CN103502779B - 用于测量存在于多相流中的不同流体的流量的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于测量存在于多个不同的多相流(C)中的不同流体的流量的设备和方法，在运输中，每个多相流(C)穿过各自的主流管(2)。设备(1)包括用于每个管(2)的测量单元(3)。每个测量单元(3)包括采样装置(4)。每个测量单元(3)包括位于各个采样装置(4)下游的压差类型的第一和第二测量器件(5)。设备(1)包括与测量单元(3)相关联的相分离器(8)。设备(1)包括插入测量单元(3)和分离器(8)之间的选择器件(18)，用于使后者与设想的采样装置(4)的一个连通。设备(1)包括与分离器(8)相关联的用于测量分离的不同流体的流出流量的第三测量器件(12)和适用于接收和处理通过测量装置(5，7，12)揭露的数据的数据处理器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量存在于多个不同的多相流中的不同流体的流量的设备，在运输中，每个多相流穿过各自的主流管，各个主流管不构成所述设备的一部分。
本发明的一个目的还涉及一种用于测量在各个不同的主流管中流动的不同多相流中的每个相的流量的方法。
本发明的目的用于石油工业，特别地，适用于测量沿着各个流管运输的多相流中的相的流量，各个流管集中在海上平台或集群岸上平台中。
背景技术
如已知的，在石油和天然气的生产过程中，在流管运输烃中，实施测量以确定多相流和单个相的流量，多相流由两相或三相油-水-气体的组合组成。
各个管道运输油/烃中的不同相的流量测量对于控制和调节烃的生产是必须的，对于评估多相流中的水和气体含量也是必须的。
为了精确地揭露油-水-气体多相流中的不同相的流量，可以使用能够在不同流态中操作的多相流量计(MPFM)。
一些多相流量测量器严格地与石油工业相关联，另一些基于电离辐射，又另一些基于微波的使用。但是，这些仪器以测量中的显著不确定性为特征。
传统的多相流体的测量方法设想通过两相或三相分离器实现流体的分离以及单个流出相的流量的测量。
由于这些分离器是特别昂贵、笨重且沉重的，因此通常仅使用一个三相分离器来测量彼此接近的不同管线或流管。
通过阀的适当组合(称作歧管)，可以使得管线或多相流管的任一个与三相分离器流体连通，以便实施来自特定井的流的测量，而所有其他多相流管保持在生产状态。根据这个方法实施的测量是分析的多相流的相的流量的非连续测量。换言之，这个测量实施在直接取自相关管线或多相流管的流的样品上。
除了用于与分离器连通的歧管之外，这个系统还提供另一生产歧管，来自各个井的所有管线或流管都发送至该另一生产歧管。
如文献WO2005/031311和WO2007/060386中描述和说明的，还已知与多相流的总流量计相联接的使用等速采样的多相流量计。总流量计独立于等速采样而操作，允许表征多相混合物的液体和气体流量。
基于等速采样、能够对高容积率(即，(LVF)＞10％)的液体和在任何流态(例如，层流、泡沫、弹状流等)操作的设备和简单的多相流量测量方法也是已知的。
这个系统通常应用于来自井的每个管线或流管，并实现来自单个井的油、气体和水的连续测量。
尽管多相流的不同测量技术具有特定的优点，但是申请人已经发现它们不是没有缺点的，并且很多方面可以改进，主要关于实施的测量的精确度、相当大量的多相流的转移、设备的总负担、以及设备的总成本。
特别地，申请人已经发现通过管线的分组的传统多相测量方法设想每个管线的流量的整体收集。以这种方式，收集的整个多相流量发送至三相分离器，三相分离器必须具有适当的尺寸，从而产生重大的负担和成本。
可选地，已知将整个多相流量转移到已知类型的多相测量装置的方法。这个方法意味着，对于流体流必须通过已知类型的测量器测量的所有井，针对使用寿命内的可能测量范围的整个包络设计多相流量计的尺寸，除非接受测量精确度的显著下降，这个条件是很难达到的。
