油田多相流计量方法研究与探讨

多相流量计在海洋石油工程中的应用【摘要】油气分离计量是油气集输的首要任务。

本文从油气分离计量设备出发，从理论上分析了重力分离、折流分离、离心分离三种分离方法，进而探讨了油气分离计量设备在油气集输中的应用，以供参考。

【关键词】油气分离与计量设备油气集输应用1 背景为了油井计量和油藏动态管理，确定最佳产量和油田开采时间，油藏工程师要求经常监视单井动态，掌握单口油井的产量，包括每口油井的产油量、产水量和产气量。

传统做法是将油井产出液经计量分离器分离成油相、水相和气相，再采用各单相测量仪表或装置测量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，系统的质量和体积都较大，给设计和施工增加了很大难度。

特别是随着近年油气开发向海洋、沙漠和极地等地区发展，以及所开发的油田油层更深、油质更重的特点，造成油田开发成本不断上升，石油工业界对新的开采技术的需求日益迫切，多相计量技术正是在这种背景下应运而生的。

2 油气分离计量设备及工作原理从目前来看，油气分离设备种类较多。

按照功能进行划分，可分为两种：水油气三相分离器、油气两相分离器；按照形状可分为三种：立式分离器、卧式分离器。

目前，比较普遍的为卧式两相分离器。

主要是因为该分离器的分离效果好，成本较低，便于检修和安装。

其缺点是占地面积比较大，且排污比较困难，需要配备好排污设备。

现介绍一种组合式的小型油气分离计量装置。

在大庆、长庆、哈萨克斯坦布扎奇等油田投入使用，均运行了三年以上，运行良好。

该装置用于单井（油井采出液不分离）、油气汇管（气、液混输）等任何流型或流态的油水气二相在线实时计量，尤其适用于间歇来液、气液变化比较大的油井计量；是沙漠油田、海上油田和移动测井等多相流计量的理想装置。

2.1 结构油气分离计量设备主要由分离器、稳流器、捕集器、混合器、计量仪表与电控元件组成，工作原理如图1所示。

2.2 原理2.2.1分离器一般采用离心分离。

由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起旋转流动时，液体受到的离心力大于气体，所以液体有离心分离的倾向，液体附着在分离壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，从而实现气液分离。

【精选】多相流计量及多相流量计简介R1 多相计量技术Multiphase metering technology概述许多新开发的油田属于经济型边际油田，这种油田不能承担传统分离技术所引发的高昂的费用。

而多相流量计可以节省很多费用，因为使用它就不需要安装分离器，或者几个油田共用处理装置。

在油井管理方面:多相流量计可以提供持续的数据输出，给出油井动态的有价值信息，这样可以及时地发现油井产生的问题或变化，以便尽早地做出决定，而采用传统的处理技术却要慢一些。

中国船级社(CCS)要求参照《海上移动平台入级规范》第1篇第3章附录1 平台入级产品持证要求一览表:5.3:?级管系以及除5.1以外的阀和附件证件类型:制造厂证明(?级管系应提供工厂认可证书，除5.1以外的阀和附件应提供型式认可证书)认可模式:型式认可B(可选项:型式认可A)1. 在线多相流量计在线多相流量计依据对流体特性的一些测量得到油、气、水三相的各自流量。

现在有许多这样的计量技术，可大致分为两大类:速度或总流量测量和相分率测量。

速度或流量测量通常是通过压差计量或一个特殊信号的互相关,即压力或导电率来获得。

许多流量计也采用滑动模块，这说明了气体通常比液体流速快的事实。

在垂直管道上安装的一些在线多相流量计一般通过在其上游装一个盲三通来减少水的紊动，以此最大限度地减少滑动。

相分率可以通过测量三相混合物的物性来获得，据此推算出三相各自的流量。

伽马射线能量衰减法是一种常用的方法，它的原理是油、气、水不等同地削弱伽马射线的能量。

伽马射线能量在两个能量级放射高能量级对气/液比更敏感，而低能量级对液相中的水/油比较敏感。

可以用这两个能量衰减量来确定三相混合液的相分率。

第三个能量级也可以用来确定水相的含盐量。

电容和电导技术可以用来确定液相中的含水量。

电容传感器用于测量连续油流的介电常数并确定含水量，电导传感器用于连续水流的测量。

这种方法适于气体体积分数大环境，但缺点是:如果流体在水连续流和油连续流之间不停转换，那么流量计就很难跟踪到这个变化。

多相流测量技术的研究及其应用前景曹艳强 曹岩西安石油大学石油工程学院 陕西 西安 710065摘要：多相流广泛存在于石油工业中,因此对于多相流的测量就具有非常重要的意义。

