第十三章_多相流計量技術

1、第十三章第十三章 多相流計量技術多相流計量技術中國石油大學中國石油大學李玉星李玉星n計量精度等級劃分n傳統(tǒng)井口計量方法n概況概況n基本原理基本原理n測量方法測量方法n多相流量計的性能評價n多相流量計的分類多相流量計的分類n國外主要多相流量計產品國外主要多相流量計產品n多相流量計面臨的挑戰(zhàn)及未來發(fā)展趨勢多相流量計面臨的挑戰(zhàn)及未來發(fā)展趨勢 計量精度等級劃分 n1數據用于油田管理：精度要求：5-10%n2數據用于確定不同采油小隊在各自采區(qū)的產量 ：精度要求：25%n3數據用于銷售計量管理或管理權移動：精度要求：0.251.0%傳統(tǒng)井口計量方法n示功圖法軟件量油技術n該技術依據油井深井泵工作狀態(tài)與油井

2、液量變化關系，建立抽油桿、油管、泵功圖的力學和數學模型，通過獲取示功圖數據，計量油井產液量n“功圖法”油井計量技術具有以下特點：通過實時測得多個功圖計算的產量疊加獲得油井全天產量，避免了雙容積以數小時量油折算日產量帶來的系統(tǒng)誤差；能夠實時采集處理數據、監(jiān)控油井工況；自動化程度高，每個數據處理點可管理40口油井 n計量分離器n計量過程中首先用兩相計量分離器將油井產出物分出液、氣兩相，然后用玻璃管量液，人工井口取樣化驗含水率。 n液面恢復法 n根據試井理論，油井關井后，液面上升率起初與關井時間成正比，然后越來越慢。根據連通器原理，在關井時間內，油套環(huán)形空間儲存的流體可在相同時間內被抽油泵抽出。因此

3、，用儀器間隔一定時間測出3個液面深度，由3個液面深度計算出液面恢復速度值，即可算出相應的產液量。 一、概況一、概況n 在過去的十年中，多相流計量系統(tǒng)的發(fā)展、評估和運在過去的十年中，多相流計量系統(tǒng)的發(fā)展、評估和運用一直是世界油氣工業(yè)的主要焦點。迄今為止，已經用一直是世界油氣工業(yè)的主要焦點。迄今為止，已經開發(fā)了很多供選擇的計量系統(tǒng)，但是沒有一個能夠稱開發(fā)了很多供選擇的計量系統(tǒng)，但是沒有一個能夠稱得上是廣泛應用或絕對精確。得上是廣泛應用或絕對精確。n 第一個商用多相流量計出現在大約十年前，是第一個商用多相流量計出現在大約十年前，是80年代初期多相計量研究項目出現的結果。曾經致力于年代初期多相計量研究

4、項目出現的結果。曾經致力于和正在研究多相流計量的開發(fā)的研究中心和石油公司和正在研究多相流計量的開發(fā)的研究中心和石油公司有：有：Tulsa、SINTEF、Imperial大學、國家工程實驗大學、國家工程實驗室、室、CMR、英國石油公司、德士古公司、埃爾夫石油、英國石油公司、德士古公司、埃爾夫石油公司、殼牌石油公司、阿吉普石油公司和巴西石油公公司、殼牌石油公司、阿吉普石油公司和巴西石油公司。司。二、基本原理二、基本原理n 測量流動參數測量流動參數 流動參數是油氣水流量的函數，因此可以流動參數是油氣水流量的函數，因此可以測定通過流量計的壓降、射線束的衰減和混合測定通過流量計的壓降、射線束的衰減和混合

5、物的阻抗等參數，建立這些測量值與各相流量物的阻抗等參數，建立這些測量值與各相流量之間的關系，要建立三相流動需要三個獨立的之間的關系，要建立三相流動需要三個獨立的測量值。測量值。 n多相流量計計量的主要數多相流量計計量的主要數據是流體中油、水、氣三據是流體中油、水、氣三相的質量流量。目前的技相的質量流量。目前的技術還不能直接測試流體中術還不能直接測試流體中三相的質量流量。當前采三相的質量流量。當前采用間接測量的方法即計量用間接測量的方法即計量每種成分的瞬時速率和各每種成分的瞬時速率和各自截面含率自截面含率 測試持液率 測試各相速度速度 測試各相密度 體積流量 質量流量 圖 1 油氣水三相流量測試

