1 多相流量計(jì)的分類^[1,2]

      多相流量計(jì)大致可以分為3類：分離式多相流量計(jì)、在線式多相流量計(jì)和其它型式的多相流量計(jì)。

      1.1 分離式多相流量計(jì)

      分離式多相流量計(jì)的特點(diǎn)是對(duì)多相流不論是全部或部分分離都能在線測(cè)試三相流中的每一相。在每一座生產(chǎn)平臺(tái)附近都有測(cè)試分離器，它是三相流量計(jì)計(jì)量的基礎(chǔ)。它能將油、氣、水混合物分成三相，并在出口測(cè)量出油、氣、水各相流量。

      1.1.1  分離總流量式多相流量計(jì)

      該種類型的多相流量計(jì)能將多相混合物的總流量分開，通常只分為氣相和液相，然后再使用一個(gè)單相氣體流量計(jì)測(cè)量氣體流量，該種氣體流量計(jì)應(yīng)能承受氣相中夾帶一定量的液體，另外再使用一個(gè)單相流體流量計(jì)測(cè)量液相流量，液相含水率可用一個(gè)在線水組分測(cè)量?jī)x完成。

      1.1.2 在線取樣分離式多相流量計(jì)

      這種型式的多相流量計(jì)特點(diǎn)是其分離不是在總的多相流管線上，而是在取樣旁通管線上，將取樣后的流體分為氣相和液相，液中含水率可用在線含水分析儀測(cè)出，而多相流總液量和氣液比必須在主流量管線上測(cè)得。為了確定油、氣、水三相混合物的質(zhì)量和體積流量，要求進(jìn)行三方面測(cè)試：

      1）氣/液比（GLR）測(cè)量―可用伽馬吸收法、振動(dòng)管、中子探測(cè)脈沖或稱重法；
      2）多相流量測(cè)量―可用放射性、聲波、電子信號(hào)相關(guān)法、文丘里管、V錐體或機(jī)械式（例如：容積式或渦輪流量計(jì)）等方法；
      3）液中含水率（WLR）測(cè)量―可用電阻或振動(dòng)管法。

      1.2 在線式多相流量計(jì)

      在線式多相流量計(jì)的特點(diǎn)是在多相流管線上不經(jīng)任何分離，直接測(cè)量各相的比例和流量。各相的體積流量是用各相的速度乘以面積比例表示的，這就意味著最少要測(cè)量或估計(jì)6項(xiàng)參數(shù)，有些多相流量計(jì)假設(shè)二相或三相以相同的速度移動(dòng)，這樣就能減少測(cè)量參數(shù)。在這種情況下，一種辦法是必須采用混合器或是建立一組標(biāo)定系數(shù)。在線式多相流量計(jì)一般聯(lián)合采用下列二種或多種測(cè)量技術(shù)：微波技術(shù)；電容；伽馬吸收；中子探測(cè)脈沖；放射性、聲波或電子信號(hào)相關(guān)法；文丘里管、V錐體或Dall管壓差法；容積式或渦輪流量計(jì)。

      1.3 其它型式多相流量計(jì)

      其它型式多相流量計(jì)包括先進(jìn)的信號(hào)處理系統(tǒng)，能從多相流管線上測(cè)得信號(hào)，即用時(shí)間變量信號(hào)處理器的分析功能估算出各相的比例和流量值。信號(hào)處理器可以是一個(gè)中樞網(wǎng)絡(luò)，或另一模擬識(shí)別，或靜態(tài)信號(hào)處理系統(tǒng)。例如：多相計(jì)量系統(tǒng)同樣也是在處理模擬程序的基礎(chǔ)上一并采用參數(shù)估算技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，以此代換預(yù)測(cè)管線終點(diǎn)的流態(tài)，將管線終點(diǎn)的壓力和溫度測(cè)出后輸人到模擬程序中，位于上游或下游的壓力和溫度也應(yīng)測(cè)出。當(dāng)沿管線走向圖的流體性質(zhì)已知時(shí)，就可估算出各相的比例和流量。

