多相流量計(jì)的選型及在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的應(yīng)用發(fā)展
在油氣混輸管線中，油井產(chǎn)出的原油、天然氣和礦化水形成了一種相態(tài)和流態(tài)非常復(fù)雜的多相流，是一個(gè)多變量的隨機(jī)變化組合過程。隨著科學(xué)檢測(cè)技術(shù)和計(jì)量技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)多相流的特點(diǎn)，發(fā)展出兩種計(jì)量方向：即基于混合技術(shù)的多相流計(jì)量和基于分離技術(shù)的多相流計(jì)量。
通過多年的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和選擇，基于混合型的多相流量計(jì)的測(cè)量都可歸結(jié)為流速測(cè)量和相分率的測(cè)量。
１．１．３、混合型多相流量計(jì)特點(diǎn)混合型多相流量計(jì)又分為有核放射源和無核放射源兩種。
（１）結(jié)構(gòu)緊湊美觀、體積小、重量輕、壓力損失小。
（２）集成了多種不同的技術(shù)，采用不同的數(shù)據(jù)模型，軟件中引入 ＰＶＴ 參數(shù)修正，大大提高了高壓、高含氣工況的測(cè)量精度，可標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模生產(chǎn)。
（３）產(chǎn)品的服務(wù)費(fèi)用昂貴（國(guó)內(nèi)品牌 Ｈａｉｍｏ的產(chǎn)品服務(wù)費(fèi)相對(duì)更低）。
圖1有核放射源的混合模型多相流量計(jì)原理圖
1.1.3.2、無核放射源的混合模型多相流量計(jì)：
無核放射源的混合模型多相流量計(jì)基于部分分離模型。目前，此類多相流量計(jì)不采用放射源，通過雙文丘里管、雙孔板或雙V錐技術(shù)測(cè)量差壓流量，采用電容、電導(dǎo)測(cè)含水率，并采用差壓原理和持液率系數(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算，***終求出各單相流量。
該類多相流量計(jì)具有如下特點(diǎn):
(1)非放射性。
(2)采取局部氣體分離技術(shù)，對(duì)高含氣有更好的適應(yīng)性。
(3)系統(tǒng)相對(duì)龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失較大。
(4)價(jià)格昂貴。
(5)服務(wù)費(fèi)用昂貴。
1.2、基于分離的多相流量計(jì)檢測(cè)技術(shù)：
基于分離的多相流量計(jì)中，***具代表性的是UI=CL CL多相流量計(jì)。該多相流量計(jì)使用美國(guó)Tulssa大學(xué)研究和推廣的氣液旋流分離器，首先對(duì)介質(zhì)進(jìn)行氣液分離，然后采用閥門對(duì)氣路和液路進(jìn)行單獨(dú)控制(***常用的方法是PID單回路控制.和計(jì)量。其中，氣路采用氣體流量?jī)x表測(cè)量總氣量，液路使用液體流量?jī)x表(如質(zhì)量流量計(jì))測(cè)量總液量，再使用含水儀測(cè)量含水率，進(jìn)而計(jì)算出油、水兩相各自的流量。其原理圖見圖2。 分離式多相流量計(jì)中，油、氣、水各相流量的計(jì)算
圖2分離式多相流量計(jì)原理圖
（１）非放射性。
（２）可有效緩沖段塞流，操作范圍寬，適用性廣。
（３）使用高精度儀表，測(cè)量誤差相對(duì)較小，穩(wěn)定性好，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。
（４）體積相對(duì)較大，占用空間大。
（５）帶輔助電控系統(tǒng)，壓力損失較大。
ＰＬ１９－３油田的 ＷＨＰＭ 平臺(tái)是一個(gè)９口井的無人平臺(tái)（其中７口油井，２口注水井），該平臺(tái)采用 Ｈａｉｍｏ ＭＦＭ－２１００／Ｍ－４型多相流量計(jì)，并于 ２０１１年４月投入使用，其結(jié)構(gòu)如圖３所示。該多相流量計(jì)采用量程拓展型結(jié)構(gòu)，具有兩套獨(dú)立的含氣率測(cè)量（單能伽馬傳感器）和總流量測(cè)量（文丘里流量計(jì)）裝置，以及一套含水率測(cè)量（雙能伽馬傳感器）裝置，大大提高了測(cè)量范圍。
