[发明专利]低含气率原油测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于流体测量技术领域，具体涉及到一个低含气率原油的相含率及每相流量测量的装置和方法。

背景技术

原油是典型的多相流，一般包括油、气、水三相物质。油、气、水三相在流动过程中相互作用，分相流量的检测难度很大。然而，为了油田的合理开发，必须掌握每口油井的产油量、产水量和产气量。目前，大多油田采用分离计量法计量原油的分相流量。分离计量法一般分为完全分离法和部分分离法。

完全分离法是油田传统的计量方法，该方法应用高效计量分离器将原油分离成油相、水相和气相，再采用各单相测量仪表或装置获得三组分的各自含量，然后再混合输送到泵站进行生产处理。完全分离法把原油分相流量测量转化成了单相流体流量测量，具有工作可靠、测量精度高、测量范围宽且不受原油流动状态变化的影响等优点。但该种方法涉及的油、水分离效果容易受多种因素影响，很难做到高度分离，这将影响单相计量精度。并且，该方法采用的分离设备体积庞大，分离需要一定的时间，不能在线测量，从而大大制约了生产效率。

部分分离法包括分流分相法和简单分离器法。分流分相法首先通过分配器分流出一部分流体，然后使用分离器将这部分三相流体分离成单相气体和单相液体，再分别用单相气体流量计和单相液体流量计进行计量，并根据比例关系换算成被测流体的流量和组分，最后分别将这部分单相气体和单相液体返回流动管道中。这种方法存在的问题是取样部分的流体气液比例往往与原流动中气液比例存在一定差异，取样比例易受流型、流量波动等影响。简单分离器法是利用小型气液分离器将三相流进行预分离，得到以气相为主的一路和以液相为主的一路，每一路分别用组合仪表及修正关联式进行计量，求解出油、气、水三相流量，计量后的流体再混合到一起送回到原管道。这种分离法在一定程度上缩小了设备的体积，提高了计量的实时性，因此，近年来推出的多相流量计产品大部分都是采用部分分离法。但是，部分分离法的气液分离效果较差，往往在液相中混有一定量的气体，混有的气体对液相流量的计量精度有很大影响，同时也影响到气体流量的准确测量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种低含气率原油的测量装置和方法。本发明提供的装置体积小，结构简单，安装方便，可获测量参数多，参数检测精度高，实时性好，可靠，易于实现。适用于油田原油分离后低含气率原油的测量。

为此，本发明采用如下的技术方案：

一种低含气率原油测量装置，包括计量管道(1)、电容传感器(2)、混流器(3)、科氏质量流量计(4)、压力传感器(5)、A/D转换卡(6)、计算机(7)，在计量管道(1)上依次设有电容传感器(2)、混流器(3)、科氏质量流量计(4)、压力传感器(5)，A/D转换卡(6)与电容传感器(2)、科氏质量流量计(4)、压力传感器(5)相连，计算机(7)与A/D转换卡(6)相连。

本发明同时提供一种上述低含气率原油测量装置所采用的测量方法，包括下列步骤：

将管截面划分为N个像素，电容传感器测量管截面上的电容分布，并根据确定管截面上第j个像素的灰度值，式中，f_j-第j个像素的灰度值，N-电容传感器提供的测量一个管截面上电容分布时的电容个数(例如，对于具有n个电极的电容传感器，c_i-第i个测量电容的归一化值，由电容传感器测量得到，s_ij-第j个像素相对于第i个测量电容值的权重系数(即灵敏度)，具体数值通过有限元分析并辅助实际测量校正获得。然后，根据计算低含气率原油的体积含气率，式中，φ_g-低含气率原油的体积含气率，A_j-第j个像素的面积，A-测量管道的截面面积。

根据科氏质量流量计测得的温度T和压力传感器测得的压力P计算气体密度ρ_g，并根据计算液体的密度，式中，ρ_l-液体的密度，ρ_m-低含气率原油的混合密度，由科氏质量流量计测量得到。然后，根据计算体积含油率，根据φ_w＝1-φ_o计算体积含水率，式中，φ_o、φ_w-分别为低含气率原油的体积含油率和体积含水率，ρ_o、ρ_w-分别为温度T和压力P下纯原油、纯水的密度。

根据计算低含气率原油的体积流量，式中，Q_v-低含气率原油的体积流量，Q_m-低含气率原油的质量流量，由科氏质量流量计测量得到。