      2 多相流量計(jì)的應(yīng)用^[3-5]

      自20世紀(jì)80年代開始研究多相流計(jì)量技術(shù)以來(lái)，多相流計(jì)量技術(shù)已進(jìn)入一個(gè)相對(duì)成熟的階段。多相流量計(jì)不僅在陸上油田，而且在海洋平臺(tái)及水下設(shè)施上都得到了應(yīng)用。經(jīng)過(guò)充分調(diào)研和比較，筆者認(rèn)為以下公司研制的多相流量計(jì)技術(shù)相對(duì)比較成熟，商業(yè)化程度較高，并且都經(jīng)過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)測(cè)試和第三方實(shí)驗(yàn)室的性能測(cè)試。國(guó)外公司主要有：挪威ROXAR（原MFI），挪威FLUENTA（目前已與ROXAR合并），挪威FRAMO，美國(guó)AGAR，英國(guó)JISKOOT等；國(guó)內(nèi)主要有蘭州海默公司。此外，KVAERNER、DANIAL、KONGSBERG公司、西安交通大學(xué)等都在積極開展多相流量計(jì)的研制、開發(fā)和商業(yè)運(yùn)作工作。下面簡(jiǎn)要介紹這些公司產(chǎn)品的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用情況。

      1）挪威ROXAR公司的MFI多相流量計(jì)

      測(cè)量原理及技術(shù)特點(diǎn)：流速測(cè)量采用微波互相關(guān)法，相分率采用微波傳感器加伽馬密度計(jì)法?？蛇x用文丘里流量計(jì)擴(kuò)展總流量的測(cè)量。該多相流量計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)可動(dòng)部件，壓力損失較小。測(cè)試情況：先后在Statoil．ELF、Agip、Shell、BP等公司的油田及Porsgrunn高壓多相流量計(jì)試驗(yàn)環(huán)道、NEL多相流測(cè)試環(huán)路、大慶油田設(shè)計(jì)院多相流量計(jì)實(shí)液測(cè)試裝置上進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。應(yīng)用情況：已在陸上、海上油田使用，已銷售130多套（包括用于實(shí)驗(yàn)），文昌油田井口平臺(tái)采用了該公司的產(chǎn)品。

      2）挪威FLUENTA的MPFM-1900/1900VI多相流量計(jì)

      測(cè)量原理及技術(shù)特點(diǎn)：流速測(cè)量采用電容互相關(guān)法，相分率采用電容、電感傳感器加伽馬密度計(jì)法，同時(shí)可選用文丘里流量計(jì)測(cè)量總流量。該多相流量計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)可動(dòng)部件，壓力損失小。測(cè)試情況：MPFM-1900/1900VI流量計(jì)先后在BP公司、Statoil公司、ELF公司的油田及Conoco、Texaco、NEL及Porsgrunn的多相流量計(jì)試驗(yàn)裝置上進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。應(yīng)用情況：已在陸上、海上油田使用，已銷售90多套（包括用于實(shí)驗(yàn)），秦皇島32-6油田的井口計(jì)量就采用了該公司的產(chǎn)品。

      3）挪威FRAMO公司的MPFM多相流量計(jì)

      測(cè)量原理及技術(shù)特點(diǎn)：采用文丘里管測(cè)量總流量，用雙能伽馬儀測(cè)相分率。該流量計(jì)結(jié)構(gòu)精巧，無(wú)可動(dòng)部件，壓力損失小，其靜態(tài)混合器是該公司的專利產(chǎn)品。測(cè)試情況：1992年開始在油田進(jìn)行試驗(yàn)，隨后分別在Texaco、NEL及Porsgrunn的多相流測(cè)試裝置上進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。應(yīng)用情況：已在陸上、海上油田及海底使用，目前已銷售50多套（包括用于實(shí)驗(yàn)）。

