CN101903750A - 对用于计量流体流的密度的确定 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量气-液流体混合物的密度和流量的系统和方法。在所述系统和方法中，当流体混合物流动通过包括收缩区(3)的导管(1)时，使流体混合物显现漩涡，测量导管内的两个垂直间隔开的测量位置之间的压差(ΔP₁)，测量导管内的两个水平间隔开的测量位置之间的压差(ΔP₂)，且第一水平间隔开的测量位置在收缩区处，而第二水平间隔开的测量位置在收缩区的上游或下游，并且使用第一压差和第二压差确定气-液流体混合物的密度或流量。

Description

对用于计量流体流的密度的确定

技术领域

本发明涉及一种测量流体流的密度的方法，并且更具体地涉及一种测量气-液流体混合物的流量的方法。

背景技术

在油汽工业中确定气-液流体混合物的气体流量和液体流量以及混合物密度是重要的。

用于测量这种流量的设备的示例是Schlumberger的Vx^TM系统(例如，见1999年10月I.Atkinson，M.Berard，B.-V.Hanssen，G.Ségéral，17^thInternational North Sea Flow Measurement Workshop，Oslo Norway 25-28，“New Generation Multiphase Floweters from Schlumberger and FramoEngineering AS”)，所述系统包括垂直安装的文丘里流量计、双能量伽玛射线滞留量测量装置和相关联的处理器。此系统允许同时计算多相流中的气体、水和油的体积流量。

虽然提供了已被证明的性能，但是Vx^TM系统及其它传统的多相流量计却相对较贵，这往往阻碍了所述系统在“棕色”油气田井场(即，其中生产能力已经降到大约1000桶/天(0.0018m³/秒)以下的油气井)及其它低油气生产井。然而，这种井场在全世界可能占大约2百万-3百万个油气井。

发明内容

本发明至少部分地基于可以测量输送流体流的大致水平导管的两侧的垂直压差并且使用所述压差确定流体密度的认识。流体密度则可以用于计算诸如气-液流体混合物的流体中的液体流量或气体流量的流量或用于其它目的。

因此，大体上，本发明提供一种用于确定诸如气-液流体混合物的流体的密度的方法和相对应的设备。

本发明的第一方面提供一种用于测量流体的密度的方法，包括以下步骤：提供流体(例如，气-液流体混合物)流动通过的导管，所述导管大致水平延伸；测量导管中的两个垂直间隔开的测量位置之间(例如，在导管的面对的上壁部分和下壁部分处)的压差；和使用所述压差确定流体的密度。

测量垂直于流动方向的方向上的压差的优势在于由测量引起的摩擦压力损失通常为零。摩擦压力损失具体地对于多相流来说可能难以预测，并且可能会对密度测量值引入明显的误差。

密度是过程控制的重要参数。在多相流中，密度(与已知或测量的单相密度一起)确定部分滞留量(fractional hold up)。如果流动例如进行到可以仅操作一些气体部分(gas fraction)的装置(例如，泵)，则这是重要的。

然而，更具体地，本发明的这方面提供一种用于测量气-液流体混合物的流量的方法，包括以下步骤：

提供气-液流体混合物流动通过的导管，所述导管大致水平延伸并且具有收缩区，所述收缩区具有减小的导管横截面；

测量导管内的两个垂直间隔开的测量位置之间的第一压差；

测量导管内的两个水平间隔开的测量位置之间的第二压差，第一垂直间隔开的测量位置在收缩区处，而第二水平间隔开的测量位置在收缩区的上游或下游；以及

使用第一压差和第二压差以确定气-液流体混合物的流量(例如，气体流量和/或液体流量)。因此，用于测量流量的方法的第一压差与用于测量流体的密度的更一般的方法的压差相对应。通常，便利地，垂直间隔开的测量位置可以位于还包括水平间隔开的测量位置中的一个的导管的横截面上。在这种情况下，水平间隔开的测量位置可以与垂直间隔开的测量位置中的一个重合。

