CN103038611A - 多相流量计和液体膜测量方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于测量包括至少一个气相和一个液相的多相流体混合物的流速的流量计设备和方法。所述流量计包括所述混合物流动穿过的管段和测量区段。所述流量计还包括适于估计经过所述测量区段的所述混合物的所述气相和/或液相的代表分数的分数测量装置。此外，所述流量计优选包括被配置来估计以液体膜形式沿着所述管段的壁流动的所述液相的一部分的特性(例如液体膜厚度或速度)的至少一个超声波传感器。所述特性优选地用于在所述气相在所述管段的核心中流动以及所述液相的一部分部分以液体膜形式沿着所述管段的所述壁流动且所述液相的另一部分部分以液滴形式在所述管段的所述核心中流动时校正所述气相和/或液相的估计代表分数。

Description

多相流量计和液体膜测量方法

技术领域

本发明的一个方面涉及用于测量至少具有一个气相和一个液相的多相流体混合物的流速的流量计。本发明的另一个方面涉及用于测量多相流体混合物的流速以及使用液相的液体膜部分的测量校正气相和/或液相的代表分数测量。此种流量计和测量方法可尤其但非唯一地用于油田相关应用，例如以测量从地质岩层流出至为油气勘探和生产的目的已钻出的井中的烃流出物的流速。

背景技术

WO99/10712描述一种适于由包括水、油和气的多相流体混合物组成的油流出物的流速测量方法。流出物穿过文丘里管(Venturi)，其中流出物经受压降ΔP，压降的平均值在<ΔP>对应于相对于气体及液体在段塞流流态中交替的频率较低的频率f₁的期限t₁内而被确定，针对期限t₁内文丘里管收缩段上的流体混合物的密度确定平均值<ρm>且从压降和密度的平均值中推导考虑中的期限t₁的总质量流速值<Q>。

GB2447490描述一种使用增强的离心分离测量气体-液体流体混合物的流量计设备和方法。流量计被描述为包括位于流量计的喉管/收缩段上，且能够超声测量由所引致的离心分离力所形成的液体层的厚度和/或速度的超声波传感器。

此种多相流速测量在流体混合物分布估计实质均匀(如WO99/10712中)或估计实质分离(如GB2447490中)时更准确。混合物在其数个相充分混合和分散以将混合物的行为视为等效于具有类似密度和性质的单相流体时被视为均匀。然而，事实上，取决于多相流量计安装之处，输入的多相流体混合物不一定是均匀的。在这种情况下，惯例是通过使用多相流量计上游的流量调节器来使混合物均匀化。例如，盲T通常被用作与许多多相流量计相关的流量调节器。相反地，将气体-液体混合物分离为其代表相的技术是用多相流量计上游的旋流元件引致旋流。在流体均匀的情况下，基于伯努利(Bemoulli)方程式的流速计算相关且可相当准确。应注意，通常计算假设多相流体混合物的流速与文丘里喉管上的压力损失成比例，压力损失与穿过文丘里喉管的等效单相(如流体混合物)的加速成比例。

流体混合物分布与气体和液体在管内如何散布/分布相关。文丘里测量区段被界定在位于流量计的入口区段和喉管区段上的两个压力口之间。流量调节器的效率并不总是完美，这导致流量计中较不均匀的流体混合物。此外，多相混合物的“均匀度”、其有关时间的演变和其在测量区段内的位置还可根据各个参数而变化，如：流体性质、流量历史、流量计上游条件等等。对于基于均匀的流体建模，这些变化必须保持受限以在考虑特定校正的同时使这种方法保持适用。

如果入口上或多相流量计内的流体混合物的均匀度变得太低，或流体混合物的各自相之间的分离度变得太低，那么相关流体建模方法较不准确或不再适用。此外，文丘里管的测量区段内的流速与压降之间的关系无法准确地建模。因此，当多相流体混合物未根据预定建模方法分布时，对此种多相流速测量的准确度的限制可能发生。

