昆山科爾源儀器儀表有限公司
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1 多相流量計的分類[1,2]
多相流量計大致可以分為3類：分離式多相流量計、在線式多相流量計和其它型式的多相流量計。
1.1 分離式多相流量計
分離式多相流量計的特點是對多相流不論是全部或部分分離都能在線測試三相流中的每一相。在每一座生產(chǎn)平臺附近都有測試分離器，它是三相流量計計量的基礎(chǔ)。它能將油、氣、水混合物分成三相，并在出口測量出油、氣、水各相流量。
1.1.1 分離總流量式多相流量計
該種類型的多相流量計能將多相混合物的總流量分開，通常只分為氣相和液相，然后再使用一個單相氣體流量計測量氣體流量，該種氣體流量計應(yīng)能承受氣相中夾帶一定量的液體，另外再使用一個單相流體流量計測量液相流量，液相含水率可用一個在線水組分測量儀完成。
1.1.2 在線取樣分離式多相流量計
這種型式的多相流量計特點是其分離不是在總的多相流管線上，而是在取樣旁通管線上，將取樣后的流體分為氣相和液相，液中含水率可用在線含水分析儀測出，而多相流總液量和氣液比必須在主流量管線上測得。為了確定油、氣、水三相混合物的質(zhì)量和體積流量，要求進行三方面測試：
1）氣/液比（GLR）測量―可用伽馬吸收法、振動管、中子探測脈沖或稱重法；
2）多相流量測量―可用放射性、聲波、電子信號相關(guān)法、文丘里管、V錐體或機械式（例如：容積式或渦輪流量計）等方法；
3）液中含水率（WLR）測量―可用電阻或振動管法。
1.2 在線式多相流量計
在線式多相流量計的特點是在多相流管線上不經(jīng)任何分離，直接測量各相的比例和流量。各相的體積流量是用各相的速度乘以面積比例表示的，這就意味著最少要測量或估計6項參數(shù)，有些多相流量計假設(shè)二相或三相以相同的速度移動，這樣就能減少測量參數(shù)。在這種情況下，一種辦法是必須采用混合器或是建立一組標定系數(shù)。在線式多相流量計一般聯(lián)合采用下列二種或多種測量技術(shù)：微波技術(shù)；電容；伽馬吸收；中子探測脈沖；放射性、聲波或電子信號相關(guān)法；文丘里管、V錐體或Dall管壓差法；容積式或渦輪流量計。
1.3 其它型式多相流量計
其它型式多相流量計包括的信號處理系統(tǒng)，能從多相流管線上測得信號，即用時間變量信號處理器的分析功能估算出各相的比例和流量值。信號處理器可以是一個中樞網(wǎng)絡(luò)，或另一模擬識別，或靜態(tài)信號處理系統(tǒng)。例如：多相計量系統(tǒng)同樣也是在處理模擬程序的基礎(chǔ)上一并采用參數(shù)估算技術(shù)發(fā)展起來的，以此代換預測管線終點的流態(tài)，將管線終點的壓力和溫度測出后輸人到模擬程序中，位于上游或下游的壓力和溫度也應(yīng)測出。當沿管線走向圖的流體性質(zhì)已知時，就可估算出各相的比例和流量。
2 多相流量計的應(yīng)用[3-5]
自20世紀80年代開始研究多相流計量技術(shù)以來，多相流計量技術(shù)已進入一個相對成熟的階段。多相流量計不僅在陸上油田，而且在海洋平臺及水下設(shè)施上都得到了應(yīng)用。經(jīng)過充分調(diào)研和比較，筆者認為以下公司研制的多相流量計技術(shù)相對比較成熟，商業(yè)化程度較高，并且都經(jīng)過了現(xiàn)場工業(yè)測試和第三方實驗室的性能測試。國外公司主要有：挪威ROXAR（原MFI），挪威FLUENTA（目前已與ROXAR合并），挪威FRAMO，美國AGAR，英國JISKOOT等；國內(nèi)主要有蘭州海默公司。此外，KVAERNER、DANIAL、KONGSBERG公司、西安交通大學等都在積極開展多相流量計的研制、開發(fā)和商業(yè)運作工作。下面簡要介紹這些公司產(chǎn)品的工作原理、特點和應(yīng)用情況。
1）挪威ROXAR公司的MFI多相流量計