与需要确定滞留量以计算流量的伽马射线的Vx^TM系统不同，用于测量流量的所述方法在确定流量时使用第一压差(所述第一压差实际上是导管两侧的混合物密度或重力压力头的测量值)。当可以使用相对便宜的、传统的并且稳固的技术获得压差测量值时，应用所述方法的多相流量计可以适用于在棕色油气田井场中使用。相对于Vx^TM系统的进一步优点在于可以避免与使用伽玛射线源有关的健康和安全问题。

总之，为了由第一压差计算流体密度，以及为了使用所述密度和第二压差计算流量，流体混合物应该在测量位置处显现预定类型的流动。例如，如果已知的是混合物是层流、涡流、或均质流，则可以适当地调节到在计算流体密度和流量中所使用的关系。然而，优选地，调节混合物以显现漩涡流，所述漩涡流分离测量位置处的液体与气体。例如，导管可以具有用于诱导混合物在这些位置处显现漩涡流的漩涡元件(例如，螺旋形插入件或叶片组件)。漩涡元件可以包括在流体流动的方向上沿导管延伸的一个或多个螺旋形构件。优选地，螺旋形构件位于导管壁处，并且当沿着轴线观察时，在导管中心留下不受阻碍的中心芯(即，所述螺旋形构件没有径向向内延伸远至导管的中心轴线)。

可选地，漩涡元件可以由到导管的切向流动入口形成。

漩涡流的优点在于所述漩涡流相对易于诱导并维持(不同于在通常大的测量距离上可能不稳定的层流和或均质流)。此外，与例如模拟层流或涡流相比，模拟通过文丘里管的漩涡流的特性相对简单。此外，漩涡流关于流动轴线对称，从而产生独立于角度方位的第二压差。

诱导混合物以显现漩涡流会分离混合物的液相和气相。漩涡流使混合物的液体移动到导管的壁，例如以形成临近导管的壁液体环，从而将气体芯留在导管的中心处。

收缩区内的漩涡流将相对于收缩区外侧(例如，在到收缩区的进口处)的漩涡流具有增加的离心加速度。此增加的离心加速度可以增加液体到导管的壁的移动。因此，优选地，收缩区内的漩涡流通过扰动收缩区上游的导管内的漩涡流而产生。

在收缩区内，分离的液体层往往比气体流动得慢，这增加了液体滞留量，从而使得更加容易研究液体的特性。此外，收缩区处改善的离心分离可以减少液体内的夹带气体的量，从而提高对气体滞留量或液体滞留量的估计。

第二水平间隔开的测量位置优选地在收缩区的上游。当调节混合物以在收缩区上游的导管内显示漩涡流时，第二水平间隔开的测量位置可以在所述漩涡流内。

通常，收缩区由文丘里管提供。收缩区可以是文丘里管的喉管。第二水平间隔开的测量位置可以位于到文丘里管的入口处。

所述方法还可以包括以下步骤：

测量例如测量位置中的一个位置处但是优选地在包括垂直间隔开的测量位置的横截面上的流动的绝对压力。绝对压力然后还可以用于确定流量。所述方法还可以包括以下步骤：测量例如测量位置中的一个位置处的但是优选地在包括垂直间隔开的测量位置的横截面上的流动的温度。温度也可以用于确定流量。

所述方法还可以包括以下步骤：测量导管内的在垂直间隔开的测量位置的上游或下游被间隔开的另外两个垂直间隔开的测量位置(例如，在导管的面对的上壁部分与下壁部分处)之间的第三压差，在所述垂直间隔开的测量位置处测量第一压差。

其中第一压差、第二压差和第三压差用于确定所述流量。通常并且便利地，另外的垂直间隔开的测量位置可以位于还包括水平间隔开的测量位置中的一个的导管横截面上。具体地，当用于第一压差的垂直间隔开的测量位置在包括水平间隔开的测量位置中的一个的导管横截面上时，用于第三压差的另外的垂直间隔开的测量位置可以位于包括另一个水平间隔开的测量位置的导管横截面上。在这种情况下，所述另一个水平间隔开的测量位置可以与另外的垂直间隔开的测量位置重合。