当在混合物的一个或数个相的量变得非常低时应用基于均匀的流体建模方法时，对准确度的其它限制可能发生。尤其，这可能在测量区段中的气体体积分数(GVF)变得非常高，例如高至95％时发生。实际上，在此情况下，多相流体混合物的适当流量调节未得到保证。通常，一些液相由气流以相同速度输送且一些液体粘至管壁并且以较低速度移动。因此，可观察到许多种液体分布，如环流、雾流或环雾流。此外，液体取决于其在气体核心中或管壁上流动而以不同速度在测量区段内流动。液体在气体核心与管壁之间的分开难以(如果不可行)用在基于差压的流量计中所实施的当前仪器技术预测。此外，液体在气体核心与管壁上分开取决于许多不同参数，如流体性质、流速、内部几何形状和管缝。

因此，存在执行多相流体混合物的更准确流速测量的需要，其中传统的基于均匀的流体建模方法的使用不可行(例如，对于高气体体积分数GVF条件)或其中离心引致的分离和建模的使用不可行。

发明内容

本发明的目标是提出一种用于测量多相流体混合物的流速的流量计和/或方法，其克服现有设备和方法的一个或多个限制。

根据本发明的至少一个实施方案的一个方面，提供一种用于测量包括至少一个气相和一个液相的多相流体混合物的流速的流量计。流量计优选包括多相流体混合物流动穿过的管段，该管段包括测量区段。流量计优选还包括估计经过测量区段的多相流体混合物的气相和液相的至少一个的代表分数的分数测量装置。根据该实施方式，流量计还包括被配置来估计以液体膜形式沿着管段的壁流动的液相的一部分的至少一个特性的至少一个超声波传感器。至少一个特性用于在气相在管段的核心中流动以及液相的一部分以液体膜形式沿着管段的壁流动且液相的另一部分以液滴形式在管段的核心中流动时校正气相和液相的至少一个的估计代表分数。

流量计的测量区段被界定为管段的喉管并且位于上游部与下游部之间例如以在上游部与下游部之间产生压降。

以液体膜形式沿着管段的壁流动的液相的一部分的至少一个特性可以是且不应限于下列任一项：液体膜的厚度、液体膜的速度、液体膜的平均速度、液体膜的速度分布、沿着液体膜与多相流体混合物之间的界面的波频、波的速度和波的平均高度。

至少一个超声波传感器可被定位在喉管或测量区段上。至少一个超声波传感器可安装在管段不接触多相流体混合物的一个面上或可安装在管段的壁中。此外，至少一个超声波传感器可定位在一个位置上例如以面向多相流体混合物根据类似于测量区段上的预期条件的条件流动的管段的一个区。此外，多个超声波传感器可定位在垂直于多相流体混合物流向的相同平面上例如以估计以液体膜形式沿着管段的壁流动的液相的一部分的至少一个特性的平均值。

分数测量装置可以是伽马比重计。因此，至少一个超声波传感器可被定位使得超声波平行于伽马比重计的光束传播。

流量计还可包括用于测量上游部与测量区段之间的多相流体混合物的差压的测压孔和至少一个压力传感器。此外，至少一个超声波传感器可被定位为邻近测压孔以界定垂直于多相流体混合物流向的平面。

管段可至少在一端上连接至适于流量调节的盲T管段。此外，多相流体混合物可以是包括气、油和水的烃流出物。

根据本发明的至少一个实施方案的另一个方面，提供一种用于测量包括一个气相和一个液相的多相流体混合物的流速的方法。流速测量方法优选包括通过多相流体混合物在具有被定位在上游部与下游部之间的测量区段的管段中的流动而在流量计的上游部与下游部之间产生压降。该方法还包括将多相流体混合物暴露于伽马射线，测量测量区段上经过的气相和液相的至少一个对伽马射线的吸收率和估计多相流体混合物中气相和液相的至少一个的代表分数。

流速测量方法还包括使用至少一个超声波传感器估计以液体膜形式沿着测量区段的壁流动的液相的一部分的至少一个特性，以及基于至少一个特性在气相在管段的核心中流动以及当液相的一部分部分以液体膜形式沿着管段的壁流动且液相的另一部分部分以液滴形式在管段的核心中流动时校正气相和液相的至少一个的估计代表分数。此外，方法包括基于气相和液相的至少一个的经校正代表分数计算多相流体混合物的流速。用于测量多相流体混合物的流速的流量计可实现测量流量计中多相流体混合物的环度。因此，可通过考虑执行分数相关测量的管段中液体膜的大小而校正气体分数测量，大小通过超声波测量估计。

