[发明专利]气-液流体混合物的流量确定

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量气-液流体混合物的流量的方法。

背景技术

在油汽工业中确定气-液混合物的气体流量和液体流量是重要的。

用于测量这种流量的设备的示例是Schlumberger的Vx^TM系统(例如，见1999年10月25-28日在Oslo Norway举行的第17届International North Sea Flow Measurement Workshop中I.Atkinson，M.Berard，B.-V.Hanssen，G.Ségéral的“New Generation Multiphase Floweters from Schlumberger and Framo Engineering AS”)，所述系统包括垂直安装的文丘里流量计、双能量伽玛射线滞留量测量装置和相关联的处理器。此系统允许同时计算多相流中的气体、水和油的体积流量。

虽然提供了已被证明的性能，但是Vx^TM系统及其它传统的多相流量计却相对较贵，这往往阻碍了所述系统在“棕色”油气田井场(即，其中生产能力已经降到大约1000桶/天(0.0018m3/秒)以下的油气井)及其它低油气生产井。然而，这种井场在全世界可能占大约2百万-3百万个油气井。

发明内容

因此，需要一种在气体体积分数(GVF)的范围内仍然具有充分的线性和重复性的相对便宜的流量计。例如，来自“棕色”油气田井场的流动的GVF可以从大约15％变化到大约95％。

大体上，本发明提供一种用于确定诸如气-液流体混合物的流体的流量的方法和相对应的设备。

在第一方面中，本发明提供了一种用于确定气-液流体混合物的流量的方法，包括以下步骤：

提供气-液流体混合物流动通过的管道；

调节管道中的流体混合物以使混合物中的液体与气体分离；

测量被分离液体的滞留量；

测量所述被分离液体的速度；

测量被分离气体的速度；以及

由滞留量和被分离液体的速度以及被分离气体的速度确定气-液流体混合物的流量。

通常并且便利地，可以对相同管道横向横截面进行测量。然而，如果调节的流动充分稳定，则测量值可以沿管道间隔开。

与需要伽玛射线确定的滞留量来计算流量的Vx^TM系统不同，用于测量流量的方法可以使用诸如超声波的相对便宜的技术来测量滞留量和液体速度。相对于Vx^TM系统的另一个优点在于可以避免与使用伽玛射线源有关的健康和安全问题。

有利地，管道没有必要是水平的。实际上，所述方法独立于管道定向。此外，所述方法可高度调节，并且可以应用于通过直径广泛变化的管道的流动。

优选地，通过使管道中的流动进行漩流以形成绕气芯的液体环来分离液体与气体。例如，管道可以具有用于使混合物显示漩流的诸如螺旋形插入件或叶片组件的漩流元件。漩流元件可以包括沿管道在流体流动的方向上延伸的一个或多个螺旋形构件。优选地，螺旋形构件位于管道的壁处，并且当沿管道的轴线观察时，管道的中心芯没有被阻碍(即，所述螺旋形构件不会径向向内延伸直到管道的中心轴线)。可选地，漩流元件可以由与管道相切的流动入口形成。

漩流的优点在于其相对容易诱导和确认，并且关于流动轴线对称。然而，可选地，流动可以被调节成显示层流以分离液体与气体。

当采用漩流时，优选地，通过确定液体环的厚度测量滞留量。

优选地，确定被分离液体与被分离气体之间的界面的位置以测量滞留量。例如，如上所述，可以以超声波的方式确定界面的位置。另外(或实际上可选地)，可以以超声波的方式测量被分离液体的速度。

优选地，确定被分离气体的动压力以测量被分离气体的速度。例如，可以使用皮托管确定动压力。这可以是一种可以应用到大流动速度操作范围的低成本并且稳固的方法。然而，可选地，可以使用诸如涡街流量计或插入式涡轮流量计来测量被分离气体的速度。

优选地，还可测量被分离气体的静压和/或被分离气体的温度。这些测量值允许将流量转换成标准条件。有利地，皮托管装置可以在测量动压力的同时测量静压。此外，这种装置可以容易地装有温度计。

为了补偿流动中的不规则性并且减少测量值中的噪点的影响，滞留量和速度测量可以被时间平均。

混合物的液体可以包括油和/或水。气体可以包括天然气。因此，气-液流体混合物可以是天然气、凝析液以及任选地水的混合物。

本发明的第二方面提供一种用于提供可在确定气-液流体混合物的流量时使用的测量值的设备，所述设备包括：