国产多相流量计在海上油田的应用

陈文林

中海石油（中国）有限公司海南分公司，中国·海南 海口 570100

1 引言

多相流量计的作用是实现油、气、水三相流在不分离状态下各相流量的实时连续测量，在海上平台通常与多路阀配合，实现对单井的在线三相计量。中国南海某油田原安装有一台挪威ROXAR 多相流量计，多年来由于测量结果偏差较大，对作业公司生产优化以及油藏管理难以提供可靠有效的数据支持。兼之技术服务费用昂贵且缺乏及时保障，造成单井计量的困难和油藏管理的问题，客观上迫切需要根本的解决方案。

2 测量原理

海默多相流量计主要由文丘里流量计、流型调整器、单能伽马传感器、双能伽马传感器以及压力变送器、温度变送器等辅助仪表和数据采集及处理系统组成。基本原理是通过确定三相流体中每一种组分的瞬时速度和截面占有率，从而确定每一组分的量。

伽马射线通过流过管道的油、水、气混合物时，由混合物中分子的电子和原子引起衰减，介质组分不同衰减也不同，根据这一原理可以制造出非接触的组分相分率测量仪表。将伽马射线源放置在管子的一侧，在管子的另一侧放置一个检测探头，这样探头便可检测到射线的强度（计数）。

当两相介质流过管道时，根据混合物相分率的不同，探头测量的强度（计数）也不同，当两种纯净介质分别经过计数标定后，则可以根据测得的混合物的计数按方程确定相分率。一个单能伽马传感器可以测量两种流体介质混合物的相分率。

如果设置两个不同的伽马射线源，就可以建立两个方程来求得油、气、水混合液中的相分率。由此，海默多相流量计配备了单能伽马传感器来测量气液相分率，配备了双能伽马传感器来测量含水率。

文丘里流量计是一种传统的差压式流量计，近年来被广泛应用于湿气计量和多相流量计量。文丘里流量计可以适用于含气流体和粘性流体的流量测量，当与之配套的相分率仪表测量出气体相分率后，可以很容易地确定出液体流量[1]。

对于海默多相流量计测量原理及过程解释如下：

①双能伽马传感器测量液相的体积含水率WC。

②单能伽马传感器测量多相流的体积含气率GVF，

③用文丘里流量计测量多相流的总体积流量Qt，Qt=Qg+Qo+Qw。

④测量得到GVF和WC也被用来计算多相流的混合密度，它是文丘里流量计确定体积流量时必须的参数。

⑤气流量Qg=Qt×GVF，并且用标准条件下的体积表示。

⑥总液量Ql=Qt×(1-GVF)。

⑧在多相流量计的适当位置上安装的温度和压力变送器测量温度和压力。

⑨流量计算机应用PVT 模型将测得的在工况条件下的油、水和气的流量转换到标准条件下的流量值。计算过程如图1所示。

图1 海默多相流量计测图

3 海默多相流量计在南海某油田的应用

根据南海某油田生产实际情况并考虑长远规划，确定多相流量计的计量范围应在60～4000m3/d，精度及不确定度要求如表1所示。

表1 多相流量计精度表

由于流量范围较大，需选择双液路多相流量计，当测量大流量的时候选择4”管路，测量小流量的井时自动切换为2″管路。

若采用主管线（4″）测量时，被测的多相流进入多相流量计后，首先经过入口盲三通，转为垂直向上流动并通过总流量测量段，在此测量段安装有文丘里流量计和单能伽马传感器，完成含气率和总流量的测量；然后流体经过关断阀门并进入下游工艺管线，在此管线上安装有混合器和取样器，从管线侧面，取部分混合均匀的样液进入双能伽马传感器进行含水率测量，其余大量的三相流体从侧面工艺出口排出；最后，流体在多相流量计的出口段汇合，进入下游的工艺管线。

若采用小测量管线测量时，被测的多相流进入多相流量计后，首先通过总流量测量段，电动关断阀门关闭，流体沿工艺管线进入小（2 寸）测量管线，在测量管线安装有文丘里流量计和单能伽马传感器，完成含气率和总流量的测量，取样进入双能伽马传感器测量含水率，最后，流体在多相流量计的出口段汇合，进入下游的工艺管线。

温度变送器安装在两条测量管线的共用工艺管线上，直接测量流体的温度。

主管线上安装有压力变送器，用于测量流体的工作压力。

在设备正常工作时，两条液路上的各测量部件都在运行，都有信号输出，而DAU 将两条液路上各部件的测量信号全部采集上去，但只有一条液路的信号参与最终的数据处理并提供测量结果。两条测量管线的切换是基于关断阀门的开关位置：当关断阀门打开时，软件系统采用4″液路测量部件进行流量及GVF 的相关测量和运算；而当关断阀门关闭时，软件系统则采用2″液路测量部件进行流量及GVF的相关测量和运算[2]。

4 经济性分析

国产海默多相流量计与进口原ROXAR 品牌多相流量计安装使用及维护费用对比如表2所示。

表2 流量计费用对比

由上表可以看出国产多相流量计不仅在项目初始投资上要比进口流量计节约33%的费用，在后期维护上也具有明显优势。按每次服务10 天计算，进口流量计的服务费用为94200 元，而国产多相流量计服务费仅为15000 元，大大节省了维护成本。

5 结语

通过这次国产化优化改造，成功解决原进口多相流量计计量结果偏差较大的问题，为油田生产调整提供了可靠依据，同时在经济性角度也大大节约了维护保养成本，为类似设备的国产化提供了参考依据[3]。