油气水三相流流量测量的研究_周芳德

导读:第2卷第年一期工程热物理学报兄N)4月xNov1992L油气水三相流流量测量的研,·对于截面上的油气水三相比率比率81),、、,先用微波测湿技术来测出三相混合物户,第2卷第年一期工程热物理学报兄N)4月xNov1992L油气水三相流流量测量的研究周芳德陈学俊王家纯(西安交通大学工程热物理研究所)摘、要、本文首次提出了一种可实现原油天然气水三相流流量在线测量的三相流量计减测最技术被用来侧量三相流

油气水三相流流量测量的研究_周芳德

第2卷第年一期工程热物理学报兄N)4月xNov1992L油气水三相流流量测量的研究周芳德陈学俊王家纯(西安交通大学工程热物理研究所)摘、要、本文首次提出了一种可实现原油天然气水三相流流量在线测量的三相流量计减测最技术被用来侧量三相流总流的含水量电容传感器测出其中的油水比率,、微波衰三相总流量、的测量应用相关分析方法点实验表明这种流量计具有无运动部件耐磨不结垢不堵砂等优,、、具有较大的应用前景一、、、、JRl、舀油气水多相流广泛存在于石油化工动力等工业过程之中口便是油、原油开采中,油井出气水的三相复杂混合物、,其各相相流量的侧量对于评价一口井的经济性是十分重要的的方法因此它是油井生产决策的依据,目前,原油的开采计量普遍采用设立计量站、、它是先通过一个以天然气为燃料的加热炉对来自油井的油气水三相混合物进,行加热然后通过气液分离装置将气液分离水份测出来最终可得到油气产量间断测量必然会带来较大的误差,,天然气用孔板或涡轮流量计计量,液相则·通过容积式流量计(如椭圆齿轮流量计)来计量,、同时对液相取样,,再用分析方法将其中,由于一个计量站若干25一口井共用一套计量装置这种,有时高达0外而且计量站投资较大3当今世界,,上还没有理想的可以在线准确测量三相流量的仪器、由于三相相速度并不相等且因温,度和压力的不同气相可能溶解在液相中或从液相中析出流动的流型也不尽相同流分层流环状流等流型都常会遇到这给测量带来了复杂性和难度一,塞状,本文给出了一种流量测量的数学物理原理并研制成可以在现场应用的原理性测量仪器采用了相混合器来消除流型的影响各相比率则应用微波衰减法和电容法得到总流量是应用相关分析方法测量二,、测量原理,:三相流量的测量取决于两个要素l[,z(l)总流流量、、,()z截面上的各相比率总流流量的测量通过相关分析求得它利用系统中油气两个随机信号S二水组分的不同和流态的不同来获得,(`),S,,(+:),通过对这两个信号进行相关分析可得出液体运动的相关速度V`考虑到测得的相关速度和实际速度的差别加上修正系数K,那么三相混合本文曾于l”1年n月在镇江召开的中国工程热物理学会多相流热物理学术会议上宣读周芳德等油气水三相流流量测量的研究物的总流量由下式给出一·。·对于截面上的油气水三相比率比率81),、、,先用微波测湿技术来测出三相混合物户水的截面,h,。微波在介质中传播时的衰减和吸收取决于介质的介电常数大小水最大(。。,而油对微波的吸收比水小一个数量级(。、:。,6),天然气则吸收很少(r8,<1)这样三相流体对微波的吸收可用下式表达h:。:+h。+h。s。一f(),(2)式中f(,)表示微波通过介质后相对强度的大小即无+忽略气体的衰减吸收上式变为:、。r()生一才(3)t6留在同一横截面上应用归一化条件:。人+。无+,人,一1(4)测量系统中u从(3)(4)可知,、,求解h,,h。,h:还需补充一个方程形旁通管道可,用来对液相进行取样得到液相中的油水比率,其测量用传感器是双螺旋电容电极随含水量不同电容输出信号不同:*汤+一f(c)包人台5留(5)式中:,h公成表示旁通管中的相截面比率同时有h;一1,,h公+(6)由(5)(6)可得出硫、,h;人和人`有下述关系h。_h。h公h;(夕)由(3)(4)(7)便可知当三相混合物流经,、、h,,h。h:,的值A、B时由于有重力的作用,,,液体将进人,u型旁通道,U型旁通,管可以实现在线取样流体保持缓慢流动亦将被浮出而进入主流管道中速这时一旦有气体进人C中在浮力的作用下通过调节主管道中的阀门的开度加上(1)式我们有:K`·以调整旁路管内的流这样从得出的h,,。,h:,h。,`Q一h、Q一K、·h、·犷。·A(8)下标i代表。,g留油气水、、三的流动噪音信号进行相关分析、、相关速度测量相关分析技术的迅速发展为三相流测量提供了有效的手段,,它对被测流体内部存在传感器可放置于管外不干扰流场及正常生产,测量中,应用简单的受流型影响较小的带状电容电极获取相关信号然后在预先设定的积分时间:内在不同的延时下对两个信号进行比较即进行互相关运算,,,户(:)一lim:{x(t)·夕(t+:)·dt(9)工程热物理学报卷,当户。