6、原理圖 M=gg+ww+1-(+)oo n也常采用兩種簡化方式來降壓上述測量的難度。兩種方法是部分分離和均相化。部分分離是將三相流體分離成氣液兩相，以便更多的利用常規(guī)單相計量技術來計量分離相。均相化是將流體在計量前均相處理，則可以認為名相流速相等，整個橫截面密度相等，這兩種方法均降低了所需測量數據的個數和難度。多相流的計量主要計量其各組分含率和流速。 n沒有方法能夠理論上預測這種關系，因此，一定要通沒有方法能夠理論上預測這種關系，因此，一定要通過校準來確定這些關系。但不可能在測量技術應用的過校準來確定這些關系。但不可能在測量技術應用的所有情況下校準，而且這種方法并不總是有效的。校所有情況下校準

7、，而且這種方法并不總是有效的。校準方法通?？梢酝ㄟ^神經網絡技術來得到增強，這種準方法通常可以通過神經網絡技術來得到增強，這種技術可以高精度地確定函數關系。然而，這種技術雖技術可以高精度地確定函數關系。然而，這種技術雖然有用，但不能解決基本問題，也就是說校準只用于然有用，但不能解決基本問題，也就是說校準只用于實施校準的情況下。實施校準的情況下。n測量相位速度和相位橫截面分數測量相位速度和相位橫截面分數 為了測量管道中三種組分的體積流量，需為了測量管道中三種組分的體積流量，需要建立三個平均速度和三個相位截面。因此，要建立三個平均速度和三個相位截面。因此，需要測量五個量（三個速度和兩個相位分數）。需

8、要測量五個量（三個速度和兩個相位分數）。當然，這個難以達到的測量要求可以通過分離當然，這個難以達到的測量要求可以通過分離或均相化來減少?；蚓嗷瘉頊p少。n 通過相分離，就沒有測量截面持率的需要了，而通過相分離，就沒有測量截面持率的需要了，而三個體積流量可以通過傳統(tǒng)單相計量技術來測定。但三個體積流量可以通過傳統(tǒng)單相計量技術來測定。但是，相分離是很昂貴的，而且在很多情況下很難實現。是，相分離是很昂貴的，而且在很多情況下很難實現。如果通過使混合物均相化來均衡速度也可以把測量要如果通過使混合物均相化來均衡速度也可以把測量要求減少到三個。這是更經濟的選擇而且是一些商用流求減少到三個。這是更經濟的選擇而且

9、是一些商用流量計的核心。但是，能夠達到均相化的范圍總是有限量計的核心。但是，能夠達到均相化的范圍總是有限的。的。n因此，兩種計量方法都有本質的缺陷，因此，兩種計量方法都有本質的缺陷，正是由于這個原因迄今為止還沒有獲得正是由于這個原因迄今為止還沒有獲得完全令人滿意的計量方法。完全令人滿意的計量方法。三、測量方法三、測量方法n多相流量的測量方法多相流量的測量方法n1、緊湊式分離方法、緊湊式分離方法應用最廣泛、可靠、應用最廣泛、可靠、體積大體積大n2、相分率和速度計量、相分率和速度計量使用條件受到限制使用條件受到限制n3、通過測量總流量和相分率實現多相計量、通過測量總流量和相分率實現多相計量各種商業(yè)

10、化流量計的做法，價格昂貴各種商業(yè)化流量計的做法，價格昂貴n4、利用示蹤物、利用示蹤物用于校準以及濕氣測量用于校準以及濕氣測量n5、流型識別、流型識別硬件結合軟件，價格便宜硬件結合軟件，價格便宜n6、各相分別測量、各相分別測量復雜而且難以校準復雜而且難以校準n主要參數的測量方法主要參數的測量方法n一、相分率的測量方法一、相分率的測量方法n1、用快關閥技術測量空隙率、用快關閥技術測量空隙率 使用快關閥技術的主要問題：一是關閉閥門需要一定使用快關閥技術的主要問題：一是關閉閥門需要一定時間，此時通道內的流型會發(fā)生變化，本方法從理論上說時間，此時通道內的流型會發(fā)生變化，本方法從理論上說存在誤差；二是每次

11、測量都要切斷系統(tǒng)，影響系統(tǒng)運行。存在誤差；二是每次測量都要切斷系統(tǒng)，影響系統(tǒng)運行。2、 -射線衰減法射線衰減法n -射線法是以雙能級能源射線法是以雙能級能源 -射線射線衰減（衰減（DEGRA）為基本原型的。）為基本原型的。其原理在于其原理在于 -射線穿過多相流射線穿過多相流管道時有能量衰減。相分率不管道時有能量衰減。相分率不同，同， -射線衰減程度也不同，射線衰減程度也不同，并且對于不同能源并且對于不同能源 e1、e2通通過相同相分率的多相流體時其過相同相分率的多相流體時其衰減程度也不相同。圖衰減程度也不相同。圖7所示所示 -射線穿過氣、油、水三相混和射線穿過氣、油、水三相混和流動時衰減情況。