然而,由于多相流在流动过程中流型复杂,成分多变。

到目前为止,多相流的测量仍然是石油行业中的一个难题，但同时多相流技术的应用潜力还是被大家非常看好的。

关键词：多相流 压降 分相含率 空隙率 速度 流量1多相流简介在大自然中,物质可以分成气相、液相和固相三相[]1。

顾名思义多相流就是指同时存在两种或两种以上不同相混合物质的流动。

在日常生活中常见的多相流有气固两相流、气液两相流、液固两相流、液液两相流以及气液液、气液固多相流等等。

在多相流的研究中,通常将在同一自然相中存在明确界面的不同物质当作不同相进行研究,如在油水混合物中,由于油和水互不相溶,那么就会在两者之间存在明显的相界面,这样就称为油水两相流。

多相流在石油化工行业中是一种十分普遍的现象。

在石油开采过程中，从采出到运输都会存在油、气、水三相混输，这是一种很典型的多相流，甚至还存在油、气、水、沙四相流。

多相流是在流体力学，物理化学，传热传质学，燃烧学等学科的基础上发展起来的一门新兴学科,对国民经济的发展有着十分重要的作用,它广泛存在于能源、动力、石油化工、核反应堆、制冷、低温、环境保护及航天技术等许多工业部门。

因此，虽然多相流的发展历史只有短暂的几十年，但由于油气水多相流检测技术的研究具有重要的理论和工程意义，发展脚步很快。

尤其是在20世纪50年代以来,由于石油化工行业中高参数的引人,以及对环境保护的日益重视,在一定程度上大大地促进了多相流研究及其应用的发展[]2。

2多相流的测量参数[]3在多相流的流动过程中，由于相与相之间的作用，就会有分布和形状在空间和时间里都是可以随时变化的相界面，而相与相之间又会存在不同的速度，导致通过管道的不同相的流量比和其所占的管截面比并不相等。

因此，根据多相流的这些特点，描述其流动的参数就要比单相的参数要复杂。

多相流采油测试中的流体性质测量方法及准确性评估摘要：随着多相流采油技术的广泛应用，对流体性质测量方法及准确性的评估变得至关重要。

本文综述了目前常用的多相流采油测试中的流体性质测量方法，包括压力传感器、声速测量、密度测量等。

通过对各种方法的原理、优缺点以及实际应用进行分析，评估出它们的准确性及适用范围。

结果表明，不同的测量方法在不同的操作条件下具有不同的准确性与可靠性。

因此，在多相流采油测试中选择适合的测量方法，结合相关的准确性评估指标，对于提高测试结果的精确性和可靠性是至关重要的。

关键词：采油测试；流体性质；测量方法引言多相流采油技术在油田开发中发挥着重要作用，流体性质测量是其中不可或缺的一环。

准确评估流体性质测量方法的准确性对于优化采油过程至关重要。

本文旨在综述多相流采油测试中常用的流体性质测量方法，并评估其准确性。

具体包括压力传感器、声速测量和密度测量等方法。

通过对各种方法原理、优缺点以及实际应用的分析，探讨它们的准确性和适用范围。

1.常用的多相流采油测试中的流体性质测量方法1.1压力传感器的原理和应用压力传感器是一种用于测量液体或气体压力的装置。

其原理基于压阻效应，通过将压力传感器与压力源连接，并将压力转化为电信号。

当压力施加在传感器上时，内部压阻元件产生电阻变化，由此转换成与压力成正比的电压输出。

在多相流采油测试中，压力传感器广泛应用于测量油井或管道中的液体和气体压力。

它们能够提供重要的压力数据，用于监测生产过程、评估油井性能和优化生产策略。

压力传感器具有响应速度快、精度高、稳定性好等优点，适用于多种环境条件下的压力测量。

1.2声速测量方法的原理和应用声速测量方法是一种基于声波传播速度的流体性质测量方法。

其原理是通过测量声波在流体中传播的时间和距离，计算出声速，从而推断流体的性质。

在多相流采油测试中，声速测量方法被广泛应用于确定流体的密度和粘度。

通过将声发射器和接收器放置在流体中，测量声波的传播时间和距离，可以计算出声速，并将其与已知流体性质进行比较以得出流体密度和粘度的估计值。

油井多相流量计油井多相流量计主要用于油田的单井计量和测试。

该产品能够在油、气、水三相不分离的状态下，不受相分率的影响，可覆盖0~100%的含水/含气率，完成对油井产出的油、气、水各相流量和其它过程参数的在线、实时测量与检测，是传统测试分离器的替代产品。

