1. 多相流量計(jì)簡(jiǎn)述

γ 源多相流量計(jì)從 20 世紀(jì) 90 年代面世，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用比較普遍，油氣量屬于油氣田單井計(jì)量層面范疇，相對(duì)于常規(guī)的三相分離裝置，多相流量計(jì)裝置有占地面積比較小、日常維護(hù)和保養(yǎng)便捷、計(jì)量過程是連續(xù)的操作、測(cè)量精度理想穩(wěn)定以及測(cè)量的數(shù)值區(qū)間寬等明顯優(yōu)勢(shì)，在油田應(yīng)用完全滿足生產(chǎn)計(jì)量的需求，具有很好適用性。本文以某平臺(tái)在用的 γ 源多相流量計(jì)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。平臺(tái)根據(jù)不同流量選擇不同的文丘里進(jìn)行測(cè)量。3 ＂液路：入口→ 3 ＂單能傳感器→ 3 ＂經(jīng)典文丘里→ 3 ＂切換閥（切換閥開啟）→流型調(diào)整裝置1.5 ＂液體流通線路：入口→ 3 ＂單能類型傳感裝置→ 3 ＂文丘里裝置→ 1.5 ＂單能傳感裝置→ 1.5 ＂文丘里裝置→流型調(diào)整裝置（將切換閥進(jìn)行關(guān)閉操作）實(shí)驗(yàn)過程中的被測(cè)介質(zhì)一旦流進(jìn)多相流量計(jì)裝置之后，就能夠依據(jù)流體流量的數(shù)值大小通過手動(dòng)切換到 3 ＂液路以及 1_1/2 ＂液路這 2 條流量測(cè)量線路之中的任意一條實(shí)施計(jì)量操作。此類流量計(jì)裝置的初始情況為：液路切換閥常開，默認(rèn)為 3 ＂液路進(jìn)行測(cè)量操作。

 

如果 3 ＂液路內(nèi)流體的差壓變送裝置所捕捉到的差壓數(shù)值小于該變送裝置初始設(shè)定的測(cè)量下限數(shù)值的時(shí)候，由操作人員發(fā)指令給切換閥的執(zhí)行器，切換閥關(guān)閉，測(cè)量管段切換到 1.5 ＂液路，此時(shí)，3 ＂單能傳感其和通過 3 ＂文丘里的差壓變送器的信號(hào)已被計(jì)算機(jī)忽略，計(jì)算結(jié)果是通過采集的1.5 ＂單能傳感器、通過 1.5 ＂ 文丘里的差壓變送器而計(jì)算得出的。

 

相反當(dāng) 1_1/2 ＂液路上的差壓變送器所測(cè)差壓高于此變送器的測(cè)量上限時(shí)，操作人員手動(dòng)操控切換閥裝置轉(zhuǎn)換為開啟的狀態(tài)，多相流量計(jì)裝置的狀態(tài)即轉(zhuǎn)換為 3 ＂液路繼續(xù)實(shí)施測(cè)量操作。

 

流量計(jì)的溫度變送器位于 3 ＂和 1_1/2 ＂液路部分的交匯之處，對(duì)于多相流體的溫度數(shù)值進(jìn)行測(cè)量。2 臺(tái)壓力數(shù)值變送裝置此時(shí)對(duì)于 2 條液路內(nèi)流體介質(zhì)的壓力數(shù)值進(jìn)行分別測(cè)量。流量計(jì)算機(jī)（置于防爆箱內(nèi)）采集以上流體的溫度、壓力、壓差、單雙傳感器裝置的各類信號(hào)實(shí)施處理。

 

通過計(jì)算可以得到被測(cè)流體的總液量、總氣量、總體的含水率、純油量數(shù)值。

 

MPFM-PC 機(jī) 與 DAU 建 立 通 訊， 由 MPFM-PC 機(jī) 控 制計(jì)量過程，下傳標(biāo)定數(shù)據(jù)及相關(guān)的設(shè)定參數(shù)，然后其輸出測(cè)量結(jié)果。

