CN108759951A - 一种在线测量原油/天然气/水三相流量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线测量原油/天然气/水三相流量的方法及装置，首先把原油、天然气、水三相混合物流体加热到所需要的温度，计算加热量，得到三相混合物流体的平均比热与相比率。倒U型管内文丘里管用来测量三相混合物的平均密度；水平文丘里管用来测量三相混合物流体的总体积流量。联立计算混合物密度、相比率和总体积流量，就可以算出原油、天然气和水的各相流量。本发明的在线测量原油/天然气/水三相流量的方法及装置，解决了原油流量测量的难题，提高了原油井口加热效率。其测量方法新颖、独特、科学。装置可靠，无易损部件，测量精度高，数据可靠。

Description

一种在线测量原油/天然气/水三相流量的方法及装置

技术领域

本发明属于石油生产的测量技术领域，涉及一种测量方法和装置，进一步涉及一种在线测量原油/天然气/水三相流量的方法及其装置。

背景技术

在原油开采过程中,同时开采出的还有天然气和水，为了确定原油与天然气的产量，了解地层原油储藏量变化，需要对产出的原油，天然气进行连续计量，由于原油出过程中，同时开采出水，使得单一原油测量变得困难，误差增大，当天然气和水产出较多时，单一原油流量计就无法使用。所以，对原油进行计量时，必须考虑天然气和水的产出，也就是要进行气液三相的流量计量。

原油流量计有很多种，如容积式、压差式、质量式、动量式、超声波等。但是，对于原油生产中的流量测量，仍然是个难题。测量的困难在于原油中带有不等量的水和天然气，从而影响原油的测量。最原始的井口原油计量是先将天然气，原油和水分离后，再分别计量单相的气体与液体流量。因此大多数原油流量计的测量误差比较大。

流量计的测量原理中都需要知道原油密度，而水和天然气的存在使原油的真实密度随时间产生很大的变化，从而使流量测量产生很大误差。原油中含水比率测量一直是个难题，主要是它们的很多物理性质很相似，在含水率从1-100％之间变化时，密度差变化只有5-15％之间的变化，应用其它物理性质来测量，存在流态的变化这个影响因素。在相同的含水率下，如电容，电导等介电常数表现出多值性，加上流体的温度和压力随时变化。这样的流动形态使流量测量更加困难。因此，研究开发测量精度高、低成本、稳定可靠的原油/天然气/水多相流量装置，对原油生产具有非常重要的意义，可以极大地提高原油生产开发管理技术水平。油井井口的电磁感应变频加热可以达到提高原油加热效率，节省能源。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在线测量原油/天然气/水三相流量的方法及装置。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种在线测量原油/天然气/水三相流量的方法，其特征在于，首先用加热器把原油、天然气、水三相混合物流体加热到所需要的温度，计算加热量得到三相混合物流体的平均比热与相比率，采用倒U型管内文丘里管测量三相混合物流体的平均密度；用水平文丘里管测量三相混合物流体的总体积流量；联立计算混合物密度、相比率和总体积流量，就可以算出原油天然气、水三相混合物流体中的原油、天然气和水的各相流量。

按下列步骤进行：

步骤一，在原油主管进口处，连接一管径大小与原油主管直径相同的水平直管，该水平直管内安装有加热器，加热器一端有功率传感器，在加热器出口处，安装第二温度传感器；

在原油主管进口处还安装有压力传感器和第一温度传感器，其中，所述第一温度传感器和第二温度传感器用于测量加热前后的原油、天然气、水三相混合物流体温度；压力传感器用于测量原油主管内的原油、天然气、水三相混合物流体的压力；

步骤二，原油、天然气、水三相混合物流体流入一个倒U型管中,在倒U型管的上升段，安装第一文丘里管，第一文丘里管所对应的管外安装第一压差传感器，用来测量原油、天然气、水三相混合物流体的平均密度；

步骤三，在倒U型管后面的水平段内，安装流动整流器和第二文丘里管以及第二压差传感器，用来测量原油、天然气、水三相混合物流体的总体积流量；

步骤四，联立计算原油、天然气、水三相混合物流体的总体积流量、平均密度、相比率，最终得到原油、天然气、水三相混合物流体中的原油、天然气和水的各相流量；

步骤五，第一、第二温度传感器、功率传感器、第一、第二压差传感器、流动整流器均连接至单片机，各参数采集、计算和输出由单片机完成，并远传到数字平台。

所述加热器为电阻式加热器或电磁感应加热器或变频加热器，其功率大小视原油、天然气、水三相混合物流体的流量大小确定。

所述加热器用于把原油、天然气、水三相混合物流体加热到所需要的温度，即增加10℃-15℃，通过计算加热器的加热功率，原油、天然气、水三相混合物流体增高的温度，来计算原油、天然气、水三相混合物流体的平均比热。

