CN101213426B - 用于测量多组分流中的一个组分密度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种方法和设备被公开，其用来确定通过管道的多组分流中一个组分的密度。该多组分流被分成两个流束(404)，其中第一流束基本上具有第一组分的所有流。测量第二流束的密度(406)。

Description

用于测量多组分流中的一个组分密度的方法和设备

技术领域

本发明涉及井流量测量的领域，更具体的是，涉及油流量计算设备。

背景技术

气和油井可具有从井口出来的多相流。需要对从井口出来的总流量进行测量。为了测量总流量，气流通常与液流相分离，并且气流和液流分别测量。该气流和液流可采用不同的科里奥利(Coriolis)流量计进行测量。液流通常包含油和水两者。为了精确地测量在液流中的油量，就必须确定在液流中的水量。为了确定在液流中的水量，需要确定该水的密度。当前，通过对井口流出的水周期性地采样和利用比重计确定该密度，可确定水的密度。该方法具有许多问题。一个问题是水的密度可能随着时间变化。如果水的密度变化并且使用旧的密度测量值，在液流中油量的计算值会变得不精确。在高含水率的流体中比在低含水率的流体中该不精确问题更严重。最小化该不精确性的一个方法是对水密度频繁采样。然而，从系统中除去样品并且测试该密度是一项费力和费时的工作。

