多相流量计发展历程.docx

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多相流量计发展历程

多相流量计的研究始于上世纪六十年代，从80年代至今，国内外多相流量计量技术的开发和应用取得了重要进展。

20世纪80年代，第一台商业多相流量计（MPFM）在挪威的北海油田投入使用。

多相流量计的优点主要有：

（1）对油气进行连续、在线、自动测量，可实现无人值守。

多相流量计可测出日产油、水、气的量以及井口压力、温度数据，并把它们显示、打印出来。

如果与多路阀结合使用，可实现单井无人计量。

（2）系统质量轻，结构紧凑，占地面积小。

（3）无任何可动部件，几乎不需要维护。

多相流量计基本上由传感器和探测器组成，没有可动部件，不需要维护；而常规计量分离器有液面控制器、流量计、孔板、调节阀等，需要定期维护、更换和标定。

（4）被计量原油不用加热，节省成本。

多相流量计对被测介质温度无要求，只要介质能够流动就可以进行计量，仅需要用220V电源，功率为200W左右；而采用计量分离器，当井温较低时，产出液加热后才能进行有效的分离，如果是气泡原油，还要加消泡剂。

（5）投资少，操作费用低。

考虑到日常维护费用、占用平台面积等间接因素，选用多相流量计将会带来更大的经济效益。

®1水下多相流星计卷数对比表

Fable1Comparisonbetweenwidelyusedsubsea

产品类型

Fiw■少

mpm"q

0-98

0-98

0-95

含水率

0-100

fl-IOC

0-

含水率测at精度f瞪

±5

±2

菠障测■辆度r%

±5

±4

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气体测H精度『％

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设计水深加

3000

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30左右

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连接器

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多相流量计测量的基本原理

1、流量测量基本方程

多相流量计：

能够同时获得被测管道气液各相流量的装置质量流量二面积（SD*密度（pi）*速度（Vi）

其中：

S—各相在管道截面上所占据的面积Vi各相沿管道轴线的流速

2、相分率测量技术

（1）射线吸收测量相分率技术

射线穿过多相流体时受到流体吸收，吸收的程度与多相流的密度有关。

根据射线的吸收程度，可得出流体混合物的密度，进而计算出多相流的各相分率。

（2）电法测量相分率技术

根据气液相混合物中两相介质的介电常数和电导率差别，测量出混合物中的气液相分率。

可分为电容法和电导法。

（3）微波衰减法测量

微波衰减法主要用于测量含水体积分数，因为某一固定频率的微波经过不同含水体积分数的液相，可以产生不同的衰减，亦即衰减幅度与含水体积分数有关。

（4）电容层析成像技术

20世纪80年代初首先由西方发达国家开始研究开发，主要用于工业管道多相流测量.它类似于医学领域应用的CT技术，通过检测阵列电极电容变化，反映管道中多相介质介电常数分布，从而构造出管道中备相介质的分布图像，如石油输送管道中油水气各相介质浓度分布。