上述在线测量原油/天然气/水三相流量的方法的装置，其特征在于，包括与原油主管直径相同的水平直管，该水平直管一端连接原油主管，另一端连接一倒U型管，在水平直管内安装有加热器，加热功率可以按所需加热温度而调节大小。加热器一端有功率传感器，在加热器出口处，安装第二温度传感器；在倒U型管的上升段，安装第一文丘里管，第一文丘里管所对应的管外安装第一压差传感器，用来测量原油、天然气、水三相混合物流体的平均密度；在倒U型管后面的水平段内，安装流动整流器和第二文丘里管以及第二压差传感器，用来测量原油、天然气、水三相混合物流体的总体积流量；

还包括设置在原油主管进口处还安装有压力传感器和第一温度传感器，其中，所述第一温度传感器和第二温度传感器用于测量加热前后的原油、天然气、水三相混合物流体温度；压力传感器用于测量原油主管内的原油、天然气、水三相混合物流体的压力；

所述的第一、第二温度传感器、功率传感器、第一、第二压差传感器、流动整流器均和单片机连接，参数的采集、计算和输出由单片机完成，并远传到数字平台。

本发明的在线测量原油/天然气/水三相流量的方法及装置，采用原油井口变频加热，把原油、天然气、水三相混合物流体加热到所需要的温度，计算加热量得到三相混合物流体的平均比热与相比率，用倒U型管内文丘里管测量三相混合物流体的平均密度；用水平文丘里管测量三相混合物流体的总体积流量；联立计算混合物密度、相比率和总体积流量，就可以算出原油天然气、水三相混合物流体中的原油、天然气和水的各相流量。解决了原油流量测量的难题，提高了原油井口加热效率。其测量方法新颖、独特、科学。装置可靠，无易损部件，测量精度高，数据可靠。

附图说明

图1是本发明的在线测量原油/天然气/水三相流量装置结构原理图。

图2是本发明的在线测量原油/天然气/水三相流量装置的流量测量工作原理图。

图3是本发明的在线测量原油/天然气/水三相流量装置现场安装图片。

图中的标记分别表示：1、第一温度传感器，2、压力传感器，3、第二温度传感器，4、加热器，5、第一文丘里管，6、第一压差传感器，7、流动整流器，8、第二压差传感器，9、第二文丘里管，10、功率传感器，11、单片机。

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本实施例给出一种原油井口变频加热在线测量原油/天然气/水三相流量的方法，首先用加热器把原油、天然气、水三相混合物流体加热到所需要的温度，计算加热量得到三相混合物流体的平均比热与相比率，采用倒U型管内文丘里管测量三相原油、天然气与水混合物流体的平均密度；用水平文丘里管测量原油、天然气与水三相混合物流体的总体积流量；联立计算混合物密度、相比率和总体积流量，就可以算出原油、天然气、水三相混合物流体中的原油、天然气和水的各相流量。

具体按下列步骤进行：

步骤一，在原油主管进口处，连接一管径大小与原油主管直径相同的水平直管，该水平直管内安装有加热器，加热器一端有功率传感器，在加热器出口处，安装第二温度传感器，在原油主管进口处还安装有压力传感器和第一温度传感器，其中，所述第一传感器和第二温度传感器用于测量加热前后的原油、天然气、水三相混合物流体温度；压力传感器用于测量原油主管内的原油、天然气、水三相混合物流体的压力；

步骤二，原油、天然气、水三相混合物流体流入一个倒U型管中，在倒U型管的上升段，安装第一文丘里管，第一文丘里管所对应的管外安装第一压差传感器，用来测量原油、天然气、水三相混合物流体的平均密度；

