CN112414477B - 一种多相流计量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多相流计量方法,首先设置多相流计量体系,其包括进样管,主测量管和分样测量管,主测量管的下端与进样管接通;分样测量管一端与进样管的末端端口接通、另一端回流至所述主测量管并与之接通,在分样测量管上有含水仪,在主测量管上有多相流量计;其次将待测多相流接入进样管的入口端,当含气率较小时,以多相流量计测定的含水率为准,当含气率较高时,以含水仪测定的含水率为。采用本发明的显著效果是在对三相流进行测量时,在不同含气率的条件下,分别采用不同的含水率计量方法,可提升高含气率条件下,含水率的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及石油采集领域,具体涉及石油采集过程中的计量方法。
背景技术
油气水三相流动现象广泛存在于石油天然气工业中,在石油开采过程中,天然气和地层水常与原油同时采出。这些油气水混合物在井筒和集输管道中的流动过程一般都属于油气水三相流动。为确定各油井和天然气产量或观测地层中油、气、水含量的变化,需要在线测量管线中油、气、水三相流的流量、速度压力降和截面相分率等重要参数。如何对多相流进行有效的监测一直以来都是学界的一个难题。
多相流量计作为传统测试分离器的替代产品在当今油气田开采中扮演着越来越重要的角色。通过在线不分离计量,可实现对油气藏或单井的连续测量,对油气井全生命周期进行实时动态监控和管理、及时修正油气井开采方案、诊断油气井状态、提高油气田采出率,实现高效稳产、延长气井寿命、科学评估油藏勘探与开采水平,提高油气田管理水平具有重要现实意义。多相流量计的功能就是在不分离的情况下,依赖一些流体参数的测量以给出三相流的每一种流体流量:油、水、气。其基本原理是通过确定每一种组分的瞬时速度和截面占有率,从而确定每一组分的量。因此实现多相测量的关键是测量相分率和瞬时流量。
多相流量计的测量精度受到含气率(油气水三相中气相的百分占比)的影响。一般地,随着含气率的升高,多相流量计的含水率(油水两相中水相的百分占比)测量误差逐渐增大,达到一定阈值后,随着含气率的升高,含水率测量误差会显著增大,这种现象在多相流计量领域称为漏斗效应。漏斗效应的存在决定了多相流量计只能在一定的含气率范围内才能保证测量精度。
发明内容
本发明提供一种多相流计量方法,其技术方案如下:
一种多相流计量方法,按以下步骤进行:
步骤一、设置多相流计量体系;
所述多相流计量体系包括水平设置的进样管,该进样管的下游段分别连接有主测量管和分样测量管;
所述主测量管竖向设置,所述主测量管的下端穿过所述进样管的管壁并与之接通;
所述分样测量管为“U”型管,所述分样测量管的一端与所述进样管的末端端口接通,所述分样测量管的另一端回流至所述主测量管并与之接通,在所述分样测量管上安装有含水仪,该含水仪包括射线发生器和射线探测器,所述射线发生器发出的射线穿过所述竖向段后被所述射线探测器接收,所述射线发生器的发射端和所述射线探测器的接收端的连线与所述进样管的管心线相平行;
在所述主测量管上安装多相流量计,该多相流量计位于所述水平段与所述主测量管汇入点的下游;
步骤二、将待测多相流接入所述进样管的入口端,所述多相流量计和含水仪开始工作;
由所述多相流量计测得第一含气率为GVF1、第一含水率为WLR1;
由所述含水仪测得第二含气率为GVF2、第二含水率为WLR2;
所述待测多相流的含气率为GVF,含水率为WLR;
当GVF1≤90%时,GVF=GVF1,WLR=WLR1;
当GVF1>90%时,GVF=GVF1,WLR=WLR2。
附图说明
图1为多相流计量体系的结构示意图;
图2为含水仪5在分样测量管3上的安装结构示意图;
图3为分流取样装置①的结构示意图;
图4为分流取样装置①的CFD模拟结果的灰度图;
图5为分流取样装置②的结构示意图;
图6为分流取样装置②的CFD模拟结果的灰度图;
图7为分流取样装置③的结构示意图;
图8为分流取样装置③的CFD模拟结果的灰度图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1:
一种多相流计量方法,按以下步骤进行:
步骤一、设置多相流计量体系;