层流•满管流

3、流量技术：

常用的流速测量技术主要有：

互相关法、差压法、容积流量计法

（1）互相关法：

沿多相流管道相隔一定距离布置2个特性相同的传感器，分别检验多相流相分率和相空间分布等变化的随机流动噪声信号。

根据相关技术确定上下游噪声信号的渡越时间，即可求得相关速度。

多相流相分率及压力信号可作为流动噪声信号进行相关处理。

常用传感器有测量相分率信号的射线和电容/电

导传感器及测量压力信号的压力变送器等。

当前超过半数的多相流量计采用相关分析设计。

通常用于相关分析测量的参量也用于相分率推算。

该方法的优点是只有信号中的交流成分作为信息用于相关函数中，对热力影响和零点漂移不敏感。

互相关法流量测量原理

Flowsys多相流量计

FieldElectronics

ExtendedThroatVenturi

HighPressureFeedrhrouqhConnectors

316Steel

ElectrodePlates

PEEKInsulatingMaterial

现场仪表主要有4部分组成

1电容或电导传感器

在油连续相混合液时，采用电容传感器测量乳化油的介电常数；对于水连续相混合液时，采用电导传感器测量水的电导率，用以确定含水率。

2电容、电导构成的互相关仪在文丘里喉侧的电极为一对，由其测得的互相关信号确定流体流速。

3扩展喉部的文丘里流量计

通过文丘里的动量方程间接求得密度流体密度

4压力和温度传感器

测量的压力、温度值用于油气PVT运算。

系统性能

1操作范围：

WLR0-100%

GVF0-97%

2测量不确定度：

（置信水平90%）

测量不确定度取决于工况含气率（GVF，给出的测量不确定度指标是以GVF划

分。

含水适于在0-100%范围内

现场测试：

1台2”TopFlow多相流量计与两相分离器串联进行对比现场测试，于2002年3

月由PetronasCarigali实施。

现场条件：

工作压力：

1300—1900kPa

GVF80-97%

含水率：

0-95%

测试结果：

液量在土10之内：

10点（10/13,94%）

气量在土10%内：

6点（6/10,60%）

含水率在土10之内：

12点（12/13,93%）

油量在土10（之内：

8点（8/13,61.5%）

水量在土10（之内：

5点（10/13,45%）

总结：

1文丘里与电容、电导构成的互相关仪可测量流速、含水率、含气率（差压测密度）。

2电容、电导传感器在含气状态下可测量含水率。

3与ROXAR原理相近，只是ROXAF用放射性测量密度，而Flowsys用文丘里测密度。

4液量、含水率测量准确度分段给出；GVF超过97%不给出液量、含水率测量准确度。

5实际测试结果表明测量准确度较差。

6含水准确度差，对纯油准确度影响很大。

差压法：

流体通过节流件（如孔板、文丘利管和喷嘴）时会产生压降，由多相流量与压降的关系即可测得多相流量。

文丘利管法就是当前使用最多的多相流量测量法。

文丘利管结构简单，体积小，维护方便。

多相流量计发展历程：

（1）国内

兰州海默公司的FJ-104型、MFM2000型、脐眼OOO-y型、MFM2000-H型

油气水三相流量计和MobileMFM2000型车载式多相流量计华北油田钻井研究所的SXL—1型油气水三相流量计西安交通大学的TFM-500型多相流量计。

（2）国外

挪威Fluenta公司1900系列多相流量计；

MFI公司LP型多相流流量计；

Framo公司的MPFM型多相流量计；

KOS公司的MCF351型多相流量计：

Texaco公司的SMS多相流量计。

油气多相计量技术分类

分离ifI不分离心软件测册

完全分离部分分离分谎分相液面恢复法功图法

优点

缺点

完全分离方法

当气液相能实现完全分离，测量不受多相流波动的影响，精度高。

由于要对气液进行完全分离，分离设备体积庞大，价格昂贵，在很大程度上增加了油田的开发成本。

不分离多相计量方法

不需分离设备，体积小；

测量受流体波动的影晌，精度低。

部分分离多相流量计

缩小了流过测量仪表的两相流组分变化范围，同时也降低了流动的不稳定性和测量信号的波动性。

这虽然在一定程度上缩小了计量分离器的体积，并降低了两相流测量的难度。

未能将气液混合物完全分离，故实际上对提高测量精

度的作用是有限的。

（1）分离式多相流量计

使用

工作原理：

将多相流体只分为气相和液相，使用一台单相气体流量计测量气体流量,

台单相液体流量计测量液体流量，液相含水率可用一台在线水组分测量仪完成。

GLCC多相流量计

GLCC（gas-liquidcylindricalcyclone管柱式气液分离器，由美国Tulsa大学最先研制推出。

由

一个倾角向下的管道切向进入分离器，在旋转产生的离心力以及重力作用下发生分离，形成

一锥状气液界面，液相沿着分离器璧沉积在底部，进入液体测量管道，上方气体进入气中目

