CN110411525B - 多相流测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多相流测量系统，包括设置多相流测量系统，数据采集及预处理，设定假定液相含水率、计算工况液相密度ρ_L，计算三相含气率α、计算实际液相含水率λ；比较实际液相含水率λ和假定液相含水率λ₀并对其进行修正等步骤。由于本方案中竖向测量管竖向设置，油气水以较为均匀的状态自下而上流经所述质量流量计和含水测试仪，避免水平流动或向下流动时，液相和气相分层造成的严重测量误差；以准确测定或计算出的ρ_m、Y_w、ρ_W、ρ_O、ρ_G为基础；通过赋值法假定一个液相含水率，经以上步骤不断修正假定液相含水率λ₀与实际液相含水率λ的误差范围，直至达到设定的误差范围内，经修正后，λ、α趋于实际值。

Description

多相流测定方法

技术领域

本发明涉及多相流的测量技术，具体来说，涉及一种多相流的测定方法。

背景技术

受全球油价低迷及放射源安全管控的影响，哥伦比亚油田市场对于低成本非放型的多相流量计有迫切而旺盛的需求，该地区油田原油中三相含气率普遍低于30％，液相含水率普遍高于80％。生产中，需要设置流量计、含水仪等仪器、仪表对其原油进行流量、三相(油、气、水)含水率、三相含气率、三相含液率、液相(油、水)含水率等参数进行测定。

质量流量计是以科氏力为基本原理进行流量测量的，原本只能用于单相流测量。多相流(含油、气、水的原油)由于含有气相，流态不稳定，对质量流量计的测量有明显的影响，传统质量流量计一旦进气之后，测量结果就会大打折扣。当前，已经有一些质量流量计能够容忍介质中含有一定的气体。如E+H公司的质量流量计宣称可以在25％的含气条件下保证3％～5％的测量精度，从而保证能够测得较为准确的三相混合密度ρ_m。除E+H公司外，国外的Agar公司，以及国内的一些质量流量计厂商都做了相应的研究。质量流量计在这方面的突破，为质量流量计测量多相流创造了一定的技术条件。

阻抗含水仪特别适合含水率超过50％的情况。可以在高含水率的条件下准确测量三相持水(含水)率Y_w。

但按照现有测量方法，测得的三相含气率、液相含水率与实际值相差很大，需要在借助其它的技术手段和算法才能获得较为准确的结果。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种多相流测定方法，以在三相含气率较高，液相含水率很高的情况下，较为准确的测得其值，从而对生产起到积极的指导作用。

技术方案如下：

一种多相流测定方法，其关键在于按以下步骤进行：

步骤一、设置多相流测量系统，多相流测量系统包括多相流测量装置和多相流管路，其中多相流测量装置包括测量管路，该测量管路设有竖向测量管，该竖向测量管的上游段安装有质量流量计，下游段安装有含水测试仪，所述质量流量计位于所述含水测试仪下方，将所述测量管路接入所述多相流管路，多相流依次流经所述质量流量计和含水测试仪；

步骤二、数据采集及预处理；

首先，采用所述质量流量计测定工况条件下的三相混合密度ρ_m，并采用所述含水测试仪测定工况条件下的三相持水率Y_w；

其次，在标定条件下，分别测定三相混合介质中水、油、气的密度，再分别计算其工况条件下的对应的工况水密度ρ_W、工况油密度ρ_O和工况气密度ρ_G；

最后，再设定一个假定液相含水率λ₀；

步骤三、将ρ_W、ρ_O、λ₀代入式①，计算三相混合介质中的工况液相密度ρ_L；

式①：ρ_L＝ρ_W·λ₀+ρ_O·(1-λ₀)

式①中，

ρ_L表示工况液相密度，kg/m³；

ρ_W表示工况水密度，kg/m³；

ρ_O表示工况油密度，kg/m³；

λ₀表示假定液相含水率，％；

步骤四、将ρ_L、ρ_m、ρ_G代入式②，计算三相含气率α；

式②：

式②中，

ρ_m表示工况条件下的三相混合密度ρ_m，kg/m³；

ρ_G表示工况气密度，kg/m³；

α表示三相含气率，％；

步骤五、将α、Y_w代入式③，计算工况条件下的实际液相含水率λ；

式③：

式③中，

α表示三相含气率，％；

Y_w表示工况条件下的三相持水率，％；

λ表示工况条件下的实际液相含水率，％。

步骤六、比较实际液相含水率λ和假定液相含水率λ₀，设定两者间所能允许的最大差值k，进行结果认定；

当∣λ-λ₀∣≤k时，判定为λ＝λ₀，输出λ及α，得到液相含水率和三相含气率；

当∣λ-λ₀∣＞k时，判定为λ≠λ₀，重新对假定液相含水率λ₀赋值，重复步骤二、三、四，直至∣λ-λ₀∣≤k，再输出λ及α，得到液相含水率和三相含气率。

采用以上技术方案，竖向测量管竖向设置，油气水以较为均匀的状态自下而上流经所述质量流量计和含水测试仪，避免水平流动或向下流动时，液相和气相分层造成的严重测量误差；

方法上，以准确测定或计算出的ρ_m、Y_w、ρ_W、ρ_O、ρ_G为基础；通过赋值法假定一个液相含水率，经以上步骤不断修正假定液相含水率λ₀与实际液相含水率λ的误差范围，直至达到设定的误差范围内，经修正后，λ、α趋于实际值。