与第一压差相同实际上是混合物密度或导管两侧的重力压力头的测量值的第三压差可以用于当确定流量时补偿混合物的流动的滑移。

为了补偿流动的不规则性并且减少测量值中的噪点的影响，测量的压差(一个或多个)可以是均时压差(一个或多个)。

所述方法还可以包括以下步骤：测量导管的包括另外的垂直间隔开的测量位置的横截面上并且优选地在另外的垂直间隔开的测量位置中的一个位置处的流动的绝对压力，其中此绝对压力还用于确定流量。所述方法还可以包括以下步骤：测量所述导管的包括另外的垂直间隔开的测量位置的横截面上并且优选地在另外的垂直间隔开的测量位置中的一个位置处的流动的温度，其中，此温度还用于确定流量。

混合物的液体可以包括油和/或水。气体可以包括天然气。因此，气-液流体混合物可以是天然气、凝析液和任选水的混合物。

本发明的第二方面提供一种用于提供可在确定流体的密度时使用的测量值的设备，所述设备包括：

流体(例如，气-液流体混合物)可以流动通过的导管，所述导管大致水平延伸；和

压力计，所述压力计用于测量导管内的两个垂直间隔开的测量位置(例如，在导管的面对的上壁部分和下壁部分处)之间的压差；

其中，压差可用于确定流体的密度。

更具体地，本发明的第二方面提供一种用于提供可在确定气-液流体混合物的流量中使用的测量值的设备，所述设备包括：

气-液流体混合物可以流动通过的导管，所述导管大致水平延伸，并且具有收缩区，所述收缩区具有减小的导管横截面；

第一压力计，所述第一压力计用于测量导管内的两个垂直间隔开的测量位置之间的第一压差；和

第二压力计，所述第二压力计用于测量导管内的两个水平间隔开的测量位置之间的第二压差，第一水平间隔开的测量位置在收缩区处，而第二水平间隔开的测量位置在收缩区的上游或下游；

其中第一压差和第二压差可用于确定气-液流体混合物的流量(例如，气体流量和/或液体流量)。因此，用于提供可在确定流量时使用的测量值的方法的第一压力计与用于提供可在确定流体的密度时使用的测量值的更一般方法的压力计相对应。垂直间隔开的测量位置可以在还包括水平间隔开的测量位置中的一个的导管横截面上。在这种情况下，所述水平间隔开的测量位置可以与垂直间隔开的测量位置中的一个重合。

因此，所述设备可以在第一方面的方法的性能中使用。第一方面的任选特征因此可以应用于第二方面。

例如，所述设备还可以包括调节元件，所述调节元件调节流体混合物以在测量位置处显现预定流动类型。调节元件可以是用于诱导混合物以在测量位置处显现漩涡流的漩涡元件。漩涡元件可以包括沿着导管在流体流动的方向上延伸的一个或多个螺旋形构件。

第二水平间隔开的测量位置可以在收缩区的上游。

收缩区由文丘里管提供。收缩区可以是文丘里管的喉管。第二水平间隔开的测量位置可以位于到文丘里管的入口处。

所述设备还可以包括用于测量例如测量位置中的一个位置处但是优选地在导管的包括垂直间隔开的测量位置的横截面上的流动的绝对压力的装置(便利地，此装置本身可以装入压力计中)。所述设备还可以包括用于测量例如测量位置中的一个位置处但是优选地在导管的包括垂直间隔开的测量位置的横截面上的流动的温度的装置。

所述设备还可以包括第三压力计，所述第三压力计用于测量导管内的在垂直间隔开的测量位置的上游或下游被间隔开的另外两个垂直间隔开的测量位置之间(例如，在导管的面对的上壁部分和下壁部分处)的第三压差，在所述垂直间隔开的测量位置处测量第一压差。另外的垂直间隔开的测量位置可以位于还包括水平间隔开的测量位置中的一个的导管横截面上。具体地，当用于第一压差的垂直间隔开的测量位置位于包括水平间隔开的测量位置中的一个的导管横截面上时，用于第三压差的另外的垂直间隔开的测量位置可以位于包括另一个水平间隔开的测量位置的导管横截面上。在这种情况下，所述另一个水平间隔开的测量位置可以与所述另外的垂直间隔开的测量位置中的一个测量位置重合。