此外，超声波传感器可被调适为完全非侵入式，使得穿过管的壁厚的超声波信号仅引致外管结构的略微改变以牢固地装配传感器而不引入任何流体泄漏源。

其它优点可从本发明的下文描述中将变得显而易见。

附图说明

为了协助相关领域普通技术人员制作和使用本文标的，参考附图，其不旨在按比例绘制且其中为了一致性相同参考数字旨在表示类似元件。为简明起见，未在每个附图中标记每个组件。

图1示意性地图示陆上油气井位置，其示出根据本发明的一个方面的流量计的实施方案的部署的不同实例。

图2描绘示意性地示出高气体体积分数GVF情况下本发明的多相流量计的实施方案的横截面图。

图3描绘示意性地示出根据本发明的实施方案构造的文丘里型流量计的喉管的俯视横截面图。

图4描绘沿着图3的线70的侧视横截面图。

图5描绘图示文丘里型流量计的喉管的俯视横截面图，其示出液体膜在喉管壁上且液滴在喉管核心中的高气体体积分数GVF的理论情况。

图6示意性地示出根据本发明的一个实施方案的校正流速测量的方法。

具体实施方式

图1示意性地图示在钻井作业已执行后，在钻管已运行后及最终在固井、完井和射孔作业已执行且开采已开始后油气地质岩层3上方的陆上油气井位置和设备2。井正开始生产油气，例如油和/或气。在这个阶段，井筒包括实质垂直部4并且还可包括水平或偏斜部5。井筒4是未下管套钻孔或下管套钻孔或未下管套钻孔和下管套钻孔的混合。

下管套钻孔部分包括环空6和外壳7。环空6可填充水泥或裸眼完井材料，例如砾石充填。井下，井的第一生产区段8和第二生产区段9通常在对应于储层(即，油气地质岩层3的含油气区)的深度上包括射孔、生产封隔器和生产油管10、11。流体混合物13从油气地质岩层3的区8、9流出。流体混合物13是包括多个流体组分(水、油、气)和多个组成元素(水、不同油气分子、溶解在水中的不同分子)的多相油气流体混合物13。流体混合物13在井下流动穿过生产油管10、11并且从井口14流出井。井口14通过地面出油管线12被耦合至地面生产设备15。地面生产设备15通常可包括一系列连接在一起的元件，例如，减压器、热交换器、泵设备、分离器、槽、燃烧器等(未详细示出)。在一个实施方案中，至少用于测量多相流体混合物13的流速的一个或多个多相流量计1可安装为与与第一生产区段8相关的生产油管10流体连通或与与第二生产区段9(如图1所示)或井的其它区段(图1中未展示)相关的生产油管11流体连通。在另一个实施方案中，至少用于测量多相流体混合物13的流速的一个或多个多相流量计1可安装在地面出油管线12内。

控制和数据采集设备16耦合至本发明的多相流量计1和/或其它井下传感器(未示出)和/或主动式完井装置，如阀门(未示出)。控制和数据采集设备16可被定位在地面上。控制和数据采集设备16可包括计算机。其还可包括卫星链路(未示出)以传输数据至客户的办公室。其可由操作者管理。

井下生产设备和地面生产/控制设备的精确设计与本发明无密切关系，且因此本文中不详细描述这些设备。

图2是示意性地示出本发明的多相流量计1的实施方案的横截面图。多相流量计1测量不同相13，例如气、油和水的混合流的流速而不分离相。多相流量计尤其对液相执行附加测量。

多相流量计1优选包括：管段21，其具有从上游部23逐渐减小至测量区段，或喉管24，形成收缩文丘里管，随后从喉管24逐渐增大至下游部25的内径。收缩文丘里管引致涵盖喉管24的上游部23与下游部25之间的压降。围绕文丘里喉管24的管道部分构成测量区段。管段21可通过任意适当连接设备(例如具有螺栓孔图案和垫圈剖面的凸缘26(未详细示出))耦合至任意出油管线10、11、12。多相流体混合物13如箭头所示流动穿过管段21的上游部23、喉管24和下游部25。此外，虽然多相流量计1出于简明起见在本文中描述为文丘里管，但是应了解本文的本发明还可应用于本领域已知的其它多相流量计，例如V锥形流量计、孔板流量计等等。