作为优选，所述质量流量计包括流量计管，该流量计管竖向设置，该流量计管的上游端口与所述竖向测量管接通，该流量计管的下游端口与所述含水测试仪接通，该流量计管上安装有质量流量测量模块，该质量流量测量模块测定得到工况条件下的所述三相混合密度ρ_m。该设计中的流量计管竖向设置，油气水以较为均匀的状态自下而上流经流量计管，避免水平流动或向下流动时，液相和气相分层造成的严重测量误差。

作为优选，所述含水测试仪包括含水仪管，该含水仪管竖向设置，该含水仪管的上游端口与所述流量计管的下游端口接通，该含水仪管的下游端口与所述竖向测量管接通，该含水仪管上安装有温度测量模块、压力测量模块和含水测量模块，该含水测量模块测定得到工况条件下的所述三相持水率Y_w。该设计中的含水仪管竖向设置，油气水以较为均匀的状态自下而上流经流量计管，避免水平流动或向下流动时，液相和气相分层造成的严重测量误差。

作为优选，所述流量计管的上游端口与所述竖向测量管之间，所述含水仪管的上游端口与所述流量计管的下游端口之间，以及所述含水仪管的下游端口与所述竖向测量管之间，分别通过法兰对接。

作为优选，所述竖向测量管、流量计管和含水仪管的管心线重合。

作为优选，所述含水仪管包括节流管，该节流管的两端分别连接有夹层套管，该夹层套管包括内层的过流管和外层的护管，二者之间内外嵌套，并形成环形的器件安装夹层，该器件安装夹层与所述节流管端部的管壁对接并咬合，该节流管的内壁与所述过流管的外壁贴合，该节流管的外壁与所述护管的内壁贴合。采用该设计，各类型的传感器及其附属配件，可以直接设于器件安装夹层内，安装稳定可靠，并能对其起到防护作用。

作为优选，所述夹层套管的外端设有转接管，该转接管内端的管壁伸入所述器件安装夹层内并嵌合，该转接管的内壁与所述过流管的外壁贴合，该转接管的外壁与所述护管的内壁贴合。

附图说明

图1为本发明中多相流测量系统的结构示意图；

图2为图1中含水仪管31的剖面结构示意图；

图3为λ-t折线图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种多相流测量系统，包括多相流测量装置和多相流管路，其中多相流测量装置包括测量管路10，该测量管路10设有竖向测量管，该竖向测量管的上游段安装有质量流量计20，下游段安装有含水测试仪30，所述质量流量计20位于所述含水测试仪30下方，将所述测量管路10接入所述多相流管路，多相流依次流经所述质量流量计20和含水测试仪30。

具体的，所述质量流量计20包括流量计管21，该流量计管21竖向设置，该流量计管21的上游端口与所述竖向测量管接通，该流量计管21的下游端口与所述含水测试仪30接通，该流量计管21上安装有质量流量测量模块22。

所述含水测试仪30包括含水仪管31，该含水仪管31竖向设置，该含水仪管31的上游端口与所述流量计管21的下游端口接通，该含水仪管31的下游端口与所述竖向测量管接通，该含水仪管31上安装有温度测量模块32、压力测量模块33和含水测量模块34。

为提高流体的流动稳定状态，避免发生乱流，所述竖向测量管、流量计管21和含水仪管31的管心线重合。

结合图2可以看出，作为一种具体实施方式，所述含水仪管31包括节流管311，该节流管311的两端分别连接有夹层套管，该夹层套管包括内层的过流管312和外层的护管313，二者之间内外嵌套，并形成环形的器件安装夹层，该器件安装夹层与所述节流管311端部的管壁对接并咬合，该节流管311的内壁与所述过流管312的外壁贴合，该节流管311的外壁与所述护管313的内壁贴合；所述夹层套管的外端设有转接管314，该转接管314内端的管壁伸入所述器件安装夹层内并嵌合，该转接管314的内壁与所述过流管312的外壁贴合，该转接管314的外壁与所述护管313的内壁贴合。

