摘要：傳統多相流量計計量精度低、放射源存在安全隱患且工藝復雜、費用高。豁免源多相流量計利用文丘里原理測量多相流的總流量,利用豁免源伽馬傳感器放射性吸收技術測量多相流的相分率,根據總流量和相分率的計算,得到油流量、水流量和氣流量。經灘淺海某平臺多井合采混輸單井計量實例應用表明,與傳統的計量相比,豁免源多相流量計測量精度高、作業安全、經濟效益好。該設備減少了復雜配置,工藝簡潔,無污染,具有一定推廣價值。
在原油開采過程中,為了掌握油藏動態和油井產量,確定產量和油田開采時間,需要經常監視單井動態產量,通過對單口油井的產出油、氣、水體積流量進行計量,優化生產參數,提高采收率[1-5]常規的多井合采混輸單井計量需要多個分離器進行氣液分離計量,之后通過儀器儀表和計量罐進行計量,得出各相所占的比率。受海上采油平臺空間及開采成本的限制,應減少計量設備,提高設備利用率。
多相流測量技術和設備在石油工業中實現無須相分離的原油、水和天然氣產量的計量。劉平等[6]在國內某海域油氣構造評價延長測試項目中，為了有效提高在延長測試中流量計的測量精度,研究了γ源多相流量計的計量原理,分析了影響多相計量精度的相關因素。首次采用γ源多相流量計進行單井計量。陳艷[7]通過介紹分離計量方案和多相不分離計量方案過程、測量原理和應用情況,對二者優缺點進行比較。豁免源多相流量計是利用文丘里原理測量多相流的總流量，利用豁免源伽馬傳感器放射性吸收.技術的技術原理測量多相流的相分率。然后根據總流量和相分率,通過--系列的計算,即可得到油流量.水流量和氣流量。它即解決海洋平臺空間狹小環境惡劣計量不連續成本高等問題,又避免了放射源使用帶來的施工風險,具有體積小,工藝簡潔,測量范圍廣,計量精度高,無污染等優點,具有一定的推廣應用價值。
1豁免源多相流量計
豁免源多相流量計結構、工作原理及主要技術參數如下。
1.1結構
豁免源多相流量計由文丘里管、單能伽瑪傳感器、油氣水三相含水儀、雙能伽瑪傳感器數據采集和處理單元、輔助性測量儀表及控制裝置等組成，結構圖見圖1。
(1)豁免源多相流量計利用文丘里管及單能伽瑪傳感器,完成多相流氣、液兩相流量的實時測量。
(2)豁免源多相流量計利用油、氣、水三相含水儀流型調整裝置及雙能伽瑪傳感器,測量油、氣、水三相狀態標態下油水混合液的相分率。
(3)豁免源多相流量計利用數據采集和處理單元,對單能伽瑪傳感器、雙能伽瑪傳感器及儀表的信號采集、處理,利用多相流動模型計算各相率下的含量,最終將測量結果輸出到中控或數據傳給業主。
(4)豁免源多相流量計系統還包括--部分輔助.性測量儀表及控制裝置,用于流量計的操作和控制。
(5)豁免源多相流量計根據產量的高低,設置不同尺寸的測量管徑開關閥,便于實時調節,確保計量正確。
1.2工作原理
豁免源多相流量計利用文丘里流量計測量多相流在工況條件下的總流量,利用伽馬傳感器射線吸收技術測量多相流的相分率,即管道中多相流氣體的體積分額一含氣率(GVF).液相中水的體積分額一舍水率(WC)。根據總流量和相分率，通過多相流模型計算,可得到油流量、水流量和氣流量。
文丘里流量計是利用文丘里效應“"]，它的主體.是一節中部縮頸(喉部)的測量管段(文丘里管),當流體流經文丘里管時,在它的入口與喉部之間會產生一個壓差(△p)。流體的總流量(q)與壓差的平方根成正比:q~√△p/ρ;(ρ是流體的混合密度)。當文丘里管的尺寸和加工工藝符合一定的標準時,即可確定.上式中比例常數，即測得流經文丘里管流體的總流量。
