WO2004102131A1 - Regulateur d'ecoulement a trois phases pour huile, gaz et eau, et procede et appareil de mesure de l'ecoulement a trois phases pour huile, gaz et eau - Google Patents

Description

油气水三相流调整装置

油气水三相流流量测量装置、 测量方法 技术领域

本发明涉及一种安装在油田输油管线上油气水三相流调整装 置， 以及一种使用该装置的适用于油田输油管道内油气水三相流 流量测量装置和测量方法。

背景技术

油井中的油气水三相产物中各相产量流量的变化是油田采油 工作中的基础数据，是监测控制油井和油藏动态特性的主要依据。

为测量上述数据， 传统的方法是把多口油井的产物交替送入 计量分离器， 由分离器将油井产物分离成为油、 气、 水三种单相 流体， 然后在各自的出口分别进行计量。 当计量分离器把油井产 物分离成为气、 液两相流体时， 分别测量气、 液总流量， 液相中 的油、 水产量通常用取样化验法、 密度测量法或其它组分测量方 法来测量油水各自比例， 再计算出油、 水流量。

由于油田采用多口油井使用同一分离器， 对于单口油井无法 实现连续计量， 对于高产井分离器分离效果差， 导致计量结果的 代表性较差、 误差大。 其次由于油气水三相分离器的结构和流程 复杂， 一般计量分离器以及相关附助设施重达几十吨， 占地面积 上百平方米， 使得计量分离器系统维护管理十分繁杂， 需要控制 的环节较多， 因而导致建站运行、 维护费用高， 不利于实现生产 过程和管理的自动化， 这些缺点对沙漠和海上油田尤为突出。

近年来出现的多相流计量系统， 不需要对油气水进行分离即 可对油气水三相流混合物中各相的流量进行测量。 但由于在管道 内的油气水三相流是一个极端复杂的多变量随机过程， 在不同条 件下呈现出不同流型。 此外， 由于油井产出物中， 油、 气、 水三 个组分的相对份额也会有大幅度的变化： 它可能是高含气（含气 率 100% ); 也可能是全液（含气率 0% ); 在液相中， 可能全是油 (含水率 0% ); 也可能是高含水（含水率 95%以上）。 以及上述 极端值之间的任意组合。 现有的各种多相流量计， 无一例外地只 能适用于某一种或少数几种流型和某一个流量范围， 覆盖一部分 含气率和含水率的组合。 这就在很大程度上限制了现有多相流量 测量技术在生产实践中的推广应用。

发明内容

因此本发明第一个目的在于提供安装在输油管线上的一种体 积小、 重量轻的多相流调整装置， 改变油气水三相流的组分和流 态， 以满足多相流的测量要求。

本发明的第二个目的在于提供一种安装在输油管道上采用本 发明的油气水三相流调整装置而对油气水三相流进行连续测量的 油气水流量测量装置。

本发明的第三个目的在于提供一种采用油气水三相流测量装 置而对油气水三相流进行测量的油气水三相流测量方法。

为实现上述第一个 3的， 本发明提供了一种安装在输油管道 上的多相流调整装置： 它包括壳体、 和安装在壳体上的入口加速 管段、 入口管段连接法兰、 气路出口连接管段、 混合液溢出口连 接管段、 取样器、 取样器出口连接管段。 在壳体内部安装有旋流 导流管、 接液锥体、 锥体混合器管段。 从入口进入本装置的油气 水三相流， 经加速后旋流分离， 一部分气体从气路出口排出， 其 余油气水三相流进入接液锥体， 继续作自然旋转， 形成二次分离， 被分离后的油水液体通过锥体混合器管段流入壳体下部构成的一 个液仓， 混合液溢出口是控制液仓液面高度的装置， 液仓中的液 体一部分从混合液溢出口溢出， 使液仓液面保持在一定的高度； 一部分液体经取样器取样后， 通过取样器出口连接管段进入相分 率仪测量含水率 WC：。

为实现第二个目的， 本发明提供了一种安装在输油管线上的 油气水三相流流量测量装置， 该装置使用了本发明的油气水三相 流调整装置， 还包括： 安装在所述油气水三相流调整装置入口连 接法兰上的连接管段， 和连接管段连接的计量管段， 它包括： 单 能 Y相分率计、 差压式流量测量器件、 盲三通混合装置、 以及安 装在此计量管段上的温度变送器、 压力变送器、 差压变送器。 还 包括安装在所述多相流调整装置取样器出口连接管段上的双能 Y 相分率计， 汇流管段， 以及计算机计算系统， 用于计算油气水三 相流的总体积流量率 Q, 油体积流量率 Q。， 气体积流量率 Q_g， 水体积流量率 Q_w。

