[发明专利]一种多相流不分离在线测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种多相流不分离在线测量装置及其测量方法，该装置包括：传感器模块、数据采集处理器，传感器模块包括：两个以上的设置于流体管道内的网格电容传感器，网格电容传感器由不相连的若干激励电极和若干检测电极组成，用来测量油气水相含率及速度；数据采集处理器与传感器模块相连。通过本装置及其测量方法可以准确的实时测量流体的各项数据，并且适用范围很广，装置简洁，测量期间无需人工干预，整个测量过程清洁环保。

技术领域

本发明涉及流体测量技术领域，特别是一种多相流不分离在线测量装置及其测量方法。

背景技术

油气水多相流测量是油田开发生产过程中一项十分重要的工作。目前，油田上仍然普遍采用分离器(立式或卧式)测量的技术，是将油井产物分为气液两相，由气体流量计测量气体，由液体流量计测量液体，液体中含水率由仪表或人工取样化验获得，然后分别求得油、水产量。传统分离器测量系统由管汇、分离器、仪表等较多的分离部件构成，体积庞大且重量在几吨甚至十吨以上，控制系统也较为复杂，仪表标定繁琐，安装和维护费用高，还需要单独建设测量间进行测量。上述的测量方式一般适用于简单流型的气液分离，但对于常见的乳化液等不易分离、粘稠的液体要进行准确的测量就很困难，甚至需要对其加热或者用添加剂进行化学处理，并且，为了测得准确的数据，容器内的条件应相对稳定，这个过程这一般需要几小时，所取得的数据并非实时连续的。针对老油田而言，由于其存在开发时间较长、测量设备老化、难以维护等情况，故提供的可供参考的单井油气水产量准确性不达标，必然使得科学开发油田的工作受到严重影响。

近年来也有相关厂商对传统的方法进行了改进，基本思路都是先测出总的质量流量和油气水相分率，最后分别计算出油气水各自的质量流量。测量总质量流量采用的方案绝大部分采用经典文丘里管，不同厂家技术路线的差异主要体现在油气水相分率的测量上。目前测量相分率的方法主要有以下两种：

(1)介电法：其原理是利用油、气、水介电参数的差异进行测量，包括电容/电导测量技术，与此类似的还有微波吸收法，主要用于测量油水混合物的含水率，但至今只有在油呈连续相的低含水阶段，其求得的含水率才可供使用。介电法通常采用非侵入式传感器设计，这种方式影响介电常数的因素很多，如乳化液的结构、温度、碳氢化合物的组分、矿化水的性质、游离气的存在等等，这些因素都不同程度的影响仪表的正确使用和含水率测量准确度。另外，不同的相态需要用不同的传感器，水连续相或油连续相在频繁快速变化，难以辨别跟踪这种变化导致测量适用性大大降低。总之，介电常数法受到的影响因素较多，模糊点多，其应用范围受到较大限制。

(2)伽马吸收法：其原理是利用油、气、水对伽马能的吸收衰减不同，当伽马射线通过油、气、水混合物时，由于混合物中的分子中的电子和原子引起衰减，由此建立相关的方程求得混合物的相分率。

伽马能可以放射两个能级，高能对气液比敏感，而低能在液相中对油水比敏感，使用单能(高能)测量多相流中气液比，使用双能(高能和低能)测量多相流中的含水率。有研究指出：伽马射线衰减法，虽不受连续相态的影响，但曲线是高度非线性的，与相分数的指数有关。间歇流型(或产出激动时)对相分率有很大影响，特别是粘度引起的临时乳化，可能导致错误测量，同时也受到原油物性(如密度变化、水的含盐量等因素)影响，当物性发生变化时需重新对仪表进行标定，对于含盐量变化大的介质，需进行必要的补偿。

用双能伽马测量含水率，受含气率影响大，研究者指出要求其含气率在20％以内，最好是10％以内，否则影响较大。双能伽马在油水中敏感，而在含气的环境中就差了，说明其只有在油水两相流中才适用。在井口测量中，特别是气产出时，更加速了油水乳化，而乳化液中也可能会含有不少气，有人又“捡回”了以往传统的分离技术(小型装置)来解决乳化液中气分离，并且需要延时或化学干预才能有所效果，这样的方式未能体现伽马射线衰减法在相流量测量的及时、准确的优势，反而让应该简单化的在线多相流量计变得更加复杂。