伽瑪傳感器用來測量氣和液的相分率以及液相的含水率。伽馬射線是放射性同位素發射的一種電磁輻射,它有很強的穿透介質的能力。當一束從放射源發射的伽馬射線穿過介質時,它的強度將因介質的吸收作用而減弱。不同的介質對伽馬射線的吸收能力也不同,它主要與介質的化學組成和密度有關。對能量較低的伽馬射線而言,水的吸收大于油的吸收。對低壓下的天然氣，它對伽馬射線的吸收可以忽略。在伽馬傳感器中，用一種被稱為Na(TI)閃爍探測器的探頭來測量伽馬射線的強度。這種探頭輸出一連串的電脈沖,在單位時間內的脈沖計數即代表被測量的伽馬射線的強度。
當一束伽馬射線穿過氣液兩相混合介質時,它的強度衰減與氣和液的相對比分有關。如果已知伽馬束的初始強度,測量它穿過一定厚度的介質后的強度，即可確定氣和液的相分率。但在這種情況下,液相必須為單--介質,或組份不變或已知的二元介質。這就是單能伽馬傳感器測量含氣率的原理。
當被測量介質是相對比分未知的油、氣、水的混合物時，用一種能量的--束伽馬射線既不能確定含氣率也不能確定含水率。這時,需要增加能量不同的另--東伽馬射線,這就是雙能伽馬傳感器[21]同時測量兩束伽馬射線的強度,即可確定油、氣、水的混合介質的含水率和含氣率。
使用豁免源伽瑪傳感器測量相分率有如下技術優勢:①不受乳化液相互轉化的影響;②可測量全范圍相分率;③操作方便,計量精度高;④不受液中含氣的影響。
1.3主要技術參數
(1)測量范圍
豁免源多相流量計測量范圍分布如圖2所示,即含水率測量范圍:0~100%;含氣率測量范圍:0~100%;流量測量范圍:0~3000m³/d;氣量測量范圍:0~30x104m³/d。.
(2)測量精度
豁免源多相流量計測量精度在全量程體積含.氣率(GVF)0~100%狀態下,總液量測量精度達到5%以內,氣體流量測量精度10%以內,含水率測量精度達到2%以內，其中氣液均為相對誤差,含水率為絕對誤差,全量程GVF范圍內實現各單相流量計及含水率實時計量，進行產量連續監測
(3)基本設計參數
豁免源多相流量計設計口徑76mm,測量管線滿足大尺寸和小尺寸兩種方案,分別為76mm、38mm,操作壓力500~6000kPa,操作溫度30~90℃,整橇設計壽命20年,可在油田生命周期內的實現持續應用。采用兩路220VAC供電,一路為電伴熱供電,另一路為橇內儀表供電;核心部件均采用SS316不銹鋼制造,其中含水率和含氣率的測量部件為伽馬傳感器，使用Ba133豁免源,其輻射泄露等同于本底水平,采用CH133探頭,滿足海上高濕高鹽霧環境下的防護。
2現場應用
豁免源多相流量計在大港埕海XX油田區塊8口井合采混輸單井計量得到成功應用,合采混輸單井計量產量見表1,單井產量最高產液量388.98m³/d,最高產氣量74495m³/d;總液量誤差值小于5%,氣體流量誤差值小于7%,含水率小于2%,達到了計量作業要求。
3結論
(1)使用豁免源多相流量計在多井合采混輸單井計量有足夠的精度,可以實現實時、連續測量,基本上可以做到無人值守等特點使其可以代替部分三相分離器,具有一定的推廣價值。
(2)豁免源多相流量計可以實現在線測量多相流的總流量和單相相分率,方便計算各相流體的流量,可及時監測油井井況，提高計量的及時性和正確率,通過產量變化進行有效把握,為油田動態管理提供可靠的數據支持,現場生產穩定運行。
(3)豁免源多相流量計安裝工藝簡單,結構緊湊,解決了海洋平臺空間狹小、環境惡劣、成本高等問題,具有一定的經濟效益和社會效益。
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