万方数据
第６期增刊
油田多相流计量方法研究与探讨
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介质为连续相的测量。电导法是当导电介质为连续相 时替代电容法的一种方法。射线分析法受流态影响小 准确度高，但仪表含放射源物质。电导探针、电容探针 和光纤探针法通过多探头组合检测确定相分布，从而 确定相含率，探针法组成结构相对复杂，设备要求高。 成像法主要有超声成像、射线成像等方法口］，此类方法 原理复杂，仪器费用较高。 弯管流量计已成功应用于水、蒸汽等多种单相流 体测量口“，但在多相流测量方面还是空白。河北理工 学院进行的实验表明流体动力粘性系数从１．３ｃＰ变化 到６．５ｃＰ，弯管流量系数的变化在０．５％左右口“，说明 粘度对弯管流量计流量系数影响较小。２００５年作者
２
多相流计量方法的核心技术
总结国内外的多相流计量方法，其核心技术包括
体流动、压损小、受流体物性变化影响小，非常适合多 相流测量的需要。 相含率测量方法有密度法、电容法、电导法、射线 法、探针法、成像法等多种方法。密度法原理简单易 行，是油田应用最多的一种方法。电容法适合不导电
计量分离器、流量测量、相含率测量几个方面。 计量分离器按照力学原理有重力式、离心式两种。
Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ Ｔｈｅｏｒｙ
［Ｊ］．ＴＨＥ
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１２ｔｈ
Ｏｉｌ—Ｗａｔｅｒ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
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Ｈｙｄｒｏ－ｃｙｃｌｏｎｅｓ
ＩＮＴＥＲＮＡＴＩｏＮＡＬ
ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ
ＦＬＯＷ
［Ｊ］．ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＮＯＴＥＳ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．
２００３，１ｉ（１）．
ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ．２００４，９：１４－１７． 口胡
ｏｎ
ｍｅａｓｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｏｉｌ—－ｆｉｅｌｄ ｍｕｌｔｉ－－ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ
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１（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ
ｆｌｏｗ ｗｉｔｈ ｅｌｂｏｗ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ ｉＳ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｏｕｔｃｏｍｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｅｌｂｏｗ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ ｉＳ
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３
４弯管流量计测量多相流研究
多相流计量方法的研究进展
近年来国内外各大学和科研机构研究设计出了多
与河北理工学院在大庆油田对弯管流量计测量油水和 气水两相流进行了实验研究，实验目的是观察弯管流 量系数与油水、气水混合物在不同流速、不同含率下的 变化规律，实验系统构成如图１所示。
种基于光纤、电导相关、双参数等技术的测量方法［６］。 光纤传感器应用互相关技术确定总的流速，同时 基于各相的光折射调制还可以实现相组分测量，美国 ＣｉＤＲＡ公司开发的井下多相流光纤传感器已成功应
［３］ｌｕ ｙａｏｊｕｎ，ｚｈｏｕ ｌｉｘｉｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ
Ｆｌｏｗ ａｎｄ
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Ｓｈｕ，Ｊｉｎ Ｎｉｎｇｄｅ，Ｌｉｕ Ｘｉｎｇｂｉｎ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ
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Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｉｌ—Ｗａｔｅｒ Ｔｗｏ Ｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ Ｂａｓｅｄ
摘要分析了多相流分离计量和在线计量方法，总结了多相流计量的核心技术和研究进展，分析了弯管流量计测量油水和
气水两相流实验数据，结果表明弯管测量油水两相流准确性较好，测量气水两相流误差较大。探讨了弯管流量计与密度计或
与其它流量计配合的测量方案。 关键词 多相流 计量方法 弯管流量
Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ
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Ｓｉｇｎａｌｓ［Ｊ］．Ｆｌｏｍｏｋｏ，１９９６．
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Ａｌ－ｌａｂａｂｉｄｉ。Ｍ Ｌ Ｓａｎｄｅｒｓｏｎ．Ｔｒａｎｓｉｔ Ｔｉｍｅ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ
Ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ Ｆｌｏｗ ｕｓｉｎｇ Ｓｌｕｇ Ｆｒａｃｔｉｏｎ
Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ｉｎ Ｇａｓ／Ｌｉｑｕｄｉ
Ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ＴＨＥ １２ｔｈ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ
何定安，李斌，周芳德，等．相关分析及量热法在油水
两相流测量中的应用［Ｊ］．化学工程，２０００，（２８）：１．
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Ｔｒｉａｌｓ Ｕｔｒｓａｏｎｉｃ Ｇｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ［Ｊ］．
ＲＵ珊√衄＜Ｏ。１９９６．
Ｐｏｐｅｎ Ｇ，Ｈａｎｓ Ｖ．Ｆｏｌｗ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ Ｃｒｏｓｓ
明弯管流量计用于油水两相流测量误差较小，用于气 液两相流测量误差较大。弯管流量计可以与密度计或 与其它流量计配合用予多相流测量。
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ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｏｉｌ—ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｇａｓ—
ａｃｃｕｒａｔｅ
用于北海生产井测试。美国斯伦贝谢公司、中科院西
安光机研究所等国内外机构也有光纤测井仪器 问世‘”。 超声波传感器基于超声波穿过多相流流体时受到 随机声阻抗变化的调制，通过接收到的超声波信号的 相关分析可测定流速，超声波流场成像技术可以分析 出流体相含率口。１…。石油大学以含水率９０％的柴油和 水作为介质进行了超声波相关流量计室内实验，测试 数据拟合的曲线得出相关流速与实际流量具有较好的 线性关系。 西安交通大学将量热法与相关分析技术结合，实 验研究得出：流量测量误差士１０％、体积含水率测量误 差±５％‘“］。 大庆油田生产测井研究研发出了同时测量流量和 含水率的电导式传感器，实验室模拟和生产井测试数 据表明相关流速和实际流量问存在很好的线性关系， 流量大于１０ｍ３／ｄ、含水率５０％～９５％范围含水率测量 精度为士３％、重复性士２．６％，电导式相关流量测井仪 将成为出沙严重的油井和聚驱产出油井注聚中后期井 内流量和含水率测量的重要技术［１２１。 应用双孔板、孔板与容积式或速度式流量计结合、 孔板与文丘里管结合、涡街式压力与旋涡检测相结合 的双参数测量方法在实现同时测量多相流流量和含率 方面得到了一定的研究，并具备了一定的理论基础。 研究进展表明新测量技术不断应用于多相流计量 领域，新的测量方案具有原理清晰、结构简单、常规参 数检测易实现、同时实现流速和含率检测的特点。 油水两相流实验流速为１．０ｍ／ｓ、１．４ｍ／ｓ、２．８ｍ／ Ｓ，含水值为１００％、８０％、６０％、４０％、２０％、０％，实验结 果：平均流量系数最大相对偏差为１．５２％，单点流量 系数相对于平均流量系数最大相对偏差为～２．２３％，计 算得出实验系统合成相对标准不确定度为１．７３％，油 水实验结果表明弯管流量计用于油水两相流测量误差 较小。 气水两相流实验水流量为１５０ｍ３／ｄ、２００ｍ３／ｄ，含 气率为１０％～７０％，实验结果：平均流量系数相对偏 差为０．６４％，单点流量系数相对于平均流量系数的最 大相对偏差为６．７６％。计算得出实验系统合成相对 标准不确定度为２．４５％，结果表明弯管流量计用于气 液两相流测量误差较大。 根据上述实验结果，弯管流量计可以与其它仪表 构成多种测量方案进行多相流测量，一是弯管流量计 配密度计或含率分析仪表的常规测量方案，二是双弯 管流量计、弯管流量计配节流差压流量计、弯管流量计 配容积式或速度式流量计的双参数测量方案。其中弯 管流量计配合相关流量计的测量方案可以充分发挥相 关流量计和弯管流量计的技术优势，实现在压力损失 极小的情况下对多相流进行在线连续测量，将具有较
第２７卷第６期增刊 ２００６年６月
仪器仪表学报
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
Ｖｏｌ＿２７
Ｎｏ．６
Ｊｕｎｅ．２００６
油田多相流计量方法研究与探讨
薛国民１’２
１（哈尔滨工业大学控制科学与工程系 哈尔滨
沈毅１
１５０００１）
２（大庆油田质量安全环保部大庆１６３４５３）
多相流计量一般采用分离和不分离两种计量方 法。计量分离器、流量测量、相含率测量是多相流计量 的核心技术，超声相关、电导相关以及双参数组合测量 等多相流测量方法得到了广泛的研究与应用。实验表
●叼
●踞
Ｎｕｉｊｔｅｎ Ｊ Ａ，ｋｅｅｅｈ Ｒ Ｐ．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
１５０００１，Ｃｈｉｎａ） １６３４５，Ｃｈｉｎａ）
２（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｖｌｒｏｎｍｅｎｔ—ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｄａｑｉｎｇ Ｏｉｌ—ｆｉｅｌｄ，Ｄａｑｉｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ａｎｄ ｏｎｌｉｎｅ ｍｕｌｔｉ－ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ ｍｅａｓｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄｓ
１
引
言
成离心力将密度不同的物体分离ｏ］，它有多种结构形 式，如锥型、双锥型、圆柱型、螺旋板型等。与重力分离
多相流广泛存在于石油化工等工业领域，其准确 计量具有重要意义。油水两相流计量方法一般采用总 流流量计配含水分析仪表方式。油气水三相流计量方 法一般采用分离计量方式。近年来在线多相流量计发 展迅速口ｏ，多相流量计有部分分离和不分离两种计量 方式，不分离计量装置体积小、重量轻，但流型影响大； 部分分离式计量装置不局限于某种特殊流型限制，成 本低技术成熟，但体积和重量略大。