压力计(一个或多个)可以测量时均压差。

所述设备还可以包括用于测量在导管的包括另外的垂直间隔开的测量位置的横向横截面上并且优选地在另外的垂直间隔开的测量位置中的一个位置处的流动的绝对压力的装置(便利地，此装置本身可以装入第三压力计中)。所述设备还可以包括用于测量在导管的包括另外的垂直间隔开的测量位置的横截面上并且优选地在另外的垂直间隔开的测量位置中的一个位置处的流动的温度的装置。

本发明的第三方面提供一种仪表(例如，比重计或滞留量计)，所述仪表包括第二方面的用于提供可在确定流体的密度时使用的测量值的设备、和处理器，所述处理器被布置成用于使用由所述设备的压力计测量的压差确定流体的密度。

更具体地，本发明的第三方面提供一种流量计，所述流量计包括第二方面的用于提供在确定气-液流体混合物的流量时可使用的测量值的设备、和处理器，所述处理器被布置成用于使用由所述设备的压力计测量的压差(并且任选使用所述或每一个测量的绝对压力和/或所述每一个测量的温度)确定气-液流体混合物的流量。

处理器可以从通过压力计(一个或多个)测量的压差的时序性计算相应的时均压差(一个或多个)，时均压差(一个或多个)然后用于确定密度或流量。

本发明的又一个方面提供一种包括根据第二方面的设备或根据第三方面的仪表的油井管道或气井管道。

本发明的又一个方面提供一种当输送气-液流体混合物时根据第二方面的设备、或当输送气-液流体混合物时根据第三方面的仪表。

本发明的另一方面提供一段导管，所述一段导管具有导管壁并且具有上下流体通道，所述流体通道每一个都穿过壁；其中每一个流体通道在壁的内表面上的内开口与壁的外表面的外开口之间延伸，并且通道被布置成使得：当在上通道的内开口正好在下通道的内开口上方的情况下沿所述一段导管沿着所述一段导管的轴向方向看时，通道在其相应的内开口与外开口之间大致水平延伸。

因此，所述一段导管可以是第一或第二方面的导管的一部分，流体通道的内开口提供垂直间隔开的测量位置或另外的垂直间隔开的位置，在所述垂直间隔开的测量位置处测量第一压差，在所述另外的垂直间隔开的测量位置处测量第三压差。

在使用中，所述一段导管将被布置成使得上通道的内开口在下通道的内开口的竖直上方。因为通道会在其相应的内开口与外开口之间的管道段的壁的两侧大致水平延伸，因此可以避免在通道的内开口上方和下通道的内开口下方不必要的流体柱。这又可以提高连接到流体通道的外开口的压力计对内开口之间的重力压力头的变化的灵敏度。

通常，所述一段导管具有圆形横截面。优选地，流体通道的内开口在所述一段导管的同一横截面上。优选地，内开口在所述壁的面对部分处(即，在具有圆形横向横截面的一段导管上，内开口优选地在沿直径方向相对的位置处)。通常，通道沿垂直于所述一段导管的轴向方向的方向水平延伸。

管道段还可以具有连接在流体通道的外开口两端的用于测量内开口之间的压差的压力计。

虽然在使用中通道在导管壁的两侧大致水平延伸，但是每一个通道可以初始从其内开口沿垂直于内开口所在的壁的内表面的部分的方向延伸。通常，这产生非横向或者甚至是垂直的一段短通道。当所述一段导管输送气-液流体混合物的漩涡流时，壁处的液体具有大致圆周速度分量。然而，由于具有从内开口在垂直于壁的内表面的方向初始延伸的通道，因此可防止此速度分量迫使来自漩涡流的液体直接进入通道内。

