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三相不分離流量計(jì)量技術(shù)研究 |
三相不分離流量計(jì)量技術(shù)研究 | 發(fā)布時(shí)間:2019/12/11 8:06:41 |
摘 要: 在吉拉克凝析氣集中處理站現(xiàn)場試驗(yàn)挪威Roxar公司的三相流量計(jì),將三相流量計(jì)安裝在三疊系計(jì)量分離器前端匯管上,在線實(shí)時(shí)計(jì)量單井油氣水產(chǎn)量。通過現(xiàn)場測試證明,MPFM1900VI三相流量計(jì)的可重復(fù)性和精度能達(dá)到現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)收依據(jù)中的相關(guān)技術(shù)要求,可適用于高壓凝析氣井計(jì)量分析及資料錄取工作。
關(guān)鍵字: 流量計(jì) 測量 相分率 流速 流量率
1 裝置結(jié)構(gòu)
Roxar三相不分離流量計(jì)主要由伽瑪密度計(jì)、電容測量及傳感器、電導(dǎo)率測量及傳感器、文丘里裝置和流量計(jì)算機(jī)構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、伽瑪密度計(jì)、電容傳感器、電導(dǎo)傳感器和流量計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)成。結(jié)構(gòu)見圖1、圖2。
圖1Roxar三相不分離流量計(jì)結(jié)構(gòu)
圖2Roxar三相不分離流量計(jì)內(nèi)部視圖
2 測量原理
Roxar三相不分離流量計(jì)測量原理見圖3。
圖3Roxar三相不分離流量計(jì)測量原理
單井來油氣水混合物假設(shè)為四相流體,即油、水、離散氣體和游離氣體。大氣泡流速與氣體流速相同(大氣泡即為離散氣體),小氣泡流速與液體流速相同(小氣泡即為游離氣體),三相流量計(jì)豎直測量管段內(nèi)油相流速和水相流速相同。
設(shè):Q為體積流量率;A為體積相分率;v為流速
Q=Av (1)
體積相分率等于相分率與測量管橫截面積的乘積,由于測量管橫截面積已知,油氣水各相流量率的計(jì)算可轉(zhuǎn)換為相分率和各相流速的計(jì)算。
(1)相分率的計(jì)算。設(shè):ρ油為油相密度;ρ水為水相密度;ρ氣為氣相密度(油相密度、水相密度和氣相密度計(jì)量前輸入);ε油為油相電容率;ε水為水相電容率;ε氣為氣相電容率(油相電容率根據(jù)輸入的流體PVT參數(shù)由流量計(jì)算機(jī)求得,水相電容率為常數(shù),約等于70,氣相電容率為常數(shù),約等于1);σ油為油相電導(dǎo)率;σ水為水相電導(dǎo)率;σ氣為氣相電導(dǎo)率(水相電導(dǎo)率根據(jù)輸入的流體PVT參數(shù)由流量計(jì)算機(jī)求得,油相電導(dǎo)率和氣相電導(dǎo)率均為常數(shù),數(shù)值趨于無窮大);ρ混合物為混合物密度;ε混合物為混合物電容率;σ混合物為混合物電導(dǎo)率(混合物密度用伽瑪密度計(jì)可測得,混合物電容率用電容傳感器可測得,混合物電導(dǎo)率用電導(dǎo)率傳感器可測得);α為氣相分率;β為水相分率;γ為油相分率(氣相分率為單位時(shí)間內(nèi)大氣泡和小氣泡在混合物中占的體積百分?jǐn)?shù),水相分率為單位時(shí)間內(nèi)水相在混合物中占的體積百分?jǐn)?shù),油相分率為單位時(shí)間內(nèi)油相在混合物中占的體積百分?jǐn)?shù),α、β和γ均為方程中的未知變量)。
混合物低含水期電容率傳感器工作,電容率方程、密度方程和歸一方程三方程聯(lián)立求解油氣水各相相分率;混合物高含水期電導(dǎo)率傳感器工作,電導(dǎo)率方程、密度方程和歸一方程三方程聯(lián)立求解油氣水各相相分率。
(2)流速和流量率計(jì)算。Roxar三相流量計(jì)在已知距離的兩點(diǎn)上分布著成對的電容探測電極和電導(dǎo)探測電極。當(dāng)同一流體依次經(jīng)過探測電極時(shí),探測電極會連續(xù)收集兩組電信號,這兩組電信號所形成的曲線形狀相似,但處于不同的時(shí)間區(qū)段。對這兩組電信號曲線進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算,可得出極大值,該值對應(yīng)的時(shí)間為T,即為流體從電極A流至電極B所需的時(shí)間。
假設(shè):V為流體流速;d為電極位差;T為流體從電極A流至電極B所需的時(shí)間。則
V=d/T (6)
其中:d為已知量,T可通過互相關(guān)運(yùn)算得出,求解方程(5)即可求出流速(當(dāng)通過電極的流體為大氣泡時(shí),計(jì)算出的流速為氣體流速;當(dāng)通過電極的流體為小氣泡時(shí),計(jì)算出的流速為液體流速)。