步骤三，在倒U型管后面的水平段内，安装流动整流器和第二文丘里管以及第二压差传感器，用来测量原油、天然气、水三相混合物流体的总体积流量；

步骤四，联立计算原油、天然气、水三相混合物流体的总体积流量、平均密度、相比率，最终得到原油、天然气、水三相混合物流体中的原油、天然气和水的各相流量；

步骤五，第一、第二温度传感器、功率传感器、第一、第二压差传感器、流动整流器均连接至单片机，各参数采集、计算和输出由单片机完成，并远传到数字平台。

其中，单片机计算是联立计算原油、天然气、水三相混合物流体的总体积流量、平均密度、相比率，最终得到原油、天然气、水三相混合物流体中的原油、天然气和水的各相流量。

参见图1和图3，本实施例给出一种在线测量原油/天然气/水三相流量装置，包括一段与原油主管直径相同的水平直管，长度约0.5米。水平直管一端连接原油主管，另一端连接一倒U型管，在水平直管内安装有加热器4，加热器4通过法兰端面引出接220V电源，加热器4一端有功率传感器10，在加热器4远端出口处，安装第二温度传感器3；在倒U型管的上升段，安装第一文丘里管5，第一文丘里管5所对应的管外安装第一压差传感器6，用来测量原油、天然气、水三相混合物流体的平均密度；在倒U型管后面的水平段内，安装流动整流器7和第二文丘里管9，在第二文丘里管9所对应的管外安装第二压差传感器8，用来测量原油、天然气、水三相混合物流体(以下简称流体)的总体积流量。

在原油主管进口处还安装有压力传感器2和第一温度传感器1，其中，所述第一温度传感器1、第二温度传感器3用于测量加热前后的流体温度；压力传感器2用于测量流体的压力；

第一、第二温度传感器(1、3)、功率传感器10、第一、第二压差传感器(6、8)、流动整流器7均和单片机11连接，参数的采集、计算和输出由单片机11完成，并远传到数字平台。

本实施例中，加热器4可选择电阻式加热器或电磁感应加热器或电磁感应变频加热器，其功率大小视原油、天然气、水三相混合物的流量大小而定。

加热器4有二个功能，一个用来测量油水比，另一个是对油气混合物整体加热，取代井口加热器。加热器4采用内置式加热，热效率可以达到98％。

采用本实施例的在线测量原油/天然气/水三相流量装置，加热器4把井口的原油、天然气、水三相混合物流体加热到所需要的温度，倒U型管内第一文丘里管5用来测量三相混合物的平均密度；水平段内的第二文丘里管9用来测量流体的总体积流量。联立计算混合物密度、相比率和总体积流量，就可以在线测量流体的原油、天然气和水的各相流量。

参见图2，本实施例给出的在线测量原油/天然气/水三相流量装置，其工作原理是以文丘里管测量三相总质量流量；文丘里管垂直部分测量三相混合物平均密度，应用热力学原理测量整体油水比。

原油、天然气与水混合物流体是混合流动的，所以，测量到的物理参数也是原油、天然气与水三相混合物流体的总体参数，经过分析求解，就可以得到各相的参数。

1、流体总体积流量获得

由于原油中的原油、天然气与水三相混合物流体的流动是三相混合流动，三个单相流量需要三个参数，这样的特点决定了这是一个求解三个未知量的问题。

原油天然气、水三相混合物流体的总体积流量是以文丘里管进行测量的，同时需结合气液比和油水比的测量，求得流体的密度，根据文丘里管的压力降，得到总体积流量为：

Q_m＝αQ_g+βQ_o+γQ_w (2)

α+β+γ＝1 (3)

式中，A为文丘里管喉口截面积，c为流量系数，ε为可压缩系数，Q_g、Q_o、Q_w分别为气相，油相，水相流量，下标g，o，w分别表示气相、油相和水相，α，β，γ为流体内的天然气，油，水的相比率，dp₂为第二压差值，ρ_m为流体的三相混合物平均密度，

在文丘里管处，原油、天然气、水三相混合物流体可看作为单一的均相流体。它具有原油、天然气、水三相混合物的物理性质。这样，就能够按单相流体流过文丘里管来确定原油、天然气、水三相流体的总体积流量。

2、测量气液比

原油、天然气、水三相流体在向上及向下流动时，气体和液体之间的速度差是不同的，由于重力的作用，向上流动时，气体速度比液体速度大，向下流动时，液体速度比气体速度大，因此相比率是不同的，根据多相流理论分析计算，可以得到原油、天然气、水三相混合物流体的气液比。

当原油、天然气、水三相混合物流体流过倒U型管垂直段时，在倒U型管垂直上升段和垂直下降段产生压力降，这个压力降由原油、天然气、水三相混合物流体的重位压力降和摩擦压力降两部分组成。

根据油井生产特点，原油、天然气、水混合物三相流体的流速比较低，可以忽略摩擦压力降，原油、天然气、水三相混合物流体的气液比可以用下式得到；

Δp1＝ρ_m＝(αρ_g+βρ_o+γρ_w)gh (4)