附图说明

以下以示例的方式参照附图说明本发明，其中：

图1示意性地显示通过用于提供可在确定气-液流体混合物的流量时使用的测量值的设备的第一实施例的纵向截面；

图2示意性地显示用于图1的截面的气体和液体分布；

图3示意性地显示通过用于提供可在确定气-液流体混合物的流量时使用的测量值的设备的第二实施例的纵向截面；

图4是气体体积分数(fraction)与气体滞留量的图；

图5是图1或图3在用于ΔP₁的测量位置处的导管的示意性横截面；和

图6显示通过图1或图3的设备的示意性横截面。

具体实施方式

图1示意性地显示通过用于提供可在确定气-液流体混合物的流量时使用的测量值的设备的第一实施例的纵向截面。

所述设备包括圆形横截面的大致横向导管1。导管具有文丘里管2、提供导管内的收缩区的文丘里管的喉管3。

气-液流体混合物沿箭头4所示的方向流动通过导管。漩涡元件(未示出)诱导混合物显现如箭头5所示的漩涡流。此漩涡流的作用在于将来自混合物的液体移动到导管壁，以形成绕气体芯的液体环，如图2中示意性地所示。在文丘里管的喉管中，离心加速度增加液体到导管的壁的移动。

回到图1，在文丘里管喉管的横截面处，第一压力计7测量喉管的上壁部分与下壁部分上的面对测量位置之间的压差ΔP₁。第二压力计6测量文丘里管的喉管的用于ΔP₁的横截面处的测量位置与导管内的到文丘里管的入口处的测量位置之间的差压ΔP₂。导管的在包括用于ΔP₂的上游测量位置的文丘里管入口横截面处的直径为D，而文丘里管喉管的直径为d。

假设在液相与气相之间没有滑移，以下分析允许计算气体流量和液体流量。

注意：q＝体积流量

α＝滞留量

GVF＝气体体积分数

ρ＝密度

P＝压力

ΔP＝压差

v＝速度

下标

T＝总的

L＝液体

G＝气体

M＝混合物

H＝均质的

上标

t＝喉管

i＝入口

导管内的总体积流量由文丘里方程给出：

$q_T=k\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{P}_2}{{\mathrm{\ρ}}_M}}$

其中，k是常数

通过Vx^TM系统得到的经验表明在上述方程中使用文丘里管的喉管处的混合物密度ρ_M ^t可提供更精确的结果。可以由跨过喉管的压差

获得此密度。

例如，对于通过圆形横截面的导管的漩涡流来说可以显示的是(见附录)：

${\mathrm{\ΔP}}_1={\mathrm{\ρ}}_M^t\mathrm{dg}$

其中，g是重力加速度。

因此，文丘里方程可以被改写为：

$q_T^t=k\sqrt{\frac{{\mathrm{\ΔP}}_2}{{\mathrm{\ρ}}_M^{t}f({\mathrm{\ΔP}}_1,d)}}$

液体密度和气体密度ρ_L和ρ_G通常在管线条件(1ine condition)下是已知的或者可以被估计。例如，在天然气和凝析液的混合物的典型管线条件下，ρ_L实际上是常数，而ρ_G以已知的方式(即，根据理想气体定律)随压力和温度变化。

如果导管中的压力和/或温度不是已知的，则可以通过适当的装置测量所述压力和/或温度。压力计7装入用于测量导管内的喉管处的绝对压力P^t。可以提供另一个装置(未示出)用于测量在所述位置处的温度。

在没有滑移的假设下，液体密度和气体密度允许由以下公式确定气体滞留量α_G：

ρ_M＝α_Gρ_G+(1-α_G)ρ_L

其中上述公式可以被重新变换为：

${\mathrm{\α}}_G=\frac{{\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_M}{{\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_G}$

藉此

$q_G^t=q_T^t{\mathrm{\α}}_G^t$

$q_L^t=q_T^t-q_G^t$

因此，喉管内的气体和液体的体积流量可以由喉管内已知的液体密度和气体密度、以及测量值ΔP₁和ΔP₂计算。显然，这些体积流量可以被转换成导管内的其它位置处的质量流量、或者被转换成体积流量(例如，应用理想气体定律，但是忽略非常小的温度效应，q_G ⁱ可以由公式

计算)。

可以对除了漩涡流之外的流动类型执行类似的分析，但是在这种分析中，文丘里方程中的常数k和与混合物密度的有关的ΔP₁的表达式可以不同。

图3示意性地显示通过用于提供可在确定气-液流体混合物的流量时使用的测量值的设备的第二实施例的纵向截面。所述设备类似于第一实施例的设备，并且对于两个实施例的公共特征来说，在图1和图3中使用相同的附图标记。然而，第二实施例与第一实施例的不同在于：在包括用于ΔP₂的上游测量位置的入口横截面上，第三压力计8测量导管的上壁部分和下壁部分上的面对位置之间的压差ΔP₃。