有時(shí)互相關(guān)運(yùn)算不能得出極大值,此時(shí)認(rèn)為互相關(guān)運(yùn)算失敗。Roxar三相流量計(jì)在計(jì)算流速時(shí)可以設(shè)定互相關(guān)運(yùn)算的最小允許成功率,低于設(shè)定值時(shí),不取信互相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果,以文丘里計(jì)算的流量為準(zhǔn)。
文丘里裝置流速計(jì)算公式
其中:M為質(zhì)量流速;dp為文丘里差壓;C為流量系數(shù),C=f(ReD,β);E為補(bǔ)償系數(shù),E=1/ ReD為雷諾系數(shù);β為內(nèi)外徑比,文氏喉管內(nèi)徑/文氏管內(nèi)徑;ε為擴(kuò)大系數(shù),ε=f(dP/P,β,γ);γ為定壓熱容與定容熱容的比值,γ=CP/CV;A為文氏喉管通過面積。
得出油氣水相分率和氣液相流速,求解方程1即可算出油氣水各相的體積流量率。
(3)主要技術(shù)指標(biāo)。操作范圍:0~100%含水比率(WLR);0~98%氣體空隙率(GVF);測量精度:液相相對誤差為3%~6%;含水率(90%置信度)絕對誤差為1.5%~4%;氣相相對誤差為6%~8%;標(biāo)準(zhǔn)速度范圍:低GVF為1.5~15m/s;高GVF為3.5~35m/s;管道尺寸為2~12inch(43~220mm);設(shè)計(jì)壓力為69000kPa;設(shè)計(jì)溫度為150℃(3028/)。
(4)現(xiàn)場試驗(yàn)。在吉拉克凝析氣集中處理站現(xiàn)場試驗(yàn)挪威Roxar公司的三相流量計(jì),將三相流量計(jì)安裝在三疊系計(jì)量分離器前端匯管上,在線實(shí)時(shí)計(jì)量單井油氣水產(chǎn)量。通過現(xiàn)場測試證明,MPFM1900VI三相流量計(jì)的可重復(fù)性和精度能達(dá)到現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)收依據(jù)中的相關(guān)技術(shù)要求,可適用于高壓凝析氣井計(jì)量分析及資料錄取工作。
3結(jié)論
三相不分離流量計(jì)無須分離、混合,沒有活動部件,可準(zhǔn)確地計(jì)量高壓凝析氣井的油、氣、水產(chǎn)量。儀表具有極佳的長期穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和可重復(fù)性,可滿足塔里木油田凝析氣井計(jì)量的要求。綜上所述,Roxar的三相不分離流量計(jì)在塔里木油田具有廣闊的市場前景。
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摘 要: 在吉拉克凝析氣集中處理站現(xiàn)場試驗(yàn)挪威Roxar公司的三相流量計(jì),將三相流量計(jì)安裝在三疊系計(jì)量分離器前端匯管上,在線實(shí)時(shí)計(jì)量單井油氣水產(chǎn)量。通過現(xiàn)場測試證明,MPFM1900VI三相流量計(jì)的可重復(fù)性和精度能達(dá)到現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)收依據(jù)中的相關(guān)技術(shù)要求,可適用于高壓凝析氣井計(jì)量分析及資料錄取工作。
關(guān)鍵字: 流量計(jì) 測量 相分率 流速 流量率
1 裝置結(jié)構(gòu)
Roxar三相不分離流量計(jì)主要由伽瑪密度計(jì)、電容測量及傳感器、電導(dǎo)率測量及傳感器、文丘里裝置和流量計(jì)算機(jī)構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、伽瑪密度計(jì)、電容傳感器、電導(dǎo)傳感器和流量計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)成。結(jié)構(gòu)見圖1、圖2。
圖1Roxar三相不分離流量計(jì)結(jié)構(gòu)
圖2Roxar三相不分離流量計(jì)內(nèi)部視圖
2 測量原理
Roxar三相不分離流量計(jì)測量原理見圖3。
圖3Roxar三相不分離流量計(jì)測量原理
單井來油氣水混合物假設(shè)為四相流體,即油、水、離散氣體和游離氣體。大氣泡流速與氣體流速相同(大氣泡即為離散氣體),小氣泡流速與液體流速相同(小氣泡即為游離氣體),三相流量計(jì)豎直測量管段內(nèi)油相流速和水相流速相同。
設(shè):Q為體積流量率;A為體積相分率;v為流速
Q=Av (1)
體積相分率等于相分率與測量管橫截面積的乘積,由于測量管橫截面積已知,油氣水各相流量率的計(jì)算可轉(zhuǎn)換為相分率和各相流速的計(jì)算。
