1. 多相流量计简述

γ 源多相流量计从 20 世纪 90 年代面世，实际生产中应用比较普遍，油气量属于油气田单井计量层面范畴，相对于常规的三相分离装置，多相流量计装置有占地面积比较小、日常维护和保养便捷、计量过程是连续的操作、测量精度理想稳定以及测量的数值区间宽等明显优势，在油田应用完全满足生产计量的需求，具有很好适用性。本文以某平台在用的 γ 源多相流量计为基础进行分析。平台根据不同流量选择不同的文丘里进行测量。3 ＂液路：入口→ 3 ＂单能传感器→ 3 ＂经典文丘里→ 3 ＂切换阀（切换阀开启）→流型调整装置1.5 ＂液体流通线路：入口→ 3 ＂单能类型传感装置→ 3 ＂文丘里装置→ 1.5 ＂单能传感装置→ 1.5 ＂文丘里装置→流型调整装置（将切换阀进行关闭操作）实验过程中的被测介质一旦流进多相流量计装置之后，就能够依据流体流量的数值大小通过手动切换到 3 ＂液路以及 1_1/2 ＂液路这 2 条流量测量线路之中的任意一条实施计量操作。此类流量计装置的初始情况为：液路切换阀常开，默认为 3 ＂液路进行测量操作。

 

如果 3 ＂液路内流体的差压变送装置所捕捉到的差压数值小于该变送装置初始设定的测量下限数值的时候，由操作人员发指令给切换阀的执行器，切换阀关闭，测量管段切换到 1.5 ＂液路，此时，3 ＂单能传感其和通过 3 ＂文丘里的差压变送器的信号已被计算机忽略，计算结果是通过采集的1.5 ＂单能传感器、通过 1.5 ＂ 文丘里的差压变送器而计算得出的。

 

相反当 1_1/2 ＂液路上的差压变送器所测差压高于此变送器的测量上限时，操作人员手动操控切换阀装置转换为开启的状态，多相流量计装置的状态即转换为 3 ＂液路继续实施测量操作。

 

流量计的温度变送器位于 3 ＂和 1_1/2 ＂液路部分的交汇之处，对于多相流体的温度数值进行测量。2 台压力数值变送装置此时对于 2 条液路内流体介质的压力数值进行分别测量。流量计算机（置于防爆箱内）采集以上流体的温度、压力、压差、单双传感器装置的各类信号实施处理。

 

通过计算可以得到被测流体的总液量、总气量、总体的含水率、纯油量数值。

 

MPFM-PC 机 与 DAU 建 立 通 讯， 由 MPFM-PC 机 控 制计量过程，下传标定数据及相关的设定参数，然后其输出测量结果。

 

2.γ 源的多相流量计主要原理

通常的多相流量计装置借助单能类型的 γ 传感器装置对流体中的含气率进行测量、双能类型的 γ 传感器装置则负责对于流体的含水率进行测量，文丘里装置负责对流体的总流量进行测量，随后进过基本类型的流量计算过程以及 PVT转换过程获得标准状态条件之下的油气水流量数值。多相流量计利用 γ 传感器测量气和液的相分率以及液相的含水率。γ 射线是放射性同位素发射的一种电磁辐射，它有很强的穿透介质的能力。当一束从放射源发射的 γ 射线穿过介质时，它的强度将因流体介质的吸收效应而进一步削弱。介质不同对于伽马射线的吸收效应也会有所差异。当一束 γ 射线穿过进入管线的油、气、水介质时，根据射线的衰减关系，将引起混合液分子中的电子或者原子核的衰减，不同的介质衰减也不同。当 2 种不同的介质被用于基数标定， 根据公式就可以确定混合液的相分率，一个单能γ 传感器就可以测量出多相流的气、液相分率。如果 2 种 γ 射线（双能 γ 传感器）集合起来，就能用 2 个方程来确定出多相流的含水率。多相流量计安装了单能类型的 γ 传感器装置对于流体的气、液相分率进行测量，双