因此，需要一种更佳的确定流中油量的系统和方法。

发明内容

已经公开了一种方法和设备，其用来确定通过管道的多组分流中一个组分的密度。该多组分流被分成两个流束，其中第一流束基本上具有第一组分的所有流。测量第二流束的密度。

多个方面

本发明的一个方面包括用于确定在多组分流中一个组分密度的方法，包括引导液体流到管道，该液流由至少第一材料和第二材料组成，该方法的步骤的特征在于：

将液流分为第一流束和第二流束，其中第一流束的流率大于第二流束中的流率，并且其中第一流束基本上包括所有的第一材料；

测量第二流束中的液体的密度。

优选，该方法还包括其中第一材料为油。

优选，该方法还包括其中第二材料为水。

优选，该方法还包括其中第二材料比第一材料密度大。

优选，该方法还具有以下特征：

测量在第二流束中流动的液体的温度。

优选，该方法还具有以下特征：

测量通过该管道的材料的总流量；

部分基于在第二流束中的液体的密度确定在管道中流动的第一材料的量。优选，该方法还包括下面特征，重力用于基本上将所有第一材料分到第一流束中。

本发明的另一个方面包括用于确定在多组分流中一个组分密度的方法，该方法包括引导液体流进入管道，其中该液体由至少油和水组成，其中该方法的步骤的特征在于：

从在该管道中流动的液体中持续分离少量的水样品并且测量该水的密度。

优选，该方法的特征在于利用科里奥利流量计测量水的密度。

优选，该方法的特征在于连续测量水的密度。

优选，该方法还具有以下特征：

部分基于测得的水密度确定在管道中流动的油量。

优选，该方法还具有以下特征：

利用该水的密度确定液体的含水率。

本发明的另一个方面包括一种用于确定在多组分流中一个组分密度的设备，该设备具有第一管道，该管道构造为容纳由至少第一材料和第二材料组成的液体，该设备的特征在于：

第二管道连接到第一管道，并且被构造以从液体中提取第二材料的样品。

第一科里奥利流量计连接到第二管道，并且被构造以测量在第二管道中的第二材料样品的密度。

优选，具有第二管道的设备还具有以下特征：

分离箱，其具有顶半部和底半部，其中第一管道流入分离箱中并且第二管道连接到分离箱的底半部上。

优选，该设备还具有以下特征：

第二科里奥利流量计，其连接到第一管道，并且被构造以测量在第一管道中流动的液体的密度；

处理器，其连接到第一和第二科里奥利流量计，并且被构造以部分基于从第一科里奥利流量计得到的密度测量值，确定在管道中的液体中第一材料相对于第二材料的比。

优选，该设备特征在于第一管道具有第一直径并且第二管道具有第二直径，并且第一直径大于第二直径。

优选，该设备特征在于第二直径小于第一直径的1/10。

优选，该设备特征在于第一管道具有第一流率并且第二管道具有第二流率，并且第一流率大于第二流率。

本发明的另一个方面包括一种用于确定在多组分流中一个组分密度的设备，该设备具有一个管道，该管道包含有至少第一材料和第二材料组成的流动液体，该设备的特征在于：

一种装置，用于流动液体分为第一流束和第二流束，其中第一流束的流率大于第二流束中的流率，并且其中第一流束基本上包括所有的第一材料；

一种装置，用于测量在第二流束中材料的密度。

附图说明

图1是在本发明的示例实施例中的油和气测量系统100的示意图。

图2是在本发明另一个示例实施例中的分水支管的示意图。

图3是在本发明另一个示例实施例中的利用分离箱的分水支管的示意图。

图4是在本发明的示例实施例中确定多组分流中的一个组分密度的方法的流程图。

具体实施方式

图1-3和下面的说明书描述了具体的例子，其教导本领域技术人员怎样构造和使用本发明的最佳方式。为了教导发明原理，一些传统的方面已经简化或者省略。本领域技术人员将认识到对这些例子的改变会落入本发明的范围内。本领域技术人员将认识到下述特征可以按不同方式结合以形成本发明的多个变化形式。因此，本发明不限于下述具体例子，而是仅仅通过权利要求和它们的等同物限制。

图1是在本发明的示例实施例中的油和气测量系统100的示意图。油和气测量系统100连接到井口102并且包括：分离器104，液体出口管108，出气口管106，分水支管110，流量计116，114和112，系统出口管118和油计算设备120。

在运行中，井口102产生多相流，其可包含气体，油，水和碎屑，例如淤泥或者沙。该多相流传送到分离器104中，在其中气体从液体中分离。分离器104可以为任意类型的分离器，包括气体-液体圆柱形旋流(GLCC)分离器。出气口管106从分离器104的顶端排出气体。流量计112测量流过出气口管106的气体。流量计112可为任意类型的流量计，包括涡轮流量计，科里奥利流量计等。液体通过液体出口管108从分离器104中除去。在液体出口管108中流动的液体可包含油和水。分水支管110被构造以从液体出口管108中分离少量的水流。流量计114测量在液体出口管108中液体的流量。在本发明一个示例的实施例中，流量计114是科里奥利流量计。当流量计114是科里奥利流量计时，流量计114可用于测量流过液体出口管108的液体的密度。在液体出口管108流动的液体的含水率值可利用测得的液体密度和公式1进行确定。

$\mathrm{WC}=\frac{\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{mix}\right)-\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{oil}\right)}{\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{water}\right)-\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{oil}\right)}$ 公式1

其中ρ(mix)是液体的密度，ρ(oil)是在液体中油的密度，并且ρ(water)是在液体中水的密度。油的密度可以由使用者输入或者单独地测量。公式1取决于在液体中流动的水的密度。水的密度可作为盐度的函数而发生改变。

流量计116测量在分水支管110中的水的流量。流量计116是科里奥利流量计。流量计116还测量在分水支管110中流动的水的密度。从分水支管110来的液流可在流量计114之后再次插入返回到液体出口管108中(如图所示)，或者可以在流量计114之前再次插入(未示出)。当从分水支管110来的液流在流量计114之前再次进入液体出口管108时，则流量计116不需要用来测量流量，它的运用可专用于测量在分水管110中流动的材料的密度。油计算设备120监控流量计112，114和116，以确定通过系统的总流量。在一个示例的实施例中，气体和液体输出可再结合到一个系统出口管118中。在本发明的其它示例的实施例中，气体和液体可通过分离的管线系统(未示出)输送到分离的目的地。

油计算设备120监控流过流量计112，114和118的流量.在液体出口管108中流动的液体包括油和水的混合物.为了确定流过液体出口管108的油量，必须确定水的量.为了确定流过液体出口管108的水量，必须确定水的密度.科里奥利流量计可用来测量流过该流量计的材料的密度以及流过该流量计的材料的量.分水支管110被构造来从液体出口管108中流动的液体主流中分离出基本上无油或者其它碳氢化合物的液流.在分水支管中流动的液流可以由水，沉淀物和其它的水溶性材料(例如食盐)所组成.水的盐度的变化会改变水的密度.科里奥利流量计116用来测量在分水支管110中流动的液体的密度.然后测得的密度反馈入由含水率公式确定的在出口管108中流动的油量的计算中.

