摘要：传统多相流量计计量精度低、放射源存在安全隐患且工艺复杂、费用高。豁免源多相流量计利用文丘里原理测量多相流的总流量,利用豁免源伽马传感器放射性吸收技术测量多相流的相分率,根据总流量和相分率的计算,得到油流量、水流量和气流量。经滩浅海某平台多井合采混输单井计量实例应用表明,与传统的计量相比,豁免源多相流量计测量精度高、作业安全、经济效益好。该设备减少了复杂配置,工艺简洁,无污染,具有一定推广价值。
在原油开采过程中,为了掌握油藏动态和油井产量,确定产量和油田开采时间,需要经常监视单井动态产量,通过对单口油井的产出油、气、水体积流量进行计量,优化生产参数,提高采收率[1-5]常规的多井合采混输单井计量需要多个分离器进行气液分离计量,之后通过仪器仪表和计量罐进行计量,得出各相所占的比率。受海上采油平台空间及开采成本的限制,应减少计量设备,提高设备利用率。
多相流测量技术和设备在石油工业中实现无须相分离的原油、水和天然气产量的计量。刘平等[6]在国内某海域油气构造评价延长测试项目中，为了有效提高在延长测试中流量计的测量精度,研究了γ源多相流量计的计量原理,分析了影响多相计量精度的相关因素。首次采用γ源多相流量计进行单井计量。陈艳[7]通过介绍分离计量方案和多相不分离计量方案过程、测量原理和应用情况,对二者优缺点进行比较。豁免源多相流量计是利用文丘里原理测量多相流的总流量，利用豁免源伽马传感器放射性吸收.技术的技术原理测量多相流的相分率。然后根据总流量和相分率,通过--系列的计算,即可得到油流量.水流量和气流量。它即解决海洋平台空间狭小环境恶劣计量不连续成本高等问题,又避免了放射源使用带来的施工风险,具有体积小,工艺简洁,测量范围广,计量精度高,无污染等优点,具有一定的推广应用价值。
1豁免源多相流量计
豁免源多相流量计结构、工作原理及主要技术参数如下。
1.1结构
豁免源多相流量计由文丘里管、单能伽玛传感器、油气水三相含水仪、双能伽玛传感器数据采集和处理单元、辅助性测量仪表及控制装置等组成，结构图见图1。
(1)豁免源多相流量计利用文丘里管及单能伽玛传感器,完成多相流气、液两相流量的实时测量。
(2)豁免源多相流量计利用油、气、水三相含水仪流型调整装置及双能伽玛传感器,测量油、气、水三相状态标态下油水混合液的相分率。
(3)豁免源多相流量计利用数据采集和处理单元,对单能伽玛传感器、双能伽玛传感器及仪表的信号采集、处理,利用多相流动模型计算各相率下的含量,最终将测量结果输出到中控或数据传给业主。
(4)豁免源多相流量计系统还包括--部分辅助.性测量仪表及控制装置,用于流量计的操作和控制。
(5)豁免源多相流量计根据产量的高低,设置不同尺寸的测量管径开关阀,便于实时调节,确保计量正确。
1.2工作原理
豁免源多相流量计利用文丘里流量计测量多相流在工况条件下的总流量,利用伽马传感器射线吸收技术测量多相流的相分率,即管道中多相流气体的体积分额一含气率(GVF).液相中水的体积分额一舍水率(WC)。根据总流量和相分率，通过多相流模型计算,可得到油流量、水流量和气流量。
文丘里流量计是利用文丘里效应“"]，它的主体.是一节中部缩颈(喉部)的测量管段(文丘里管),当流体流经文丘里管时,在它的入口与喉部之间会产生一个压差(△p)。流体的总流量(q)与压差的平方根成正比:q~√△p/ρ;(ρ是流体的混合密度)。当文丘里管的尺寸和加工工艺符合一定的标准时,即可确定.上式中比例常数，即测得流经文丘里管流体的总流量。
伽玛传感器用来测量气和液的相分率以及液相的含水率。伽马射线是放射性同位素发射的一种电磁辐射,它有很强的穿透介质的能力。当一束从放射源发射的伽马射线穿过介质时,它的强度将因介质的吸收作用而减弱。不同的介质对伽马射线的吸收能力也不同,它主要与介质的化学组成和密度有关。对能量较低的伽马射线而言,水的吸收大于油的吸收。对低压下的天然气，它对伽马射线的吸收可以忽略。在伽马传感器中，用一种被称为Na(TI)闪烁探测器的探头来测量伽马射线的强度。这种探头输出一连串的电脉冲,在单位时间内的脉冲计数即代表被测量的伽马射线的强度。
当一束伽马射线穿过气液两相混合介质时,它的强度衰减与气和液的相对比分有关。如果已知伽马束的初始强度,测量它穿过一定厚度的介质后的强度，即可确定气和液的相分率。但在这种情况下,液相必须为单--介质,或组份不变或已知的二元介质。这就是单能伽马传感器测量含气率的原理。
当被测量介质是相对比分未知的油、气、水的混合物时，用一种能量的--束伽马射线既不能确定含气率也不能确定含水率。这时,需要增加能量不同的另--東伽马射线,这就是双能伽马传感器[21]同时测量两束伽马射线的强度,即可确定油、气、水的混合介质的含水率和含气率。
使用豁免源伽玛传感器测量相分率有如下技术优势:①不受乳化液相互转化的影响;②可测量全范围相分率;③操作方便,计量精度高;④不受液中含气的影响。
1.3主要技术参数
(1)测量范围
豁免源多相流量计测量范围分布如图2所示,即含水率测量范围:0~100%;含气率测量范围:0~100%;流量测量范围:0~3000m³/d;气量测量范围:0~30x104m³/d。.
(2)测量精度
豁免源多相流量计测量精度在全量程体积含.气率(GVF)0~100%状态下,总液量测量精度达到5%以内,气体流量测量精度10%以内,含水率测量精度达到2%以内，其中气液均为相对误差,含水率为绝对误差,全量程GVF范围内实现各单相流量计及含水率实时计量，进行产量连续监测
(3)基本设计参数
豁免源多相流量计设计口径76mm,测量管线满足大尺寸和小尺寸两种方案,分别为76mm、38mm,操作压力500~6000kPa,操作温度30~90℃,整橇设计寿命20年,可在油田生命周期内的实现持续应用。采用两路220VAC供电,一路为电伴热供电,另一路为橇内仪表供电;核心部件均采用SS316不锈钢制造,其中含水率和含气率的测量部件为伽马传感器，使用Ba133豁免源,其辐射泄露等同于本底水平,采用CH133探头,满足海上高湿高盐雾环境下的防护。
2现场应用
豁免源多相流量计在大港埕海XX油田区块8口井合采混输单井计量得到成功应用,合采混输单井计量产量见表1,单井产量最高产液量388.98m³/d,最高产气量74495m³/d;总液量误差值小于5%,气体流量误差值小于7%,含水率小于2%,达到了计量作业要求。
3结论
(1)使用豁免源多相流量计在多井合采混输单井计量有足够的精度,可以实现实时、连续测量,基本上可以做到无人值守等特点使其可以代替部分三相分离器,具有一定的推广价值。
(2)豁免源多相流量计可以实现在线测量多相流的总流量和单相相分率,方便计算各相流体的流量,可及时监测油井井况，提高计量的及时性和正确率,通过产量变化进行有效把握,为油田动态管理提供可靠的数据支持,现场生产稳定运行。
(3)豁免源多相流量计安装工艺简单,结构紧凑,解决了海洋平台空间狭小、环境恶劣、成本高等问题,具有一定的经济效益和社会效益。
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