能类型的 γ 传感器装置负责含水量的测量。

 

双液路多相流量计（典型）的组成如下：

该多相流量计装置的部件主要包含文丘里装置（差压变送装置）、取样器装置、γ 变送器装置、切换阀门、含水仪阀、温度及压力变送器等功能部件。其中：

（1）文丘里用来测量工况下油相、水相以及气相的综合流量数值；

（2）γ 变送器装置用于相分率的测量；

（3）切换阀门用来切换大小流量的测试液路；

（4）含水仪阀门主要用来便利标定双能 γ 传感器；

（5）温度和压力变送器等用于工标况体积转换的 PVT因子计算。

 

3. 影响多相流计量的重要因素

影响多相流计量基于含水率校核计算公式、含气体率计算公式、总体流量计算公式到标准工况条件下气油水产出的相关过程进行详细说明。γ 传感装置测量含水率计算公式如下：

当中

λ、η 分别代表双能 γ 传感装置非常大横截面的含气体率及含水率；

N0 代表空管状态计数率；

Nx 代表在线计数率；

D 代表双能传感装置管体内壁直径；

ρgρoρw 分别代表合理工况下天然气体、全油脂、全水的额定密度；

vgvovw 分别代表天然气体、全油脂、全水的总重量吸收参数。

 

使用文丘里计量总流量的公式为：

C 代表流出参数；E 代表速度渐变参数；d 代表喉径，Δp 代表流体流经过程中的高压与低压端的压力差值，ρmin是流体的混合密度，是各相密度与各相相分率乘积之和，其中 Δp 由差压变送器采集。

 

4. 影响计量的重要原因

平台流量计测试各井数据如下：

通过气体密度在通常状况下用 Lockhart-Matinelli 相关参数进行归类。此时 LM 在 0.69 至 6.4 之间，属于第三类湿气（LM 值 >0.3）即常规多相流，对这类流体来说，其主要目的是获取油相和气相，因此重点保证计量液量、计量含水和气量的准确度。

 

为了评估影响计量的关键因素，我们将各量变化 0.5%，则对非常终结果的影响如下述表所示，可以看出同比例的波动，高低能空管计数率对测试结果影响非常大。水密度增大 0.5%，水质量吸收系数相应降低 0.5%，对各量的影响如下：

气密度增大 0.5%，气质量吸收系数相应降低 0.5%，对各量的影响如下：

由此可见，对该平台各井来说，空管计数率和差压零点对各量有比较大的制约。

 

5. 性能相关保障解决方案

经过相关计算及研究，性能保障解决方案有 3 点内容：

（1）设置相关周期参数，实施分离排空校核空管相关计数率，每个月进行空管标定试验 1 次；

（2）隔离排空过程中必须查看差压表 0 点，假如显示数值大于 ±0.55kpa 需要重新标定；

（3）该流量计为双液路，需要在产量调整时根据实际差压选择合适的液路，具体表现为：使用大液路测试时，若大液路差压低于 8kpa，则切换为小液路测试；若小液路差压高于 100kpa，则切换为大液路测试。

 

以上措施的实施可以在一定程度上保证多相流量计在该项目测试中达到流量测量精度。

 

6. 结语

根据某平台的多相流量计 γ 传感器相分率和非常终标况流量计算的理论分析，找到了影响标况下气、油、水测量精度的因子，为多相流量计调试、运行及维护给予了支持性数据；通过对该平台测试实测数据的技术和分析，认识了影响各井计量结果的关键因素，制定实施的性能保障措施有效保障测试计量准确性，为单井监测和生产优化打下了坚实的基础；该平台应用的多相流流量计，有着测量范围宽、精度高、稳定性好等特点，在油藏基础数据不确定的边际开发项目具有很好的适用性。

 

李丙焱（1981—） ，男，河北保定，本科，中级工程师，研究方向：海上石油平台设备。