所述流量计管21的上游端口与所述竖向测量管之间通过法兰对接并密封，所述含水仪管31的上游端口与所述流量计管21的下游端口之间通过法兰对接并密封，以及所述含水仪管31的下游端口与所述竖向测量管之间通过法兰对接并密封。

以上多相流测量系统的设计要点在于管路的设置方向，而不在于质量流量计20和含水测试仪30本身，至于其中的质量流量计20和含水测试仪30，有多种现有技术可以选择(例如：中国专利申请201210186777.2和201210350620.9)，其中的质量流量测量模块22、温度测量模块32、压力测量模块33和含水测量模块34在现有技术中也有多种型号，具体名称有所差别，但并不应该影响本领域技术人员对其本案进行理解。各管路的连接和质量流量计20、含水测试仪30的安装，在现有技术中也有多种解决途径，申请人并不限定具体为哪种，以期望尽可能的保护本方案，但这并不影响本领域技术人员对其进行组装、调试，已得到符合本方案所要达到的结果。

实施例2：

一种多相流测定方法，其关键在于按以下步骤进行：

步骤一、设置如实施例1中所记载的多相流测量系统；

步骤二、数据采集及预处理；

首先，采用所述质量流量计20测定工况条件下的三相混合密度ρ_m，并采用所述含水测试仪30测定工况条件下的三相持水率Y_w；

其次，在标定条件下，分别测定三相混合介质中水、油、气的密度，再分别计算其工况条件下的对应的工况水密度ρ_W、工况油密度ρ_O和工况气密度ρ_G；

最后，再设定一个假定液相含水率λ₀；

步骤三、将ρ_W、ρ_O、λ₀代入式①，计算三相混合介质中的工况液相密度ρ_L；

式①：ρ_L＝ρ_W·λ₀+ρ_O·(1-λ₀)

式①中，

ρ_L表示工况液相密度，kg/m³；

ρ_W表示工况水密度，kg/m³；

ρ_O表示工况油密度，kg/m³；

λ₀表示假定液相含水率，％；

步骤四、将ρ_L、ρ_m、ρ_G代入式②，计算三相含气率α；

式②：

式②中，

ρ_m表示工况条件下的三相混合密度ρ_m，kg/m³；

ρ_G表示工况气密度，kg/m³；

α表示三相含气率，％；

步骤五、将α、Y_w代入式③，计算工况条件下的实际液相含水率λ；

式③：

式③中，

α表示三相含气率，％；

Y_w表示工况条件下的三相持水率，％；

λ表示工况条件下的实际液相含水率，％。

步骤六、比较实际液相含水率λ和假定液相含水率λ₀，设定两者间所能允许的最大差值k，进行结果认定；

当∣λ-λ₀∣≤k时，判定为λ＝λ₀，输出λ及α，得到液相含水率和三相含气率；

当∣λ-λ₀∣＞k时，判定为λ≠λ₀，重新对假定液相含水率λ₀赋值，使其趋近于λ的值，重复步骤二、三、四，直至∣λ-λ₀∣≤k，再输出λ及α，得到液相含水率和三相含气率。

以以上步骤为基础，按式④或式⑤还可以求得液体流量Q_l，

式④：Q_l＝Q_t*(1-α)

式⑤：

步骤二中，可先在标准条件(一般指常温常压条件)下，分别按常规方法测定三相混合介质中水、油、气的密度，对应工况条件下的温度和压力，水、油、气的密度会发生变化，具体数值可查表或按公式ρ₁T₁P₁Z＝ρ₂T₂P₂转换计算。

根据实际情况，设定实际液相含水率λ和假定液相含水率λ₀间的最大差值k(例如0.001、0.02、0.5，甚至1)，k值的选取可以是人为赋值，这与其所能接收的误差范围一致。

试验例：

选取以一定规格的多相流，分别测定其中油、气、水的含量(本试验例中选取三相含水率60％、三相含油率15％、三相含气率25％)，混匀后连续泵入所述测量管路10，按按实施例2提供的方法进行测量，设定实际液相含水率λ和假定液相含水率λ₀间的最大差值k＝0.01，每60s记录一次ρ_m、Y_w、温度T和压强P，持续15min，得到15组数据，计算得到液相含水率λ，绘制λ和时间t的折线图，结果如图3所示：

由图3可以看出，在连续测量中，通过本发明提供的方法测得的液相含水率λ接近于准确的液相含水率(80％)，且稳定性较高。

因而不难看出本发明的有益效果是：竖向测量管竖向设置，油气水以较为均匀的状态自下而上流经所述质量流量计和含水测试仪，避免水平流动或向下流动时，液相和气相分层造成的严重测量误差；以准确测定或计算出的ρ_m、Y_w、ρ_W、ρ_O、ρ_G为基础；通过赋值法假定一个液相含水率，经以上步骤不断修正假定液相含水率λ₀与实际液相含水率λ的误差范围，直至达到设定的误差范围内，经修正后，λ、α趋于实际值。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多相流测定方法，其特征在于按以下步骤进行：