式中，Δp1为第一差压传感器测量到的差压，g为重力加速度，h为第一差压传感器上下二个测点之间的距离。

3、测量相比率

当原油、天然气、水三相混合物流体通过加热器4被加热时，原油、天然气、水三相混合物流体温度升高(一般要求增加10℃-15℃)，升高的温度由下式表达：

W＝Δt×Q_m×ρ_m×C_pm (5)

式中，W为加热量、Δt为流体升高的温度、Q_m为油水总流量，C_pm为油气水总体的定压比热；

C_pm＝αC_pg+βC_po+γC_pw (6)

式中，C_pg，C_po，C_pw分别为天然气，原油，水的定压比热，下标g、o、w分别为气相、油相和水相。

由于原油、天然气、水三相混合物流体中的天然气、油、水的比热差很大，应用这种方法测量含水率的分辨率高，稳定性好。

通过上述方程组的联立求解，可以得到原油、天然气、水三相混合物流体的总流量，含气率和含水率，进而可以得到原油、天然气、水三相混合物流体的油、气水各相的流量，即：

Q_g＝Q_m×α (7)

Q_o＝Q_m×β (8)

Q_w＝Q_m×γ (9)

式中，下标g、o、w分别为气相、油相和水相。

第一、第二差压传感器(6、8)采用高精度差压传感器，测量量程可调，可以在现场调节差压传感器量程，按实际需要增大量程或缩小量程。

本实施例制备的在线测量原油/天然气/水三相流量装置，同时可以用于油井井口管线，输油管线加热。能将各种输油管线自动加热到所需要的温度，同时计量原油产量。也可以单独作为原油计量仪器，或加热器使用。可以使原油加热到30℃-90℃。加热原理为在热力学计算基础上精确计算需要加热量，再以变频加热器非接触加热。

该在线测量原油/天然气/水三相流量装置，能够对0-100％的气液比、油水比进行测量，对不同的流量、压力范围，进行稳定、准确的测量。而且，测量精度高、在线连续检测油气水流量。输出数字化，与数字平台直接连接，也可远程监控，同时加热器按设定的加热要求，自动变频调节加热量。

本实施例的在线测量原油/天然气/水三相流量装置的技术指标如下：

(1)流量计量范围

测量管道为2”-20”，由流量大小确定管径大小：

2”管道：原油+水(单位：吨/日)1-200，天然气(米³/日)100-10000；

2.5”管道：原油+水(单位：吨/日)10-300，天然气(米³/日)200-15000；

3”管道：原油+水(单位：吨/日)1-500，天然气(米³/日)400-20000；

4”管道：原油+水(单位：吨/日)200-1000，天然气(米³/日)800-40000；

(2)油水比：0-100％；

(3)油气比：0-99.6％。

(4)测量重复性

原油、水：±2.0％；天然气：±2.5％；

(5)工作压力：2.5Mpa、5.0Mpa、10.0Mpa或更高；

(6)环境工作温度：-20-75℃；

(7)环境湿度：5-100％RH；

(8)原油密度：无限制；

(9)水含盐度：0-30％；

(10)最大压力降：0.05Mpa；

(11)电源电压：220V/110V；

(12)输出：数字输出，远程传输；

(13)重量：2”管道30Kg。

(14)尺寸

2”管道：1.4米×0.8米×0.4米；

2.5”管道：1.6米×0.8米×0.4米；

3”管道：1.8米×0.8米×0.4米。

尺寸还可根据用户要求进行特定设计。

加热器技术指标

(1)加热温度设定；10℃-95℃。

(2)环境工作温度：-40℃-80℃。

(3)加热电源电压：220V或380V。

(4)加热功率：2-30kw。

管道加热功率计算如下表：

计算表明，对通常油井产量为3方/日，加热升温20℃，加热功率只有1.2kw，当含水50％时，为2.1kw。采用变频加热能实现高效加温。

本实施例给出的在线测量原油/天然气/水三相流量装置，可以根据原油温度与季节变化，智能调节加热功率。连续测量原油、水、天然气三相混合物流体中的各相流量，以及压力、温度，井口环境甲烷浓度。测量数据数字化，与油田数字平台连接。可以替代功图测量流量设备，替代加热炉、三相分离器等设备。加热后的原油还起到清蜡作用，防止结蜡。

以下给出采用上述在线测量原油/天然气/水三相流量装置的具体使用状况：

采用在线测量原油/天然气/水三相流量装置，先后在胜利油田、中海油渤海油田、大港油田进行实验，结果表明，其各项技术指标均达到国家关于油田矿场计量±10％的规定。并采用多项先进技术，具有抗干扰能力强，现场适应能力强，一次表内无传动部件，结构简单，功能强大等特点。该装置可以多用，简化了工艺流程，降低了维护费用，适合大多数油田的单井计量工作的需要，技术水平达到或者超过国外同类型设备。