 

2.γ 源的多相流量計(jì)主要原理

通常的多相流量計(jì)裝置借助單能類型的 γ 傳感器裝置對(duì)流體中的含氣率進(jìn)行測(cè)量、雙能類型的 γ 傳感器裝置則負(fù)責(zé)對(duì)于流體的含水率進(jìn)行測(cè)量，文丘里裝置負(fù)責(zé)對(duì)流體的總流量進(jìn)行測(cè)量，隨后進(jìn)過基本類型的流量計(jì)算過程以及 PVT轉(zhuǎn)換過程獲得標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)條件之下的油氣水流量數(shù)值。多相流量計(jì)利用 γ 傳感器測(cè)量氣和液的相分率以及液相的含水率。γ 射線是放射性同位素發(fā)射的一種電磁輻射，它有很強(qiáng)的穿透介質(zhì)的能力。當(dāng)一束從放射源發(fā)射的 γ 射線穿過介質(zhì)時(shí)，它的強(qiáng)度將因流體介質(zhì)的吸收效應(yīng)而進(jìn)一步削弱。介質(zhì)不同對(duì)于伽馬射線的吸收效應(yīng)也會(huì)有所差異。當(dāng)一束 γ 射線穿過進(jìn)入管線的油、氣、水介質(zhì)時(shí)，根據(jù)射線的衰減關(guān)系，將引起混合液分子中的電子或者原子核的衰減，不同的介質(zhì)衰減也不同。當(dāng) 2 種不同的介質(zhì)被用于基數(shù)標(biāo)定， 根據(jù)公式就可以確定混合液的相分率，一個(gè)單能γ 傳感器就可以測(cè)量出多相流的氣、液相分率。如果 2 種 γ 射線（雙能 γ 傳感器）集合起來，就能用 2 個(gè)方程來確定出多相流的含水率。多相流量計(jì)安裝了單能類型的 γ 傳感器裝置對(duì)于流體的氣、液相分率進(jìn)行測(cè)量，雙

能類型的 γ 傳感器裝置負(fù)責(zé)含水量的測(cè)量。

 

雙液路多相流量計(jì)（典型）的組成如下：

該多相流量計(jì)裝置的部件主要包含文丘里裝置（差壓變送裝置）、取樣器裝置、γ 變送器裝置、切換閥門、含水儀閥、溫度及壓力變送器等功能部件。其中：

（1）文丘里用來測(cè)量工況下油相、水相以及氣相的綜合流量數(shù)值；

（2）γ 變送器裝置用于相分率的測(cè)量；

（3）切換閥門用來切換大小流量的測(cè)試液路；

（4）含水儀閥門主要用來便利標(biāo)定雙能 γ 傳感器；

（5）溫度和壓力變送器等用于工標(biāo)況體積轉(zhuǎn)換的 PVT因子計(jì)算。

 

3. 影響多相流計(jì)量的重要因素

影響多相流計(jì)量基于含水率校核計(jì)算公式、含氣體率計(jì)算公式、總體流量計(jì)算公式到標(biāo)準(zhǔn)工況條件下氣油水產(chǎn)出的相關(guān)過程進(jìn)行詳細(xì)說明。γ 傳感裝置測(cè)量含水率計(jì)算公式如下：

當(dāng)中

λ、η 分別代表雙能 γ 傳感裝置非常大橫截面的含氣體率及含水率；

N0 代表空管狀態(tài)計(jì)數(shù)率；

Nx 代表在線計(jì)數(shù)率；

D 代表雙能傳感裝置管體內(nèi)壁直徑；

ρgρoρw 分別代表合理工況下天然氣體、全油脂、全水的額定密度；

vgvovw 分別代表天然氣體、全油脂、全水的總重量吸收參數(shù)。

 