12、流動時衰減情況。 n對內徑是d，含油、氣、水三相流動的管道，其測量的衰減計數Im(e)可用下式表示：n對于兩個能級能源e1、e2，由于油、氣、水三相線形衰減系數顯著不同，得到兩個獨立等式。由于相分率之和為1得到第三個等式：31)(exp)()(iiivmedeIeI1gwon由此可得出一個線形方程組：1)()(111)()()()()()(21222111eReReReReReReReRmmgowgowgowRw、Ro、Rg是當管線中分別充滿水、油、氣三相時的計數值，Rm是管線中充滿混和流體時的計數值。e1、e2分別為能源能級為e1、e2時的測量值。 -射線法的優(yōu)缺點 n -射線法的優(yōu)點十分顯

13、著，它能夠處理任何油水比的情況并且是射線法的優(yōu)點十分顯著，它能夠處理任何油水比的情況并且是非介入式測量。非介入式測量。n缺點主要有兩方面：缺點主要有兩方面：n由于放射源的隨機性，測量時間和測量精度有一定的沖突。由于放射源的隨機性，測量時間和測量精度有一定的沖突。若想提高精確性就需要用較長的測量時間，克服此缺陷的途若想提高精確性就需要用較長的測量時間，克服此缺陷的途徑是加大能源能級，但這是以降低安全操作為代價的。徑是加大能源能級，但這是以降低安全操作為代價的。n水中的含鹽成分對測量也有很大的影響。由于鹽水具有較高水中的含鹽成分對測量也有很大的影響。由于鹽水具有較高的衰減系數，水相中鹽成分的變化會

14、引起測量水相分率誤差的衰減系數，水相中鹽成分的變化會引起測量水相分率誤差較大。為此較大。為此Scheer和和Letton提出采用三能級提出采用三能級/多能級來解決多能級來解決這個問題。雙能級能源可以確定三相流的相分率，使用三能這個問題。雙能級能源可以確定三相流的相分率，使用三能級能源（級能源（TEGRA）可以多確定一個參數，如含鹽量的變化等。）可以多確定一個參數，如含鹽量的變化等。 n單束射線的缺點是：測量值與流型關系較大，不能代表截面上平均密度，現在均采用雙射線束或多射線束解決上述問題。镅-241(Am-241)被證明是較好的放射源，一般低能級能源范圍是1030Kev，高能級能源其能級應高于

15、4050Kev。n3、用、用側散射技術測量局部空隙率側散射技術測量局部空隙率 應用應用側散射技術的主要問題：一是流體中某一確定點側散射技術的主要問題：一是流體中某一確定點在很小的立體角范圍內散射的光子的強度非常小，因而要在很小的立體角范圍內散射的光子的強度非常小，因而要得到較高的精度需要很長的計數時間，但在如此長的計數得到較高的精度需要很長的計數時間，但在如此長的計數時間內，難以保持條件的完全穩(wěn)定；二是要考慮被散射射時間內，難以保持條件的完全穩(wěn)定；二是要考慮被散射射線的自吸收，而這取決于對系統(tǒng)中空泡分布的了解，因而線的自吸收，而這取決于對系統(tǒng)中空泡分布的了解，因而需要迭代計算局部空隙率的分布，

16、引起計算誤差。需要迭代計算局部空隙率的分布，引起計算誤差。n4、使用中子散射測量空隙率、使用中子散射測量空隙率 將需要測定空隙率的通道截面布置于快超熱中子射束將需要測定空隙率的通道截面布置于快超熱中子射束中，然后計數測定被散射和透射的中子流密度。如果入射中，然后計數測定被散射和透射的中子流密度。如果入射強度比較均勻，則被散射的熱中子流密度取決于橫截面上強度比較均勻，則被散射的熱中子流密度取決于橫截面上含氫物質的數量，而與其分布無關。所以本方法適合于測含氫物質的數量，而與其分布無關。所以本方法適合于測量橫截面平均空隙率。量橫截面平均空隙率。 使用本技術的最大問題在于獲得合適的中子，而且其使用本技

17、術的最大問題在于獲得合適的中子，而且其造價極其昂貴。造價極其昂貴。圖圖2 快中子測量相分率技術示意圖快中子測量相分率技術示意圖n5、電容、電容/電導電導/電感傳感器電感傳感器 電容電容/電導傳感器由至少兩個安裝在管壁上的金屬板電電導傳感器由至少兩個安裝在管壁上的金屬板電極組成，形成幾列電容器，使流體從兩塊金屬板或電極之極組成，形成幾列電容器，使流體從兩塊金屬板或電極之間的空間流過；電感傳感器通常是一個環(huán)繞在管道上的線間的空間流過；電感傳感器通常是一個環(huán)繞在管道上的線圈?；谟蜌馑煌膶щ娞匦院碗娊橘|特性，認為混合圈?；谟蜌馑煌膶щ娞匦院碗娊橘|特性，認為混合物的電特性是物理性質已知的各相