油井多相流量计可永久安装在井口或计量站，实现对生产井的连续监测和产量计量。

由于其体积小、重量轻、便于移动等特点，也可用来为油田用户提供移动式的生产测试、勘探测试和评价测试等服务。

工作原理海默油井多相流量计包括在线式气液两相流量计、全量程油气水三相含水仪和基于工业计算机的数据采集和处理单元（DAU)三大模块；气液两相流量计由文丘里管和安装在其喉部的单能伽玛传感器组成，主要完成气、液两相流量的实时测量；油气水三相含水仪由流型调整装置和双能伽玛传感器组成，主要完成油气水三相状态下油水混合液的含水率的测量；数据采集和处理单元(DAU)，主要完成对系统内各传感器和仪表的信号采集、处理，基于多相流动模型的计算，最终测量结果的输出和数据远传等。

多相流量计系统还包括了温度变送器、压力变送器、差压变送器和控制阀等辅助性的测量仪表和控制装置；粘度：不受粘度限制，只需流体流动即可测量。

多相流量计最终输出的测量结果包括：油、气、水三相的瞬时流量和累计流量，含水率、含气率、气油比、混合液密度和流体的温度、压力等过程参数的瞬时值和累计平均值等，其计算流程下图所示：技术特点海默多相流量计结构紧凑，工艺简洁；测量为实时、连续、自动测量，可无人值守；采用低能伽玛射线吸收技术测量相分率，不受油水相转化的影响，且可以用于全范围相分率测量；利用文丘里与单能伽玛组合形成一个独立的测量单元，测量气液流体总流量；利用专利的流型调整取样装置与双能伽玛测量仪组成液体相分率测量单元，测量油水混合液中的含水率。

这一独特的结构使得含水率测量准确度不受入口处多相流的流型和含气率变化的影响，从而能保证全量程范围内的含水率和纯油的测量精度；将单能测含气率与双能测含水率分别实施，除了可以确保含气率全量程范围内的含水测量准确度以外，更有意义的是可以将多相流量计的口径做大。

提升多相流量计测量精度的方法在渤海某油田的应用发布时间：2022-07-30T07:17:25.726Z 来源：《工程管理前沿》2022年3月6期作者：刘金龙杨焕财[导读] 渤海某油田运行的多相流量计作为外输流量计，承担贸易结算计量的作用，刘金龙、杨焕财中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459摘要：渤海某油田运行的多相流量计作为外输流量计，承担贸易结算计量的作用，但由于各方面原因导致多相流量计实际计量误差偏大，无法达到外输贸易计量精度的要求。

通过对影响该设备计量精度的原因进行分析，并提出相应的改造方案。

并对改造后的方案进行不确定度的分析，评估其是否满足贸易计量要求。

应用该改造方案后，该油田多相流量计测量精度将大大提高，满足了外输贸易计量的要求，同时也将避免了因计量误差过大造成的产量损失和国有资产流失。

关键词：多相流量计；GLCC；含水率分析仪；质量流量计；含气率1 概述渤海某油田的多相流量计作为外输贸易流量计，在实际运行中多相流GLCC（气液分离器）无法实现气、液完全分离，导致液相中含气，流体密度偏低，质量流量计测量偏差过大，从而使得整个多相流量计系统实无法达到外输贸易计量精度的要求。

本着发现问题、解决问题的原则，从含水率、含气率及仪表本身测量精度等影响多相流计量精度的因素考虑，提出一套完整的解决方案。

并对改造后的方案进行不确定度的分析，评估其是否满足贸易计量要求。

应用该改造方案后，该油田多相流量计测量精度将大大提高，满足了外输贸易计量的要求，也将避免因计量误差过大造成的产量损失和国有资产流失。

2基于GLCC技术的多相流量计工作原理如图2-1所示，GLCC多相流计量系统的原理为气液分离后进行单相计量，然后再根据工艺要求气液混合输出或气液单独输出。

核心技术为GLCC （Gas-Liquid Cylindrical Cyclone 柱状旋流式气-液分离器），通过分离器对井口的气液两相流进行气液分离，分离后的气相采用叶片捕雾器将气体中的微小液滴处理掉，然后采用单相流表对气液分别进行计量，并通过液相中的含水率分析仪测量的水含量计算出油、水的产量及累积量，通过本地控制系统将数据处理后，发送到远程DCS系统。