另一方面，其他方法设想要求用于设想的每个管线的测量系统的多相流量的连续测量。当然，每个系统的成本和负担必然是设想的每个流线的倍数。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种能够解决已知技术中发现的问题的、用于测量存在于多个不同多相流中的不同流体的流量的设备和方法。
本发明的一个目的是保证多相流的相的流量的精确测量。
本发明的进一步目的是允许分组的多相流线中的多相流的最佳的半连续测量。
本发明的另一个目的是减小待分离的多相流的流量。
本发明的又一个目的是简化测量设备。
本发明的进一步目的是减小测量设备的总负担。
本发明的另一个目的是降低测量设备的总成本。
上述的目的及其他目的，通过如所附权利要求表达和描述的用于测量存在于多个不同多相流中的不同流体的流量的设备和方法基本实现。
附图说明
现在提供根据本发明的优选但不是惟一的实施例的用于测量存在于多个不同的多相流中的不同流体的流量的设备和方法的描述。下面参考附图实现这个描述，附图是用于纯说明性而非限制性的目的，其中所述附图的图1是根据本发明的用于测量存在于多个不同的多相流中的不同流体的流量的设备的示意图。
具体实施方式
如附图1示意性地所示，设备1与例如来自于烃的各个提取井(未示出)的多个主流管2或多相流线可操作地相关联。
更具体地，示出的设备1与用于来自各个提取井的各个多相流C的运输的四个主流管线2可操作地相关联。
当然，上述的主流管2的数量仅是管的分组的一个示例，根据特定情况，主流管2的数量可以从最小值2变化到建立的最大数量N(例如从5到15)。
根据图1示出的配置，设备1适用于实现存在于多个不同的多相流C(在运输中，每个多相流C穿过各自的主流管2)中的不同流体(特别是水、油和气体)的测量。
从图1可以看出，设备1包括与每个主流管2可操作地相关联的至少一个测量单元3。
根据图1示出的方案，每个测量单元3同轴地截交各个主流管2的第一部分2a和相邻的第二部分2b。
每个测量单元3有利地包括采样装置4，特别是等速采样装置，采样装置4用于采样沿着各个主流管2运输的预定量的各个多相流C。
等速采样装置4具有在各个主流管2的入口，从沿着各个主流管2运输的多相流C的流量中收集流量P，转移多相流C的所述流量的总流量Q的等分部分P的功能。
第一测量器件5(特别是已知类型的压差测量器)与等速采样装置4对应设置，用于在采样后，测量收集的等分部分或采样部分P与多相流C或未采样部分之间的压差。这个压差必须是零以保证采样是等速的。
每个测量单元3还包括沿着各个主流管2且在各个等速采样装置4的下游的节流阀6，节流阀6配置为产生用于实现所需的采样必需的压降。
可以设想与节流阀6相对应的第二测量器件7，有利地，已知类型的压差测量器，适用于测量流经过节流阀6时由于流的通过而产生的压降。
可以使用可选的已知测量方法，例如超声、涡流或容积测量器，当可适用时，用于确定容积流量。
再参考图1，设备1还包括至少一个分离器装置8，优选地，小型分离器，甚至更优选地，具有高效率的分离器，与测量单元3可操作地相关联，用于分离存在于通过各个采样装置4收集的各个采样部分P中的水相、油相和气相。
更具体地，每个测量单元3的等速采样装置4与上述的分离器装置8流体连通，通过共用进给管道9将收集的各个部分P的流量进给至分离器装置8以将收集的各个部分P分离成它的液体和气体成分。
液相通过至少一个管10离开分离器装置8的底部，而气相通过至少一个管11离开分离器装置8的上端。
还可以设想用于排出液相的两个下管，每个下管与存在于上述多相流中的液体(即，水和油)的类型相关。
再参考图1，设备1还包括第三测量器件12，有利地，已知类型的液体流量的测量器12a和已知类型的气体流量的测量器12b，第三测量器件12与分离器装置8可操作地相关联，用于分别测量存在于各个采样部分P中的不同流体的流出流量。
流量计12a有利地可操作地定位在分离器装置8和分离出的流体的接合连接13之间。在这种情况下，管10被配置为用于通过上述的接合连接13进给气相的管11内的液体的流量。
