wěn)定性和測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)性。這雖然在一定程度上縮小了計(jì)量分離器的體積，并降低了兩相流測(cè)量的難度。未能將氣液混合物完全分離，故實(shí)際上對(duì)提高測(cè)量精度的作用是有限的。（1）分離式多相流量計(jì)工作原理：將多相流體只分為氣相和液相，使用一臺(tái)單相氣體流量計(jì)測(cè)量氣體流量，使用一臺(tái)單相液體流量計(jì)測(cè)量液體流量，液相含水率可用一臺(tái)在線水組分測(cè)量?jī)x完成。GLCC 多相流量計(jì)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(gè)傾角向下的管道切向進(jìn)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(jìn)入液體測(cè)量管道，上方氣體進(jìn)入氣中目測(cè)量管道，隨后氣液重新混合。phase dynamics 多相流量計(jì)（2）非分離式多相流量計(jì)不分離式多相流量計(jì)是在不對(duì)井;在作任可分離的情況下實(shí)現(xiàn)油、氣、水三相計(jì)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(cè)定。Framo的MPFM型多相流量計(jì)MPFM型多相流量計(jì)由在線靜態(tài)混合器、多源伽馬組份計(jì)和文丘里動(dòng)量計(jì)三部分組成?；旌涎b置使計(jì)量系統(tǒng)完全不受上游流態(tài)的影響并為計(jì)量段提供均質(zhì)流

11、。多源伽馬計(jì)由一個(gè)伽馬同位索和一個(gè)耐震探測(cè)器構(gòu)成，用來確定油、氣、水各自的體積百分?jǐn)?shù)。油、氣、水各自的組份根據(jù)不同伽馬能的相對(duì)衰減程度計(jì)算求得。文丘里流量計(jì)與伽馬組份計(jì)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(jì)，其中5套為海底計(jì)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(jì)。這13套流量計(jì)均為全流態(tài)型，主要的上、下限參數(shù)范圍為：實(shí)際工況下的臺(tái)氣體積率為20%9%，實(shí)際工況下的含水率為090%，總流量范圍為120m3/h5000m3/h，設(shè)計(jì)壓力為2MPa35MPa。測(cè)試情況：1

12、992年開始在油田進(jìn)行試驗(yàn)，隨后分別在Texaco，NEL及Porsgrunn的多相流測(cè)試裝置上進(jìn)行對(duì)比測(cè)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(shí)驗(yàn)）挪威ROXAR公司MFl 多相流量計(jì)測(cè)量原理:(1) 測(cè)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(cè)量采用文丘里流量計(jì)。該多相流量計(jì)結(jié)構(gòu)緊奏，無可動(dòng)部件，壓力損失較小。測(cè)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(jì)試驗(yàn)環(huán)道、NEL多相流測(cè)試環(huán)路、大慶油田設(shè)計(jì)院多相流量計(jì)實(shí)液測(cè)試裝置上進(jìn)行對(duì)比測(cè)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(shí)驗(yàn)）。文昌油田井口平臺(tái)采用了該公司的產(chǎn)品。AGAR公司的MPFM-301型多相流量計(jì)測(cè)量原理:采用正排量( PD )流量計(jì)測(cè)定總體積流量;由2個(gè)文丘里管組成的雙動(dòng)量流量計(jì)測(cè)定含氣量；微波原油含水分析儀測(cè)定含水率。該流量計(jì)系統(tǒng)相對(duì)龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失較大，而且有可動(dòng)部件和電控閥門。測(cè)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(yàn)裝置上進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用情況：已在陸上、海上油田使用，其各種型號(hào)的多相流量計(jì)已銷售了90多套（包括用于實(shí)驗(yàn)） 海默多相流量計(jì))海默總量計(jì)量多相流量計(jì)測(cè)量原理:

14、3;采用低能伽瑪射線吸收技術(shù)測(cè)量相分率·利用文丘里與單能咖瑪組合形成一個(gè)獨(dú)立的測(cè)量單元，測(cè)量氣液流體總流量。·雙能咖瑪測(cè)量?jī)x測(cè)量油水混合液中的含水率。應(yīng)用:該流量計(jì)已在陸上油田、海上油田使用。潿洲11-4東平臺(tái)采用了該公司的多相流量計(jì)，是我國海上平臺(tái)第一次使用多相流量計(jì)，目前正在運(yùn)行中。另外，秦皇島32 - 6油田井口平臺(tái)和綏中36 - 1 II 期井口平臺(tái)的總流量計(jì)量也采用了該多相流量計(jì)。3.2 Fluent公司的MPFM 1900型系列多相流量計(jì)MPFM 1900型計(jì)量系統(tǒng)由測(cè)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(jì)、測(cè)量流體密度的伽馬密度計(jì)、執(zhí)