多相流量计1的管段21可在上游部23上以盲T管段20形式耦合至第一流量调节器。多相流量计1还可在下游部25上耦合至第二盲T管段22。在该实施方式的一个方面中，第一盲T管段被调适来与进入第一盲T管段20的流体混合物13相比达成进入多相流量计1的管段21的进口的流体混合物13的更大均匀度。第二盲T管段22无调节多相流量计中的流体混合物13的作用。不同的管段20、21、22可通过上述凸缘26被耦合在一起。

此外，多相流量计1包括不同传感设备以测量流入管段21的多相流体混合物13的不同特性值。

在一个实施方案中，传感设备是基于差压测量估计多相流体混合物13的总流速的文丘里流量计。管段21配有测压孔28、29。第一测压孔28可被定位在上游部23中。第一压力传感器31与第一测压孔28相关联用于测量在上游部23中流动的多相流体混合物13的压力。第二测压孔29可被定位在喉管24上。第二压力传感器32与第二测压孔29相关联用于测量在喉管24上流动的多相流体混合物13的压力。因此，可测量上游部23与喉管之间归因于收缩文丘里管的多相流体混合物13的压降。然而，本领域技术人员应了解，差压传感器(未示出)可被定位在第一测压孔28与第二测压孔29之间以便测量上游部23与喉管24、上游部23与下游部25或喉管24与下游部25之间的多相流体混合物13的压降。

在另一个实施方案中，传感设备是分数测量装置，例如包括伽马射线源33和伽马射线检测器34的伽马比重计。伽马比重计测量多相流体混合物13的各相对伽马射线的吸收率并且针对各相估计多相流体混合物13的密度和分数流速。伽马射线源33和伽马射线检测器34直径地被定位在喉管24的每个相对侧上或靠近喉管。

伽马射线源33可以是放射性同位素钡133源或多相计量领域中已知的任意类型的核源。此种伽马射线源33产生光子，其能源分布为具有数个峰值的波谱。放射性同位素钡133源的主峰值具有三个不同能级，即32keV、81keV和356keV。作为另一个实例，已知的X射线管可用作伽马射线源33的替代。

伽马射线检测器34可包括闪烁晶体(例如，NaITI)和光电倍增管。伽马射线检测器34测量对应于已穿过喉管上的多相流体混合物13的经衰减伽马射线的不同能源窗中的计数率(检测到的光子数量)。更确切地说，在与32keV、81keV和356keV的伽玛光子能谱中的峰值相关的能量窗中测量计数率。

32keV和81keV能量窗中的计数率测量归因于这些能量上的光电和康普顿(Compton)效应而主要对流体混合物13的流体组分和构成元素(组成物)敏感。356°keV能量窗中的计数率测量归因于仅存在对此能量的康普顿效应而实质易对构成元素的密度敏感。基于这些衰减测量和校准测量，可估计每个相的分数流速和多相流体混合物13的密度。这种估计已在数个文件尤其在WO02/50522中详细描述并且将不在本文中进一步详细描述。

作为核源型分数测量装置(如伽马比重计)的替代，可使用其它分数测量装置，如基于微波或X射线的分数测量装置。

多相流量计1还可包括用于测量多相流体混合物13的温度的温度传感器(未示出)。

在另一个实施方案中，上文提出的两个传感设备可组合以估计多相流体混合物13的总流速、多相流体混合物13的密度和多相流体混合物13的每个相的分数流速。

此外，多相流量计1包括至少一个超声波传感器35、36、37、38。每个超声波传感器被用于以非侵入式方式估计沿着管段的壁流动的液体膜的至少一个特性。这种特性的实例可包括但不应限于液体膜的厚度、液体膜的速度、液体膜的平均速度、液体膜的速度分布、沿着液体膜与多相流体混合物(13)之间的界面的波频、波的速度和波的平均高度。使用本领域中已知的用于测量液体膜速度的技术，例如，如GB2447490(通过引用的方式并入本文中)的脉冲超声波多普勒流量计(Doppler)可在根据本发明的实施方案实施时增大多相流体流速测量的准确度。虽然本文提供有关膜厚度测量的详细描述，本领域技术人员应了解这种描述也可应用于液体膜的其它特性。