圖3 Haimo MFM-2100/M-4型多相流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖
表1 haim。多相流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)
表2計(jì)量不確定度
圖4所示為2015年6月對(duì)多相流量計(jì)進(jìn)行維護(hù)時(shí)得到的M10井的測(cè)試曲線，顯示了在120 min的時(shí)間里，M10井的產(chǎn)液量(圖4中紅色曲線)、產(chǎn)氣量(圖4中綠色曲線)和含水率(圖4中黃色曲線)的變化情況。從圖4可看出，從2011年4月投入使用到2015年6月，己運(yùn)行4年，但該多相流量計(jì)基本運(yùn)行平穩(wěn)，計(jì)量準(zhǔn)確度滿足要求。
3、多相流量計(jì)選型及發(fā)展趨勢(shì)：
3.1、多相流量計(jì)選型：
由于不同類型的多相流量計(jì)測(cè)量機(jī)理不同，其適 從表1可看出，該多相流量計(jì)對(duì)各井(MO1井為間歇井況，未進(jìn)行人工含水率的測(cè)量)產(chǎn)出液的含水率測(cè)量值與人工化驗(yàn)值幾乎一致，在允許誤差范圍內(nèi)，滿足計(jì)量要求，表明該多相流量計(jì)運(yùn)行正常。計(jì)量不確定度見表2。從表2可看出，置信度為90%時(shí)，在含氣率(GVF)50%以及5000鎮(zhèn)GVF鎮(zhèn)98%兩個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)，總液量、氣流量和含水率的測(cè)量誤差在士10%以內(nèi)，滿足油井產(chǎn)量計(jì)量準(zhǔn)確度的要求。
用范圍也不盡相同，歸納起來主要有3種方向指導(dǎo)選型:①基于完全混合模型的多相流量計(jì)的選擇;②基于部分分離模型的多相流量計(jì)的選擇;③基于完全分離模型的多相流量計(jì)的選擇。 基于完全混合模型的多相流量計(jì)的選擇，可以參考API于2005年9月出版的多相流測(cè)量做法(即API RP 86一2005《API Recommended Practicefor Measurement of Multiphase Flow)，該做法給出了此類多相流量計(jì)的基本原理、分類、標(biāo)定、性能測(cè)試、安裝、操作和不確定度分析等多方面的指導(dǎo)性說明。圖5為該標(biāo)準(zhǔn)提供的多相流不確定度分析原理圖川。從圖5可看出，在一定的GVF范圍內(nèi)，多相流量計(jì)的不確定度***理想，為士5%(圖5中左邊黃色區(qū)域);隨著GVF的逐漸增大，不確定度數(shù)值增加到士1000;而在高GVF區(qū)域(圖5中右邊區(qū)域)，不確定度超出士10000 基于完全分離模型的多相流量計(jì)，即類似傳統(tǒng)大
圖4 M1fl井測(cè)試曲線
圖5多相流不確定度分析原理圖
罐分離后，對(duì)單相的油、氣、水進(jìn)行計(jì)量。這三相計(jì)量不確定度的極限為單相流測(cè)量?jī)x表的不確定度，但也應(yīng)考慮工況和標(biāo)況的轉(zhuǎn)換，以及烴露點(diǎn)的變化引起的氣化引入的氣、液?jiǎn)蜗嗔髁康淖兓??？梢杂肞VT或收縮系數(shù)來校正計(jì)量結(jié)果，但這會(huì)引入計(jì)算誤差，增加系統(tǒng)的不確定度。 基于部分分離模型的多相流量計(jì)，結(jié)合了分離模型和混合模型的長(zhǎng)處，采用高效分離技術(shù)對(duì)氣體和液體進(jìn)行預(yù)分離，再采用基于混合原理的數(shù)學(xué)模型來計(jì)算綜合多相流的計(jì)量不確定度。
此外，在選型的同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際的要求，建議可從如下幾方面綜合考慮:
(1)安裝位置。包括陸上、海上平臺(tái)及水下等。陸地的使用條件相對(duì)寬松，應(yīng)當(dāng)以流量計(jì)價(jià)格作為主要參考;海上平臺(tái)空間有限，宜選用尺寸較小、結(jié)構(gòu)緊湊的流量計(jì);由于水下安裝的流量計(jì)維護(hù)困難，因此流量計(jì)需具有極高的可靠性和一定的使用壽命，宜選用電學(xué)法測(cè)量的多相流量計(jì)。 (2)流體物性。原油茹度、乳化、起泡、水中鹽含量等物性是主要考慮因素，具體選擇方案如表3所列〕。