该在线测量原油/天然气/水三相流量装置，在大港油田集团有限责任公司滩海采油作业区张海2-1站试验情况如下：

一、简况

在线测量原油/天然气/水三相流量装置(以下表中简称三相计量仪)工作指标：

原油+水：2-200吨；天然气：100-10000米³/日；

最大工作压力：1.6Mpa。

可对油井的产液量、产油量、产水量、产气量、水液比、原油温度、原油压力同时进行测量，并可打印出上述各种参数的连续变化图。

滩海作业区根据该在线测量原油/天然气/水三相流量装置的相关原理与资料，经过研究认为，该在线测量原油/天然气/水三相流量装置是比较可靠的。根据滩海作业区实际情况及仪器工作特性，选定张海2-1站作为试验场所。

1、张海2-1站

张海2-1站共有油井3口：张海2-1井、张海2-2井、张36-60井。其中张海2-1井、张海2-2井属间开井，张海36-60井由于开井后产油很少，只生产数天便关井，未正式投产。张海2-1、2-2两口抽油井由柴油机发电提供动力，原油产出后经由同一管线输到储油罐，再用罐车拉油外输。两口油井有时轮流开井，有时同时开井。

2、使用情况

在线测量原油/天然气/水三相流量装置在张海2-1站进行安装调试，安装后的当年从8月初开始进行数据测量，直至十月底。在测试期间，由于油井间开、原油外输不及时造成储油罐满而关井等原因，所测数据有限。测量数据见下表。

表1：张海2-2含水对比表

表2：张海2-1含水对比表

表3：张海2-1、2-2总液量对比表

二、数据对比

张海2-1站正常生产时，除用本实施例的在线测量原油/天然气/水三相流量装置进行数据测试外，计量手段还有：储油罐检油计算产液量，井口取样化验含水。取在线测量原油/天然气/水三相流量装置所测数据中的产液量、含水两项与储油罐量油、井口取样化验含水进行对比(见表1、表3)。

从表1对比情况看，井口取样化验含水与在线测量原油/天然气/水三相流量装置测量含水差别不大。其中8月21日、22日出现异常数据，是由于油井热洗清蜡所致。在线测量原油/天然气/水三相流量装置所测为实际产液平均含水，井口取样发生在热洗之前，化验结果为热洗前产液平均含水。因为，在线测量原油/天然气/水三相流量装置所测数据为连续生产时间段的产业平均含水值，而井口取样化验含水则为产液瞬时或短时间的数值，故两种计量方法所得出数据存在差异。

从表2对比情况看，张海2-1站的现场井口取样化验含水值与在线测量原油/天然气/水三相流量装置所测值较2-2井差别大一些。对现场井口取样到油样化验过程进行观测，由于张海2-1站的井含水率太高，油样中出现明水，在现有采油队简单的化验条件下，难以对油样做出十分准确的含水率。而且，对于高含水井，要取准油样的操作难度较大。应该说，在线测量原油/天然气/水三相流量装置对油井产液进行24小时连续记录，其数据更接近实际。

从表3对比情况看，总液量有时差别较大。这其中有几个原因：

第一，储油罐量油是以第一天下午16：00或更晚些时间，储油罐中原油量与第二天早上8：00储油罐中原油量之差而折算出一天的产量。如果两口油井在一天中的开井时间、关井时间不同，则无法准确折算出一天的总产液量，只能根据生产情况，对其中一口井借用以前的数据先估算出该井产液量，再折算出两口井总产液量。这样，就存在储油罐量油的不准确性。

第二，在线测量原油/天然气/水三相流量装置如果未连续计量24小时，一般根据白天某一时间段测量值折算出全天的产液量，而储油罐量油是根据夜间测量数据折算出全天的产液量。在这两口以自然能量两层和采的油井，白天和夜间产液变化是否均匀相似，也影响两种计量方法结果的准确性。

三、结论

以上对比，是以储油罐量油和井口取样化验结果和上述在线测量原油/天然气/水三相流量装置的测量结果作比较的。由于在张海2-1站两口间开井中储油罐量油有时对油井的全天总产液量难以准确确定，在高含水井中井口取样、化验存在不确定因素等原因，有时出现数值对比差异较大的情况。从总体对比来看，在线测量原油/天然气/水三相流量装置，对张海2-1、2-2站井的计量是比较接近实际的。考虑到张海2-1站对两口边缘试采井的生产条件，从实际操作过程看，在线测量原油/天然气/水三相流量装置所测的结果更为合理些。