如图1、2、3所示,所述多相流计量体系包括水平设置的进样管1,该进样管1的下游段分别连接有主测量管2和分样测量管3;
所述主测量管2竖向设置,所述主测量管2与所述进样管1相垂直,所述主测量管2的内径与所述进样管1的内径相等,所述主测量管2的下端穿过所述进样管1的管壁并与之接通;
所述分样测量管3为“U”型管,所述分样测量管3的一端与所述进样管1的末端端口接通,所述分样测量管3的另一端回流至所述主测量管2并与之接通;具体的,在所述主测量管2的尾端端口连接有过渡管4,该过渡管4呈圆台状,所述过渡管4的大口端与所述主测量管2的尾端端口连接,所述过渡管4的小口端与所述分样测量管3连接;
所述分样测量管3的一端与所述过渡管4的小口端连接,另一端穿过所述主测量管2的管壁并与之接通,所述进样管1的内径为所述分样测量管3的内径的两倍。
所述分样测量管3包括一个水平段31、一个竖向段32和两个弯管段33,所述水平段31与所述进样管1平行,所述竖向段32与所述主测量管2平行;
一个所述弯管段33的一端与所述过渡管4的小口端连接,其另一端与所述竖向段32的下端连接;
另一个所述弯管段33的一端与所述竖向段32的上端连接,其另一端与所述水平段31的一端连接,所述水平段31的另一端穿过所述主测量管2的管壁并与之接通;
所述弯管段33的弯曲半径为其管道内径的两倍,所述弯管段33为90°弯管;
所述竖向段32的长度为其内径的两倍;
在所述分样测量管3的竖向段32上安装有含水仪5,该含水仪5包括射线发生器51和射线探测器52,所述射线发生器51发出的射线穿过所述竖向段32后被所述射线探测器52接收,所述射线发生器51的发射端和所述射线探测器52的接收端的连线与所述进样管1的管心线相平行;
在所述主测量管2上安装多相流量计6,该多相流量计6位于所述水平段31与所述主测量管2汇入点的下游;
步骤二、将待测多相流接入所述进样管1的入口端,所述多相流量计6和含水仪5开始工作;
由所述多相流量计6测得第一含气率为GVF1、第一含水率为WLR1;
由所述含水仪5测得第二含气率为GVF2、第二含水率为WLR2;
所述待测多相流的含气率为GVF,含水率为WLR;
当GVF1≤90%时,GVF=GVF1,WLR=WLR1;
当GVF1>90%时,GVF=GVF1,WLR=WLR2。
为了更准确的反应真实含水率,当GVF1>90%时,将WLR2按照式1进行修正,得到第二修正含水率WLR2',WLR=WLR2';
WLR2'=Sw/Sq 式1
其中:
Sw为分样测量管3被射线穿过的横截面上的水相面积;
Sq为分样测量管3被射线穿过的横截面上的液相面积;
具体的:
Sw按照式2进行计算,如下:
Sq按照式3进行计算,如下:
其中:
R为所述分样测量管(3)的内腔半径;
xw为含水仪5测得的水相厚度;
xg为含水仪5测得的气相厚度。
根据得到的含水率,还可以按照式4计算待测多相流的总流量:
其中:
K为常数;
ΔP为多相流量计6测得的压差;
dmix为待测多相流的混合密度;
dmix按照式5计算:
dmix =λg*dg+λw*dw+λo*do 式5;
其中:
λg为气相相分率;
λw为水相相分率;
λo为油相相分率;
dg为气相密度;
dw为水相密度;
do为油相密度;
λg+λw+λo=1;
λg=GVF;
λw/λw+λo=WLR;
当GVF1≤90%时,λg=GVF=GVF1,WLR=WLR1;
当GVF1>90%时,λg=GVF=GVF1,WLR=WLR2。
并分别按照式6、式7、式8可以计算得到多相流的气流量Qg、水流量Qw、油流量Qo;
Qg=λg*Q (式6);
Qw=λw*Q (式7);
Qo=λo*Q (式8)。
实施例2:
在实施例1的基础上,进一步明确有:所述进样管1和所述主测量管2的内径均为50mm,所述分样测量管3的内径为25mm,所述过渡管4的大口端内径为50mm,所述过渡管4的小口端内径为25mm,所述过渡管4的轴向长度为50mm,所述弯管段33的弯曲半径为50mm,所述竖向段32的长度为50mm,所述主测量管2的管心线与所述进样管1尾端端口的水平距离为100~120mm。本实施例中,所述进样管1、主测量管2、分样测量管3、过渡管4形成分流取样装置①;如图3所示。
实施例3:
将实施例1的分流取样装置①仅进行如下改动:使所述竖向段32的长度为0,并相应调整所述水平段31与所述主测量管2的连接位置,得到分流取样装置②;如图5所示。