从图1可以看出，液相和气相的接合连接13位于各个主流管2的段2b中的液相和气相的各个联接的上游以及各个测量单元3的下游。
可以被关闭以实现非连续测量的阀14有利地可操作地定位在接合连接13与第三测量器件12的液体的流量计12a之间。
至少一个水平测量器15(优选地差分类型的水平测量器)有利地与分离器装置8相关联。
再参考图1，在接合连接13的上游，关于气相的管11被第三测量器件12的气体流量计12b截断。
设备还包括调节器件16。调节器件16可操作地定位在分离器装置8的出口处分离出的流体的接合连接13的下游，用于控制通过各个测量单元3的各个采样装置4采样的流量。
再参考图1，设备1为设想的每个主流管2提供与接合连接13流体连通的各个运送管道17。每个运送管道17有利地装备有构成上述的调节装置16的一部分的至少一个阀16a，优选地，串联布置的两个阀16a。
每个阀16a在关闭状态和打开状态之间可变换；在关闭状态下，阀16a阻塞各个运送管道17；在打开状态下，阀16a允许来自所述接合连接13的流体朝各个主流管2通过。
根据本发明的有利方面，设备1还装备有选择器件18，选择器件18可操作地插入设想的测量单元3的每一个和分离器装置8之间，以使得分离器装置8与选择的至少一个测量单元3的采样装置4流体连通。
更具体地，选择器件18在排除状态和选择状态之间可变换；在排除状态下，每一个测量单元3的采样装置4不与分离器装置8流体连通；在选择状态下，至少一个测量单元3的采样装置5与分离器装置8流体连通，而其他测量单元3的采样装置4不与分离器装置8流体连通。
根据本发明的可选实施例的方案，从主流管2收集的流量不再重新插入主流管2内而是插入主流管2会聚的共用生产线(图中未示出)内。
根据这个配置，每个主流管2与共用生产线直接流体连通。
在主流管2和共用生产线2之间的连接的下游，分离器装置8的接合连接13也与共用生产线直接流体连通。
可以设想在分离器装置8的接合连接13和共用生产线之间的一个或多个断流阀，一个或多个断流阀可以普遍地用于在需要维护干预时将分离器装置8与整个系统隔离开。
选择器件18有利地可操作地沿着排渣管19定位，排渣管19在设想的每个测量单元3的采样装置4和分离器装置8的进给管道9之间延伸。
特别地，对于每个排渣管19，选择器件18包括至少一个流量阀18a，至少一个流量阀18a定位在分离器装置8的进给管道9中的各个排渣管19的各个联接的上游。
设备1有利地包括数据处理器件(由于它们是已知的，因此未示出)，数据处理器件适用于通过特定电线20和电连接器21，接收通过每个测量单元3的第一测量器件5、每个测量单元3的第二测量器件7、分离器装置8的第三测量器件12和位于接合连接13的下游的调节器件16揭露的数据。
数据处理器件还适用于通过相应的电线20和电连接器21发送相应的操作信号至调节器件16以改变每个测量单元3的采样装置4中的采样部分P的流量。
数据处理器件有利地还通过电线20和电连接器21根据将在某些主流管2中实施由此在某些提取井中实施的验证控制选择器件18在排除状态和选择状态之间变换。
而且，在与每个主流管2相关联的测量单元3的上游，设备1可以包括至少一个绝对压力计(未示出)和温度测量器(未示出)，用于分别监控在各个主流管2内流动的多相流C的压力P和温度T。
本发明的一个目的还涉及一种用于测量存在于在上述主流管2中流动的每个流C中的每个相的流量的方法。
根据本发明的方法包括将与分离装置8连通的测量单元3的选择阶段。
更具体地，通过以下的方式起动选择阶段：通过适当的液压连接，使与将在其上实施流量测量的主流管2相关联的测量单元3的采样装置4与分离器装置8流体连通，以分离从各个多相流C收集的量的流量P的相。
选择性地实施选择的采样装置4与分离器装置8之间的连接，而排除应用于其他主流管2的采样装置4与分离器装置8之间的连接。