以下分析允许通过额外的压差ΔP₃计算气体流量和液体流量，从而能够说明气相与液相之间的滑移。如先前的分析中所述，假设ρ_L是已知的常数，并且ρ_G以已知的方式随压力和温度变化。

压差ΔP₁和ΔP₃与在分别到文丘里管和喉管的入口处的流体混合物的密度有关，即，

${\mathrm{\ΔP}}_3=f({\mathrm{\ρ}}_M^1,D)\mathrm{and}{\mathrm{\ΔP}}_1=f({\mathrm{\ρ}}_M^t,d)$

因此，如先前的分析所述，文丘里方程可以被改写为：

$q_T^t=k\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{P}_2}{{\mathrm{\ρ}}_M^{t}f({\mathrm{\ΔP}}_1,d)}}$ (方程1)

此外，可以由以下方程确定到文丘里管和喉管的入口处的相应的气体滞留量：

${\mathrm{\α}}_G^i=\frac{({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_M^i)}{({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_G^i)}$

${\mathrm{\α}}_G^t=\frac{({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_M^t)}{({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_G^t)}$ (方程2)

藉此，从入口到文丘里管的喉管的气体滞留的变化可以被计算为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\α}}_G={\mathrm{\α}}_G^t-{\mathrm{\α}}_G^i$ (方程3)

接下来，对从入口到文丘里的喉管的GVF的变化寻求表达式。首先，应用理想气体定律：

$q_G^t=q_G^i\frac{P^i}{P^t}\frac{T^t}{T^i}$

因为典型的绝对温度的变化较小，因此T^t/Tⁱ相接近于一并且可以忽略不计。便利地，压力计7、8装入用于测量Pⁱ和P^t以及ΔP₁和ΔP₃的装置。因此，从入口到文丘里的喉管的气体流速的变化可以被表示为：

$\mathrm{\Δ}{q}_G=q_G^t-q_G^i=q_G^t(1-\frac{P^t}{P^i})$

现在GVF＝q_G/(q_G+q_L)，藉此，在合理的假设下，所述q_L是不变量：

$\frac{\mathrm{\ΔGVF}}{\mathrm{\Δ}{q}_G}=\frac{q_L}{{(q_G+q_L)}^2}=\frac{q_L}{{q_T}^2}$

因此：

$\mathrm{\ΔGVF}=\frac{q_L}{q_T^{t^2}}\·q_G^t(1-\frac{P^t}{P^i})$ (方程4)

滑移可以由GVF与α_G之间的关系被表示为：

$\mathrm{GVF}=\frac{q_G}{q_T}={\mathrm{\α}}_G\frac{v_G}{v_H}$

总之，虽然当具有单相流时，GVF＝α_G＝1或GVF＝α_G＝0，但是在有滑移的情况下，GVF≥α_G。因此，如图4中所示，滑移定律可以被近似为表示从没有滑移的情况(即，GVF＝α_G)偏移的两条直线A和B。

对于直线A来说：

$\frac{\mathrm{\ΔGVF}}{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\α}}_G}\≥1,$ 并且当α_G＝0时GVF＝0

$\⇒\mathrm{GVF}=\frac{\mathrm{\ΔGVF}}{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\α}}_G}{\mathrm{\α}}_G$

而对于直线B来说

$\frac{\mathrm{\&Delta;GVF}}{\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&alpha;}}_G}<1,$ 并且当α_G＝1时GVF＝1

$\&DoubleRightArrow;\mathrm{GVF}=\frac{\mathrm{\&Delta;GVF}}{\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&alpha;}}_G}({\mathrm{\&alpha;}}_G-1)+1$

应用此滑移定律，然后可以以迭代的方式确定GVF，并由此计算气体流量和液体流量。迭代的步骤如下：

1)由方程(1)确定q_T ^t

2)由方程(2)确定α_G ^t

3)由方程(3)确定Δα_G

4)假设没有滑移，设

$5)q_G^t={\mathrm{GVF}}^t\&CenterDot;q_T^t$

$q_L=q_T^t-q_G^t$

6)由方程(4)确定ΔGVF

7)计算

8)如果

则重设

(滑移定律，直线A)