厚度测量在仅可估计在超声波传感器前面流动的流体的膜厚度的意义上是局部的。如本领域中已知，超声波传感器可以是以发射和接收依序运行的压电传感器。不同的传感器35、36、37可以在不同位置上安装或插入在多相流量计1的管段21的壁的外侧上，例如分别靠近上游部23和/或喉管24和/或下游部25。此外，至少另一个传感器38还可被定位在第一盲T管段20的壁的外侧上，例如靠近管段21耦合至第一盲T管段20的位置。传感器面向多相流体混合物13根据类似于文丘里喉管上的预期流动条件的流动条件流动的管道区的任意其它位置可能是方便的。超声波传感器可定位在通过管壁、通过陶瓷、塑料或适于承受流体压力的任意类型的材料以及优选具有针对多相流体混合物13的超声波测量的适当阻抗的材料与多相流体混合物分开的管段壁的外侧的盲孔中。因而，超声波传感器可螺紧或搭接在管段壁的外例上。每个超声波传感器可被定位使得超声振动/超声波垂直于多相流体混合物13流向(描绘为箭头)或管段壁或平行于分数测量装置(例如，伽马比重计)的光束传播。因此，传感器的定位不影响其它传感器的定位、多相流量计1的密封性和总体设计。如下文详细描述，这些传感器可准确测量沿着管段(尤其在测量区段)上的液体膜厚度和液体膜演变。

应注意，虽然测压孔28、29、压力传感器31、32、伽马射线源33和检测器34和超声波传感器35、36、37、38已描绘在图2中的相同平面中，但是这仅出于附图简洁起见。技术人员可显而易见的是，所述实体可在不同平面中围绕管段而被定位，例如，图3中所描绘。

压力传感器31、32、温度传感器(未示出)、伽马射线检测器34和超声波传感器35、36、37、38被耦合至控制和数据采集设备16。界面(未示出)可连接在不同传感器与控制和数据采集设备16之间。此种界面可包括模拟-数字转换器构件、多工构件、有线或无线通信构件和电力构件。

控制和数据采集设备16可确定总流速、多相流体混合物13的个别相的流速、多相流体混合物13的密度、基于由不同传感器和检测器提供的测量的温度和其它值。

图3是示意性地示出根据本发明的特定实施方案的文丘里流量计的喉管的俯视横截面图。在该实施方案中，四个超声波传感器361、362、363、364围绕喉管而被定位，即在与伽马射线源33和伽马射线检测器34相同的横截面上。这些传感器361、362、363、364可测量局部膜特性。例如，可从四个超声波传感器361、362、363、364的测量估计特性(例如，厚度和/或速度)的平均值。这种估计可被视为伽马比重计光束60中的膜特性的足够准确估计。

图3和图4均示意性地示出高气体体积分数GVF的情况。在此种情况下，具有油和水滴51的主湿气流40在管段21的核心中流动而包括具有气泡41的油和水50的液体膜沿着管段21的壁流动。在高气体体积分数GVF下，伽马比重计的准确度可明显下降。多相流体混合物13的高气体体积分数GVF被视为至少90％。

图4描绘沿着图3的线70的侧视横截面图，其示出液体膜测量原理。

传输模式中的每个超声波传感器361、363产生声信号(振动/波)61，其在沿着其路径相交的任意界面上被反射。反射声信号(振动/波)产生由接收模式中的超声波传感器361、363测量的回波。第一反射声信号62由在管段壁与壁上的液体膜50之间的界面上被部分反射的声信号61产生。第二反射声信号63由在液体膜50与气流40之间的界面上被部分反射的声信号61产生。

因此，声信号首先横跨金属71的厚度且随后液体72的厚度。不存在在气流40内归因于气相内声信号的分散而发生的任意明显或可测量回波。两个回波和其归因于多次反射的附带混叠接收并且记录在超声波传感器上。处理这些回波并且计算两个过渡时间。使用每个材料的密度和每个材料中的超声信号的速度将这些过渡时间转换为金属71的厚度和液体72的厚度。

