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| 三相不分離流量計量技術研究 |
| 三相不分離流量計量技術研究 | | 發布時間：2019/10/9 8:05:32 |
摘 要： 在吉拉克凝析氣集中處理站現場試驗挪威Roxar公司的三相流量計，將三相流量計安裝在三疊系計量分離器前端匯管上，在線實時計量單井油氣水產量。通過現場測試證明，MPFM1900VI三相流量計的可重復性和精度能達到現場試驗驗收依據中的相關技術要求，可適用于高壓凝析氣井計量分析及資料錄取工作。
關鍵字： 流量計 測量 相分率 流速 流量率
1 裝置結構
Roxar三相不分離流量計主要由伽瑪密度計、電容測量及傳感器、電導率測量及傳感器、文丘里裝置和流量計算機構成。數據采集系統主要有溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、伽瑪密度計、電容傳感器、電導傳感器和流量計算系統構成。結構見圖1、圖2。
圖1Roxar三相不分離流量計結構
圖2Roxar三相不分離流量計內部視圖
2 測量原理
Roxar三相不分離流量計測量原理見圖3。
圖3Roxar三相不分離流量計測量原理
單井來油氣水混合物假設為四相流體，即油、水、離散氣體和游離氣體。大氣泡流速與氣體流速相同（大氣泡即為離散氣體)，小氣泡流速與液體流速相同（小氣泡即為游離氣體)，三相流量計豎直測量管段內油相流速和水相流速相同。
設：Q為體積流量率；A為體積相分率；v為流速
Q=Av (1)
體積相分率等于相分率與測量管橫截面積的乘積，由于測量管橫截面積已知，油氣水各相流量率的計算可轉換為相分率和各相流速的計算。
（1)相分率的計算。設：ρ油為油相密度；ρ水為水相密度；ρ氣為氣相密度（油相密度、水相密度和氣相密度計量前輸入)；ε油為油相電容率；ε水為水相電容率；ε氣為氣相電容率（油相電容率根據輸入的流體PVT參數由流量計算機求得，水相電容率為常數，約等于70，氣相電容率為常數，約等于1)；σ油為油相電導率；σ水為水相電導率；σ氣為氣相電導率（水相電導率根據輸入的流體PVT參數由流量計算機求得，油相電導率和氣相電導率均為常數，數值趨于無窮大)；ρ混合物為混合物密度；ε混合物為混合物電容率；σ混合物為混合物電導率（混合物密度用伽瑪密度計可測得，混合物電容率用電容傳感器可測得，混合物電導率用電導率傳感器可測得)；α為氣相分率；β為水相分率；γ為油相分率（氣相分率為單位時間內大氣泡和小氣泡在混合物中占的體積百分數，水相分率為單位時間內水相在混合物中占的體積百分數，油相分率為單位時間內油相在混合物中占的體積百分數，α、β和γ均為方程中的未知變量)。
混合物低含水期電容率傳感器工作，電容率方程、密度方程和歸一方程三方程聯立求解油氣水各相相分率；混合物高含水期電導率傳感器工作，電導率方程、密度方程和歸一方程三方程聯立求解油氣水各相相分率。
（2)流速和流量率計算。Roxar三相流量計在已知距離的兩點上分布著成對的電容探測電極和電導探測電極。當同一流體依次經過探測電極時，探測電極會連續收集兩組電信號，這兩組電信號所形成的曲線形狀相似，但處于不同的時間區段。對這兩組電信號曲線進行互相關運算，可得出極大值，該值對應的時間為T，即為流體從電極A流至電極B所需的時間。
假設：V為流體流速；d為電極位差；T為流體從電極A流至電極B所需的時間。則
V=d/T (6)
其中：d為已知量，T可通過互相關運算得出，求解方程（5)即可求出流速（當通過電極的流體為大氣泡時，計算出的流速為氣體流速；當通過電極的流體為小氣泡時，計算出的流速為液體流速)。