測量原理及技術(shù)特點：流速測量采用微波互相關(guān)法，相分率采用微波傳感器加伽馬密度計法?？蛇x用文丘里流量計擴展總流量的測量。該多相流量計結(jié)構(gòu)緊湊，無可動部件，壓力損失較小。測試情況：先后在Statoil．ELF、Agip、Shell、BP等公司的油田及Porsgrunn高壓多相流量計試驗環(huán)道、NEL多相流測試環(huán)路、大慶油田設(shè)計院多相流量計實液測試裝置上進行對比測試。應(yīng)用情況：已在陸上、海上油田使用，已銷售130多套（包括用于實驗），文昌油田井口平臺采用了該公司的產(chǎn)品。
2）挪威FLUENTA的MPFM-1900/1900VI多相流量計
測量原理及技術(shù)特點：流速測量采用電容互相關(guān)法，相分率采用電容、電感傳感器加伽馬密度計法，同時可選用文丘里流量計測量總流量。該多相流量計結(jié)構(gòu)緊湊，無可動部件，壓力損失小。測試情況：MPFM-1900/1900VI流量計先后在BP公司、Statoil公司、ELF公司的油田及Conoco、Texaco、NEL及Porsgrunn的多相流量計試驗裝置上進行對比測試。應(yīng)用情況：已在陸上、海上油田使用，已銷售90多套（包括用于實驗），秦皇島32-6油田的井口計量就采用了該公司的產(chǎn)品。
3）挪威FRAMO公司的MPFM多相流量計
測量原理及技術(shù)特點：采用文丘里管測量總流量，用雙能伽馬儀測相分率。該流量計結(jié)構(gòu)精巧，無可動部件，壓力損失小，其靜態(tài)混合器是該公司的產(chǎn)品。測試情況：1992年開始在油田進行試驗，隨后分別在Texaco、NEL及Porsgrunn的多相流測試裝置上進行對比測試。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（包括用于實驗）。
4）美國AGAR公司的MPFM-301多相流量計
測量原理及技術(shù)特點：采用正排量（PD）流量計測定總體積流量，由2個文丘里管組成的雙動量流量計測定含氣量。再用專業(yè)微波原油含水分析儀測定含水率。該流量計系統(tǒng)相對龐大，結(jié)構(gòu)復雜，壓力損失較大，而且有可動部件和電控閥門。測試情況：分別在Shell、Amoco公司的油田及Conoco、Texaco及NEL的多相流量試驗裝置上進行了對比實驗。應(yīng)用情況：已在陸上、海上油田使用，其各種型號的多相流量計已銷售了90多套（包括用于實驗）。
5）英國JISKOOT的Mixmeter多相流量計
測量原理及技術(shù)特點：差壓變送器測定總流量，用雙能伽馬射線相分率計測定含水率和含氣率。該多相流量計結(jié)構(gòu)較緊湊，無可動部件，壓差損失較小。測試情況：該產(chǎn)品已在英國MEL多相流實驗室。意大利Trecatc多相流試驗裝置上進行了性能評價試驗。應(yīng)用情況：該產(chǎn)品已有數(shù)十套在油田使用[6]。
6）蘭州海默的MFM2000多相流量計
工作原理及技術(shù)特點：采用單能伽馬互相關(guān)流量計測定各種流速，雙能伽馬射線相分率計測定含水率和含氣率。當?shù)秃瑲鈺r，可采用轉(zhuǎn)子流量計（或其他流量計）測定總流量。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為緊湊，壓力損失較小。測試情況：分別在塔里木輪南油田、NEL多相流測試裝置、大慶油田設(shè)計院多相流實液測試裝置上進行了對比測試。應(yīng)用情況：已在陸上和海上油田使用。潿洲11-4東平臺采用了該公司的多相流量計，是我國海上平臺次使用多相流量計，且正在運行中。另外，秦皇島32-6油田井口平臺和綏中36-1Ⅱ期井口平臺的總流量計量也采用了該多相流量計。
3 多相流量計存在的問題
目前，由于技術(shù)水平的限制，多相流量計尚存在一些問題。
1）現(xiàn)有的大多數(shù)多相流量計都需要測量若干數(shù)據(jù)后，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出各相的流量，使計量準確度受到很大影響，目前市場上大多數(shù)多相流量計在大部分流態(tài)下各相測量誤差為10%。