图5是以示出下文公式的不同尺寸为目的描绘液体膜在喉管壁上以及液滴在喉管核心中的高气体体积分数GVF的理论情况的文丘里流量计喉管的俯视横截面图。

在图5所描绘的高气体体积分数GVF的实例中，流动穿过文丘里喉管的流体混合物13包括在壁上具有液滴和液体膜的气体核心。在该实例中核心的直径大约为总喉管直径的75％。因此，假设纯气体核心，气体分数为大约50％并且观察光束限值内的流体分布，可见气体核心占据远大于总光束面积的50％。因此，光束中测量到气体分数明显高于管道中的真实气体分数。当在核心中还存在液滴(如所示)时，减小了该误差的影响。

假设在分数用伽马比重计测量的位置上测量膜厚度72或膜厚度的平均值(见图3的实例)。在该实例中液体膜被假设为完美环空。

此外，为简化起见假设几何形状为二维2-D，即，伽马比重计的光束60由穿过其最宽部分的横截面而非由圆柱体表示。全三维3-D计算可行但不会明显地改变所获得的结果。

文丘里喉管具有半径R_T。估计为气体和液滴的均匀混合物的核心具有半径R_C。光束的半径是a。

光束A_BC内的核心(液滴+气体)面积可通过下列方程式计算：

$A_{\mathrm{BC}}=4{\&Integral;}_0^a\sqrt{R_C^2-x^2}\mathrm{dx}---\left(1\right)$

其可以标准积分形式求解，给定：

$A_{\mathrm{BC}}=4\left[\frac{R_C^2}{2}(a\sin \left(\frac{a}{R_C}\right)+\frac{a}{R_C^2}\sqrt{R_C^2-a^2})\right]---\left(2\right)$

类似地，光束A_B内的总面积(核心+膜)可通过下列方程式计算：

$A_B=4{\&Integral;}_0^a\sqrt{R_T^2-x^2}\mathrm{dx}---\left(3\right)$

其可以标准积分形式求解，给定：

$A_B=4\left[\frac{R_T^2}{2}(a\sin \left(\frac{a}{R_T}\right)+\frac{a}{R_T^2}\sqrt{R_T^2-a^2})\right]---\left(4\right)$

膜A_BC占据的面积是这两个面积的差值：

A_BF＝A_B-A_BC     (5)

这个计算假设核心直径大于光束直径。但是液滴占据的光束面积是A_BCD。

由伽马比重计测量的液体分数是：

${\mathrm{\&alpha;}}_L=\frac{A_{\mathrm{BF}}+A_{\mathrm{BCD}}}{A_B}---\left(6\right)$

光束内液滴所占据的面积是：

A_BCD＝A_B×α_L-A_BF     (7)

此外，假设液滴51被均匀分布在核心内。因此，穿过光束的液滴分数可被视为等效于喉管区域上方的液体分数。喉管区域上方的液滴分数是：

喉管壁上方膜形式的液体的真实分数是：

最后，喉管上方的真实液体分数是：

因此，已知文丘里喉管的尺寸和光束的尺寸(两者已知在多相流量计制造过程期间具有相应容限)以及测量膜72的厚度，可校正液体分数及因此也校正由伽马比重计测量到的气体分数。

图6示意性地示出用于计算本发明的流速测量的方法。

在第一步骤S1中，如上文参考图2详细说明执行不同测量，即：

-差压ΔP测量；

-伽马衰减γ测量；

-超声US测量；和

-压力P和温度T测量。

在第二步骤S2中，执行两个系列计算。首先，从例如伽马比重计的衰减测量估计气体分数α_G和液体分数α_L。其次，可从超声波测量中计算出喉管α_L-喉管/膜上膜形式的液体的分数。

在第三步骤S3中，估计的气体分数α_G和液体分数α_L可从喉管α_L-喉管/膜上膜形式的液体的计算出来的分数校正。计算经校正的气体分数α_G-COR和液体分数α_L-COR。喉管α_L-喉管/膜上液滴形式的液体的分数可使用下列方程式计算：

