[发明专利]一种在线测量非常规天然气中油、气、水三相流量的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于非常规天然气(例如页岩气、煤层气、致密气)流量计量领域。具体地，本发明涉及一种在线测量非常规天然气中油、气、水流量的装置，并涉及一种在线测量非常规天然气中油、气、水流量的方法。 

背景技术

“非常规天然气”是指通过常规开采手段不能得到经济产量的天然气资源。非常规天然气主要包括页岩气、煤层气、致密气、深源气、浅层生物气等。非常规天然气的主要特征在于，单井产量低，短期产量波动较大，但从长期来看，产量成递减趋势，生产周期长。此外，非常规天然气往往是含气率非常高的油气水三相的混合物，例如含气率在85％以上，甚至更高，例如高达95％，甚至高达99％。页岩气是典型的非常规天然气。 

页岩气是指那些聚集在暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气。它与常规天然气的理化性质完全一样，只不过赋存于渗透率、孔隙度极低的泥页岩之中，气流的阻力比常规天然气大，很大程度上增加了页岩气的开采难度，因此被业界归为非常规天然气资源。页岩自身的有效孔隙度很低，页岩气藏主要是由于大范围发育的区域性裂缝，或热裂解生气阶段产生异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的最低限度的储集孔隙度和渗透率。通常孔隙度最高仅为4％～5％，渗透率小于1×10-3μm。与常规天然气相比，开采寿命长，生产周期长。 

目前世界范围内仅美国掌握商业开采页岩气的技术，仅美国和加拿大有商业开采页岩气气田。2010年，美国页岩气产量超过1379亿立方米，占全国天然气年总产量的23％，超过俄罗斯成为全球第一大天然气生产国。 

据国土资源部网站昨日披露的数据，近年来，国土资源部对川渝黔鄂、陕蒙晋、新疆等地150万平方公里富页岩区做了初步潜力评价，粗算中国页岩气可采资源潜力约31万亿立方米。 

页岩气开发对我国具有战略意义。清洁低碳的页岩气能够增加天然气供应，优化能源结构，缓解减排压力。据《BP世界能源统计2011》数据，2010年我国天然气占一次能源消费的比例为4.0％，而同期世界均值为23.81％，相差近6倍，要达到2020年9％、2030年12％的天然气比例目标，意味着天然气消费需要完成倍数级的增长。加快页岩气勘探开发和利用，对满足经济社会发展对于清洁能源的需求、控制温室气体排放、改善居民用能环境具有重要意义。 

据美国能源信息署(EIA)2011年4月对全球32个国家48个页岩气盆地进行资源评估的初始结果，我国页岩气资源地质储量100万亿立方米，可采资源量36万亿立方米。 

据国际能源署(IEA)预测，世界页岩气的资源量预计有456万亿立方米，其中主要分布于北美、中亚、中东、北非、拉丁美洲、俄罗斯等地区，美国页岩气可采资源储量约为28万亿立方米。 

页岩气作为一种特殊的非常规天然气，赋存于泥岩或页岩中，具有自生自储、无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征，一般无自然产能或低产，需要大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采，单井产量很低，递减快，生产周期长，典型的单井生产特征见附图6。所以，在进入投产后，如何有效的对单井进行生产优化管理，从而有效的实施增产措施，提高产量和采收率至关重要，而单井产量递减快这一特点要求用于生产计量的仪表必须具有较宽的量程。同时，页岩气开采过程中，采出的页岩气通常都为中高含气的情况，含液率比较低，进而液相中的含水率更低。在含液率低的情况下进行含水的精确测量一直以来是多相在线计量领域的难题。 

而目前应用于页岩气测量油、气、水流量装置主要为分离器，其工作原理如下：通过分离器将气液两相混合流体几乎完全分离成气相和液相，这种分离器一般是通过重力实现气液分离，或通过旋流分离器实现气液分离，然后分别计量气相和液相的体积流量，同时在液路上进行相应的含水计量。但由于分离器以及相关附属设施重达数十吨，占地几十平方米，且控制环节多，使得分离器的维护和管理十分复杂，不利于生产过程管理的自动化，尤其不利于在沙漠和海上油田中使用。且这种先分离后测量的方法也并非在线测量方法，存在测 量的滞后性，油、气、水三相测量的准确性完全依赖于气液分离效果。 

因此，本领域需要一种能够简单且精确地在线实时测量非常规天然气中油、气、水三相流量的装置和方法，并采用非接触、高精度、宽量程、实时动态测量的技术方案，以便及时正确的把握油井的生产动态，针对性采取措施对油藏进行科学管理。 

上述目标通过本发明的装置和方法实现。 

发明概述