二达最大值时说明,和相关程度最大而::则是信号从()t处到y:(十约所需的时间因而相关速度为V一L一了(L一80,,10)针对影响,V`的测量因素作者研究了不同的电极间距s,,120,160;不同的采5样时间△T一1sm影响最终选择了最佳的6mL、s,7smsn,及采样点数,~10002500,4200对测量结果的△T及、用在实验室及油田现场的试验中四三相比率的确定三相流中含水量的测量方法目前还很少`含水量本文采用微波衰减吸收技术来测原油中的微波在不同的介质中传播时,该高频交变磁场对介质的调制作用随介质极化方式的,,不同而不同由于水的介电常数远大于油和气所以对微波能量的衰减差别也很大只要,,检测出微波的相对衰减量便可得知水的含量4[]本文采用的传感器是一微带它由带状线和微带线构成微波衰减与含水量变化关图l一一微带探头12硫)一一系的线性程度取决于这两部分的特征阻抗的匹配程度微带线和带状线共同装在一个金属壳体上构成一个探,头图l示出了经过反复设计计算所确定的微带线结构、在旁通管中流动的是油水两相混合起来的乳浊流由于没有气体的存在,测量便不受流型的影响电容法测量是根据介质的复介电常数不同,油水介电常数差别很大L~,(蛛、1550,所以通过电容的变化可以测量出含水率5,作者试验了带状电极节距p~交叉布置带状电极以及双螺旋电极的特性宽W一25、最终选中的是长的双螺旋电极五、油气水三相流测量结果试验先在油气水三相流试验台上进行〔3]油(30,#机油)气水分别经由油泵,、、、空气压缩机水泵通过稳压罐稳压以后由各自的计量仪表计量后通过混合装置混合进人实验观察段用有机玻璃制成段.实验段的布置如图,、2所示、安装电容电极的是黄蜡管、各电容信号微波输出压力温度计量单相流体用的差压变送器信号等均通过一个具有十1位六通道的2A/D板送入尸C机采集并由计算机完成相关分析运算与数据处理,,现场试验在油田进行在原油进人计量站之前的油管上安装测量系统,,传感器布、、置和实验室相似在标定上作者以计量站单井计量结果为标准经过反复迭代修正拟h,:合出传感器输出与相化率的特性关系式对微波~0996·Y*(11)式中,Y*一o33lly一12086.对双螺旋管电容:h公一0371一3362C+88456C2一6274C’(12)期周芳德等油气水三相流流量测量的研究一一一一一一一一一一一一一一一一一一一闷很合器一二介。么州只品毛加卜卜均丁上洲徽阵习一一波尸探】}二一一开关二匕。。二头`纽{一r司}匕相关器1T’I,0In计算机OQ,QQ.图2三相流量仪结构图h,/h二+ho1111)11000011△0忍5六0巧匆013一△一切0.乙1飞2一o△“一O、守.:1_△_%乙一多△ùno八OUO_饮.江△_:八△一。油一卜△水-1,,:.△,气,!020二40204060810(2+lgQ)图3相比率和容积比率的关系图4现场实验结果相比率测量结果如图3所示现场计量典型工况与单井计量结果的比较如图4所六、结论(l)油气水三相流量计简单、可靠可连续地在线测量油、气、水的三相流量,它的完全成功将对于原油生产具有重要的经济意义(2)相关法测量双相流的流速、流量具有快速、自动在线侧量的优点且不干扰生产(3)用微波衰减吸收原理来检测油、气、水或油水中的含水率的方法具有反应速度快、精度高的优点参考文献工1]CI、。nXClienLZhouF:ndLinF“Crude011一NaturalGas一WaterThree一phaseFlow一MoterSPE`工程热物理学报、卜卷,n、,;、l(二〔,nfren`。a。dExhi{)irion51,E28219Ho、:、【,1(2一多。ct〔,{。。f198吕)丁2]L;;飞,、(二}。,,XandZ}louF:`门土leMoasurntonto工C;udo011一NoltralGa、一WatorFlowRl、}、1`i工,gzr()、\\。。一n,o6Mw工、。li}ut51〕E206,5Nw()zloal、〔2弓一25吸,rom飞)。:19,。)[3J王家纯:《油气水三相流流量测量的研究》,(西安交大硕士论文),199王汇4jFJ卜)。、r)、.;〕“MoisturoMea“urm咬nrU:ingMier`,。Jv。、”、leasumentCon,r〕lV,12251)l`吕,THEMEASUREMENTOFgIL/GAS/WATERTHREE一pHASEFLOWRATES211()tlFangdeChenXuejunWangji:、eht一11(石二g;neoring7关亡广爪oP左夕、,c:j二、z:了。扩。、X;aoJia。:。。9Un`。了:z少)AbstraetThisPaPer15thefirsttoPresentanonline011/gas/water:hree一PhaseflowlnexerMIcl`oattenUat10nteellniquelSuse日to』刀easlreWaterPhasefraetionCaPacitaneetransdtlec:匕1Vst01日CaSUre011/waterratioTheoverallflowrateofthree一PhaseInlXtUre15Ineasuredersos一correlationanalysisTheexperimentsshowedthatthi、flowmeterhadnOmovlngparts,not一illvasiverzlea、、lrementIt15suitableinnlanykindsof011we]1to1lleaSUfetheindivzd、,alflowrate、ofer、lde011,naturalgasandwatermixture·

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