从现场使用过程观察，在线测量原油/天然气/水三相流量装置的硬件工作是可靠的，计算机所使用软件的用户界面需要更进一步完善，以便适应原油计量的各种情况，以使达到现场值班工人操作起来简单、方便、可靠。

在线测量原油/天然气/水三相流量装置与进口三相分离器计量装置的对比试验：

一、简介

1、大张坨计量站

(1)板52、板53井是高产油气井：

平均日产量范围为：10—16万m³/d；

平均日产量范围为：40—80t/d；

平均含水率范围为：0.5—16％；

流体计量时压力范围为：3MPa—6MPa；

流体计量时温度范围为：30℃—45℃；

油密度为：0.763t/m³。

(2)板57井是新投产的中产井：

平均日产气量范围为：1—3万m³/d；

平均日产液量范围为：10—20t/d；

平均含水率范围为：0.9—19％；

流体计量时压力范围为：4—5MPa；

流体计量时温度范围为：20℃—40℃；

油密度为：0.763t/m³。

(3)本实施例的在线测量原油/天然气/水三相流量装置(以下表中简称三相流量仪)依据大张坨计量站的实际情况设计制造的。其特点是无分离罐、无运动部件、无放射性、无液位控制系统、无压力控制系统，可以实现无人值守的自动、稳定、准确地连续计量。

A、基本参数与性能指标

被测液体温度：0-100℃；

油气比：0-99.6％；

油气比：0-100％；

测量准确度：(原油+水)±5.0％，天然气±8.0％。

B、在线测量原油/天然气/水三相流量装置功能

以秒、分、时、日为单位显示原油/天然气/水三相流量；以表格、图、记录显示油量、气量、水量、含水率、气油比、总液量，并可与上级微机联网。

可靠性：质量保证期为十年；

防爆指标：压差、压力温度传感器为本质安全型防爆等级；

体积：长3m×宽0.56m×高2m；

二、试验过程

在线测量原油/天然气/水三相流量装置的实验是当年3月在大张坨计量站进行安装，4月份开始测试数据，与进口加拿大的三相计量分离器计量装置进行对比。期间由于进口加拿大的三相计量分离器计量装置出现故障，迫使对比试验工作形成了长期性。从5月份至10月份连续6个月，大张坨计量站用在线测量原油/天然气/水三相流量装置和进口三相分离器计量装置录取了大量的计量数据。

实验表明，在线测量原油/天然气/水三相流量装置，由于气液比量程宽，新投产的板57井油、气、水的日产量实际就是用在线测量原油/天然气/水三相流量装置计量的。而进口的三相流量分离器的计量装置对板57井的天然气总量却测不出来。大张坨计量站在生产上实际已正式使用在线测量原油/天然气/水三相流量装置所计量的数据，更能适应大张坨的油气水计量工作。

三、试验数据对比结果分析

1、分析板52井的计量对比数据：

(1)气量：

通观近半年来，采用在线测量原油/天然气/水三相流量装置，所测的气量数据是平均的、可靠的，其数据与进口加拿大三相分离器孔板流量计所测得的气量是很接近的。从表5板52井气量数据对比表中可得出，在线测量原油/天然气/水三相流量装置与进口加拿大三相分离器所计量的数据，平均偏差为4.37％，在三相流量仪气量计量的准确度等级±80％范围内。满足了生产使用的要求，可以做为正式计量手段用。

(2)油量：

通观半年来，采用在线测量原油/天然气/水三相流量装置所测得的数据是平稳可靠的。其数据与进口加拿大三相分离器油腰轮所测数据是很接近的。从表6中看两者所测的油量数据平均偏差为0.83％，在线测量原油/天然气/水三相流量装置油量准确度等级在±5％的范围内。表明采用本实施例的在线测量原油/天然气/水三相流量装置，可以满足大张坨计量站板52井油的计量要求。

2、分析板53井的计量对比数据

(1)气量：

通观半年来，采用在线测量原油/天然气/水三相流量装置，所测气量数据是平稳，其数据与进口加拿大三相分离器孔板流量计所测得的气量是很接近的。从表1数据可得知，在线测量原油/天然气/水三相流量装置与进口加拿大分离器所计量的数据平均偏差为±10.2％，接近三相流量仪准确度等级±80％的要求，根据实际生产经验得知，该井气量由在线测量原油/天然气/水三相流量装置所测数据更接近生产实际情况，得到了用户的认可。

