摘要:油井產(chǎn)出流體中含油率的在線測量是評價產(chǎn)能的重要指標。對多級旋流器和質(zhì)量流量計組成的相比例測量系統(tǒng)進行了測試試驗，通過對氣水兩相流的測量,證實了所述分離器有很好的氣體分離效果，進而通過油水兩相流的測量，證實了系統(tǒng)對油水兩相流的相含率測量有高的準確性和適應性。在.上述兩相工作的基礎(chǔ)上，開展了油氣水三相流的測試試驗，考察了溶解氣對相含率測量的影響，并通過理論分析和計算.定量地驗證了試驗結(jié)果，試驗和計算均表明，即使是少量的溶解氣,對相比例的測量仍然會產(chǎn)生很大的誤差。
0引言
　　油井的產(chǎn)出流體多為油氣水三相流，其中伴生氣的存.在是難以對流量進行準確測量的主要因素"，其原因一是產(chǎn)出物中伴生氣時有時無，二是含量不固定叫，三是現(xiàn)有的渦街流量計等很難準確測量氣液兩相流的流量”，另外-.些測量方法則受到氣體含率的影響，如超聲波流量計在含氣率超過一定比例時就可能接收不到回波信號用。。鑒于上述原因，日前在井口開展的流量測量多采用一種簡易的旋流式氣體分離裝置，對分離氣體后的油水混合流體，通過質(zhì)量流量計進一步檢測含油量和含水量。在這種測量方法中，旋流式氣體分離裝置不需要供電，僅依靠流體的動能通過多級旋流器實現(xiàn)氣液分離，在結(jié)構(gòu)參靈敏設(shè)計合理的情況下，證實了這種分離方法可以達到很好的分離效果;另外，質(zhì)量流量計也有很高的測量精度，但由測量結(jié)果得到的含油率這一最終關(guān)心的重要被測量卻有很大的誤差，甚至超過10%。通過理論研究和試驗驗證，證實了這種測量誤差產(chǎn)生的原因是由溶解氣引起的，即少量的溶解氣可以引起很大的測量誤差。在此基礎(chǔ)上，提出了一種改進的測量方法。
1氣體分離效果
1.1測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
　　帶有旋流式分離器和質(zhì)量流量計的流量測量系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)作為一-個整體，申接在生產(chǎn)管線上，即測量系統(tǒng)的人口和出口分別與生產(chǎn)管線的來流和去流管線相連。被測的氣液混合流體由來流管道-7進人多級旋流分離器-2，分離后的氣體由排氣管-1排出，油水混合流體經(jīng)液體墊-3進人液體排出管-4.并由質(zhì)量流量計-5測量混合液體的質(zhì)量，對已知的油水密度可由質(zhì)量計計直接得到油和水的體積含量和質(zhì)量流量。測量過程完成后，被計量過的液體和分離后的氣體在測量裝置內(nèi)部匯合，從測量系統(tǒng)的出口-6排出并進入到生產(chǎn)管線的去流管道。測量系統(tǒng)中液體墊的作用是使液體的出口高于分離器的底部，使氣體不易通過液體墊而進人到液體管道中。

1.2氣水分離效果
　　為了驗證氣體的分離效果，分別對純水和氣水兩種情況進行了測量。通過質(zhì)量流量計測量流量，在純水時質(zhì)量流量測量出的水的密度為0.979g/ml。對氣水兩相流試驗時，將圖1所示測量系統(tǒng)接人到圖2所示的試驗流程中，試驗時，考慮到氣體相對于水的流量越大，氣液分離難度也越大，也更難保證測量精度。為了加嚴考核，試驗時采用的水流量為5.7lm'/d，加人的氣體體積流量為水的90%，質(zhì)量流量計輸出的質(zhì)量流量、體積流量、質(zhì)量、體積、密度，見表1。表I中密度誤差是指加氣前后流量計所測密度的相對誤差。
對表1給出的試驗結(jié)果分析如下:

1)加氣后，質(zhì)量流量計給出的流量是不恒定的，其中質(zhì)量流量的最大值是最小值的2.7倍，說明在含氣率較高的情況下，流體的流量是不穩(wěn)定的。流量時大時小，類似于泡狀流，這與純水情況下的穩(wěn)定流量有著明顯的差異。這種差異體現(xiàn)了高含氣率的特征，也充分說明了氣體與液體是不可能完全均勻地混合到一起的。
2)在含氣率為90%的情況下，相對于純水情況而言，流體密度的平均測量誤差為1.01%。這說明即使在氣體流量很大情況下，分離系統(tǒng)仍然是比較好的，存在誤差的原因認為是水中有一定的溶解度引起的，但這種溶解度對測量結(jié)影響不大。
2油水混合流體中相比例測量
　　將水和購置的機械白油分別經(jīng)電子秤稱量后，注人到試驗系統(tǒng)的攪拌罐內(nèi)，其中含水率為60%，含油率為40%。在攪拌均勻的情況下，啟動流體泵及測量系統(tǒng)進行試驗,其中泵的排量為4.8m/d。由于這種試驗不含氣體，流體的流動非常穩(wěn)定，多次試驗結(jié)果的一致性也很好，表2給出了一組典型的試驗結(jié)果。