为实现第三个目的， 本发明提供了一种测量油气水三相流测 量方法， 包括下列步骤：

1)使输油管道内的油气水三相流进入盲三通混合管段。 盲三 通混合管段将改变油气水三相流流型并将油气水三相流进行混 合。

2)使流经盲三通混合管段的油气水三相流进入由单能 γ相分 率计， 差压式流量测量装置， 温度变送器， 压力变送器组成的计 量管段， 计量管段对油气水三相流的总流量差压 Δ Ρ、 含气率、 温 度、 压力进行测定。

3)使流经计量管段混合较均勾的油气水三相流进入所述油气 水三相流调整装置。

4)所述本发明的油气水三相流调整装置对油气水三相流进行 调整， 使部分持液气体从气路排出口、 液仓混合液溢出口排出液 仓内多余的油气水混合液进入汇流管段， 部分混合均勾的较低含 气的液体经取样器出口连接管段进入双能 γ相分率计， 对液相含 水率 WC进行测定。 计算油气水三相流的体积流量率， 本文所指流量率均为体积 流量率， 以下简称流量率。

计算公式为：

总流量率： Q = K*^Ap/p

油流量率： = 2·(ι- EMi- ）

气流量率： w ^GVF

水流量率： =2·(1-

Δρ为差压值， Ρ为油气水混合密度。

p

+ p *(l-WC)}»(l-GVF)+p »GVF

使用油气水三相流调整装置的油气水三相流量测量装置可以 直接安装在输油管线上， 油气水三相流调整装置改善多相流流型 流态和区间组分， 从而提高了多相流测量装置的测量范围和测量 精度。 尤其在高含气的条件下， 可以较精确的测量流量和含水率。

使用本发明的多相流调整装置的油气水三相流量测量装置， 占用面积小， 重量轻， （占用面积小于 2m², 重量小于 2吨)和输油 管线连接方便， 不会形成憋压， 安全性好， 对测量介质无任何损 害， 可较精确的对油气水三相流连续的在线测量， 也可做便携式 移动测井装置使用， 直接安装在井口， 平台上对单井进行油气水 产量、 压力、 温度、 含水率、 含气率测量和油井控制系统联结可 实现对油井的自动监控工作。

附图说明

以下结合附图对本发明的实施方式的详细描述， 本发明的目 的、 特征和优点将会更加明显。

图 1是本发明的多相流调整装置的一个实施例的示意图。 图 2是本发明的使用油气水三相流调整装置的油气水三相流 测量装置的一个实施例的示意图。 图 3是本发明的使用多相流调整装置的油气水三相流量测量 方法的主要流程图。

具体实施方式

下列结合附图详细描述本发明的实施例。

图 1示出了本发明的油气水三相流调整装置的实施例。

在图 1中，标号 1代表油气水三相流调整装置入口连接法兰， 2代表入口内缩径加速管段， 3代表气路出口管段， 4代表壳体， 5代表旋流导流管， 6代表排气管， 7代表接液锥体， 8代表锥体 混合器管段， 9代表混合液溢出口连接管段法兰， 10代表取样器， 11代表取样器出口连接管段。

该实施例的多相流调整装置是这样构成的： 入口连接法兰 1 和油气水三相流管线联接， 并依次和入口内缩径加速管段 2、 旋 流导流管 5连接， 排气管 6安装在旋流导流管 5的中心， 接液锥 体 7连接在锥体混合器管段 8的上面； 取样器 10, 取样器出口连 结管段 11， 依次连接， 并通过取样器出口连接管段和外连接。

气路出口连结管段 3安装在本装置顶部， 通过法兰可和汇管 联接， 混合液溢出口管段 9设在壳体 4下端适宜的位置， 溢出口 以下自然形成取样器液仓。

其过程为油气水三相流经入口内缩径加速管段 2加速后进入 旋流导流管 5做圓周旋流流动。 在旋流离心的作用下实现气液两 相分离， 被分离的气体从排气管 6 中心排出。 经气路出口连结管 段 3进入汇管。 被分离的液体延壁进入接液锥体 7进行二次旋流 分离， 使残留的气体进一步分离， 被分离后的液体经锥体混合器 管段 8将液相油、 水混合。 混合后的液体自然进入取样器液仓， 经取样器 10取样并经取样器出口连结管段 11流入外接双能 γ相 分率计， 进行含水率测量。 混合液溢出口管段 9位置根据取样器 液流量大小， 含气率的高低而确定， 起控制液仓液位作用。 本发 明的油气水三相流调整装置使用在油气水三相流测量装置中， 大 大提高了多相流测量装置对油气水三相流的测量适应范围， 同时 也提高了测量准确度。