通过使得液压地插入在分离器装置8和相应的采样装置4之间的各个阀18a在关闭状态和打开状态之间变换来实现选择的采样装置4和分离器装置8之间的连接。
当已经选择将与分离器装置8流体连通的采样装置4时，实施从相应的主流管2的区域部分(存在基本等速的状态)采样各个多相流C的预定量的流量的阶段。以这种方式，分离器装置8接收单个流管2的多相流C的部分P。
采样之后，采样部分P适当地受到构成各个多相流的相的分离，以便测量分离出的每种流体(即，气体、水和油)的流量。
接着测量在分离器装置8中分离的每个相的流量。
一旦已经测量每个相的流量，每个相与接合连接13对应再次结合以便最后引入它们之前从其移除的主流管2。
根据本发明的设备和方法解决了已知技术中遇到的问题并实现重要的优点。
首先，通过将选择歧管替换为多个具有有限尺寸的阀，上述的设备允许消除笨重、沉重且昂贵的选择歧管。这个替换是可行的，因为从来自各个提取井的多相流移除的部分对应于其等分部分且关于各个流的总流量变化。
更具体地，由于从每个多相流移除的部分是关于等分部分(优选地从预定的理想最大流量的1/5变化到1/10)建立的，因此移除的等分部分关于每个流的流量变化。
对于具有接近于或相当于预定的理想最大流量的显著流量的流来说，移除的等分部分对应于上述的极端值内的值。
对于具有有限流量的流来说，移除的等分部分对应于各个多相流的最大流量。
以这种方式，还在不使用用于测量覆盖不同范围的值的单个相的流量的仪器的情况下，可以扩大底部刻度与可以显示的最小值之间的比值，即，量程。因此上述设备的配置允许显著地减小将经历分离阶段的采样部分P的流量。因此，设计具有各个阀的选择器件和具有测量器件及与其相关联的阀的分离器装置的尺寸，以在明显减小的总流量上操作。因此，选择器件和分离器装置都具有相对于已知技术减小的负担和重量，这导致测量设备的总负担和重量的减小。
还应指出的是，上述的设备允许检测下的相的流量的精确测量，总成本显著减小，因为选择器件由用于每个测量单元的阀组成，而分离器装置的尺寸是为待检测的有限流量而设计的。
Claims (7)
1.一种用于测量存在于多个不同的多相流(C)中的不同流体的流量的设备，在运输中，每个多相流(C)穿过各自的主流管(2)，所述主流管(2)不构成所述设备(1)的一部分，所述设备(1)包括：
至少一个测量单元(3)，所述至少一个测量单元(3)与每个主流管(2)可操作地相关联，每个测量单元(3)同轴地截交所述各个主流管(2)的第一部分(2a)和相邻的第二部分(2b)，且包括：采样装置(4)，特别地，等速采样装置，用于采样预定量的各个多相流(C)，适用于将所述多相流(C)分离成采样部分(P)和非采样部分；位于所述各个采样装置(4)的下游的、所述采样部分(P)和非采样部分之间的压差的第一测量器件(5)；节流阀(6)，所述节流阀(6)具有相对于所述各个流管(2)的通流截面减小的通流截面且位于所述各个采样装置(4)的下游；与所述各个节流阀(6)可操作地相关联的压差的第二测量器件(7)；
分离器装置(8)，所述分离器装置(8)与所述测量单元(3)可操作地相关联，用于分离从所述相应的采样装置(4)采样和收集的所述各个部分(P)的所述相；
选择器件(18)，所述选择器件(18)可操作地插入在所述测量单元(3)和所述分离器装置(4)之间，用于使得所述分离器装置(8)与至少一个所述测量单元(3)的采样装置(4)流体连通，所述选择器件(18)至少在排除状态和选择状态之间可变换，在所述排除状态下，设想的每一个所述测量单元(3)的所述采样装置(4)不与所述分离器装置(8)流体连通，在所述选择状态下，设想的至少一个所述测量单元(3)与所述分离器装置(8)流体连通，而其他剩余的测量单元(3)的所述采样装置(4)不与所述分离器装置(8)流体连通；
第三测量器件(12)，所述第三测量器件(12)与所述分离器装置(8)可操作地相关联，用于测量存在于所述各个采样部分(P)中的所述不同流体的流出流量，所述第三测量器件(12)可操作地布置在所述分离器装置(8)和所述分离出的流体的接合连接(13)之间；
