在油井管理方面,多相流量計可以提供持續(xù)的數(shù)據(jù)輸出,給出油井動態(tài)的有價值信息,這樣可以及時地發(fā)現(xiàn)油井產(chǎn)生的問題或變化,以便盡早地做出決定,而采用傳統(tǒng)的處理技術(shù)卻要慢一些。

　　一、在線多相流量計

　　在線多相流量計依據(jù)對流體特性的一些測量,得到油、氣、水三相的各自流量。現(xiàn)在有許多這樣的計量技術(shù),可大致分為兩大類:速度或總流量測量和相分率測量。速度或流量測量通常是通過壓差計量或一個特殊信號的互相關(guān),即壓力或?qū)щ娐蕘慝@得。許多流量計也采用滑動模塊,這說明了氣體通常比液體流速快的事實(shí)。在垂直管道上安裝的一些在線多相流量計,一般通過在其上游裝一個盲三通來減少水的紊動,以此最大限度地減少滑動。相分率可以通過測量三相混合物的物性來獲得,據(jù)此推算出三相各自的流量。伽馬射線能量衰減法是一種常用的方法,它的原理是油、氣、水不等同地削弱伽馬射線的能量。伽馬射線能量在兩個能量級放射,高能量級對氣/液比更敏感,而低能量級對液相中的水/油比較敏感。可以用這兩個能量衰減量來確定三相混合液的相分率。第三個能量級也可以用來確定水相的含鹽量。

　　電容和電導(dǎo)技術(shù)可以用來確定液相中的含水量。電容傳感器用于測量連續(xù)油流的介電常數(shù)并確定含水量,電導(dǎo)傳感器用于連續(xù)水流的測量。這種方法適于氣體體積分?jǐn)?shù)大時,但缺點(diǎn)是,如果流體在水連續(xù)流和油連續(xù)流之間不停轉(zhuǎn)換,那么流量計就很難跟蹤到這個變化。微波衰減也可以用來計量液相中的含水量,它的好處是對氣體體積分?jǐn)?shù)( GVF)不是很敏感,并且既可以在油連續(xù)流也可以在水連續(xù)流中工作。經(jīng)多年在NEL和油田的試驗(yàn)表明,雖然流量計性能隨GVF和含水率會發(fā)生很大變化,在線流量計在某些情況下各相的精度可以達(dá)到215 %～10 % ,而其他參數(shù)(例如壓力、液體速度)和含鹽量在很大程度上也會影響流量計性能。

　　二、分離流量計

　　分離流量計或分離系統(tǒng)可以采用各種分離等級,但大部分還是采用小型分離器實(shí)施部分分離。在按體積計算時,這樣做會導(dǎo)致液流含氣量達(dá)30 % ,氣流含液量不超過1 %～2 % ,但是在極端的情況下,特別是段塞流嚴(yán)重的情況下,含液量可以達(dá)到10 %。一般采用小型旋流分離器進(jìn)行分離,利用位于進(jìn)出口處的控制閥來調(diào)節(jié)液位。大部分分離流量計都采用在主液流上安裝一個標(biāo)準(zhǔn)在線多相流量計,在氣流上安裝一個標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計,例如渦流流量計或科里奧利流量計。如果氣流的含液量高,可以安裝一個能夠計量液體和氣體流量的濕氣流量計。最近幾年在NEL和油田的試驗(yàn)表明,分離流量計系統(tǒng)可以確保各相計量精度好于5 % ,與在線流量計相比,受GVF的影響要小。它的主要缺點(diǎn)是其尺寸、重量和依賴分離器中的快速液位控制閥使得這種分離器不適合在海底應(yīng)用。

　　三、性能檢驗(yàn)