(2)油量：

通观半年来，采用在线测量原油/天然气/水三相流量装置，所测油量数据平稳，其数据与进口加拿大三相分离器计量装置的油表计量数据十分接近。从表2数据得知，两种计量手段的计量平均偏差在±0.73％左右。在线测量原油/天然气/水三相流量装置油计量等级±5％的范围之内。表明在线测量原油/天然气/水三相流量装置对板53井的油的计量是准确可靠的，可以正式投入生产使用。

3、分析板57井的计量数据

进口加拿大三相分离器计量装置的量程比小，天然气的计量和油的计量值都在计量范围的最下限，故无法计量到正确值，可视为无法计量。而采用在线测量原油/天然气/水三相流量装置，因无须分离、无须压力控制和液位控制，而且气和油的量程比大，计量范围宽，完全满足了板57井的计量要求，从近两个月的计量实践看，在线测量原油/天然气/水三相流量装置十分成功的对板57井实施了计量，同时也对52井、板53井实施了计量，充分表明了在线测量原油/天然气/水三相流量装置的量程宽、适应性强的特点。

所测的两个月数据已正式纳入大张坨计量站的正式生产月报表。

预计大张坨将投产的3-32井因产量比板57井还低，也只能用在线测量原油/天然气/水三相流量装置计量，进口的加拿大三相分离器对3-32井是不适用的。

4、用户评审意见：

1)、从计量技术方面：

通过半年来的生产试用，认为采用在线测量原油/天然气/水三相流量装置，在大张坨计量站对板52井、板53井、板57井的计量是成功的，特别是对板57井的计量，解决了加拿大三相分离器无法计量的难题，解决了生产急需和计量技术难题。计量数据是可靠的、准确的、稳定的，完全满足了大张坨计量站生产现场的使用要求，表明了完全可以代替进口的加拿大三相分离器计量装置，并可以长期作为大张坨计量站的油、气、水计量的第一技术手段，通过使用可以实现大张坨计量站的计量微机化、自动化。

2)、从故障率和维修率方面：

半年来，在线测量原油/天然气/水三相流量装置与进口加拿大三相分离器计量装置对比试验过程中，加拿大三相分离器计量装置的故障不断出现，经常维修，维修的仪表费用、部件费用加上人工费用、时间费用已超过20万元，不能保证计量的可靠性，调试和维修起来十分不便，又不安全。而采用在线测量原油/天然气/水三相流量装置，故障点极少，安全可靠，使用方便。从目前生产使用和今后生产使用长远来看，大张坨的现场计量人员还是愿意使用在线测量原油/天然气/水三相流量装置而不喜欢使用进口加拿大三相分离器计量装置。因为用加拿大三相分离器计量装置实在是太不方便，太麻烦，也不安全，用起来总是提心吊胆的，维修起来劳动强度大，技术难度高，一般很难掌握。

3)、建议：

通过半年来的实践，用户对采用的在线测量原油/天然气/水三相流量装置比进口加拿大三相分离器计量装置好用、安全、方便、准确可靠，并可利用在线测量原油/天然气/水三相流量装置的微机对数据进行综合分析，绘制有技术含量，有人的思维和对油井分析性质的图表，这是进口加拿大三相分离器计量装置采用眼看手抄记录所无法相比的。

因此建议作业区将在线测量原油/天然气/水三相流量装置，作为大张坨计量站的第一计量技术手段。并将在线测量原油/天然气/水三相流量装置所测数据正式投入生产报表使用。而把进口加拿大三相分离器计量装置彻底维修调试好，作为备用并建议作业区如果新上计量站的建议，应该采用在线测量原油/天然气/水三相流量装置，不再上进口加拿大三相分离器计量装置。