對表2所示試驗結(jié)果分析如下:
1)表2中給出的流速是穩(wěn)定的，且混合密度也是均勻的，這一現(xiàn)象體現(xiàn)了流體中不含氣體時流體流動的穩(wěn)定性，同時也說明油水兩相流經(jīng)過合理地攪拌后，混合是均勻的。
2)雖然瞬時含水率有一定誤差，但-段時間內(nèi)的平均含水率為60.17%，與60%的實際含水率非常接近。瞬時值波動的原因認為是油包水造成的局部混合不均勻所致。
3油氣水三相流的測量
　　前述油水混合液體試驗的結(jié)果表明，如果氣液分離效果較好，即氣體能夠被充分分離，采用質(zhì)量流量計測量含水率或含油率是可行的。為此開展了油氣水三相流的試驗，結(jié)果見表3。表3中匯總了加氣與不加氣的測量結(jié)果，以形成對比。試驗用液體的體積仍然是含水率60%，含油率40%，加入的氣體是液體體積流量的90%。

　　表3中所述標定結(jié)果是指:對圖1所示測量系統(tǒng)測量后的流體，由電子稱和計量管分別計量質(zhì)量和體積而得到的結(jié)果。由于電子稱的分辦率為10g，,計量管的橫截面積較小，由讀取液面高度得出的體積誤差也很小，所以認為這種標定結(jié)果是比較準確的。由表3可知，不加氣時，就質(zhì)量和體積而言，標定的結(jié)果與質(zhì)量流量計的結(jié)果非常接近，進一步證實了標定結(jié)果是準確的。
加氣前后，質(zhì)量流量計測量到的質(zhì)量分別為:46.005kg和46.363kg;體積分別為49.116L和50.262L,質(zhì)量和體積的相對誤差為:0.52%和0.67%，這說明不論加氣與否，質(zhì)量流量計測量的體積和質(zhì)量與標定結(jié)果是基本相同的。但含油率則由加氣前的39.2%變?yōu)榧託夂蟮?9.4%，與40%的實際含油率產(chǎn)生了很大的誤差。需要說明的是:表3所述加氣后的體積是對取樣流體靜置一.段時間后計量的，靜置的原因是流體中有大量的溶解氣，目測就可到氣池逸出。靜置后溶解氣將逐步逸出，假定質(zhì)量流量計的計量結(jié)果是準確的，則逸出的氣體為:
氣體逸出量=流量計體積-取樣體積=50.26-48.15=2.11(L)。
　　事實上，在常溫常壓下，白油對氣體的體積溶解度可達5.6%，上述體積的變化量在溶解度范圍內(nèi)并小于理論上的溶解度。這就說明:溶解氣的存在并不會引起休積的明顯變化，但會對相含率產(chǎn)生很大的誤差。由第二次加氣后的結(jié)果再次說明了相同的現(xiàn)象，但得到的含油率誤差更大，其原因是靜置時間相對較短，氣體逸出量更少。
4溶解氣引起相含率誤差的驗證
　　由取出的樣品計算相含率時，可認為樣品中的大部分氣體已經(jīng)逸出。設(shè)油水兩相流中體積、質(zhì)量、相含率分別為V、m、x，并用下標0和W分別表示油和水，不帶下標的V和m分別表示總體積和總質(zhì)量，則有:


　　上述計算結(jié)果與流量計的測量結(jié)果符合地很好，通過以_上計算可知，在加氣與不加氣的情況下，雖然混合密度相差僅0.014kg/L，但是含油率卻相差10.5%。由此可見，少量的溶解氣對含油率的測量產(chǎn)生很大的誤差。如果以標定的混合密度計算，則含油率相差3.5%，其原因是因為取樣并靜置后已有氣體逸出。
5結(jié)束語
1)質(zhì)量流量計對油水兩相流的相比例測量有很高的精度,
2)多級旋流式分離器對氣體有很好的分離效果，但無法消除油中的溶解氣。
3)氣體分離后，溶解在油品中的氣體即使很少，采用質(zhì)量流量測量到的相比例仍然會產(chǎn)生很大的誤差。

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