      4）美國(guó)AGAR公司的MPFM-301多相流量計(jì)

      測(cè)量原理及技術(shù)特點(diǎn)：采用正排量（PD）流量計(jì)測(cè)定總體積流量，由2個(gè)文丘里管組成的雙動(dòng)量流量計(jì)測(cè)定含氣量。再用專業(yè)微波原油含水分析儀測(cè)定含水率。該流量計(jì)系統(tǒng)相對(duì)龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失較大，而且有可動(dòng)部件和電控閥門。測(cè)試情況：分別在Shell、Amoco公司的油田及Conoco、Texaco及NEL的多相流量試驗(yàn)裝置上進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用情況：已在陸上、海上油田使用，其各種型號(hào)的多相流量計(jì)已銷售了90多套（包括用于實(shí)驗(yàn)）。

      5）英國(guó)JISKOOT的Mixmeter多相流量計(jì)

      測(cè)量原理及技術(shù)特點(diǎn)：差壓變送器測(cè)定總流量，用雙能伽馬射線相分率計(jì)測(cè)定含水率和含氣率。該多相流量計(jì)結(jié)構(gòu)較緊湊，無(wú)可動(dòng)部件，壓差損失較小。測(cè)試情況：該產(chǎn)品已在英國(guó)MEL多相流實(shí)驗(yàn)室。意大利Trecatc多相流試驗(yàn)裝置上進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)。應(yīng)用情況：該產(chǎn)品已有數(shù)十套在油田使用^[6]。

      6）蘭州海默的MFM2000多相流量計(jì)

      工作原理及技術(shù)特點(diǎn)：采用單能伽馬互相關(guān)流量計(jì)測(cè)定各種流速，雙能伽馬射線相分率計(jì)測(cè)定含水率和含氣率。當(dāng)?shù)秃瑲鈺r(shí)，可采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)（或其他流量計(jì)）測(cè)定總流量。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為緊湊，壓力損失較小。測(cè)試情況：分別在塔里木輪南油田、NEL多相流測(cè)試裝置、大慶油田設(shè)計(jì)院多相流實(shí)液測(cè)試裝置上進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。應(yīng)用情況：已在陸上和海上油田使用。潿洲11-4東平臺(tái)采用了該公司的多相流量計(jì)，是我國(guó)海上平臺(tái)第一次使用多相流量計(jì)，且正在運(yùn)行中。另外，秦皇島32-6油田井口平臺(tái)和綏中36-1Ⅱ期井口平臺(tái)的總流量計(jì)量也采用了該多相流量計(jì)。

      3 多相流量計(jì)存在的問(wèn)題

      目前，由于技術(shù)水平的限制，多相流量計(jì)尚存在一些問(wèn)題。

      1）現(xiàn)有的大多數(shù)多相流量計(jì)都需要測(cè)量若干數(shù)據(jù)后，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出各相的流量，使計(jì)量準(zhǔn)確度受到很大影響，目前市場(chǎng)上大多數(shù)多相流量計(jì)在大部分流態(tài)下各相測(cè)量誤差為10%。
      2）所有目前用于多相計(jì)量的技術(shù)都要求必須掌握流體的特性，如介電常數(shù)、質(zhì)量吸收系數(shù)等，才能比較精確地計(jì)量。如果流體特性出現(xiàn)變化或多相流量計(jì)用于多井計(jì)量，必須頻繁地評(píng)價(jià)和標(biāo)定多相流量計(jì)的傳感器。
      3）目前市場(chǎng)上幾種主要多相流量計(jì)的最高適用含氣率為0.9%～1.0%，隨著含氣率的增加，液相的計(jì)量準(zhǔn)確度將受到影響。
      4）多相流量計(jì)普遍采用像微波等輻射源，而有關(guān)法規(guī)對(duì)使用輻射源有嚴(yán)格的限制。
      5）現(xiàn)有的多相流量計(jì)標(biāo)定設(shè)施只能較好地標(biāo)定組分測(cè)量?jī)x器，而對(duì)流速測(cè)量尚未有令人滿意的標(biāo)定方法。此外，很多情況下是采用計(jì)量分離器來(lái)標(biāo)定，由于計(jì)量分離器計(jì)量不準(zhǔn)確，標(biāo)定沒有實(shí)際意義。