4)附录：

(1)表1：板52井气量数据对比表；

(2)表2：板52井油量数据对比表；

(3)表3：板52井气油比数据对比表；

(4)表4：板52井压力、温度数据对比表；

(5)表5：板53井气量数据对比表；

(6)表6：板53井油量数据对比表；

(7)表7：板53井气油比数据对比表；

(8)表8：板53井压力、温度数据对比表；

(9)表9：板57井三相流量仪计量数据表；

(10)表10：19-1井液量数据对比表；

(11)表11：19-1井油量数据对比表。

表1：板52井气量数据对比表

注：平均偏差：-4.37％。

表2：板52井油量数据对比表

注：平均偏差：0.83％。

表3：板52井气油比数据对比表

注：平均偏差：5.2％。

表4：板52井压力、温度、数据对比表

表5：板53井气量数据对比表

注：平均：+2。

表6：板53井油量数据对比表

注：平均：+0.73。

表7：板53井气油比数据对比表

注：平均偏差：9.7％。

表8：板53井压力、温度数据对比表

表9：板57井三相流量仪计量数据

注：进口加拿大三相计量计量装置，因量程比小无法对板57井实施计量，故全部数据均由本实施例的在线测量原油/天然气/水三相流量装置测得。用在线测量原油/天然气/水三相流量装置计量板57井的油、气、水产量，通过三个月的实践已得到使用单位的认可，在线测量原油/天然气/水三相流量装置成为大张坨计量站不可缺少的计量手段。

表10：19-1井液量数据对比表

表11：19-1井油量数据对比表

Claims (7)

1.一种在线测量原油/天然气/水三相流量的方法，其特征在于，首先用加热器把原油、天然气、水三相混合物流体加热到所需要的温度，计算加热量得到三相混合物流体的平均比热与相比率，采用倒U型管内文丘里管测量三相混合物流体的平均密度；用水平文丘里管测量三相混合物流体的总体积流量；联立计算混合物密度、相比率和总体积流量，就可以算出原油天然气、水三相混合物流体中的原油、天然气和水的各相流量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按下列步骤进行：

步骤一，在原油主管进口处，连接一管径大小与原油主管直径相同的水平直管，该水平直管内安装有加热器，加热器一端有功率传感器，在加热器进口处，安装第一温度传感器；在加热器出口处，安装第二温度传感器；

在原油主管进口处还安装有压力传感器，其中，所述第一温度传感器和二温度传感器用于测量加热前后的原油、天然气、水三相混合物流体温度；压力传感器用于测量原油主管内的原油、天然气、水三相混合物流体的压力；

步骤二，原油、天然气、水三相混合物流体流入一个倒U型管中,在倒U型管的上升段，安装第一文丘里管，第一文丘里管所对应的管外安装第一压差传感器，用来测量原油、天然气、水三相混合物流体的平均密度；

步骤三，在倒U型管后面的水平段内，安装流动整流器和第二文丘里管以及第二压差传感器，用来测量原油、天然气、水三相混合物流体的总体积流量；

步骤四，联立计算原油、天然气、水三相混合物流体的总体积流量、平均密度、相比率，最终得到原油、天然气、水三相混合物流体中的原油、天然气和水的各相流量；

步骤五，第一、第二温度传感器、功率传感器、第一、第二压差传感器、流动整流器均连接至单片机，各参数采集、计算和输出由单片机完成，并远传到数字平台。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热器为电阻式加热器或电磁感应加热器或中频电磁感应变频加热器，其功率大小视原油、天然气、水三相混合物流体的流量大小确定。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热器用于把原油、天然气、水三相混合物流体加热到所需要的温度，即增加10℃-15℃，通过计算加热器的加热功率，原油、天然气、水三相混合物流体增高的温度，来计算原油、天然气、水三相混合物流体的平均比热。

5.实现权利要求1至4其中之一所述的在线测量原油/天然气/水三相流量的方法的装置，其特征在于，包括与原油主管直径相同的水平直管，该水平直管一端连接原油主管，另一端连接一倒U型管，在水平直管内安装有加热器，加热器一端有功率传感器，在加热器进出口处，安装第一，第二温度传感器；在倒U型管的上升段，安装第一文丘里管，第一文丘里管所对应的管外安装第一压差传感器，用来测量原油、天然气、水三相混合物流体的平均密度；在倒U型管后面的水平段内，安装流动整流器和第二文丘里管以及第二压差传感器，用来测量原油、天然气、水三相混合物流体的总体积流量；

还包括设置在原油主管进口处还安装有压力传感器和第一温度传感器，其中，所述第一、第二温度传感器用于测量加热前后的原油、天然气、水三相混合物流体温度；压力传感器用于测量原油主管内的原油、天然气、水三相混合物流体的压力；

所述的第一、第二温度传感器、功率传感器、第一、第二压差传感器、流动整流器均和单片机连接，参数的采集、计算和输出由单片机完成，并远传到数字平台。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的单片机计算是联立计算原油、天然气、水三相混合物流体的总体积流量、平均密度、相比率，最终得到原油、天然气、水三相混合物流体中的原油、天然气和水的各相流量。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述加热器为电阻式加热器或电磁感应加热器或中频电磁感应变频加热器，其功率大小视原油、天然气、水三相混合物流体的流量大小确定。