表3流體物性對(duì)多相流量計(jì)選型的影響
(3)流動(dòng)工況。含氣率高低是影響多相流量計(jì)精度的重要因素。高含氣工況下，可考慮先部分分離天然氣，再進(jìn)行多相計(jì)量;超高含氣環(huán)境下，宜選用濕氣流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量;高含水工況應(yīng)選用微波衰減法測(cè)量含水體積分?jǐn)?shù);低含水工況應(yīng)選用電容法或微波衰減法測(cè)量含水體積分?jǐn)?shù)。
(4)是否通過權(quán)威機(jī)構(gòu)的第三方實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試和評(píng)價(jià)。
(5)是否通過公正、獨(dú)立的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)量。
(6)是否經(jīng)過長(zhǎng)期的和批量化的工業(yè)性實(shí)驗(yàn)叫。
(7)敏感度。由于操作條件變化、物性變化或測(cè)量范圍變化給測(cè)量精度帶來的影響程度，應(yīng)要求廠商給予說明。此外，多相流量計(jì)是否需要現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定、如何進(jìn)行等，也要進(jìn)行了解。
(8)要重視多相流量計(jì)的售后服務(wù)工作。售后服務(wù)包括現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試、試運(yùn)行、定期的維護(hù)和定期標(biāo)定，以及出現(xiàn)問題后廠家的及時(shí)響應(yīng)和解決等。3.2多相流量計(jì)發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代石油工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)多相流的計(jì)量和監(jiān)測(cè)提出了更高的要求。從近幾年國(guó)內(nèi)外的研究和工業(yè)應(yīng)用情況來看，多相流量計(jì)應(yīng)能夠滿足精度要求，具有可靠性高、易維護(hù)的特點(diǎn)，尤其是用于井下的多相流測(cè)量，必須滿足耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、體積小、可靠性高和免維護(hù)等條件m。 多相流量計(jì)控制方案的發(fā)展過程，是現(xiàn)代自動(dòng)控制理論的不斷發(fā)展，以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、小波分析理論等的不斷成熟和融合的過程口11門。隨著多相流理論模型的不斷完善和發(fā)展，多相流量計(jì)必將越來越小型化、智能化，并具有準(zhǔn)確度高、成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性和安全性能高等特點(diǎn)。此外，多相流量計(jì)未來的發(fā)展方向還包括分析流體介質(zhì)組成，如蠟含量、水合物、化學(xué)組分全盤下。
4、結(jié)語(yǔ)：
從理論提出到實(shí)踐應(yīng)用，多相流量計(jì)己經(jīng)歷了30年的發(fā)展歷程，其產(chǎn)品的商業(yè)化程度越來越高，潛在的市場(chǎng)需求也越來越大。然而，任何一種多相流量計(jì)，都不可能在所有的多相流條件下均表現(xiàn)出***佳的工作性能?，F(xiàn)有的各種多相流量計(jì)實(shí)際能達(dá)到的測(cè)量準(zhǔn)確度和適用范圍都有一定限度，每一種流量計(jì)分別適用于特定的流量范圍或者流型，這在很大程度上限制了多相流量計(jì)技術(shù)在油氣生產(chǎn)實(shí)踐中的推廣和應(yīng)用。因此，如何進(jìn)一步提高多相流量計(jì)的測(cè)量精度并拓寬多相流量計(jì)的工作范圍，是目前多相流量計(jì)開發(fā)中所面臨的重要挑戰(zhàn);作為一項(xiàng)真正替代傳統(tǒng)分離計(jì)量的新技術(shù)，多相流量計(jì)仍需不斷地完善和發(fā)展。