测量管道，随后气液重新混合。

（2）非分离式多相流量计

不分离式多相流量计是在不对井；在作任｛可分离的情况下实现油、气、水三相计量，其技术难度主要体现在油、气、水三相组分含量及各相流速的测定。

Framo的MPFM型多相流量计

MPFM型多相流量计由在线静态混合器、多源伽马组份计和文丘里动量计三部分组成。

混合装置使计量系统完全不受上游流态的影响并为计量段提供均质流。

多源伽马计由一个伽

马同位索和一个耐震探测器构成，用来确定油、气、水各自的体积百分数。

油、气、水各自的组份根据不同伽马能的相对衰减程度计算求得。

文丘里流量计与伽马组份计相结合，获得

油、气、水各自的流量。

截止到1995年11月的资料，该公司已在世界各海上油田推广了21套MPFM型流量计，

其中5套为海底计量装置。

此外，挪威国家石油、德士古、菲律普斯和汉米尔顿等8家国际

大石油公司也使用这种流量计。

这13套流量计均为全流态型，主要的上、下限参数范围为：

实际工况下的台气体积率为20%~9%,实际工况下的含水率为0~90%，总流量范围为

120m3/h~5000m3/h，设计压力为2MPa~35MPa。

测试情况：

1992年开始在油田进仃试验，随后分别在Texaco,NEL及Porsgrunn的多相

流测试装置上进行对比测试。

应用情况：

已在陆上、海上油田及海底使用，目前已销售50多套（包括用于实验）

挪威ROXAR公司MFl多相流量计

测量原理：

（1）测速采用微波相关法：

（2）相分率采用微波传感器和伽马密度仪：

（3）总流量测量采用文丘里流量计。

该多相流量计结构紧奏，无可动部件，压力损失较小。

测试情况：

先后在Statoil，ELF,Agip，Shell,BP等公司的油田及Porsgrunn高压多相流量计试验环道、NEL多相流测试环路、大庆油田设计院多相流量计实液测试装置上进行对比测试。

应用情况：

已在陆上、海上油田使用，已销售130多套（包括用于实验）。

文昌油田井口平台采用了该公司的产品。

AGAR公司的MPFM-301型多相流量计

测量原理：

采用正排量（PD）流量计测定总体积流量；由2个文丘里管组成的双动量流量计测定含气量；微波原油含水分析仪测定含水率。

该流量计系统相对庞大，结构复杂，压力损失较大，而且有可动部件和电控阀门。

测试情况：

分别在Shell，Amoco公司的油田及Conoco，Texaco及NEL的多相流量试验装置上进行了对比实验。

应用情况：

已在陆上、海上油田使用，其各种型号的多相流量计已销售了90多套（包

括用于实验）

海默多相流量计

）海默总量计量多相流量计

测量原理：

•采用低能伽玛射线吸收技术测量相分率

•利用文丘里与单能咖玛组合形成一个独立的测量单元，测量气液流体总流量。

•双能咖玛测量仪测量油水混合液中的含水率。

应用：

该流量计已在陆上油田、海上油田使用。

涠洲11-4东平台采用了该公司的多相流量计，是

我国海上平台第一次使用多相流量计，目前正在运行中。

另外，秦皇岛32-6油田井口平台

和绥中36-1II期井口平台的总流量计量也采用了该多相流量计。

3.2Fluent公司的MPFM1900型系列多相流量计

MPFM1900型计量系统由测量流体介电常数（电容率）及气液各相流速的电容传感器和传感器电子计、测量流体密度的伽马密度计、执行数据分析的计算机和将传感器电子计、伽马

密度计连接至计算机的电缆等组成。

电容传感器探测油气混台物中是否有大、小气泡高速流过，以此确定流态，然后分析计算和

测定流体的流速。

流体密度和介电常数分别由伽马密度计和电容传感器确定。

含水率适用范围0-100%，含气率可达95%。

，Fluenta公司已安装了16套用于试验或商业性使用的多相流量计该公司最近签订的合同是为壳牌英

国公司的Teal/Guillemot生产船提供1套多相流量计。

据该公司人士称，这套152.4mm的MPFM900W型将是世界上第1套安装在浮式生产系统上的多相流量计。

Fluenta公司还称在挪威获得了最大的多相流量计合同，其一是2套2032mm的MPFM190叽型装置将安装在Saga石油公司的Snorre平台上，用于Vigdis油田的生产，其二是为Amoco/Gupcc公司在苏伊士湾的October油田提供2套多相流量计。

测试情况：

MPFM-1900/1900V流量计先后在BP公司、Statoil公司、ELF公司的油田及Conoco，

Texaco,NEL及Porsgrunn的多相流量计试验装置上进行对比测试。

应用情况：

已在陆上、海上油田使用，已销售90多套（包括用于实验），秦皇岛32-6油田的井口计量就采用了该公司的产品

3.3Multi-Fluid公司的LP和FR型多相流量计

这种多相流量计的主体结构由两个独立的仪表组成，其中一个为组份计，用于测量传感器中油、气、水瞬间体积或质量百分数；另一个为速度计，用于测定油、气、水混合物通过传感器的速度。

