[發明專利]全截面測量多相流中氣、液、固質量流量計量裝置及方法

在審

• 申請號: 201811639591.1
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109443466A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 陳妙謀;陳繼革;成正東;徐斌;李敬陽
• 申請（專利權）人: 無錫洋湃科技有限公司
• 主分類號: G01F1/86
• 分類號: G01F1/86;G01F1/88;G01F7/00
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 諸炳彬

本發明涉及一種全截面測量多相流中氣、液、固質量流量計量裝置及方法，包括伽馬射線源、伽馬射線探測器、差壓型流量計，所述差壓型流量計具有喉部段，所述的伽馬射線源和伽馬射線探測器分別安裝于喉部段兩側相對的位置；所述的伽馬射線探測器為由多個探測器組成的陣列，所述伽馬射線源發出的伽馬射線覆蓋喉部段所在的測量截面，且所有穿過上述截面的伽馬射線均能被伽馬射線探測器接收。本發明在空間上對流體進行全截面的檢測，針對流體空間不均勻性的現象進行妥善處理，使測得的數據相比于僅部分伽馬射線穿過截面（取樣性測量）來說更加精確，解決了工業多相流體的空間分布不均給截面相分率測量帶來的代表性問題。

技術領域

本發明涉及多相流體領域，更具體地說，它涉及一種全截面測量多相流中氣、液、固質量流量計量裝置及方法。

背景技術

相的概念通常是指某一系統中具有相同成分及相同物理、化學性質的均勻物質部分，各相之間有明顯可分的界面。多相流體是工業生產中經常遇到的一種流體形態，它是由兩種或兩種以上具有明顯界面的物相組成的，包括氣/液、液/固、氣/固、液/液兩相流，以及氣/液/液、氣/液/固、液/液/固、液/固/固、氣/固/固多相流等。在工業過程、生命科學、自然界等各個領域存在著大量的兩相流及多相流測量問題。

油氣工業中，油氣井產物同時包含液相原油、氣相天然氣以及固相砂土的氣液固混合流體，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；所述固相包括了油氣開采中混入的砂土石等固態物。如何實時準確地測量從油氣井中采出的混合流體中氣體、液體、固體各自的流量，是油氣藏管理和生產優化所必需的基礎數據。

流量計通常有體積流量計和質量流量計。流體，特別是氣體，其體積是溫度和壓力的函數，是一個因變量，而流體的質量是一個不隨所處溫度、壓力的變化而變化的量。常用的流量計中，如孔板流量計、渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、轉子流量計、超聲波流量計和橢圓齒輪流量計等的流量測量值是都是流體的體積流量。而為了更加精準，在科學研究、生產過程控制、質量管理、經濟核算和貿易交接等活動中所涉及的流體量一般多為質量。特別是，油氣井產物的壓力、溫度及其成分是隨流量條件不斷變化的，采用質量流量更能準確反映實際情況，能夠更合理地對油氣藏管理和生產進行優化。但采用上述體積流量計僅僅測得流體的體積流量，這往往不能滿足人們的要求，通常還需要設法獲得流體的密度以求算流體的質量流量。這種先測量體積流量再依據流體密度以求算質量流量的測量方法，中間環節多，質量流量測量的準確度難以得到保證和提高。

現有技術中最先進的同時測量流體中三相各自體積流量的方法是伽馬射線計量法，其原理是利用文丘里管測量流體的總體積流量，并用雙能伽馬射線探測器測量三相各自的相分率，然后用總體積流量乘以各自的相分率，得到三相各自的體積流量，再通過估算三相各自的工況密度，來轉換為三相各自的質量流量。

現有的采用伽馬探測器的流量計，其伽馬探測器包括伽馬射線發射器和伽馬射線接收器，其中伽馬射線發射器一般采用雙能伽馬射線發射器，實踐中常用的方案為雙能γ源的源倉是由兩個²⁴¹Am源組成的一個復合結構。在使用兩個²⁴¹Am放射源的情況下，產生兩股59.5keV的伽瑪射線，使其中一股伽瑪射線作為高能伽瑪射線直接穿過流體，而使另一股伽瑪射線轟擊由銀做成的靶材從而激發銀發出能量為22keV的低能伽瑪射線，并沿著與前述高能伽瑪射線相同的路徑通過該吸收介質，并一起被伽瑪射線檢測器檢測它們的透射強度。使用雙能伽瑪射線，能提供流體內部三相的組成信息。關于雙能伽馬射線探測器的更多工作原理和設備細節，可參見相關的專著。這里不再贅述。但因為銀靶材質和幾何尺寸的差異，這樣獲得的兩股伽馬射線，其初始強度之間沒有確定的比例關系。