2831 多相流计量技术现状 相较于单相流，由于多相流中有多种流体，流体间流速、流体自身的性质各不相同，同时流动过程中流型也会发生变化，因此多相流会复杂的多。

流型不同，多相流的流动状态也会不同，而多相流流型的变化是由流体动力效应、瞬时效应、几何方向效应以及流体性质、流体流速、各流体占比综合作用产生的结果，众多的影响因素使得多相流流动状态变化复杂，也给多相流的计量造成了很大的困难。

从20世纪60年代开始，国内外进行了多相流测试技术的研究，现已有大量的多相流流量计应用于油田生产中。

然而从研究和应用情况看，已有的多相流量计往往用于特定的使用环境，当环境有变化时需重新标定流量计，从而使流量计精度在要求范围内。

但即便如此由于许多流量计大多还是针对特定的流型设置的，所以当被测流体流型改变时测量效果无法达到测量精度要求。

同时目前应用的产品还有一些问题：诸如制造费用较高，精度较低，对使用环境的适应性差等。

因此，多相流量计仍然需要进一步发展。

2 多相流计量分类 按照计量方式的不同，现已有的多相流流量计量可分为：完全分离式多相流计量、部分分离式多相流计量、不分离式多相流计量和取样分离式多相流计量四种。

其中，完全分离式多相流计量是油田生产中较为传统，同时也是应用较多的计量方式，这种方式先将待计量的流体进行完全气液分离，计量气相和液相的流量之后，再将两相汇集向下游管道输送，这种方法的缺点是占地面积大，耗时长，且无法及时反映油田生产状况。

部分分离式多相流计量在计量前也将气液两相分离，但与完全分离式不同的是，这种方法在进行气液分离时，只需将两相分离为以气相为主和以液相为主的两部分流体，再将这两部分流体用较为成熟的两相流计量计进行计量。

计量液相部分中的含气量和气相部分中的含液量是此种计量方式的关键。

相较于完全分离式多相流计量，这种方法占用的空间更小，但由于气液混合物并没有完全分离，因此这种计量方法对提高计量精度没有显著作用。

多相流量计在海洋石油工程中的应用赵丹，贾明鑫，张小钢，魏丽（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）摘要：在原油开采过程中，为了优化生产参数，提高采收率，需对油井产出液中各组分的体积流量进行连续计量。

随着海洋油气的开发，传统的分离式计量方法已越来越不能适应生产需要，多相流量计逐渐开始得到应用，并有取代传统计量方式的趋势。

针对此种趋势，结合目前国内海洋工程中多相流量计的应用情况，通过多相流量计14-J-2000在曹妃甸项目某组块上的实际应用，深入分析了多相流量计的测量原理、组成结构、工艺流程及系统连接，并对其系统安全、使用环境等提出要求。

与传统的分离式计量方法相比，展示了多相流量计的应用在成本及创造的经济效益等方面的优势，总结了多相流量计的自身优点，分析了其在海洋环境中尚需完善的功能，考虑在海洋环境中的实用价值，对其进一步的应用作出展望。

关键词：海洋石油平台；多相流量计；测量原理；应用1 背景为了油井计量和油藏动态管理，确定最佳产量和油田开采时间，油藏工程师要求经常监视单井动态，掌握单口油井的产量，包括每口油井的产油量、产水量和产气量。

传统做法是将油井产出液经计量分离器分离成油相、水相和气相, 再采用各单相测量仪表或装置测量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，系统的质量和体积都较大，给设计和施工增加了很大难度。

特别是随着近年油气开发向海洋、沙漠和极地等地区发展，以及所开发的油田油层更深、油质更重的特点，造成油田开发成本不断上升，石油工业界对新的开采技术的需求日益迫切，多相计量技术正是在这种背景下应运而生的。

2 海洋石油工程多相流量计的使用情况从80年初至今，国内外多相计量技术的开发和应用取得重要的进展。

截至目前，国际公认的达到商品化程度并且在工业现场进行了较为广泛的试验和应用的多相流量计包括：美国Agar公司的Agar-301和Agar-401，中国海默仪器制造有限责任公司的MFM2000，挪威Fluenta公司的Fluenta 1900VI，MFI公司的Multi-fluid以及Framo公司的Framo多相流量计等［1］。

多相流量计在塔里木油田的应用多相计量技术和应用之所以成为近年来世界各石油国追逐的热门课题,是因为它改变了油井传统的分离器计量模式,可以简化油田地面生产工艺,大大降低产能建设费用,方便运行管理,提高自动化水平等。

多相流量计在塔里木的研制与试验历程从1992年底开始,到1995年以前,我们是通过测量总流量和相分率来实现多相计量的,先后经历了涡轮流量计/γ射线、涡街流量计/γ射线、相关法/γ射线等3个阶段。