步骤一、设置多相流测量系统，多相流测量系统包括多相流测量装置和多相流管路，其中多相流测量装置包括测量管路(10)，该测量管路(10)设有竖向测量管，该竖向测量管的上游段安装有质量流量计(20)，下游段安装有含水测试仪(30)，所述质量流量计(20)位于所述含水测试仪(30)下方，将所述测量管路(10)接入所述多相流管路，多相流依次流经所述质量流量计(20)和含水测试仪(30)；

步骤二、数据采集及预处理；

首先，采用所述质量流量计(20)测定工况条件下的三相混合密度ρ_m，并采用所述含水测试仪(30)测定工况条件下的三相持水率Y_w；

其次，在标定条件下，分别测定三相混合介质中水、油、气的密度，再分别计算其工况条件下的对应的工况水密度ρ_W、工况油密度ρ_O和工况气密度ρ_G；

最后，再设定一个假定液相含水率λ₀；

步骤三、将ρ_W、ρ_O、λ₀代入式①，计算三相混合介质中的工况液相密度ρ_L；

式①：ρ_L＝ρ_W·λ₀+ρ_O·(1-λ₀)

式①中，

ρ_L表示工况液相密度，kg/m³；

ρ_W表示工况水密度，kg/m³；

ρ_O表示工况油密度，kg/m³；

λ₀表示假定液相含水率，％；

步骤四、将ρ_L、ρ_m、ρ_G代入式②，计算三相含气率α；

式②：

式②中，

ρ_m表示工况条件下的三相混合密度ρ_m，kg/m³；

ρ_G表示工况气密度，kg/m³；

α表示三相含气率，％；

步骤五、将α、Y_w代入式③，计算工况条件下的实际液相含水率λ；

式③：

式③中，

α表示三相含气率，％；

Y_w表示工况条件下的三相持水率，％；

λ表示工况条件下的实际液相含水率，％；

步骤六、比较实际液相含水率λ和假定液相含水率λ₀，设定两者间所能允许的最大差值k，进行结果认定；

当∣λ-λ₀∣≤k时，判定为λ＝λ₀，输出λ及α，得到液相含水率和三相含气率；

当∣λ-λ₀∣＞k时，判定为λ≠λ₀，重新对假定液相含水率λ₀赋值，重复步骤二、三、四，直至∣λ-λ₀∣≤k，再输出λ及α，得到液相含水率和三相含气率。

2.根据权利要求1所述的多相流测定方法，其特征在于：所述质量流量计(20)包括流量计管(21)，该流量计管(21)竖向设置，该流量计管(21)的上游端口与所述竖向测量管接通，该流量计管(21)的下游端口与所述含水测试仪(30)接通，该流量计管(21)上安装有质量流量测量模块(22)，该质量流量测量模块(22)测定得到工况条件下的所述三相混合密度ρ_m。

3.根据权利要求2所述的多相流测定方法，其特征在于：所述含水测试仪(30)包括含水仪管(31)，该含水仪管(31)竖向设置，该含水仪管(31)的上游端口与所述流量计管(21)的下游端口接通，该含水仪管(31)的下游端口与所述竖向测量管接通，该含水仪管(31)上安装有温度测量模块(32)、压力测量模块(33)和含水测量模块(34)，该含水测量模块(34)测定得到工况条件下的所述三相持水率Y_w。

4.根据权利要求3所述的多相流测定方法，其特征在于：所述流量计管(21)的上游端口与所述竖向测量管之间，所述含水仪管(31)的上游端口与所述流量计管(21)的下游端口之间，以及所述含水仪管(31)的下游端口与所述竖向测量管之间，分别通过法兰对接。

5.根据权利要求3所述的多相流测定方法，其特征在于：所述竖向测量管、流量计管(21)和含水仪管(31)的管心线重合。

6.根据权利要求3、4或5所述的多相流测定方法，其特征在于：所述含水仪管(31)包括节流管(311)，该节流管(311)的两端分别连接有夹层套管，该夹层套管包括内层的过流管(312)和外层的护管(313)，二者之间内外套设，并在二者之间形成环形的器件安装夹层，该器件安装夹层与所述节流管(311)端部的管壁对接并咬合，该节流管(311)的内壁与所述过流管(312)的外壁贴合，该节流管(311)的外壁与所述护管(313)的内壁贴合。

7.根据权利要求6所述的多相流测定方法，其特征在于：所述夹层套管的外端设有转接管(314)，该转接管(314)内端的管壁伸入所述器件安装夹层内并嵌合，该转接管(314)的内壁与所述过流管(312)的外壁贴合，该转接管(314)的外壁与所述护管(313)的内壁贴合。

Images