使用文丘里計(jì)量總流量的公式為：

C 代表流出參數(shù)；E 代表速度漸變參數(shù)；d 代表喉徑，Δp 代表流體流經(jīng)過程中的高壓與低壓端的壓力差值，ρmin是流體的混合密度，是各相密度與各相相分率乘積之和，其中 Δp 由差壓變送器采集。

 

4. 影響計(jì)量的重要原因

平臺(tái)流量計(jì)測(cè)試各井?dāng)?shù)據(jù)如下：

通過氣體密度在通常狀況下用 Lockhart-Matinelli 相關(guān)參數(shù)進(jìn)行歸類。此時(shí) LM 在 0.69 至 6.4 之間，屬于第三類濕氣（LM 值 >0.3）即常規(guī)多相流，對(duì)這類流體來說，其主要目的是獲取油相和氣相，因此重點(diǎn)保證計(jì)量液量、計(jì)量含水和氣量的準(zhǔn)確度。

 

為了評(píng)估影響計(jì)量的關(guān)鍵因素，我們將各量變化 0.5%，則對(duì)非常終結(jié)果的影響如下述表所示，可以看出同比例的波動(dòng)，高低能空管計(jì)數(shù)率對(duì)測(cè)試結(jié)果影響非常大。水密度增大 0.5%，水質(zhì)量吸收系數(shù)相應(yīng)降低 0.5%，對(duì)各量的影響如下：

氣密度增大 0.5%，氣質(zhì)量吸收系數(shù)相應(yīng)降低 0.5%，對(duì)各量的影響如下：

由此可見，對(duì)該平臺(tái)各井來說，空管計(jì)數(shù)率和差壓零點(diǎn)對(duì)各量有比較大的制約。

 

5. 性能相關(guān)保障解決方案

經(jīng)過相關(guān)計(jì)算及研究，性能保障解決方案有 3 點(diǎn)內(nèi)容：

（1）設(shè)置相關(guān)周期參數(shù)，實(shí)施分離排空校核空管相關(guān)計(jì)數(shù)率，每個(gè)月進(jìn)行空管標(biāo)定試驗(yàn) 1 次；

（2）隔離排空過程中必須查看差壓表 0 點(diǎn)，假如顯示數(shù)值大于 ±0.55kpa 需要重新標(biāo)定；

（3）該流量計(jì)為雙液路，需要在產(chǎn)量調(diào)整時(shí)根據(jù)實(shí)際差壓選擇合適的液路，具體表現(xiàn)為：使用大液路測(cè)試時(shí)，若大液路差壓低于 8kpa，則切換為小液路測(cè)試；若小液路差壓高于 100kpa，則切換為大液路測(cè)試。

 

以上措施的實(shí)施可以在一定程度上保證多相流量計(jì)在該項(xiàng)目測(cè)試中達(dá)到流量測(cè)量精度。

 

6. 結(jié)語

根據(jù)某平臺(tái)的多相流量計(jì) γ 傳感器相分率和非常終標(biāo)況流量計(jì)算的理論分析，找到了影響標(biāo)況下氣、油、水測(cè)量精度的因子，為多相流量計(jì)調(diào)試、運(yùn)行及維護(hù)給予了支持性數(shù)據(jù)；通過對(duì)該平臺(tái)測(cè)試實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的技術(shù)和分析，認(rèn)識(shí)了影響各井計(jì)量結(jié)果的關(guān)鍵因素，制定實(shí)施的性能保障措施有效保障測(cè)試計(jì)量準(zhǔn)確性，為單井監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)優(yōu)化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；該平臺(tái)應(yīng)用的多相流流量計(jì)，有著測(cè)量范圍寬、精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在油藏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不確定的邊際開發(fā)項(xiàng)目具有很好的適用性。

 

李丙焱（1981—） ，男，河北保定，本科，中級(jí)工程師，研究方向：海上石油平臺(tái)設(shè)備。