18、流體所占比例的函數，物的電特性是物理性質已知的各相流體所占比例的函數，因此根據測量得到的電容、電導、電感值就可以計算出油因此根據測量得到的電容、電導、電感值就可以計算出油氣水各相的相分率。這種方法的缺點是受含鹽率的影響。氣水各相的相分率。這種方法的缺點是受含鹽率的影響。 油、水、氣的介電常數圖油、水、氣的介電常數圖 n6、微波相分率傳感器、微波相分率傳感器 該傳感器也是通過測量多相混合物的電介質特性來實現該傳感器也是通過測量多相混合物的電介質特性來實現相分率的測定。傳感器由電磁波發(fā)射器和接收器組成，頻相分率的測定。傳感器由電磁波發(fā)射器和接收器組成，頻段位于段位于MHz或者或者GHz，屬于微波頻

19、率范圍?；旌衔锏慕殡?，屬于微波頻率范圍?；旌衔锏慕殡姵凳俏⒉l率和混合物電導率的函數，測量得到的介電常數是微波頻率和混合物電導率的函數，測量得到的介電常數是各相介電常數的體積加權平均值，結合其它條件可常數是各相介電常數的體積加權平均值，結合其它條件可以計算得到多相混合物各相分率。以計算得到多相混合物各相分率。n7、用非介入式自耦變壓器測量空隙率、用非介入式自耦變壓器測量空隙率 Abdullah A.Kendoush，Zareh A.Sarkis提出了利用提出了利用自耦變壓器測量兩相流空隙率的新技術。這一技術基于兩自耦變壓器測量兩相流空隙率的新技術。這一技術基于兩相流混合物變成一個磁場區(qū)，在該

20、磁場區(qū)里，任何空隙率相流混合物變成一個磁場區(qū)，在該磁場區(qū)里，任何空隙率的變化都會引起兩相流混合物磁導率的變化。該技術適合的變化都會引起兩相流混合物磁導率的變化。該技術適合于非金屬管線兩相流的測量。于非金屬管線兩相流的測量。 自耦變壓器測量空隙率原理圖自耦變壓器測量空隙率原理圖 n二、局部流速的測量方法二、局部流速的測量方法n1、使用皮托管測量局部速度、使用皮托管測量局部速度 皮托管是測量單相流中流體速度的經典設備。將探頭皮托管是測量單相流中流體速度的經典設備。將探頭正對物流就可以測得與當地流體靜壓相應的動壓，由此可正對物流就可以測得與當地流體靜壓相應的動壓，由此可計算出速度。皮托管廣泛地應用于

21、兩相流研究，但整理記計算出速度。皮托管廣泛地應用于兩相流研究，但整理記錄得到動壓數據比較困難。使用皮托管測量速度的主要問錄得到動壓數據比較困難。使用皮托管測量速度的主要問題是它只適用于流動均勻且兩相流速幾乎相等的情況。題是它只適用于流動均勻且兩相流速幾乎相等的情況。n2、使用互相關技術測定局部速度、使用互相關技術測定局部速度 如果在流動的上下游各布置一個傳感器，如果在流動的上下游各布置一個傳感器，就可以獲得有一定時間延遲的兩條類似曲線。就可以獲得有一定時間延遲的兩條類似曲線。這一時間延遲表示了脈動從一處遷移到另一這一時間延遲表示了脈動從一處遷移到另一處所需的時間。如果脈動隨流體以流體速度處所需

22、的時間。如果脈動隨流體以流體速度遷移，就可以把脈動當作示蹤物。其互相關遷移，就可以把脈動當作示蹤物。其互相關函數為：函數為：12012120t()d()dfttRttff（ ） 對足夠長的時間取平均，因而不隨對足夠長的時間取平均，因而不隨T而改變。在處達到而改變。在處達到最大，為渡越時間，于是流動速度最大，為渡越時間，于是流動速度U為：為： 式中：式中：上下游兩個傳感器間的距離。上下游兩個傳感器間的距離。mzU12n在多相流量計測速率時引入了許多種傳感器技術：如微波在多相流量計測速率時引入了許多種傳感器技術：如微波式傳感器、式傳感器、 射線傳感器及電容式傳感器等。射線傳感器及電容式傳感器等。n