该流量计确定油、气、水间相对分布的方法类似于Fluenta公司的流量计。

流量计长66.7cm（26.3in）,公称直径101.6mm（4in），额定压力ANSI600。

它无可动部件，壳体由316L不锈钢制成，重约1OOkg。

FR型多相流量计是在LP型多相流量计的基础上研制的。

它以微波技术为基础，由组份计、伽马密度计和1个或2个流速计组成。

组份计从混合物密度和介电常数中获得油、气和水各相的体积流量，其中混合物的介电性质由微波监测专利技术测得。

FR型多相流量计可在0〜100含水率条件下使用；而LP型流量计采用同样的微波技术，仅能在油连续相和40〜6O%含水率条件下使用。

1994年，FR型流量计样机分别在Elf石油公司的Pecorade油田和Stato[1的Gullfaks油田进行了试验目前，该公司正根据样机向商

业化阶段转化，并有望在1996年进入商业性销售。

LP型多相流量计已得到了Statoil对其在油井计量方面的质量认证，1套152.4mn装置将近期在Gullfaks安装使用。

1995年初，Saga石油公司在Snorre平台已投产了1套这种型号的多相流量计。

这种多相流量计由两个独立的仪表组成（见图2），其中一个为组份计，用于测量传感器中油、气、水瞬时体积或质量百分数}另一个为速度计，用于测定油、气、水混合物通过传感器的速度

KOS公司的MCF351型多相流量计

MCF351型多相流量计是K0公司与Norske壳牌公司联合开发的，并在阿曼、加蓬和北海油田进行了广泛的试验。

1995年4月，该公司又在德士古公司的Humble流体试验设旋上针对油连续相乳状液进行了试验。

此外，还在北海某油田用稠油进行了试验。

1995年4月，马来西亚PetronasCarigali公司在其TembungoB平台安装了l套商业性MCF351型流量计。

目前，KOS^司正在开发用于海底的SMF351型多相流量计，并正在制造样机，准备在今年夏季进行试验。

3.4其它

此外，还有，KOS公司的MCF型多相流量计，

ISA公司的ScrollFlo型多相流量计

这种多相流量计由英国BP开发研制，ISA公司生产。

它是根据众所周知的容积式计量原理，

同时结合密度测量，以此得出油、气、水混合物各相的质量流量

AEA技术公司的脉冲式多相流量计

这种多相流量计安装在管线的外侧，不会对管线内的混合物产生干扰。

该流量计采用一个脉冲中子束对通过管线的氢原子、碳原子和氢原子进行计数，以此测出气体、液体和固体的体积。

混合物中的含水量通过对氯原子的计数求得。

辐射短脉冲"触激"氢原子，同时计量以此

测出混合物的流速。

将两种测量结果相结合便可精确地计算出管线内的流量。

存在问题

（1）测量精度相对较低，目前市场上大多数多相流量计在大部分流态下各相测量误差为士10%。

（2）所有目前用于多相计量的技术都要求必须掌握流体的特性，如介电常数、质量眼收系数，需要频繁标定。

（3）工作范围较窄。

目前市场上几种主要多相流量计的最高适用含气率为90%-100%，

随着含气率的增加，液相的计量精度将受到影晌。

（4）安全环保问题。

多相流量计普遍采用像微波等辐射源，而有关法规对使用辐射源有严格的限制。

（5）多相流量计验证国际上缺乏一套统一的标准和规范。

发展趋势

（1）智能式:

要确保测量模型和方案的正确性，需重视特征参数的选取。

由于多中目流动状态的不确定性及不稳定性，为了确保多中目计量的准确性，应用智能化的测量方法进行数据处理，特别是应用模糊数学理论、人工智能技术、网络技术及小波分析理论。

（2）组合式

组合式一方面是指功能上的组合，例如将流速表和组分表组合起来使用;另一方面是指组合多种方法和技术来完成一种功能。

尽可能地应用单相计量和气、液两相流动测试比较成熟的方法和技术，为实现在线实时计量，应满足信号连续采集。

为适应数据实时处理，应与计算机合为一体，可操作性强。

（3）通用性目前的多相流仪表的测量范围受到很多限制，如受含气率、含油率、含水率、粘度、盐度等的影晌。

因此，开发和研制大范围的多相流仪表势在必行，增加其通用性。

同时，应建立比较完善的检测装置，对多相流量计进行标定，保证准确性。

（4）小型化多相计量装置的体积直接影响到生产成本、安装成本，占地面积，研究小型、高效计量装置将是油气田多相计量发展的一个重要方向。