15、行數(shù)據(jù)分析的計(jì)算機(jī)和將傳感器電子計(jì)、伽馬密度計(jì)連接至計(jì)算機(jī)的電纜等組成。電容傳感器探測(cè)油氣混臺(tái)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(jì)算和測(cè)定流體的流速。流體密度和介電常數(shù)分別由伽馬密度計(jì)和電容傳感器確定。含水率適用范圍0-100%，含氣率可達(dá)95%。，F(xiàn)luenta公司已安裝了l6套用于試驗(yàn)或商業(yè)性使用的多相流量計(jì) 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(jì)。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(jì)。Fluenta公司還稱在挪威獲得了最大的多相流量計(jì)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(tái)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(jì)。測(cè)試情況：MPFM-1900/1900VI流量計(jì)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(jì)試驗(yàn)裝置上進(jìn)行對(duì)比測(cè)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(shí)驗(yàn)），秦皇島32- 6油田的井口計(jì)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(jì)這種多相流

17、量計(jì)的主體結(jié)構(gòu)由兩個(gè)獨(dú)立的儀表組成，其中一個(gè)為組份計(jì)，用于測(cè)量傳感器中油、氣、水瞬間體積或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；另一個(gè)為速度計(jì)，用于測(cè)定油、氣、水混合物通過傳感器的速度。該流量計(jì)確定油、氣、水間相對(duì)分布的方法類似于Fluenta公司的流量計(jì)。流量計(jì)長(zhǎng)66.7cm（26.3in），公稱直徑101.6mm（4in），額定壓力ANSI600。它無可動(dòng)部件，殼體由316L不銹鋼制成，重約100kg。FR型多相流量計(jì)是在LP型多相流量計(jì)的基礎(chǔ)上研制的。它以微波技術(shù)為基礎(chǔ)，由組份計(jì)、伽馬密度計(jì)和1個(gè)或2個(gè)流速計(jì)組成。組份計(jì)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(cè)專利技術(shù)測(cè)

18、得。FR型多相流量計(jì)可在0 100 含水率條件下使用；而LP型流量計(jì)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(jì)樣機(jī)分別在Elf石油公司的Pecorade油田和Stato1的Gullfaks油田進(jìn)行了試驗(yàn) 目前，該公司正根據(jù)樣機(jī)向商業(yè)化階段轉(zhuǎn)化，并有望在1996年進(jìn)入商業(yè)性銷售。LP型多相流量計(jì)已得到了Statoil對(duì)其在油井計(jì)量方面的質(zhì)量認(rèn)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(tái)已投產(chǎn)了1套這種型號(hào)的多相流量計(jì)。這種多相流量計(jì)由兩個(gè)獨(dú)立的儀表組成(見圖2)，其中一個(gè)為組份計(jì)，用于測(cè)

19、量傳感器中油、氣、水瞬時(shí)體積或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)另一個(gè)為速度計(jì)，用于測(cè)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(jì)MCF 351型多相流量計(jì)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(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)。1 995年4月，該公司又在德士古公司的Humble流體試驗(yàn)設(shè)旋上針對(duì)油連續(xù)相乳狀液進(jìn)行了試驗(yàn)。此外，還在北海某油田用稠油進(jìn)行了試驗(yàn)。1995年4月，馬來西亞Petronas Carigali公司在其Tembungo B平臺(tái)安裝了l套商業(yè)性MCF 351型流量計(jì)。目前，KOS公司正在開發(fā)用于海底的SMF 351型多相流量計(jì)，并正在制造樣機(jī)，準(zhǔn)備在今年

20、夏季進(jìn)行試驗(yàn)。3.4 其它此外，還有，KOS公司的MCF型多相流量計(jì)，ISA公司的Scroll Flo型多相流量計(jì)這種多相流量計(jì)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(jì)量原理，同時(shí)結(jié)合密度測(cè)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(jì)這種多相流量計(jì)安裝在管線的外側(cè)，不會(huì)對(duì)管線內(nèi)的混合物產(chǎn)生干擾。該流量計(jì)采用一個(gè)脈沖中子束對(duì)通過管線的氫原子、碳原子和氫原子進(jìn)行計(jì)數(shù)，以此測(cè)出氣體、液體和固體的體積?；旌衔镏械暮客ㄟ^對(duì)氯原子的計(jì)數(shù)求得。輻射短脈沖"觸激"氫原子，同時(shí)計(jì)量以此測(cè)出混合物的流速。將兩種測(cè)量結(jié)果相結(jié)合便可精確地計(jì)算出管線內(nèi)的流量。存在問題(1) 測(cè)量精度相對(duì)較低，目前市