23、相關法測量的精確性取決于從相關函數頂峰值得出的速率相關法測量的精確性取決于從相關函數頂峰值得出的速率與流體平均流速之間關系的有效性。與流體平均流速之間關系的有效性。n對于油、氣、水三相流體流動，測得的是某相的速率，若對于油、氣、水三相流體流動，測得的是某相的速率，若各相之間存在滑差就會出現測量誤差。各相之間存在滑差就會出現測量誤差。n采用兩種方法來降低由于滑差而引起的速率測量誤差。第采用兩種方法來降低由于滑差而引起的速率測量誤差。第一種方法是在傳感器上游安裝混合器使流體均相化，以確一種方法是在傳感器上游安裝混合器使流體均相化，以確保所有的相以相同的速率流動。保所有的相以相同的速率流動。 n另一

24、種方法來降低由于滑差而帶來的誤差。此方法采用電另一種方法來降低由于滑差而帶來的誤差。此方法采用電容傳感器來測量氣相速率；采用兩套傳感器測量大氣泡流容傳感器來測量氣相速率；采用兩套傳感器測量大氣泡流速和液相流速。速和液相流速。 nWatt使用雙能源使用雙能源 -射線傳感器來確定氣液相流速，使用高射線傳感器來確定氣液相流速，使用高能級或低能的能級或低能的 -射線確定氣相流速，使用混和信號的相關射線確定氣相流速，使用混和信號的相關式確定液相流速。式確定液相流速。n3、使用、使用LDV(激光多普勒測速激光多普勒測速 )技術測定局部速度技術測定局部速度 LDV技術進入多相流測速領域已有技術進入多相流測速

25、領域已有20多年的歷史，具有非接觸方式、多年的歷史，具有非接觸方式、空間分辯率高、動態(tài)響應快、方向性好和測速范圍寬等特點。應用激光空間分辯率高、動態(tài)響應快、方向性好和測速范圍寬等特點。應用激光多普勒效應測速的基本原理是：當激光照射到跟隨流體運動的示蹤粒子多普勒效應測速的基本原理是：當激光照射到跟隨流體運動的示蹤粒子時，產生的散射光頻率與入射光頻率之間的偏差與流體速度成正比，因時，產生的散射光頻率與入射光頻率之間的偏差與流體速度成正比，因而只要測出多普勒頻移即可確定示蹤粒子即流體的速度。示蹤粒子可以而只要測出多普勒頻移即可確定示蹤粒子即流體的速度。示蹤粒子可以是夾在氣相中的液滴、液相中的氣泡或液

26、相中的固體粒子。是夾在氣相中的液滴、液相中的氣泡或液相中的固體粒子。LDV儀是儀是1964年年Yeh與與Cummins用于測量管中層流流場后發(fā)展起來的。近年來用于測量管中層流流場后發(fā)展起來的。近年來向集成化、光纖化、智能化、精確化的方向發(fā)展。同時向集成化、光纖化、智能化、精確化的方向發(fā)展。同時 LDV也有不足之也有不足之處，如只能測透明流場、無法在線測量、多點測量困難以及信號不連續(xù)，處，如只能測透明流場、無法在線測量、多點測量困難以及信號不連續(xù)，難以完成頻譜分析和高階統(tǒng)計量的計算。難以完成頻譜分析和高階統(tǒng)計量的計算。n4、使用、使用PIV(粒子成像測速粒子成像測速)技術測定局部速度技術測定局部

27、速度 PIV技術的基本原理是利用散布在流體中的微小示蹤粒子對技術的基本原理是利用散布在流體中的微小示蹤粒子對光的散射作用，用光學方法記錄這些粒子不同時刻在流場中的位光的散射作用，用光學方法記錄這些粒子不同時刻在流場中的位置，得到眾多粒子在各個時間間隔上的位移。同時，基于粒子對置，得到眾多粒子在各個時間間隔上的位移。同時，基于粒子對流場的跟隨性而測出流體在粒子所處位置的瞬時運動參數。從本流場的跟隨性而測出流體在粒子所處位置的瞬時運動參數。從本質上講，質上講，PIV技術是采用粒子跟隨技術進行流場顯示和定時測試技術是采用粒子跟隨技術進行流場顯示和定時測試的。的。PIV技術是技術是70年代末基于計算機

28、及其接口技術的高速發(fā)展及年代末基于計算機及其接口技術的高速發(fā)展及攝像技術和圖象處理技術卓有成效的進展而提出的、實現全流場攝像技術和圖象處理技術卓有成效的進展而提出的、實現全流場流動顯示和定量測試的不干擾流場的光學方法，目前正處在快速流動顯示和定量測試的不干擾流場的光學方法，目前正處在快速發(fā)展之中。發(fā)展之中。四、多相流量計的性能評價n多相流量計的性能參數多相流量計的性能參數n準確度（不確定度）準確度（不確定度）n復現性復現性n影響量影響量n準確度的描述準確度的描述n實際總的多相流量的相對誤差作為不確定度；實際總的多相流量的相對誤差作為不確定度；n總流量中實際液體和氣體的相對誤差作為不確定總流量中