有時互相關運算不能得出極大值，此時認為互相關運算失敗。Roxar三相流量計在計算流速時可以設定互相關運算的最小允許成功率，低于設定值時，不取信互相關運算的結果，以文丘里計算的流量為準。
文丘里裝置流速計算公式
其中：M為質量流速；dp為文丘里差壓；C為流量系數，C=f（ReD，β)；E為補償系數，E=1/ ReD為雷諾系數；β為內外徑比，文氏喉管內徑/文氏管內徑；ε為擴大系數，ε=f（dP/P，β，γ)；γ為定壓熱容與定容熱容的比值，γ=CP/CV；A為文氏喉管通過面積。
得出油氣水相分率和氣液相流速，求解方程1即可算出油氣水各相的體積流量率。
（3)主要技術指標。操作范圍：0～100%含水比率（WLR)；0～98%氣體空隙率（GVF)；測量精度：液相相對誤差為3%～6%；含水率（90%置信度)絕對誤差為1.5%～4%；氣相相對誤差為6%～8%；標準速度范圍：低GVF為1.5～15m/s；高GVF為3.5～35m/s；管道尺寸為2～12inch（43～220mm)；設計壓力為69000kPa；設計溫度為150℃（3028/)。
（4)現場試驗。在吉拉克凝析氣集中處理站現場試驗挪威Roxar公司的三相流量計，將三相流量計安裝在三疊系計量分離器前端匯管上，在線實時計量單井油氣水產量。通過現場測試證明，MPFM1900VI三相流量計的可重復性和精度能達到現場試驗驗收依據中的相關技術要求，可適用于高壓凝析氣井計量分析及資料錄取工作。
3結論
三相不分離流量計無須分離、混合，沒有活動部件，可準確地計量高壓凝析氣井的油、氣、水產量。儀表具有極佳的長期穩定性、準確性和可重復性，可滿足塔里木油田凝析氣井計量的要求。綜上所述，Roxar的三相不分離流量計在塔里木油田具有廣闊的市場前景。
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摘 要： 在吉拉克凝析氣集中處理站現場試驗挪威Roxar公司的三相流量計，將三相流量計安裝在三疊系計量分離器前端匯管上，在線實時計量單井油氣水產量。通過現場測試證明，MPFM1900VI三相流量計的可重復性和精度能達到現場試驗驗收依據中的相關技術要求，可適用于高壓凝析氣井計量分析及資料錄取工作。
關鍵字： 流量計 測量 相分率 流速 流量率
1 裝置結構
Roxar三相不分離流量計主要由伽瑪密度計、電容測量及傳感器、電導率測量及傳感器、文丘里裝置和流量計算機構成。數據采集系統主要有溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、伽瑪密度計、電容傳感器、電導傳感器和流量計算系統構成。結構見圖1、圖2。
圖1Roxar三相不分離流量計結構
圖2Roxar三相不分離流量計內部視圖
2 測量原理
Roxar三相不分離流量計測量原理見圖3。
圖3Roxar三相不分離流量計測量原理
單井來油氣水混合物假設為四相流體，即油、水、離散氣體和游離氣體。大氣泡流速與氣體流速相同（大氣泡即為離散氣體)，小氣泡流速與液體流速相同（小氣泡即為游離氣體)，三相流量計豎直測量管段內油相流速和水相流速相同。
設：Q為體積流量率；A為體積相分率；v為流速
Q=Av (1)
體積相分率等于相分率與測量管橫截面積的乘積，由于測量管橫截面積已知，油氣水各相流量率的計算可轉換為相分率和各相流速的計算。
