[发明专利]基于动力旋转离心压差法和液体流量计组合的油水两相流测量装置及方法

说明书

本发明公开一种基于动力旋转离心压差法和液体流量计组合的油水两相流测量装置及方法，它由进口端至出口端依次包括同轴的进口连接法兰、进口管、动力旋转管、出口管和出口连接法兰；且进口管、动力旋转管和出口管内径大小相同，进口管的管壁上设置有液体流量计，动力旋转管两端的外壁上均设置有轴承和密封箱；动力旋转管中部外壁上布置有齿轮箱，齿轮箱上设置有电机，出口管的外壁上连接有压差传感器。使用该装置测量得到油水两相流高速旋转产生的径向离心压差ΔP和油水两相流的混合体积流量Q_m；然后求得油水两相流中油相的流量Q_o和水相的流量Q_w。本发明适应范围广，测量精度高；量程调节方便；安全可靠，经济性好；结构紧凑，便于安装。

技术领域

本发明涉及多相流测量技术领域，具体涉及一种基于动力旋转离心压差法和液体流量计组合的油水两相流测量装置及方法。

背景技术

油水两相流现象广泛地存在与石油开采过程中，确定油水两相流中油的流量、水的流量以及含水率(或含油率)等是油水两相测量的主要任务。油水两相流实时测量对于预估油井产量，预测油井的开发寿命以及油田的产量和质量控制，油井状态检测，降低成本具有重要的意义，也是实现油田数字化和智能化管理的必然要求。

油水两相流测量属于多相流测量的技术范畴，由于油相及水相的流体物理性质差异，导致复杂的混合流体相间滑脱特性及界面效应，难以准确测量其流动参数，这些问题也决定了油水两相流测量是个“疑难问题”，需要对其测量装置及方法开展专门的研究。

现在主要的油水两相测量方法大致可分为三类：

1)人工定期取样化验分析，通过人工的方式，每小时或者数小时计量一次，这样会造成实际的单井产量与推算得到的产量相差大，加上人工计算的误差，最终误差会相当大，失去计量的意义，并且也存在效率低和实时性差等问题；

2)采用大型分离罐将油气水分离后再分别用单相流量计计量，这种测量方式存在着前期投入成本高，体积庞大、设备复杂、测量时需要较长的流动稳定时间、测量实时性差等问题；

3)采用多相流量计对油水两相流进行测量，主要通过常规液体流量计测量油水混合物的总流量，再结合基于电容法或电导法、射线法、微波法、超声法、光学法、核磁共振法等原理设计的相含率仪测量含水率或含油率。利用这种多相流量计进行测量油水两相流具有结构紧凑、连续测量、适于井口安装的优点，但是尽管市面上有多种多样的多相流量计，却没有哪一种得以在油田大范围的推广应用，这是因为各种相含率测量方法都有其局限性。

申请号为201810385910.4、201810127004.4、201710465817.X、201510317304.5和201110247206.0的中国发明专利申请中都采用电法(电容法或电导法)测油水两相流的相含率问题，对于这类方法来说，传感器响应存在非线性及响应分辨率低导致精度难以达到测量要求，并且电导法只能适用水是连续相的油水两相流，而电容法则只适用于油是连续相的油水两相流，对于油水出现乳化时测量精度更加难以保证。美国专利US5689540A和US3498112A中分别介绍了射线法和微波法测油水两相流的方法，对于射线法、微波法来说，则存在着辐射污染及安全问题，并且价格昂贵，限制了其推广与应用；申请号为201610519665.2的中国发明专利和美国专利US20180088083A1中涉及了一种超声法测量油水两相流的技术，申请号为CN201120504236.0的中国发明专利涉及了一种红外成像光度法测量原油含水率的技术，对于超声法和光学法来说，相关理论研究还不够充分，技术和工艺也都不够成熟。美国专利US20180238819A1中介绍了核磁共振法测油水两相流的方法，这种方法尽管可以获得令人满意的测量精度，但是其高昂的测量成本使得其只能局限在实验室中应用，很难在油田企业大面积的推广。申请号为200420022874.9的中国专利中介绍了一种应用文丘里管和弹性刮板流量计结合测量油水两相流量的方法，但是这种根据两相流节流压降模型测量的技术存在着压力损失大的问题，对油井产液的输运产生影响。