[發明專利]一種測量多相流中氣液兩相各自流量的臨界流噴嘴流量計及測量方法

有效

• 申請號: 201610882309.7
• 申請日: 2016-10-09
• 公開（公告）號: CN106352931B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 陳繼革;吳治永;徐斌
• 申請（專利權）人: 無錫洋湃科技有限公司
• 主分類號: G01F1/36
• 分類號: G01F1/36;G01N23/02
• 代理公司: 北京權泰知識產權代理事務所(普通合伙)11460
• 代理人: 任永利

技術領域

本發明屬于多相流流量計量領域。具體地，本發明涉及一種用于測量多相流中氣液兩相各自流量的臨界流噴嘴流量計和測量方法。

背景技術

油氣工業中，油氣井產物同時包含液相原油/水和氣相天然氣的氣液混合流體，業內稱之為多相流。其中所述氣相包括例如油氣田氣或任何在常溫下不凝的氣體，具體地有如甲烷、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、采用過程中注入油氣井中的水以及溶解在水相中的其它液體添加劑。在實踐中，油相和水相可能發生相分離，也可能油相和水相混合在一起，或是完全乳化的。如何實時準確地測量從油氣井中采出的氣液混合流體中氣體的流量和液體的流量，以及如何更進一步地測量油相、氣相和水相三相各自的流量，是油氣藏管理和生產優化所必需的基礎數據。當多相流中的氣相質量含量高于80％時，通常稱為濕氣。海底油氣田和頁巖氣開采中，采出物均為濕氣。

當油氣井為高壓井時，井口壓力為十兆帕量級，為了控制氣井產量及井口壓力，油嘴作為一種節流裝置被廣泛地應用于石油工業。現實中，油嘴不僅僅是作為控制油井產量的裝置，客戶對油嘴還有計量的要求。

現有技術中用于測量多相流中氣液兩相各自流量的一種方法是文丘里流量計+伽馬射線法，其原理是利用文丘里管測量濕氣的總體積流量，并用單能伽馬射線探測器測量氣液兩相各自的相分率，然后用總體積流量乘以氣液兩相各自的相分率，得到氣液兩相各自的體積流量。然而，油嘴喉部為音速流動，文丘里差壓法的原理不適合用于音速流動的計量。

現有的油田中，在井筒口處已經存在著噴嘴，地下原油經過該噴嘴噴出。人們通過長期的生產實踐，已經認識到這些噴嘴處的原油流量與噴嘴入口處壓力P₁(油田上稱為“油壓”)與噴嘴出口處壓力P₂(油田上稱為“回壓”)之間的壓差ΔP存在著一些定量關系以及經驗關系式，可用于粗略估算原有流量，但這種計量方法誤差很大；另一種方法是試井時的實測，試井時通過試量壓力、溫度，再通過對油井產物進行分離后分別計量氣相和液相，對數據進行擬合。這種方法不適合長期使用，因為油井的壓力和原油中的氣相質量相含率在生命周期內是動態變化的，如果采用一成不變的計量公式將帶來很大誤差，甚至誤判油井的產量。

此外，人們發現，在油壓P₁基本不變的前提下，當差壓ΔP逐漸升高時，總流量Q也逐漸增大；但當差壓ΔP達到并超過某臨界值ΔP_c后，流量Q不再隨差壓ΔP而變化，而是保持某一穩定值不再增加，將這種狀態稱為臨界流狀態。

因此，人們利用油嘴控制氣井產量、控制井口壓力，同時希望油嘴能夠對產物進行計量。但是，目前的油嘴計量功能十分有限，并不能精確實時計量多相流中氣液兩相各自質量流量。

發明內容

本發明的第一方面提供了一種測量多相流中氣液兩相各自流量的臨界流噴嘴流量計，其包括以下構件：

節流型噴嘴(1)，其具有入口、出口和喉部，其中喉部處流體的流通面積最小；

伽馬射線探測器，其包括伽馬射線發射器(2)和伽馬射線接收器(3)，其布置方式使得伽馬射線發射器發出的伽馬射線沿直徑方向穿過所述節流型噴嘴的入口處截面，到達所述伽馬射線接收器；

壓力傳感器，分別用于測量所述節流型噴嘴的入口處壓力P₁與出口處壓力P₂。

溫度傳感器，用于測量所述節流型噴嘴的入口處溫度T₁。

優選地，所述節流型噴嘴的喉部截面積為其入口截面積的1/10-1/2。

其中，所述伽馬射線探測器為單能伽馬射線探測器。

本發明的第二方面涉及一種測量多相流中氣液兩相各自流量的測量方法，其使用本發明第一方面所述的臨界流噴嘴流量計，該方法包括以下步驟：

a)通過壓力傳感器測量節流型噴嘴的入口處的壓力P₁和出口處的壓力P₂，通過溫度傳感器測量節流型噴嘴的入口處的溫度T₁；