      4 多相流量計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)^[1,6,7]

      多相流量計(jì)技術(shù)從理論提出到研制開發(fā)和目前的實(shí)際應(yīng)用，經(jīng)歷了近20年。盡管其產(chǎn)品的商業(yè)化程度越來(lái)越高，但作為一項(xiàng)新技術(shù)、新產(chǎn)品，仍需不斷完善和改進(jìn)。目前石油工業(yè)界已經(jīng)認(rèn)識(shí)到并接受了這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)：任一種類型的多相流量計(jì)，都不可能在所有的多相流條件下均表現(xiàn)出最佳的工作性能?，F(xiàn)有的各種多相流量計(jì)實(shí)際能達(dá)到的準(zhǔn)確度和適用的范圍都有一定限度，每一種流量計(jì)分別適用于特定的流量范圍或者流型。這種情況在很大程度上限制了多相流量計(jì)技術(shù)在油氣生產(chǎn)實(shí)踐中的推廣和使用。因此，如何進(jìn)一步提高多相流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度并拓寬多相流量計(jì)的工作范圍，是目前多相流量計(jì)開發(fā)和制造商所面臨的重要的挑戰(zhàn)。今后，多相流量計(jì)的研制和開發(fā)趨勢(shì)應(yīng)具有以下特點(diǎn)。

      1）通用性。目前多相流量計(jì)的測(cè)量范圍受到很多限制，如受到含氣率、含油率、含水率、黏度、含鹽度等的影響；因此，開發(fā)和研制適用范圍廣的多相流量計(jì)勢(shì)在必行，要增加其通用性，應(yīng)建立比較完善的檢測(cè)裝置，以便對(duì)多相流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，保證準(zhǔn)確性。
      2）智能性。要確保測(cè)量模型和方案的正確性，需重視特征參數(shù)的選取。由于多相流動(dòng)狀態(tài)具有不確定性及不穩(wěn)定性，為確保多相計(jì)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)采用智能化的測(cè)量方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
      3）組合性。組合性一方面指功能上的組合，例如將流速表和組分表組合起來(lái)使用；另一方面指組合多種方法和技術(shù)來(lái)完成一種功能。應(yīng)盡可能地應(yīng)用單相計(jì)量和氣、液二相比較成熟的測(cè)試方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)計(jì)量，滿足信號(hào)連續(xù)采集的要求。
      4）經(jīng)濟(jì)性。降低成本，加快工業(yè)化進(jìn)程是今后發(fā)展的趨勢(shì)。在完成實(shí)驗(yàn)室研究工作后，需做大量的工作，尤其是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室有許多情況都與現(xiàn)場(chǎng)情況有所不同。

      5 結(jié)束語(yǔ)

      多相流量計(jì)作為一種全新的計(jì)量設(shè)備，它的出現(xiàn)已引起世界石油工業(yè)界的高度重視。與傳統(tǒng)的計(jì)量分離器相比，它的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的，在海上和陸上油田開發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。但多相流量計(jì)作為一種新技術(shù)、新產(chǎn)品，用的時(shí)間比較短，世界各大石油公司對(duì)其采用的是一種邊研究、邊驗(yàn)證、邊推廣使用的方法；同時(shí)各個(gè)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品因其測(cè)量機(jī)制不同，而又有各自的適用范圍，國(guó)際上至今沒有一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在使用中難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)然這是任何新產(chǎn)品在應(yīng)用推廣時(shí)都會(huì)遇到的。對(duì)多相流量計(jì)的研究還是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作。

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