2）所有目前用于多相計量的技術(shù)都要求必須掌握流體的特性，如介電常數(shù)、質(zhì)量吸收系數(shù)等，才能比較精確地計量。如果流體特性出現(xiàn)變化或多相流量計用于多井計量，必須頻繁地評價和標定多相流量計的傳感器。
3）目前市場上幾種主要多相流量計的適用含氣率為0.9%～1.0%，隨著含氣率的增加，液相的計量準確度將受到影響。
4）多相流量計普遍采用像微波等輻射源，而有關(guān)法規(guī)對使用輻射源有嚴格的限制。
5）現(xiàn)有的多相流量計標定設(shè)施只能較好地標定組分測量儀器，而對流速測量尚未有令人滿意的標定方法。此外，很多情況下是采用計量分離器來標定，由于計量分離器計量不準確，標定沒有實際意義。
4 多相流量計的發(fā)展趨勢[1,6,7]
多相流量計技術(shù)從理論提出到研制開發(fā)和目前的實際應(yīng)用，經(jīng)歷了近20年。盡管其產(chǎn)品的商業(yè)化程度越來越高，但作為一項新技術(shù)、新產(chǎn)品，仍需不斷*和改進。目前石油工業(yè)界已經(jīng)認識到并接受了這樣一個現(xiàn)實：任一種類型的多相流量計，都不可能在所有的多相流條件下均表現(xiàn)出的工作性能?，F(xiàn)有的各種多相流量計實際能達到的準確度和適用的范圍都有一定限度，每一種流量計分別適用于特定的流量范圍或者流型。這種情況在很大程度上限制了多相流量計技術(shù)在油氣生產(chǎn)實踐中的推廣和使用。因此，如何進一步提高多相流量計的測量準確度并拓寬多相流量計的工作范圍，是目前多相流量計開發(fā)和制造商所面臨的重要的挑戰(zhàn)。今后，多相流量計的研制和開發(fā)趨勢應(yīng)具有以下特點。
1）通用性。目前多相流量計的測量范圍受到很多限制，如受到含氣率、含油率、含水率、黏度、含鹽度等的影響；因此，開發(fā)和研制適用范圍廣的多相流量計勢在必行，要增加其通用性，應(yīng)建立比較*的檢測裝置，以便對多相流量計進行標定，保證準確性。
2）智能性。要確保測量模型和方案的正確性，需重視特征參數(shù)的選取。由于多相流動狀態(tài)具有不確定性及不穩(wěn)定性，為確保多相計量的準確性，應(yīng)采用智能化的測量方法進行數(shù)據(jù)處理。
3）組合性。組合性一方面指功能上的組合，例如將流速表和組分表組合起來使用；另一方面指組合多種方法和技術(shù)來完成一種功能。應(yīng)盡可能地應(yīng)用單相計量和氣、液二相比較成熟的測試方法和技術(shù)實現(xiàn)在線實時計量，滿足信號連續(xù)采集的要求。
4）經(jīng)濟性。降低成本，加快工業(yè)化進程是今后發(fā)展的趨勢。在完成實驗室研究工作后，需做大量的工作，尤其是現(xiàn)場實驗，因為在實驗室有許多情況都與現(xiàn)場情況有所不同。
5 結(jié)束語
多相流量計作為一種全新的計量設(shè)備，它的出現(xiàn)已引起世界石油工業(yè)界的高度重視。與傳統(tǒng)的計量分離器相比，它的優(yōu)勢是顯而易見的，在海上和陸上油田開發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。但多相流量計作為一種新技術(shù)、新產(chǎn)品，用的時間比較短，世界各大石油公司對其采用的是一種邊研究、邊驗證、邊推廣使用的方法；同時各個生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品因其測量機制不同，而又有各自的適用范圍，國際上至今沒有一套統(tǒng)一的標準和規(guī)范，在使用中難免會出現(xiàn)一些問題，存在一定的風險，當然這是任何新產(chǎn)品在應(yīng)用推廣時都會遇到的。對多相流量計的研究還是一項長期的工作。
參考文獻
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