[發明專利]一種在線測量水平管中濕氣的氣相流量和液相流量的裝置及方法

有效

• 申請號: 201310181243.5
• 申請日: 2013-04-29
• 公開（公告）號: CN103292849A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 陳繼革;謝建華;吳國棟;胡波;陳捷;葉俊杰
• 申請（專利權）人: 蘭州海默科技股份有限公司
• 主分類號: G01F7/00
• 分類號: G01F7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于多相流流量計量領域。具體地，本發明涉及一種在線測量水平管中的濕氣的氣相流量和液相流量的裝置，并涉及一種在線測量水平管中的濕氣的氣相流量和液相流量的方法。

背景技術

采油工業中，經常從油井中采出包含液相和氣相的氣液混合流體，業內常稱之為“濕氣”。濕氣在本質上屬于一種多相流，即氣相和液相的混合流體。其中所述氣相包括例如油田氣或任何在常溫下不凝的氣體，其中該油田氣一般為較輕的烷烴例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等。所述液相可包括：油相，例如原油本身以及在原油開采過程中溶解在原油中的液體添加劑，以及水相，例如地層水、采用過程中注入油井中的水以及溶解在水相中的其它液體添加劑。如何實時準確地測量從油井中采出的氣液混合流體中氣體的體積流量和液體的體積流量，是生產管理和生產優化所必需的基礎數據。

第一類測量多相流中氣液相體積流量裝置工作原理如下：通過分離器將氣液兩相混合流體分離成氣相和液相，這種分離器一般是通過重力實現氣液分離，或通過旋流分離器實現氣液分離，然后分別計量氣相和液相的體積流量。但由于分離器以及相關附屬設施重達數十噸，占地上百平方米，且控制環節多，使得分離器的維護和管理十分復雜，不利于生產過程管理的自動化，尤其不利于在沙漠和海上油田中使用。這種先分離后測量的方法也并非在線測量方法，存在測量的滯后性。

第二類在線測量濕氣的氣相流量和液相流量的方法如下：沿著濕氣的生產管線水平安裝一單相儀表，將濕氣當做單相進行計量。由于沒有使用多相儀表，所以液量需要通過別的途徑預先知道，或知道個概值。單相儀表的計量結果被當作氣量，但往往虛高，需要進行修正。業內通常采用的修正方法是基于氣液兩相的Lockhart-Martinelli參數進行迭代計算，主要代表有ISO濕氣模型，例如參見出版物ISO/TR?11583：2012，其英文題目是“Measurement?of?wet?gas?flow?by?means?of?pressure?differential?devices?inserted?in?circular?cross-section?conduits”，所有修正都是針對氣量的修正。但這種方法存在三個主要缺點：一是沒有明確的動力學機制；二是只修正了氣量，沒有對液量計量進行計量或修正；第三，該方法的適用范圍僅限于極高含氣的很窄含氣率量程。

第三類測量方法是是沿著濕氣的生產管線水平安裝一總流量計量設備和相分率計，分別測量流體的總體積流量Q_t和水平管某一徑向的氣相線性相分率α_g，并使用以下公式進行計算：

Q_g＝Q_t×α_g

Q_l＝Q_t×(1-α_g)

Q_t是總體積流量；

Q_g是氣相體積流量；

Q_l是液相體積流量；

α_g是氣相線性相分率；

這種方法一般假設水平管線中的濕氣為霧狀流，即在水平管線中液相以小液滴形式均勻分布在氣相中的狀態，且氣相和液相之間不存在滑差。而且這種方法中的相分率計一般都安裝在水平管的某一徑向位置，其測得的氣體相分率為該徑向位置的氣體線性相分率α_g，由于上述“均相”和“無滑差”假設的存在，所以所測量的氣體線性相分率α_g等同于氣相面積相分率α_sg和氣體體積相分率GVF。這種方法假設水平管線中的濕氣為均相霧狀流且氣液之間沒有滑差，這和濕氣流動的實際情況不太符合，在水平管線中，由于重力、系統壓力和溫度的影響，以及濕氣“濕”的程度，濕氣在水平管線中并非是一種理想的均相狀態，使用水平管線徑向的氣相線性相分率α_g替代氣體體積相分率GVF是存在誤差的，而這對液相的測量精度影響更為明顯。在濕氣中，GVF是個很接近1的數，GVF的些許變化，可引起LVF極大的相對誤差，也就造成了極大的液相測量誤差。所以，這種方法中，液相的測量精度往往比較差。