实施例4:
将实施例2的分流取样装置②仅进行如下改动:使所述过渡管4长度为0,并相应调整所述水平段31的长度,得到分流取样装置③;如图7所示。
实施例5:
在同一设定仿真条件(仿真GVF=95%,仿真WLR=50%,仿真流速v=25m/s)下对实施例1、2、3的分流取样装置①、②、③分别进行CFD仿真模拟分析;其结果(灰度图)分别如图4、6、8所示。
在原图中,图4、6、8左上角的色带最上方为红色(气相)、中间部分为绿色(水相)、最下方为蓝色(油相)。
图4对应的原图中,在主测量管2下部全部呈现出红色(转换为灰度图后,显示为深色);在图4的分样测量管3部分,靠近主测量管2的部分呈现出连续红色(转换为灰度图后,显示为深色),远离主测量管2的部分呈现出连续蓝色(转换为灰度图后,显示为较浅色),中间部分呈现出连续绿色(转换为灰度图后,显示为最浅色)。可以看出,几乎所有的液相(水相和油相)均进入了分样测量管3,从而保证从分样测量管3测得的含水率非常接近于真实含水率,且气、水、油三相在分样测量管3内具有较为清晰的分界,为更准确的测定含水率提供了便利。
图6对应的原图中,在主测量管2下部呈现出大面积红色(转换为灰度图后,显示为深色),但在主测量管2下部靠近分样测量管3的管壁出呈现绿色(转换为灰度图后,显示为最浅色);在分样测量管3部分,靠近主测量管2的部分呈现出连续蓝色(转换为灰度图后,显示为较浅色),其于部分无色。可以看出,仅有油相被分离至分样测量管3内,无法在分样测量管3内测定含水率。
图8的对应的原图中,在主测量管2下部呈现出大面积红色(转换为灰度图后,显示为深色),但在主测量管2下部靠近分样测量管3的管壁出呈现蓝色和绿色(转换为灰度图后,显示为较浅色和最浅色);在分样测量管3部分无色。可以看出,液相无法被分离至分样测量管3内,无法在分样测量管3内测定含水率。
实施例6:
配制五组不同含气率的三相混合流作为待测多相流,其真实的实际含气率GVFt和实际含水率WLRt分别为:
组1、GVFt=83.81%、WLRt=24.89%;
组2、GVFt=91.17%、WLRt=49.25%;
组3、GVFt=92.65%、WLRt=79.49%;
组4、GVFt=94.21%、WLRt=28.62%;
组5、GVFt=97.29%、WLRt=72.21%。
按照实施例6的方法对待测多相流的含水率进行测定,将待测多相流接入所述进样管1的入口端;测算10min内的平均值,如下:
表1、待测多相流的含气率、含水率统计表
表1中,标准结果为配制得到的待测多相流中实际的三相含气率GVFt和实际的液相含水率WLRt;
测试结果中,第1组的含水率为由多相流量计6测得第一含水率为WLR1,第2-5组的含水率为由含水仪5测得的第二含水率为WLR2;
修正结果中,第1组的含气率为83.28%,小于90%,故未对其进行修正;第2-5组的含气率均大于90%,对对应的第二含水率WLR2按照式1、式2、式3进行修正,得到第二修正含水率WLR2';
并且设定有:
WLR误差1`=WLR1-WLRt;
WLR误差1=WLR2-WLRt;
WLR误差2=WLR2`-WLRt。
从表1可以看出,当待测多相流中的含气率过高(大于90%)时,多相流量计6测得的第一含气率GVF1与实际含气率GVFt之间相差不大,通过多相流量计6仍能对含气率进行较为精确的测量。但在含气率过高(大于90%)时,多相流量计6测得的第一含水率WLR1与实际含水率WLRt之间的误差(WLR误差1`)开始变大,已不能对含水率进行较为精确的测量;而此时由含水仪5测得第二含水率WLR2与实际含水率WLRt之间的误差(WLR误差1)相对较小;并且经过修正的第二修正含水率WLR2'与实际含水率WLRt之间的误差(WLR误差2)很小,更趋近于实际含水率WLRt。
根据以上内容可以知道,采用本发明的有益效果是:在对三相流进行测量时,在不同含气率的条件下,分别采用不同的含水率计量方法,可提升高含气率条件下,含水率的测量精度。
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 (5)
1.一种多相流计量方法,其特征在于按以下步骤进行:
步骤一、设置多相流计量体系;
所述多相流计量体系包括水平设置的进样管(1),该进样管(1)的下游段分别连接有主测量管(2)和分样测量管(3);