29、實際液體和氣體的相對誤差作為不確定度；度；n液相中含水率的絕對誤差作為不確定度。液相中含水率的絕對誤差作為不確定度。 誤差定義校準方法絕對誤差ERRi=Qi（測量）-Qi（參考）/Qi（參考）相對誤差ERRi=Qi（測量）-Qi（參考）/Qi（滿刻度）總誤差ERRi=Qi（測量）-Qi（參考）/Qi（總） 研究者在進行多相流量計的現場測試時一般使用以下研究者在進行多相流量計的現場測試時一般使用以下誤差定義：誤差定義： 這里這里i是多相流體中某一相，是多相流體中某一相，Q是體積流量，一般用傳統(tǒng)是體積流量，一般用傳統(tǒng)的測試分離器及其儀表的測量結果作為參考值。的測試分離器及其儀表的測量結果作為參考值

30、。多相流計量系統(tǒng)中數據流動和誤差傳播示意圖多相流計量系統(tǒng)中數據流動和誤差傳播示意圖 油流量不確定度為常數20%時的壓力 等高線作為壓力函數的油流量的不確定度 參數為油的密度API和氣油比GORn多相流量流計的復現性表述及確定多相流量流計的復現性表述及確定 流量計的復現性是定量地表示在相同的質量和數量條流量計的復現性是定量地表示在相同的質量和數量條件下多次測試結果之間的一致性，而每次單獨的測試都是件下多次測試結果之間的一致性，而每次單獨的測試都是在不同的規(guī)定條件下進行的。工藝條件、流量計的安裝、在不同的規(guī)定條件下進行的。工藝條件、流量計的安裝、流態(tài)等都是影響流量計復現性的重要參數。流態(tài)等都是影響

31、流量計復現性的重要參數。 一個多相流量計測得的一組流量的不確定度可以根據一個多相流量計測得的一組流量的不確定度可以根據流量計的測試值和流量計測試裝置檢定的標準值之間的偏流量計的測試值和流量計測試裝置檢定的標準值之間的偏差而確定。特別要強調在確定復現性時應將試驗室測試標差而確定。特別要強調在確定復現性時應將試驗室測試標定條件和現場測試條件與其他影響量等同起來。定條件和現場測試條件與其他影響量等同起來。n影響量影響量 影響量可理解為由于其數量變化或狀態(tài)改變而引起所影響量可理解為由于其數量變化或狀態(tài)改變而引起所測變量的準確度發(fā)生變化的量，包括：測變量的準確度發(fā)生變化的量，包括： 1、從一種流態(tài)區(qū)改變

32、為另一種流態(tài)區(qū)；、從一種流態(tài)區(qū)改變?yōu)榱硪环N流態(tài)區(qū)； 2、添加劑，例如乳化劑、防蠟劑、防腐劑；、添加劑，例如乳化劑、防蠟劑、防腐劑； 3、安裝影響、上游直管段長度、彎頭等；、安裝影響、上游直管段長度、彎頭等； 4、水礦化度、相對密度等；、水礦化度、相對密度等； 5、所測流體壓力。、所測流體壓力。五、多相流量計的分類五、多相流量計的分類n分離式多相流量計分離式多相流量計分離總流和取樣分離分離總流和取樣分離n均相化處理多相流量計均相化處理多相流量計n非均相化處理多相流量計非均相化處理多相流量計n均相化多相流測量系統(tǒng)和非均相化多相流測均相化多相流測量系統(tǒng)和非均相化多相流測量系統(tǒng)在計量前都不需對流體進行

33、分離，直量系統(tǒng)在計量前都不需對流體進行分離，直接在線測量。接在線測量。n采用神經網絡技術采用神經網絡技術n分離式多相流量計分離式多相流量計n均相化處理多相流量計均相化處理多相流量計n均相化多相流量計由靜態(tài)混合器、文丘里流量計均相化多相流量計由靜態(tài)混合器、文丘里流量計（測量總流量）、（測量總流量）、射線分析儀（測量含水率）組射線分析儀（測量含水率）組成。成。n這種多相流量計的主要困難是難于得到均質混合物，這種多相流量計的主要困難是難于得到均質混合物，特別是含氣率大于特別是含氣率大于30%以上時，氣液的分布將是以上時，氣液的分布將是不均勻的，對于混合器的混合效率以及由此可能引不均勻的，對于混合器的