从1995年底开始,我们开始着重研究通过测量各相相分率和流速来实现多相计量。

经过几年的现场试验,基本认可了用γ射线相关法测各相流速和用γ射线吸收法测相分率的计量原理和方法。

该流量计现在已基本定型并形成系列产品。

为了提高多相流量计的计量精度、测量范围以及可靠性和稳定性,近来仍不断在硬软件上作了一些改进和提高。

MFM多相流量计的计量原理与组成1相分率测量———γ射线吸收法2流速测量———互相关法互相关流速测量是基于两个随机信号间统计相似性的测量。

当流体从管道中流过时,沿管道轴向相隔一定距离(L)安装的上、下游传感器在各自的测量点上从流动的非均匀流体中检拾到两个随机信号,测出它们之间的互相关时间ti,就可得到流体流动的速度vi。

关于相关数值的论述和证明可在数学著作中找到。

3计量系统的结构与组成一套完整的MFM多相计量装置一般应包含4大部分:相分率测量装置;流速测量装置;温度和压力测量装置;数据采集和处理系统。

应用情况与现场数据从1992年底开始,我们就与兰州海默公司的科研人员合作,先后在塔里木的轮南、牙哈、塔中四等油田进行现场试验和使用,共用了20台套的前四代样机或产品,对近百口油井进行了数百次三相不分离计量。

现在在用的仍有13台套,并且在1997年创造性地把3套不同规格的三相流量计及配套系统集成在一个撬装上,成功地研制出适应沙漠环境的移动三相不分离计量装置,取得了良好的经济效益。

与分离计量相比,不分离计量系统主要具有以下优点:①可实现连续、在线自动计量,避免计量和取样时间的代表性问题带来的误差;②操作管理方便,可实现计量时的无人值守,运行维护费用低;③无阻力和可动部件,安全可靠;④出三相计量结果,自动打印计量报表;⑤安装方便,减少占地,节省建设投资等。

油气水的多相‎混输技术油气水在同一‎管道内流动的‎现象在油气田‎上是经常遇到‎的，因为在采油的‎过程中多少都‎会还有一些水‎分和一些蒸气‎，所以我们必须‎研究油气水混‎输的技术，这样主要为了‎节约油气田的‎地面工程投资‎以及运行费用‎，充分利用伴生‎气并减少环境‎的污染。

随着油气田的‎勘探开发逐渐‎转移到海洋、沙漠、极地等自然环‎境恶劣的地区‎，多相流技术得‎到了越来越广‎泛的应用。

多相混输工艺‎也逐步成为了‎油气储运学科‎中的研究热点‎。

由于多相混输‎具有许多与单‎相输送不同的‎特性，因此必须首先‎从理论上充分‎科学地认识多‎相流动的特殊‎规律，才能更好的设‎计、管理多相混输‎管线。

目前，在多相混输工‎艺计算与仿真‎方法研究方面‎仍有许多值得‎探索和改进的‎地方。

所有世界各国‎对多相混输工‎艺计算与仿真‎中常用的流体‎热物性模型、流型划分与判‎别方法、流动模型、本构方程等方‎面进行了研究‎。

并对多相流在‎线仿真系统作‎了探索性设计‎，同时开发了离‎线多相流工艺‎计算软件。

具体来讲，有以下几方面‎的工作：第一部分，通过目前常用‎烃类流体热物‎性的研究，得出了求解烃‎类流体物性参‎数的热物性模‎型。

其中着重讨论‎了湿天然气、油气两相和油‎气水三相混输‎管路中适用的‎热物性计算模‎型。

第二部分，从已发表的实‎验结果和流动‎机理出发，总结了目前国‎内外常见的分‎析方法，给出了判断油‎气两相水平、垂直、倾斜管线流型‎的具体方法。

对于油水两相‎、气液液三相流‎管线则给出了‎水平、垂直管线的流‎型判别方法。

第三部分，从多相流动基‎本微分方程出‎发，通过引入不同‎的假设条件，得出了各种计‎算模型，并给出了相应‎算法，为多相混输管‎线的工艺计算‎提供了依据，是开发多相混‎输工艺计算软‎件的理论基础‎。

第四部分，根据多相管流‎的外观特征，建立了多相流‎具体流型分析‎的几何模型。

从各流型参数‎间的相互关系‎出发，总结了求解多‎相流管路中各‎流型具体结构‎参数的方法，并对段塞流这‎一特殊流型作‎了更详细的分‎析。