（1)相分率的計算。設：ρ油為油相密度；ρ水為水相密度；ρ氣為氣相密度（油相密度、水相密度和氣相密度計量前輸入)；ε油為油相電容率；ε水為水相電容率；ε氣為氣相電容率（油相電容率根據輸入的流體PVT參數由流量計算機求得，水相電容率為常數，約等于70，氣相電容率為常數，約等于1)；σ油為油相電導率；σ水為水相電導率；σ氣為氣相電導率（水相電導率根據輸入的流體PVT參數由流量計算機求得，油相電導率和氣相電導率均為常數，數值趨于無窮大)；ρ混合物為混合物密度；ε混合物為混合物電容率；σ混合物為混合物電導率（混合物密度用伽瑪密度計可測得，混合物電容率用電容傳感器可測得，混合物電導率用電導率傳感器可測得)；α為氣相分率；β為水相分率；γ為油相分率（氣相分率為單位時間內大氣泡和小氣泡在混合物中占的體積百分數，水相分率為單位時間內水相在混合物中占的體積百分數，油相分率為單位時間內油相在混合物中占的體積百分數，α、β和γ均為方程中的未知變量)。
混合物低含水期電容率傳感器工作，電容率方程、密度方程和歸一方程三方程聯立求解油氣水各相相分率；混合物高含水期電導率傳感器工作，電導率方程、密度方程和歸一方程三方程聯立求解油氣水各相相分率。
（2)流速和流量率計算。Roxar三相流量計在已知距離的兩點上分布著成對的電容探測電極和電導探測電極。當同一流體依次經過探測電極時，探測電極會連續收集兩組電信號，這兩組電信號所形成的曲線形狀相似，但處于不同的時間區段。對這兩組電信號曲線進行互相關運算，可得出極大值，該值對應的時間為T，即為流體從電極A流至電極B所需的時間。
假設：V為流體流速；d為電極位差；T為流體從電極A流至電極B所需的時間。則
V=d/T (6)
其中：d為已知量，T可通過互相關運算得出，求解方程（5)即可求出流速（當通過電極的流體為大氣泡時，計算出的流速為氣體流速；當通過電極的流體為小氣泡時，計算出的流速為液體流速)。
有時互相關運算不能得出極大值，此時認為互相關運算失敗。Roxar三相流量計在計算流速時可以設定互相關運算的最小允許成功率，低于設定值時，不取信互相關運算的結果，以文丘里計算的流量為準。
文丘里裝置流速計算公式
其中：M為質量流速；dp為文丘里差壓；C為流量系數，C=f（ReD，β)；E為補償系數，E=1/ ReD為雷諾系數；β為內外徑比，文氏喉管內徑/文氏管內徑；ε為擴大系數，ε=f（dP/P，β，γ)；γ為定壓熱容與定容熱容的比值，γ=CP/CV；A為文氏喉管通過面積。
得出油氣水相分率和氣液相流速，求解方程1即可算出油氣水各相的體積流量率。
（3)主要技術指標。操作范圍：0～100%含水比率（WLR)；0～98%氣體空隙率（GVF)；測量精度：液相相對誤差為3%～6%；含水率（90%置信度)絕對誤差為1.5%～4%；氣相相對誤差為6%～8%；標準速度范圍：低GVF為1.5～15m/s；高GVF為3.5～35m/s；管道尺寸為2～12inch（43～220mm)；設計壓力為69000kPa；設計溫度為150℃（3028/)。
（4)現場試驗。在吉拉克凝析氣集中處理站現場試驗挪威Roxar公司的三相流量計，將三相流量計安裝在三疊系計量分離器前端匯管上，在線實時計量單井油氣水產量。通過現場測試證明，MPFM1900VI三相流量計的可重復性和精度能達到現場試驗驗收依據中的相關技術要求，可適用于高壓凝析氣井計量分析及資料錄取工作。
3結論
三相不分離流量計無須分離、混合，沒有活動部件，可準確地計量高壓凝析氣井的油、氣、水產量。儀表具有極佳的長期穩定性、準確性和可重復性，可滿足塔里木油田凝析氣井計量的要求。綜上所述，Roxar的三相不分離流量計在塔里木油田具有廣闊的市場前景。
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