34、混合效率以及由此可能引起的阻塞作用起的阻塞作用 n非均相化處理多相流量計非均相化處理多相流量計使用人工神經系統(tǒng)的非介入式多使用人工神經系統(tǒng)的非介入式多相流量的測量相流量的測量n監(jiān)測多相流的傳感器得到包含豐富信息的復雜信號，為了提取單相流速監(jiān)測多相流的傳感器得到包含豐富信息的復雜信號，為了提取單相流速的信息，需要采用較高級的數學處理方法。的信息，需要采用較高級的數學處理方法。 nCALtec和和EDSScicon在石油財團及英國健康安全部的支持下，采用在石油財團及英國健康安全部的支持下，采用人工神經網絡技術預測多相流量，不需要復雜的傳統(tǒng)的數據處理系統(tǒng)。人工神經網絡技術預測多相流量，不需要復雜的傳

35、統(tǒng)的數據處理系統(tǒng)。人工神經網絡系統(tǒng)通過分析實例來開發(fā)自己解決問題的方法，因此人工人工神經網絡系統(tǒng)通過分析實例來開發(fā)自己解決問題的方法，因此人工神經網絡系統(tǒng)是對比而不是計算。神經網絡系統(tǒng)是對比而不是計算。 n多相流量計的困難在于需要測量油氣水三相的相分率及流速。多相流量計的困難在于需要測量油氣水三相的相分率及流速。CALTec在設計其人工神經網絡系統(tǒng)時，采用電容測試箱、在設計其人工神經網絡系統(tǒng)時，采用電容測試箱、 -射線密度計、聲學射線密度計、聲學及壓力傳感器對多相流體測量進行了大規(guī)模的實驗。這些實驗產生包含及壓力傳感器對多相流體測量進行了大規(guī)模的實驗。這些實驗產生包含豐富信息的大量復雜數據，數

36、據內部包含了自然流體的特征。神經網絡豐富信息的大量復雜數據，數據內部包含了自然流體的特征。神經網絡系統(tǒng)就是從這些數據中提取有用的信息并與待測流體的數據進行比較。系統(tǒng)就是從這些數據中提取有用的信息并與待測流體的數據進行比較。神經網絡系統(tǒng)進行多相流量計的特點 n通過實例分析的能力。盡管對于理論研究多相流體是有限的，但存在含有通過實例分析的能力。盡管對于理論研究多相流體是有限的，但存在含有豐富信息的數據可以采用網絡技術開發(fā)。豐富信息的數據可以采用網絡技術開發(fā)。n能處理非線形問題的能力。多相流特別是處于流型轉變的多相流，表現出能處理非線形問題的能力。多相流特別是處于流型轉變的多相流，表現出高度的非線形

37、，神經網絡系統(tǒng)能較好地處理。高度的非線形，神經網絡系統(tǒng)能較好地處理。n從主干相信號中提取信息的能力。非介入式傳感器的特點是信號干擾。神從主干相信號中提取信息的能力。非介入式傳感器的特點是信號干擾。神經網絡系統(tǒng)不僅能從信號干擾中提取信息并且能夠了解傳感器的特征。經網絡系統(tǒng)不僅能從信號干擾中提取信息并且能夠了解傳感器的特征。n從實例中總結的能力。神經網絡能夠從有限的例子中內插以及進行某種程從實例中總結的能力。神經網絡能夠從有限的例子中內插以及進行某種程度的外插。度的外插。n綜合來源于三信信號源的數據的能力。這就突破了單一傳感器的缺陷。綜合來源于三信信號源的數據的能力。這就突破了單一傳感器的缺陷。n

38、迅速建立有效解決方法的能力。數據對比而不是程序計算。迅速建立有效解決方法的能力。數據對比而不是程序計算。圖18 管理學習系統(tǒng)略圖n網絡系統(tǒng)是由許多對比構成。對比組又由已知輸入和期望網絡系統(tǒng)是由許多對比構成。對比組又由已知輸入和期望響應值組成。輸入輸進入到網絡的中子輸入層，激活的中響應值組成。輸入輸進入到網絡的中子輸入層，激活的中子信號在網絡中反饋，對于多相流計量輸入信號（間短觀子信號在網絡中反饋，對于多相流計量輸入信號（間短觀察）是傳感器輸入值，而輸出值包括已知氣、液相流速。察）是傳感器輸入值，而輸出值包括已知氣、液相流速。根據目前輸出和所有例子期望輸出值的差異在網絡系統(tǒng)內根據目前輸出和所有例

