三相不分离流量计量技术研究

1 装置结构

Roxar三相不分离流量计主要由伽玛密度计、电容测量及传感器、电导率测量及传感器、文丘里装置和流量计算机构成。数据采集系统主要有温度变送器、压力变送器、差压变送器、伽玛密度计、电容传感器、电导传感器和流量计算系统构成。结构见图1、图2。

图1Roxar三相不分离流量计结构

图2Roxar三相不分离流量计内部视图

2 测量原理

Roxar三相不分离流量计测量原理见图3。

图3Roxar三相不分离流量计测量原理

单井来油气水混合物假设为四相流体，即油、水、离散气体和游离气体。大气泡流速与气体流速相同（大气泡即为离散气体)，小气泡流速与液体流速相同（小气泡即为游离气体)，三相流量计竖直测量管段内油相流速和水相流速相同。

设：Q为体积流量率；A为体积相分率；v为流速

Q=Av (1)

体积相分率等于相分率与测量管横截面积的乘积，由于测量管横截面积已知，油气水各相流量率的计算可转换为相分率和各相流速的计算。

（1)相分率的计算。设：ρ油为油相密度；ρ水为水相密度；ρ气为气相密度（油相密度、水相密度和气相密度计量前输入)；ε油为油相电容率；ε水为水相电容率；ε气为气相电容率（油相电容率根据输入的流体PVT参数由流量计算机求得，水相电容率为常数，约等于70，气相电容率为常数，约等于1)；σ油为油相电导率；σ水为水相电导率；σ气为气相电导率（水相电导率根据输入的流体PVT参数由流量计算机求得，油相电导率和气相电导率均为常数，数值趋于无穷大)；ρ混合物为混合物密度；ε混合物为混合物电容率；σ混合物为混合物电导率（混合物密度用伽玛密度计可测得，混合物电容率用电容传感器可测得，混合物电导率用电导率传感器可测得)；α为气相分率；β为水相分率；γ为油相分率（气相分率为单位时间内大气泡和小气泡在混合物中占的体积百分数，水相分率为单位时间内水相在混合物中占的体积百分数，油相分率为单位时间内油相在混合物中占的体积百分数，α、β和γ均为方程中的未知变量)。

混合物低含水期电容率传感器工作，电容率方程、密度方程和归一方程三方程联立求解油气水各相相分率；混合物高含水期电导率传感器工作，电导率方程、密度方程和归一方程三方程联立求解油气水各相相分率。

（2)流速和流量率计算。Roxar三相流量计在已知距离的两点上分布着成对的电容探测电极和电导探测电极。当同一流体依次经过探测电极时，探测电极会连续收集两组电信号，这两组电信号所形成的曲线形状相似，但处于不同的时间区段。对这两组电信号曲线进行互相关运算，可得出极大值，该值对应的时间为T，即为流体从电极A流至电极B所需的时间。

假设：V为流体流速；d为电极位差；T为流体从电极A流至电极B所需的时间。则

V=d/T (6)

其中：d为已知量，T可通过互相关运算得出，求解方程（5)即可求出流速（当通过电极的流体为大气泡时，计算出的流速为气体流速；当通过电极的流体为小气泡时，计算出的流速为液体流速)。

有时互相关运算不能得出极大值，此时认为互相关运算失败。Roxar三相流量计在计算流速时可以设定互相关运算的最小允许成功率，低于设定值时，不取信互相关运算的结果，以文丘里计算的流量为准。

文丘里装置流速计算公式

其中：M为质量流速；dp为文丘里差压；C为流量系数，C=f（ReD，β)；E为补偿系数，E=1/ReD为雷诺系数；β为内外径比，文氏喉管内径/文氏管内径；ε为扩大系数，ε=f（dP/P，β，γ)；γ为定压热容与定容热容的比值，γ=CP/CV；A为文氏喉管通过面积。

得出油气水相分率和气液相流速，求解方程1即可算出油气水各相的体积流量率。

（3)主要技术指标。操作范围：0～100%含水比率（WLR)；0～98%气体空隙率（GVF)；测量精度：液相相对误差为3%～6%；含水率（90%置信度)绝对误差为1.5%～4%；气相相对误差为6%～8%；标准速度范围：低GVF为1.5～15m/s；高GVF为3.5～35m/s；管道尺寸为2～12inch（43～220mm)；设计压力为69000kPa；设计温度为150℃（3028/)。

（4)现场试验。在吉拉克凝析气集中处理站现场试验挪威Roxar公司的三相流量计，将三相流量计安装在三叠系计量分离器前端汇管上，在线实时计量单井油气水产量。通过现场测试证明，MPFM1900VI三相流量计的可重复性和精度能达到现场试验验收依据中的相关技术要求，可适用于高压凝析气井计量分析及资料录取工作。

3结论

三相不分离流量计无须分离、混合，没有活动部件，可准确地计量高压凝析气井的油、气、水产量。仪表具有极佳的长期稳定性、准确性和可重复性，可满足塔里木油田凝析气井计量的要求。综上所述，Roxar的三相不分离流量计在塔里木油田具有广阔的市场前景。(end)