所述主测量管(2)竖向设置,所述主测量管(2)的下端穿过所述进样管(1)的管壁并与之接通;
所述分样测量管(3)为“U”型管,所述分样测量管(3)的一端与所述进样管(1)的末端端口接通,所述分样测量管(3)的另一端回流至所述主测量管(2)并与之接通,在所述分样测量管(3)上安装有含水仪(5),该含水仪(5)包括射线发生器(51)和射线探测器(52);
所述主测量管(2)与所述进样管(1)相垂直,所述主测量管(2)的内径与所述进样管(1)的内径相等;
所述主测量管(2)的尾端端口连接有过渡管(4),该过渡管(4)呈圆台状,所述过渡管(4)的大口端与所述主测量管(2)的尾端端口连接,所述过渡管(4)的小口端与所述分样测量管(3)连接;
所述分样测量管(3)的一端与所述过渡管(4)的小口端连接,另一端穿过所述主测量管(2)的管壁并与之接通,所述进样管(1)的内径为所述分样测量管(3)的内径的两倍;
所述分样测量管(3)包括一个水平段(31)、一个竖向段(32)和两个弯管段(33),所述水平段(31)与所述进样管(1)平行,所述竖向段(32)与所述主测量管(2)平行;
一个所述弯管段(33)的一端与所述过渡管(4)的小口端连接,其另一端与所述竖向段(32)的下端连接;
另一个所述弯管段(33)的一端与所述竖向段(32)的上端连接,其另一端与所述水平段(31)的一端连接,所述水平段(31)的另一端穿过所述主测量管(2)的管壁并与之接通;
所述弯管段(33)的弯曲半径为其管道内径的两倍,所述弯管段(33)为90°弯管;
所述竖向段(32)的长度为其内径的两倍;
所述射线发生器(51)发出的射线穿过所述竖向段(32)后被所述射线探测器(52)接收,所述射线发生器(51)的发射端和所述射线探测器(52)的接收端的连线与所述进样管(1)的管心线相平行;
在所述主测量管(2)上安装多相流量计(6),该多相流量计(6)位于所述水平段(31)与所述主测量管(2)汇入点的下游;
步骤二、将待测多相流接入所述进样管(1)的入口端,所述多相流量计(6)和含水仪(5)开始工作;
由所述多相流量计(6)测得第一含气率为GVF1、第一含水率为WLR1;
由所述含水仪(5)测得第二含气率为GVF2、第二含水率为WLR2;
所述待测多相流的含气率为GVF,含水率为WLR;
当GVF1≤90%时,GVF=GVF1,WLR=WLR1;
当GVF1>90%时,GVF=GVF1,WLR=WLR2。
2.根据权利要求1所述的一种多相流计量方法,其特征在于:当GVF1>90%时,将WLR2按照式1进行修正,得到第二修正含水率WLR2',WLR=WLR2';
WLR2'=Sw/Sq (式1)
其中:
Sw为分样测量管(3)被射线穿过的横截面上的水相面积;
Sq为分样测量管(3)被射线穿过的横截面上的液相面积。
3.根据权利要求2所述的一种多相流计量方法,其特征在于:
其中:
R为所述分样测量管(3)的内腔半径;
xw为含水仪(5)测得的水相厚度;
xg为含水仪(5)测得的气相厚度。
4.根据权利要求3所述的一种多相流计量方法,其特征在于:按照式4计算待测多相流的总流量:
其中:
K为常数;
ΔP为多相流量计(6)测得的压差;
dmix为待测多相流的混合密度;
dmix按照式5计算:
dmix =λg*dg+λw*dw+λo*do (式5);
其中:
λg为气相相分率;
λw为水相相分率;
λo为油相相分率;
dg为气相密度;
dw为水相密度;
do为油相密度;
λg+λw+λo=1;
λg=GVF;
λw/(λw+λo)=WLR;
当GVF1≤90%时,λg=GVF=GVF1,WLR=WLR1;
当GVF1>90%时,λg=GVF=GVF1,WLR=WLR2。
5.根据权利要求4所述的一种多相流计量方法,其特征在于:所述进样管(1)和所述主测量管(2)的内径均为50mm,所述分样测量管(3)的内径为25mm,所述过渡管(4)的大口端内径为50mm,所述过渡管(4)的小口端内径为25mm,所述过渡管(4)的轴向长度为50mm,所述弯管段(33)的弯曲半径为50mm,所述竖向段(32)的长度为50mm,所述主测量管(2)的管心线与所述进样管(1)尾端端口的水平距离为100~120mm。
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