而如果

则重设

(滑移定律，直线B)

9)迭代5)-8)直到GVF^t已经收敛

$10)q_G^t={\mathrm{GVF}}^t\&CenterDot;q_T^t$

$q_L=q_T^t{-q}_G^t$

再次，体积流量可以被转换成在导管内其它位置处的质量流量或体积流量。

可以通过适当布置的处理器(图1和图3中未示出)执行相对于第一实施例和第二实施例的上述分析，所述处理器接收来自相应设备的压力计的压差测量值(并且任选地接收绝对压力测量值和温度测量值)。然后，可以传输、存储和/或显示由分析产生的流量计算。因为漩涡流可能不稳定，并且为了降低压差测量值中的噪点的影响，对于分析来说有利的是对时均压差测量值执行分析。

虽然压差ΔP₁和ΔP₃通常会比较小，但是可以以足够精确度测量差。例如，将近似值d＝0.1m和g＝10ms^-2放入到表达式

中，并且对于假设最大值，对于ΔP₁＝1000Pa给出近似上限值。Honeywell的ST 3000系列100压差计STD120型是可以用于测量ΔP₁和ΔP₃的传统的压力计的示例。此压力计应该具有在0-1000的范围内大约±1Pa的足够精度。

事实上，因为文丘里方程(上述方程(1))中的ΔP₁相表现为平方根，因此可减少ΔP₁测量值的误差对所计算的流量的影响。

还可以采取预防措施以提高ΔP₁和ΔP₃测量值的精度。例如，如图5中所示，其中图5是图1或图3的在用于ΔP₁的测量位置处的导管的示意性横截面，连接到压力计7的流体填充通道9、10大致水平延伸通过导管的壁11。通过避免通道在面对的上壁部分和下壁部分处朝向导管开口的位置的上方和下方的流体柱，压力计对通道开口之间的重力压力头的变化的灵敏度提高了。然而，通道具有临近朝向导管内的开口的短纵向段12、13。这些短段有助于防止来自漩涡流5的液体由于流动的圆周速度分量而被迫进入通道内。优选地，压力计7通过通道9、10内的隔离波纹管14、15与导管流体隔离。可由例如Honeywell的ST3000^TM系列100获得适当的波纹管。

虽然已经结合上述示例性实施例说明了本本发明，但是当给出此公开时多种等效修改和变化对本领域的技术人员是显而易见的。因此，以上所述的本发明的示例性实施例被认为是说明性的而不是限制性的。在不背离本发明的保护范围的情况下可以对所述实施例做各种改变。

Claims (20)

1.一种用于测量气-液流体混合物的流量的方法，包括以下步骤：

提供所述气-液流体混合物流动通过的导管，所述导管大致水平延伸，并且具有收缩区，所述收缩区具有减小的导管横截面；

调节所述气-液流体混合物以在所述导管内显现漩涡流，其中所述漩涡流分离液体与气体；

测量所述导管内的两个垂直间隔开的测量位置之间的第一压差；

测量所述导管内的两个水平间隔开的测量位置之间的第二压差，第一水平间隔开的测量位置在所述收缩区处，而第二水平间隔开的测量位置在所述收缩区的上游或下游；以及

使用所述第一压差和所述第二压差以确定所述气-液流体混合物的流量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二水平间隔开的测量位置在所述收缩区的上游。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述收缩区由文丘里管提供。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述收缩区是所述文丘里管的喉管。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二水平间隔开的测量位置位于到所述文丘里管的入口处。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：测量所述导管内的在所述垂直间隔开的测量位置的上游或下游被间隔开的另外两个垂直间隔开的测量位置之间的第三压差，在所述垂直间隔开的测量位置的上游或下游测量所述第一压差，

其中，所述第一压差、所述第二压差和所述第三压差用于确定所述流量。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流体混合物包括天然气和凝析液。