　　關(guān)于哪種方法最適合檢驗(yàn)多相流量計性能的話題已經(jīng)討論了許多年。最簡單的方法就是什么也不做,希望流量計繼續(xù)工作。

　　另外一種方法是由流量計廠商進(jìn)行一個基本性能測試。這種方法比較簡單,只要確認(rèn)流量計可以識別油、氣、水的靜態(tài)取樣,或者是使用廠商的流量設(shè)施進(jìn)行流量試驗(yàn)。由于缺乏獨(dú)立自主性,許多用戶不愿意把這種試驗(yàn)當(dāng)作是流量計性能的證明。基于上述原因,通常在一個獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室來進(jìn)行流量試驗(yàn)。在最近幾年里, NEL公司已經(jīng)為一些用戶在它的多相流實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了許多類似的驗(yàn)收試驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)室在10年前是專門為多相流量計評價和測試而建立的。一個有信用的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)是參比流量計將會十分精確和完全可追蹤的,并且獨(dú)立組織和廠商或終端用戶沒有任何關(guān)系。對采用什么樣類型的試驗(yàn)流體也有爭議。

　　在氣體沒有溶解在石油中,各相沒有隨著壓力或溫度發(fā)生變化的情況下,采用“死”流體。NEL公司就采用了這種做法,它的優(yōu)點(diǎn)是參比流量的不確定性小,某些人指出了其缺點(diǎn),即現(xiàn)場流體實(shí)驗(yàn)不可重復(fù)。使用含氣原油和天然氣更現(xiàn)實(shí)些,但這意味著氣體很易于溶解在石油中,使得參比計量比較困難。如果測試流量計的壓力和/或溫度與參比流量計不同的話,就表明氣體溶解到石油中或從石油中溶解出來。如果流體性能已知,在實(shí)驗(yàn)室發(fā)生的相分率變化必須用油氣復(fù)雜的物理PVT (壓力—體積—溫度)分析或模擬PVT行為來說明。采用任何一種方法,都會不可避免地導(dǎo)致參比流量的不確定性更高。還有一種常用的方法是根據(jù)一個現(xiàn)有的三相測試分離器來校驗(yàn)海上流量計。這種做法的好處是在預(yù)定安裝的位置測試流量計,并且使用實(shí)際上將要被計量的流體。然而,最大的缺點(diǎn)就是這種方法會潛在地造成參比流量不確定性高。分離器性能對計量精度有很大的影響。除了使用含氣流體會造成不確定性外,由于比較差的分離還會造成攜帶液體或夾帶氣體的產(chǎn)生,這些都會導(dǎo)致液體和氣體流量出現(xiàn)較大誤差。

　　四、多相流量計面臨的挑戰(zhàn)

　　現(xiàn)在多相流量計面臨的挑戰(zhàn)是多方面的。由于市場上一些流量計還很昂貴,費(fèi)用降低成了一個主要目標(biāo)。Shell公司在北海流量計量研討會上發(fā)表的一篇論文上著重提到了這個實(shí)際問題,并討論了為了提高油井管理,希望每口油井都使用一個多相流量計的問題。一個關(guān)鍵的方面是這種流量計缺少一個可以進(jìn)行密度測量的核源。在世界很多地方,這種源不允許使用,或者是害怕遭到破壞而擔(dān)心使用。英國DTI公司投資的即將進(jìn)行的NEL研究項目將開始調(diào)查超聲波多相流量計的適應(yīng)性。很顯然提高精度是另外一個主要目標(biāo)。因?yàn)殡S著應(yīng)用的不斷增長,要求多相流量計能夠用于不同石油公司間的配產(chǎn)用途。在這種情況下,油相和水相的不確定性是至關(guān)重要的。

　　長遠(yuǎn)一點(diǎn)的挑戰(zhàn)就是井下流量計的開發(fā)。這種流量計將能在實(shí)際的油井中操作,可以提供有關(guān)油井某塊區(qū)域生產(chǎn)何種流體等有價值的信息,這樣可以提高油井管理,并做出更快、更精確的油井生產(chǎn)決定。許多制造商正在積極地開發(fā)井下流量計,這種井下流量計的關(guān)鍵問題是其在極端環(huán)境下的可靠性。