α_{L-喉管/液滴}＝1-α_G-COR-α_L-喉管/膜    (11)

在第四步骤S4中，气相Q_G的流速、液相Q_L的流速、膜Q_L-膜形式的液体的流速和/或液滴Q_L-液滴形式的液体的流速可基于差压ΔP测量、经校正气体分数α_G-COR、液体膜分数α_L-喉管/膜和液滴分数α_{L-喉管/液 滴}计算。这种计算还可考虑流体性质，例如但不限于与从多相流量计的校准中已知或获得的气体IN_G或液体IN_L输入相关的密度、粘度和表面张力和/或测量期间多相流体混合物13的实际压力P和温度T条件的效果。因此，多相流量计的性能可改进。

应了解，本发明的实施方案不限于陆上油气井并且还可用于海上。此外，虽然一些实例具有示出水平井筒和垂直井筒的图，但是实例还可应用于斜井井筒。本发明的所有实施方案同等地适用于下管套钻孔和未下管套钻孔(裸孔)。虽然本发明的特定应用涉及油田行业，但是至其它行业，例如采矿业或类似行业的其它应用也可行。本发明的设备适用于不同油气勘探和生产相关应用，例如，长期开采井监测应用，其中数个多相流量计定位在井中的不同位置上。

虽然本发明结合文丘里流量计描述，但是重要的是当多相流体混合物13流动穿过多相流量计时压降的产生。如上文所述，这也可用V锥形或孔板型流量计获得。

附图和其上文描述示出而非限制本发明。

虽然附图将不同功能实体图示为不同块，但是这绝不排除单个实体执行数个功能或数个实体执行单个功能的实施方式。在这个方面，附图是非常概略的。

权利要求中的任意参考符号不应被解释为限制权利要求。词“包括”不排除除权利要求所列元件以外的其它元件的存在。元件前的词“一个”(a，an)不排除多个这种元件的存在。

Claims (20)

1.一种用于测量包括至少一个气相(40)和一个液相(50)的多相流体混合物(13)的流速的流量计(1)，所述流量计(1)包括：

管段(21)，所述多相流体混合物(13)流动穿过所述管段(21)，所述管段(21)包括测量区段(24)；

分数测量装置，其估计在所述测量区段(24)上经过的所述多相流体混合物(13)的所述气相(40)和所述液相(50)的至少一个的代表分数；

其中所述流量计(1)还包括：

至少一个超声波传感器(35、36、37、38)，其被配置来估计以液体膜形式沿着所述管段(21)的壁流动的所述液相(50)的一部分的至少一个特性，所述至少一个特性用于在所述气相(40)在所述管段(21)的核心中流动以及所述液相(50)的一部分部分以所述液体膜形式沿着所述管段(21)的壁流动且所述液相(50)的另一部分部分以液滴形式在所述管段(21)的所述核心中流动时校正所述气相(40)和所述液相(50)的至少一个的估计代表分数。

2.根据权利要求1所述的流量计(1)，其中至少一个超声波传感器(36)被定位在所述测量区段(24)上。

3.根据权利要求1或2所述的流量计(1)，其中至少一个超声波传感器(35、36、37、38)被定位在一个位置上以面向所述多相流混合物(13)根据类似于所述测量区段(24)上的预期条件的条件而流动的所述管段(21)的一个区。

4.根据权利要求1、2或3所述的流量计(1)，其中以液体膜形式沿着所述管段(21)的壁流动的所述液相(50)的一部分的所述至少一个特性选自由下列项组成的组：所述液体膜的厚度、所述液体膜的速度、所述液体膜的平均速度、所述液体膜的速度分布、沿着所述液体膜与所述多相流体混合物(13)之间的界面的波频、所述波的速度和所述波的平均高度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的流量计(1)，其中所述测量区段(24)被界定为所述管段(21)的喉管且位于上游部(23)与下游部(25)之间例如以在所述上游部(23)与所述下游部(25)之间产生压降。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的流量计(1)，其中多个超声波传感器(361、362、363、364)被定位在垂直于所述多相流体混合物(13)流向的相同平面上，例如以估计以液体膜形式沿着所述管段(21)的壁流动的所述液相(50)的一部分的所述至少一个特性的平均值。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的流量计(1)，其中所述分数测量装置是伽马比重计。