8.一种用于提供在确定流体的密度时能够使用的测量值的设备，其中，所述流体包括气-液流体混合物，所述设备包括：

导管，所述流体能够流动通过所述导管，所述导管大致水平延伸；

第一压力计，所述第一压力计用于测量所述导管内的两个垂直间隔开的测量位置之间的压差；和

漩涡元件，所述漩涡元件用于诱导所述流体以在所述垂直间隔开的测量位置处显现漩涡流，

其中，由所述第一压力计测量的所述压差能够用于确定所述流体的密度。

9.根据权利要求8所述的设备，还包括：

在所述导管内的收缩区，所述收缩区具有减小的导管横截面；

第二压力计，所述第二压力计用于测量所述导管内的两个水平间隔开的测量位置之间的第二压差，第一水平间隔开的测量位置在所述收缩区处，而第二水平间隔开的测量位置在所述收缩区的上游或下游；和

处理器，其中所述处理器由来自所述第一压力计和所述第二压力计的测量值处理所述流体混合物的流量。

10.一种用于提供在确定气-液流体混合物的流量时能够使用的测量值的设备，所述设备包括：

导管，所述气-液流体混合物能够流动通过所述导管，所述导管大致水平延伸并且具有收缩区，所述收缩区具有减小的导管横截面；

第一压力计，所述第一压力计用于测量所述导管内的两个第一垂直间隔开的测量位置之间的第一压差；

第二压力计，所述第二压力计用于测量所述导管内的两个第二水平间隔开的测量位置之间的第二压差，第一水平间隔开的测量位置在所述收缩区处，而第二水平间隔开的测量位置在所述收缩区的上游或下游；和

漩涡元件，所述漩涡元件用于诱导所述流体混合物以在所述垂直间隔开的测量位置和所述水平间隔开的测量位置处显现漩涡流，其中，所述第一压差和所述第二压差能够用于确定所述气-液流体混合物的流量。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第二水平间隔开的测量位置在所述收缩区的上游。

12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述收缩区由文丘里管提供。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述收缩区是所述文丘里管的喉管。

14.根据权利要求12所述的设备，其中，所述第二水平间隔开的测量位置位于到所述文丘里管的入口处。

15.根据权利要求10所述的设备，还包括第三压力计，所述第三压力计用于测量所述导管内的在所述垂直间隔开的测量位置的上游或下游被间隔开的另外两个垂直间隔开的测量位置之间的第三压差，在所述垂直间隔开的测量位置的上游或下游测量所述第一压差，

16.一种包括处理器和根据权利要求10所述的设备的仪表，所述处理器被布置成使用由所述设备的压力计测量的压差确定流体的密度。

17.一种包括处理器和根据权利要求10所述的设备的流量计，所述处理器被布置成使用由所述设备的压力计测量的压差确定所述气-液流体混合物的流量。

18.一种包括根据权利要求10所述的设备的油井管道或气井管道。

19.一种包括根据权利要求17所述的仪表的油井管道或气井管道。

20.一种用于提供在确定气-液流体混合物的流量时能够使用的测量值的设备，所述设备包括：

一段导管，其中所述一段导管包括收缩区，所述收缩区具有减小的导管横截面，并且其中所述一段导管包括导管壁；

上流体通道，所述上流体通道穿过所述导管壁；

下流体通道，所述下流体通道穿过所述导管壁，其中所述上流体通道和所述下流体通道中的每一个都在所述导管壁的内表面上的内开口与所述导管壁的外表面的外开口之间延伸，其中每一个流体通道初始从其内开口沿垂直于所述导管壁的内表面的所述内开口所位于的部分的方向延伸，并且其中所述上流体通道和所述下流体通道被布置成使得：当在所述上流体通道的开口正好在所述下流体通道的开口上方的情况下沿着所述一段导管的轴向方向观看所述一段导管时，所述上流体通道和所述下流体通在其各自的内开口与外开口之间大致水平延伸；

第一压力计，所述第一压力计连接在所述流体通道的所述外开口的两端，用于测量所述内开口之间的压差；和

第二压力计，所述第二压力计被构造成用于测量所述导管内的两个水平间隔开的测量位置之间的压差，第一水平间隔开的测量位置在所述收缩区处，而第二水平间隔开的测量位置在所述收缩区的上游或下游。

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