分水支管110能以多种方式构造来产生液体流，其基本上不含从出口管108中的主液体流中分离的油或者较轻液体。在本发明的一个示例的实施例中，出口管108为水平管，其相对于流速具有足够的长度以允许碳氢化合物上升到出口管的顶部。分水支管110将连接到出口管108的底部，从出口管中仅提取一些较重液体。分水支管110在直径上可以比出口管108小，从而使得流入分水支管的流被限制。在本发明一个示例的实施例中，分水支管110是出口管108直径的1/10。仅仅在出口管108中流动的较重液体的少量流束或者样品需要吸入分水支管110中。在一些情况中，大部分的较重液体保持在出口管108中流动。

图2是在本发明另一个示例实施例中的分水支管的另一种结构的示意图。分水支管包括分离箱222和分水管210。出口管208流入分离箱222中。出口管在接近分离箱222的顶部处从分离箱222引出。分水管210在分离箱222的底部处或者附近引出。分离箱具有一定体积，该体积允许液体有一定保持时间，该时间足够液体在该箱的内部分层。分水支管210还可以在直径上比出口管208小，从而使得流入分水支管210的流被限制。仅仅流入分离箱222中的较重液体的少量流束或者样品需要吸入分水支管210中。在多数情况下，大部分较重液体通过出口管208从分离箱222中排出。

图3是在本发明的示例实施例中的分水支管的另一个结构。分水支管包括分离管334和分水管310。出口管308具有从出口管308底部延伸出的分离管334。分离管334的直径可以小于出口管308的直径。分离管334在再结合到出口管308之前在出口管308之下延伸较短距离。分水管310在分离管334的底部结合入分离管334中。仅仅分离管334中流动的较重液体的少量流束或者样品需要吸入分水管310中。分水管310可与分离管334相同大小，或者小于分离管334的尺寸。其它的结构可用于从出口管中流动的多相液体中分离少量样品，以运用本发明。

因为在多相流中流动的水的密度可持续测量，在水中的盐度变化可实时进行补偿。这将帮助降低在含水率测量中的不精确性。本发明不限于在油和水流中测量水的密度。本发明还可运用于其中成分可在流动期间被分离的任何混合流。分水支管可设计来从较轻液体中分离任何较重液体。

图4是用于确定多组分流的一个组分密度的方法的流程图。在步骤402，包含至少第一材料和第二材料的流被引导入管道中。在步骤404处，将液流分为第一流束和第二流束，其中第一流束基本上包括所有的第一材料。在步骤406处，测量在第二流束中液体的密度。

Claims (9)

1.一种在多组分流中确定一个组分密度的方法，包括引导液体流进入管道，其中该液体流由至少第一材料和第二材料组成(402)，该方法的步骤的特征在于：

将液体流分为第一流束和第二流束，其中第一流束中的流率大于第二流束中的流率，并且其中第一流束包括所有的第一材料(404)；

测量第二流束中的液体的密度(406)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于第一材料为油。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于第二材料为水。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于第二材料比第一材料密度大。

5.如权利要求1所述的方法，其特征还在于：

测量在第二流束中流动的液体的温度。

6.如权利要求1所述的方法，其特征还在于：

测量通过该管道的材料的总流量；

部分基于在第二流束中的液体的密度确定在管道中流动的第一材料的量。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于重力用于将所有第一材料分离到第一流束中。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于第二流束密度的改变可在基本实时的基础上被补偿。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于第二流束包括液体流的较重成分。

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