调节器件(16)，所述调节器件(16)可操作地定位在所述接合连接(13)的下游，用于控制通过与所述分离器装置(8)流体连通的所述各个测量单元(3)的所述各个采样装置(4)采样的流量(P)；
数据处理器件，所述数据处理器件适用于接收和处理从每个测量单元(3)的所述第一测量器件(5)和所述第二测量器件(7)、所述分离器装置(8)的所述第三测量器件(12)以及位于所述接合连接(13)的下游的所述调节器件(16)收集的数据，所述数据处理器件适用于发送操作信号至所述调节器件(16)，用于改变每个测量单元(3)的每个采样装置(4)中的所述采样部分(P)的流量，所述数据处理器件命令所述选择器件(18)在所述排除状态和所述选择状态之间变换；
通过每个测量单元(3)的所述采样装置(4)采样的所述部分(P)的至少一个进给管道(9)，所述至少一个进给管道(9)使所述分离器装置(8)和所述测量单元(3)流体连通。
2.根据权利要求1所述的设备，包括：
用于每个测量单元(3)的排渣管(19)，所述排渣管(19)从所述各个测量单元(3)的所述采样装置(4)延伸且通过所述进给管道(9)与所述分离器装置(8)流体连通，
所述选择器件(18)包括用于每个测量单元(3)的至少一个流量阀(18a)，所述至少一个流量阀(18a)可操作地沿着所述各个排渣管(19)设置在所述分离器装置(8)的所述进给管道(9)的上游。
3.根据权利要求1所述的设备，包括用于设想的每个主流管(2)的各个运送管道(17)，所述各个运送管道(17)与所述接合连接(13)流体连通，每个运送管道(17)装备有至少一个阀(16a)，优选地，串联布置的两个阀(16a)，所述至少一个阀(16a)在闭合状态和打开状态之间可变换，在所述闭合状态下，所述至少一个阀(16a)阻塞所述各个运送管道(17)，在所述打开状态下，所述至少一个阀(16a)允许来自所述接合连接(13)的所述流体朝所述各个主流管(2)通过。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中每个测量单元(3)的所述采样装置(4)适用于从每个多相流(C)收集在预定的理想最大流量的1/5至1/10之间可变的等分部分(P)，由此收集的所述等分部分(P)关于每个多相流(C)的所述流量变化。
5.一种用于测量在各个不同的主流管(2)中流动的多个不同的多相流(C)中的每个相的流量的方法，所述方法包括以下阶段：
从所述主流管的一个的证实基本等速状态的区域部分收集各个多相流(C)的预定量的流量，通过各个等速采样装置(4)实施所述量的流量的收集；
通过液压连接使得所述各个采样装置(4)与分离器装置(8)流体连通，所述分离器装置(8)用于分离收集的所述量的流量的所述相，所述选择的采样装置(4)与所述分离器装置(8)之间的连接被实施而排除应用于其他主流管(2)的采样装置(4)与所述分离器装置(8)之间的液压连接；
测量在所述分离器装置(8)中分离的每个相的流量；
测量所述分离出的相的流量之后，结合所述分离出的相；
将所述结合的相引入所述各个主流管(2)中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中通过变换各个阀(18a)实现所述选择的采样装置(4)和所述分离器装置(8)之间的连接，所述各个阀(18a)液压地插入在所述分离器装置(8)和与所述各个主流管(2)相关联的所述采样装置(4)之间。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中各个多相流(C)的预定量的流量的采样阶段包括用于从每个多相流(C)收集在预定的理想最大流量的1/5至1/10之间可变的等分部分(P)的阶段，由此收集的所述等分部分(P)关于每个多相流(C)的所述流量变化。
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