(1)相分率的計(jì)算。設(shè):ρ油為油相密度;ρ水為水相密度;ρ氣為氣相密度(油相密度、水相密度和氣相密度計(jì)量前輸入);ε油為油相電容率;ε水為水相電容率;ε氣為氣相電容率(油相電容率根據(jù)輸入的流體PVT參數(shù)由流量計(jì)算機(jī)求得,水相電容率為常數(shù),約等于70,氣相電容率為常數(shù),約等于1);σ油為油相電導(dǎo)率;σ水為水相電導(dǎo)率;σ氣為氣相電導(dǎo)率(水相電導(dǎo)率根據(jù)輸入的流體PVT參數(shù)由流量計(jì)算機(jī)求得,油相電導(dǎo)率和氣相電導(dǎo)率均為常數(shù),數(shù)值趨于無窮大);ρ混合物為混合物密度;ε混合物為混合物電容率;σ混合物為混合物電導(dǎo)率(混合物密度用伽瑪密度計(jì)可測得,混合物電容率用電容傳感器可測得,混合物電導(dǎo)率用電導(dǎo)率傳感器可測得);α為氣相分率;β為水相分率;γ為油相分率(氣相分率為單位時(shí)間內(nèi)大氣泡和小氣泡在混合物中占的體積百分?jǐn)?shù),水相分率為單位時(shí)間內(nèi)水相在混合物中占的體積百分?jǐn)?shù),油相分率為單位時(shí)間內(nèi)油相在混合物中占的體積百分?jǐn)?shù),α、β和γ均為方程中的未知變量)。
混合物低含水期電容率傳感器工作,電容率方程、密度方程和歸一方程三方程聯(lián)立求解油氣水各相相分率;混合物高含水期電導(dǎo)率傳感器工作,電導(dǎo)率方程、密度方程和歸一方程三方程聯(lián)立求解油氣水各相相分率。
(2)流速和流量率計(jì)算。Roxar三相流量計(jì)在已知距離的兩點(diǎn)上分布著成對的電容探測電極和電導(dǎo)探測電極。當(dāng)同一流體依次經(jīng)過探測電極時(shí),探測電極會連續(xù)收集兩組電信號,這兩組電信號所形成的曲線形狀相似,但處于不同的時(shí)間區(qū)段。對這兩組電信號曲線進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算,可得出極大值,該值對應(yīng)的時(shí)間為T,即為流體從電極A流至電極B所需的時(shí)間。
假設(shè):V為流體流速;d為電極位差;T為流體從電極A流至電極B所需的時(shí)間。則
V=d/T (6)
其中:d為已知量,T可通過互相關(guān)運(yùn)算得出,求解方程(5)即可求出流速(當(dāng)通過電極的流體為大氣泡時(shí),計(jì)算出的流速為氣體流速;當(dāng)通過電極的流體為小氣泡時(shí),計(jì)算出的流速為液體流速)。
有時(shí)互相關(guān)運(yùn)算不能得出極大值,此時(shí)認(rèn)為互相關(guān)運(yùn)算失敗。Roxar三相流量計(jì)在計(jì)算流速時(shí)可以設(shè)定互相關(guān)運(yùn)算的最小允許成功率,低于設(shè)定值時(shí),不取信互相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果,以文丘里計(jì)算的流量為準(zhǔn)。
文丘里裝置流速計(jì)算公式
其中:M為質(zhì)量流速;dp為文丘里差壓;C為流量系數(shù),C=f(ReD,β);E為補(bǔ)償系數(shù),E=1/ ReD為雷諾系數(shù);β為內(nèi)外徑比,文氏喉管內(nèi)徑/文氏管內(nèi)徑;ε為擴(kuò)大系數(shù),ε=f(dP/P,β,γ);γ為定壓熱容與定容熱容的比值,γ=CP/CV;A為文氏喉管通過面積。
得出油氣水相分率和氣液相流速,求解方程1即可算出油氣水各相的體積流量率。
(3)主要技術(shù)指標(biāo)。操作范圍:0~100%含水比率(WLR);0~98%氣體空隙率(GVF);測量精度:液相相對誤差為3%~6%;含水率(90%置信度)絕對誤差為1.5%~4%;氣相相對誤差為6%~8%;標(biāo)準(zhǔn)速度范圍:低GVF為1.5~15m/s;高GVF為3.5~35m/s;管道尺寸為2~12inch(43~220mm);設(shè)計(jì)壓力為69000kPa;設(shè)計(jì)溫度為150℃(3028/)。
(4)現(xiàn)場試驗(yàn)。在吉拉克凝析氣集中處理站現(xiàn)場試驗(yàn)挪威Roxar公司的三相流量計(jì),將三相流量計(jì)安裝在三疊系計(jì)量分離器前端匯管上,在線實(shí)時(shí)計(jì)量單井油氣水產(chǎn)量。通過現(xiàn)場測試證明,MPFM1900VI三相流量計(jì)的可重復(fù)性和精度能達(dá)到現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)收依據(jù)中的相關(guān)技術(shù)要求,可適用于高壓凝析氣井計(jì)量分析及資料錄取工作。
3結(jié)論
三相不分離流量計(jì)無須分離、混合,沒有活動部件,可準(zhǔn)確地計(jì)量高壓凝析氣井的油、氣、水產(chǎn)量。儀表具有極佳的長期穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和可重復(fù)性,可滿足塔里木油田凝析氣井計(jì)量的要求。綜上所述,Roxar的三相不分離流量計(jì)在塔里木油田具有廣闊的市場前景。
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