8.根据权利要求7所述的流量计(1)，其中所述至少一个超声波传感器(35、36、37、38)被定位使得超声波(61、62、63)平行于所述伽马比重计的光束(60)传播。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的流量计(1)，其中所述至少一个超声波传感器(35、36、37、38)被安装在所述管段(21)不接触所述多相流体混合物(13)的一个面上。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的流量计(1)，其中所述至少一个超声波传感器(35、36、37、38)被安装在所述管段(21)的所述壁中。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的流量计(1)，其中所述流量计(1)还包括用于测量所述上游部(23)与所述测量区段(24)之间的所述多相流体混合物(13)的差压的测压孔(28、29)和至少一个压力传感器。

12.根据权利要求11所述的流量计(1)，其中至少一个超声波传感器(35、36、37、38)被定位为邻近所述测压孔(28、29)以界定垂直于所述多相流体混合物(13)流向的一个平面。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的流量计(1)，其中所述管段(21)至少在一端上连接至盲T管段(20、22)。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的流量计(1)，其中所述多相流体混合物(13)是包括气、油和水的烃流出物。

15.一种用于测量包括气相(40)和液相(50)的多相流体混合物(13)的流速的方法，所述流速测量方法包括：

通过所述多相流体混合物(13)在具有被定位在上游部(23)与下游部(25)之间的测量区段(24)的流量计(1)的管段(21)中的流动在所述流量计的所述上游部(23)与所述下游部(25)之间产生压降；

使所述多相流体混合物(13)暴露于伽马射线(60)，通过在所述测量区段(24)上经过的所述气相(40)和所述液相(50)的至少一个来测量(S1)所述伽马射线(60)的吸收率和估计所述多相流体混合物(13)中的所述气相(40)和所述液相(50)的至少一个的代表分数；

其中所述流速测量方法还包括：

使用至少一个超声波传感器(35、36、37、38)估计(S2)以液体膜形式沿着所述测量区段(24)的壁流动的所述液相(50)的一部分的至少一个特性；以及

基于所述至少一个特性在所述气相(40)在所述管段(21)的核心中流动以及所述液相(50)的一部分部分以所述液体膜形式沿着所述管段(21)的所述壁流动且所述液相(50)的另一部分部分以液滴形式在所述管段(21)的所述核心中流动时校正(S3)所述气相(40)和所述液相(50)的至少一个的估计代表分数；以及

基于所述气相(40)和所述液相(50)的至少一个的经校正代表分数计算(S4)所述多相流体混合物(13)的所述流速Q_TOT。

16.根据权利要求15所述的用于测量多相流体混合物(13)的流速的方法，其中在面向所述多相流体混合物(13)根据类似于所述测量区段(24)上的预期条件的条件流动的所述管段的一个区的一个位置上估计所述至少一个特性。

17.根据权利要求15或16所述的用于测量多相流体混合物(13)的流速的方法，其中以液体膜形式沿着所述管段(21)的壁流动的所述液相(50)的一部分的所述至少一个特性选自由下列项组成的组：所述液体膜的厚度、所述液体膜的速度、所述液体膜的平均速度、所述液体膜的速度分布、沿着所述液体膜与所述多相流体混合物(13)之间的界面的波频、所述波的速度和所述波的平均高度。

18.根据权利要求15或17所述的用于测量多相流体混合物(13)的流速的方法，其中计算所述多相流体混合物(13)的所述流速Q_TOT包括计算所述气相(40)的流速Q_G、所述液相(50)的流速Q_L、所述液相(50)的所述液体膜部分的流速Q_L-膜和所述液相(50)的所述液滴部分的流速Q_L-液滴中的至少一个。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的用于测量多相流体混合物(13)的流速的方法，其中所述至少一个特性通过被定位在垂直于所述多相流体混合物(13)流向的相同平面上的多个超声波传感器(361、362、363、364)由所述液体膜厚度的平均值估计。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的用于测量多相流体混合物(13)的流速的方法，其中所述方法还包括测量所述上游部(23)与下游部(25)之间的所述多相流体混合物(13)的所述差压。

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