图 2示出了本发明的一种使用了本发明的油气水三相流调整 装置的油气水三相流测量装置的实施例。

标号 1代表入口连结法兰， 2代表入口加速管段， 3代表气路 出口连结管段， 9代表混合液溢出口管段， 11代表取样器出口连 结管段， 15代表盲三通混合装置， 16代表温度变送器， 17代表 压力变送器， 18 代表单能 Y相分率计， 19 代表差压变送器， 20 代表差压式测量流量器件， 21代表连接管段， 22代表本发明的油 气水三相流调整装置， 23代表汇流管段， 24代表双能 Y相分率计， 25代表输油管道计量出口端， 26代表输油管道计量入口端。

该实施例的油气水三相流量测量装置是这样构成的： 在输油 管道计量入口端 26依次安装盲三通混合装置 15, 单能 γ相分率 计 18， 差压式测量流量器件 20， 连接管段 21， 多相流调整装置 22的入口连接法兰 1和连结管段 21连接， 油气水三相流调整装 置 22的气路出口连结管段 3, 混合液溢出口连结管段 9分别接汇 流管段 23, 取样器出口连结管段 11和双能 Y相分率计 24联接， 双能 Y相份率计 24出口端接汇流管段 23, 汇流管段 23出口接输 油管道 25, 温度变送器 16, 压力变送器 17依次安装在盲三通混 合装置 15上； 入口内缩径加速管段 2内截面几何形状不做限制， 可为圆形或为矩形；。

其测量过程， 从输油管道来的油气水三相流首先进入盲三通 混合装置 15, 使三相流原流态改变， 并将其混合。 单能 γ相分率 计 18测定油气水三相流含气率 GVF， 差压式测流量器件 20、 差 压变送器 19通过测定总流量差压值 Δ Ρ测总流量率 Q， 温度变送 器 16、 压力变送器 17分别测量管道内温度和压力； 油气水三相 流流入油气水三相流调整装置 22后， 经调整处理, 被分离后并混 合均勾的油水液体经取样器取样， 所取样液通过取样器出口连结 管段进入双能 Y相分率计 24, 测定含水率 WC, 再经汇流管段 23 进入输油管道。

所有测定数据经计算机处理系统进行计算， 然后输出油气水 三相流的各相流量率等测量结果。

本装置示意图 2中对计算机数据处理系统未做标示。

其计算公式为：

总流量率： Q =

油流量率： e。 = e*(i- G^ (I - ）

气流量率： = Q' ^GVF

水流量率：

△ p 为多相流流过差压式测流量器件形成的差压， 由差压变 送器测得；

WC为含水率由双能 γ相分率计测得；

GVF为含气率由单能 γ相分率计测得；

P为油气水三相流的混合密度可用下式求得：

P 水、 P 油、 P气分别为三相流水、 油、 气的密度。

根据公知的油气水的压缩系数、 膨胀系数利用测得的温度、 压力就可以计算出标准状态下的油气水三相流各单相的流量率。

在本发明所做的实验中， 单能相分率计 18, 采用 ²⁴¹Am单能 Y相分率计， 双能 γ相分率计 24, 采用 Am+Ag双能 γ相分率计， 差压式测量流量器件 20采用文丘利器件。

应注意的是选用上述器件只用于说明， 并不构成对本发明的 限制。

通过实验， 上述装置可达到以下技术指标： 1. 含水率测量范围 0~100%

2. 含水率测量误差 <2%

3. 含气率测量范围 0〜100%

4. 曰产液量测量误差 <5%

5. 曰产气量测量误差 <10%

图 3是本发明的使用油气水三相流调整装置的油气水三相流 流量测量方法的主要流程图。

步骤：

3-1调整改变原油气水三相流流型流态， 并使其混合均匀； 3-2 利用差压式流量测量装置测量混合的比较均匀的油气水 三相流总流量差压 ΔΡ用于计算总流量率 Q;

3-3 利用单能 Y相分率计测量油气水三相流的含气率 GVF; 3-4 分离油气水三相流中的气体， 并使液体中的油水均匀混 合；

3-5 测量混合均匀的液体中的含水率 WC;