39、子期望輸出值的差異在網絡系統(tǒng)內通過修正、對比，最終取得滿意的輸出。通過修正、對比，最終取得滿意的輸出。n經實驗驗證神經網絡技術所預測的氣、液相流量與實際測經實驗驗證神經網絡技術所預測的氣、液相流量與實際測量值較吻合，氣、液相流量平均誤差小于量值較吻合，氣、液相流量平均誤差小于 10%。六、國外主要多相流量計產品六、國外主要多相流量計產品nDaniel公司的公司的MEGRA多相流量多相流量計計n采用由采用由SHELL石油公司開發(fā)的可石油公司開發(fā)的可以測量均相流中油氣水含率的以測量均相流中油氣水含率的Dual Gama Ray技術與內置文技術與內置文丘里頭錐體流速測量技術，測量丘里頭錐體流速測量技

40、術，測量精度為精度為7%，在線測量參數包，在線測量參數包括：混合物總流量、各相流量、括：混合物總流量、各相流量、累計流量、含水率、含氣率、混累計流量、含水率、含氣率、混合物粘度、工藝壓力、溫度。合物粘度、工藝壓力、溫度。nAgar在線多相流量計在線多相流量計n包括一個渦輪流量計和兩個包括一個渦輪流量計和兩個文丘里管，二次儀表根據三文丘里管，二次儀表根據三個傳感器的輸出計算得到氣個傳感器的輸出計算得到氣體和液體的體積流量；含水體和液體的體積流量；含水率微波監(jiān)測儀來測量。不能率微波監(jiān)測儀來測量。不能用于高含氣井流的測量。用于高含氣井流的測量。nRoxor RFM與與Fluenta 1900 VI流

41、量計：流量計：n 利用幾種不同傳感器的組合測量流速，使用利用幾種不同傳感器的組合測量流速，使用Cs-137伽馬密度伽馬密度計測量總密度，結合電容和電感傳感器確定相分率。還增加了一計測量總密度，結合電容和電感傳感器確定相分率。還增加了一個文丘利管來測量單相液體或者氣體，以此擴大流量計的適用范個文丘利管來測量單相液體或者氣體，以此擴大流量計的適用范圍。主要在海上油田安裝。圍。主要在海上油田安裝。nFramo在線多相流量計在線多相流量計 n 該流量計使氣液混合均勻。該流量計使氣液混合均勻?；旌掀饔梢粋€大的增壓室和混合器由一個大的增壓室和一個笛裝管組成。在混合器一個笛裝管組成。在混合器下游安裝了一個文

42、丘里管和下游安裝了一個文丘里管和一個一個Ba-133雙能伽馬傳感器，雙能伽馬傳感器，分別測量總流量和相分率。分別測量總流量和相分率。該流量計適合于海上油田的該流量計適合于海上油田的三相計量。三相計量。 nESMERESMER多相流量計多相流量計 ESMERESMER技術的核心是基于使用簡單傳感器的智能化軟件系統(tǒng)，其基本原理為：技術的核心是基于使用簡單傳感器的智能化軟件系統(tǒng)，其基本原理為：任意的多相流動存在唯一的流態(tài)；唯一的流態(tài)可以用一組湍流隨機特征進行量化任意的多相流動存在唯一的流態(tài)；唯一的流態(tài)可以用一組湍流隨機特征進行量化和表征；隨機特征可以從對流態(tài)敏感的傳感器信號中提??；隨機特征與多相流存

43、和表征；隨機特征可以從對流態(tài)敏感的傳感器信號中提?。浑S機特征與多相流存在一一對應的關系。在一一對應的關系。nSolartron公司的公司的DualStream凝析天然氣流量計凝析天然氣流量計n 該流量計采用混合器和雙文丘里管的方法測量凝析天然氣該流量計采用混合器和雙文丘里管的方法測量凝析天然氣總流量，并對氣液流量進行溫度、壓力補償。置信概率為總流量，并對氣液流量進行溫度、壓力補償。置信概率為90%時，測量精度為時，測量精度為5%。nMcCrometer的的V-CONE流量計：流量計：n 該流量計節(jié)流件的結構特殊，目前報道的測量指標中該流該流量計節(jié)流件的結構特殊，目前報道的測量指標中該流量計是最高的，對氣液相的測量精度均可達到量計是最高的，對氣液相的測量精度均可達到4%以下，單以下，單相計量精度更高，可以達到相計量精度更高，可以達到0.2%，適用于單相、兩相、三相，適用于單相、兩相、三相流計量。未查到有關該產品應用的報道。流計量。未查到有關該產品應用的報道。 nPECO公司的凝析天然氣流量公司的凝析天然氣流量計計n該流量計采用加長文丘里該流量計采用加長文丘里管測量氣液兩相流量技術，管測量氣液兩相流量技術，通過測量文丘里管入口與通過測量文丘里管入口與