3-6 测量管道压力和油气水三相流的温度；

3-7 对测量的数据通过计算系统进行计算， 求得总流量率： Q , 油流量率 Q_G,气流量率 Q_g， 水流量率 Q_w;

计算公式

总流量率： Q = K»_y]Ap/p

油流量率： (^ ).(l- 气流量率： = Q'^GVF

水流量率：

△ p为差压表测得的差压式流量计的差压值；

P为油气水三相流的混合密度；

P水、 P油、 P气分别为三相流水、 油、 气的密度。

Claims

1. 一种油气水三相流调整装置， 其特征在于： 入口内缩径加 速管段 (2)用于对油气水三相流加速， 旋流导流管 (5)使油气水三相 流旋流运动分离出气体， 排气管 (6)为旋流气心排气通道； 接液锥 体 (7)使液体进行自然旋流， 实现二次气液分离， 混合器 (8)对分离 的液体中的油水进行混合使之均句； 混合液溢出口管段 (9)安装位 置用于控制液仓液位高度； 油气水三相流调整装置安装在输油管 道上， 用于改变油气水三相流原流型流态， 分离油气水三相流的 气体并使分离的液体混合均匀， 集油气水三相流气体分离， 被分 离的液体均勾混合， 混合液连续取样等多种功能于一体， 构成完 整的多相流调整装置。

2. 根据权利要求 1所述的三相流调整装置， 其特征在于：

1)入口内缩径加速管段 (2)内截面几何形状不限制可为圆形或为矩 形；

2)旋流导流管截面几何形状不作限制可为圆或为矩形；

3) 旋流导流管 (5)盘旋螺道上内外分层开孔使分离的气、液陆续排 出， 也可以不开孔， 集中排气和排液；

4) 旋流导流管 (5)盘旋螺道可以独立构成，也可以用壳体壁作为其 构成的一部分。

3. 根据权利要求 1的所迷的三相流调整装置， 其特征在于： 入口内缩径加速器管段 (5)与壳体的柱面切向接入或垂直接入。

4. 一种油气水三相流量测量装置， 包括安装在输油管道上的 盲三通混合装置 (15)、 差压式流量测量器件 (20)、 单能 γ相分率计 (8)、 双能 γ相分率计 (24), 油气水三相流调整装置 (22)、 汇流管段 (23)、 连接管段 (21)以及计算装置， 其特征在于：

所述差压式流量测量器件 (20)和单能 γ相分率计 (18)安装在 油气水三相流调整装置 (22)及盲三通混合装置 (15)之间， 单能 Y相 分率计 (18)用于测量含气率 GVF, 差压式流量测量器件用于测量 油气水三相流总流量 ,

双能 Y相分率计安装在多相流调整装置取样器出口和汇流管 中间， 用于测量液相中的含水率 WC。

5. 根据权利要求 4所述的油气水三相流量测量装置， 其特征 在于： 盲三通混合装置 (15)上安装有温度变送器重 (16)、 压力变送 器（17), 温度变送器和压力变送器测量混合液的温度和压力， 用 以计算标准状态下的油气水的体积流量。

6. 根据权利要求 4的油气水三相流量测量装置， 其特征在于： 还包括所述油气水三相流流量测量装置选用单能 γ相分率计 (18), 双能 γ相分率计 (24)用以测量含气率 GVF和含水率 WC。

7. 一种使用权利要求 4 的油气水三相流量测量装置的油气水 三相流量测量方法， 包括以下步骤：

1) 调整改变原油气水三相流流型流态， 并使其混合均匀；

2) 利用差压式流量测量装置测量混合的比较均匀的油气水三相 流总流量差压 Δ Ρ用于计算总流量率 Q;

3) 利用单能 Y相分率计测量油气水三相流的含气率 GVF;

4) 分离油气水三相流中的气体， 并使液体中的油水均匀混合；

5) 测量混合均匀的液体中的含水率 WC;

6) 测量管道压力和油气水三相流的温度；

7) 对测量的数据通过计算系统进行计算， 求得总流量率： Q ， 油流量率 Q。，气流量率 Q_g, 水流量率 Q_w;

计算公式

总流量率： Q = K » ^jAp / p

油流量率： β。 = 2·(ι-σ^)·(ι- ） 气流量率： W ^GVF 水流量率：

△ ρ为差压表测得的差压式流量计的差压值； Ρ为油气水三相流的混合密度；

Ρ 水、 Ρ 、 Ρ气分别为三相流水、 油、 气的密度。