1、海默多相流量計(jì)原理11）由兩相、三相分離器對(duì)油井產(chǎn)出三相混合物進(jìn)行氣液或油氣水分離2）通過對(duì)分離器內(nèi)儲(chǔ)液段的液位控制，排放液體，進(jìn)行液體、含水率計(jì)量或純油純水計(jì)量3）通過對(duì)分離器的壓力控制進(jìn)行氣體排放并對(duì)氣體進(jìn)行計(jì)量4）由微機(jī)對(duì)以上工作過程進(jìn)行控制并采集處理數(shù)據(jù)，得到油井油、氣、水產(chǎn)量及有關(guān)測(cè)試參數(shù)。21.有較多的管匯、分離器，工藝復(fù)雜、尺寸大，尺寸問題在海洋石油平臺(tái)上尤為突出2.常規(guī)的計(jì)量測(cè)試裝備配套儀表多，儀表標(biāo)定煩瑣，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量高，生產(chǎn)維護(hù)工作量大； 3.控制系統(tǒng)較為復(fù)雜;4.常規(guī)的計(jì)量測(cè)試系統(tǒng)很難處理泡沫原油或難以分離的乳化液引起的相分離問題，通常需進(jìn)行化學(xué)或機(jī)械干預(yù)，從而增加費(fèi)用并影

2、響測(cè)量準(zhǔn)確度;31.不用相分離，工藝簡(jiǎn)潔，結(jié)構(gòu)緊湊，占空間小； 2. 測(cè)量為實(shí)時(shí)、連續(xù)測(cè)量，基本上可無(wú)人值守，不 用人員干預(yù)； 3.儀表具有良好的可靠性； 4. 適用的準(zhǔn)確度和重復(fù)性； 5. 一次投資和維護(hù)費(fèi)用低，在采油生產(chǎn)中，尤其在 海洋石油和油井測(cè)試中具有很大的潛在效益。41.介電相分率測(cè)量法 介電相分率測(cè)量包括電容/電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)，與之相關(guān)的還有微波吸收法。利用油水介電常數(shù)區(qū)別較大，測(cè)量一種油水混合液的介電常數(shù)可以確定其含水率。2.伽馬射線法相分率測(cè)量 依據(jù)油、水、氣對(duì)伽馬能量的衰減率不同，當(dāng)伽馬射線穿過油、水、氣混合物時(shí)，由混合物中分子的電子和原子引起衰減，通過建立相關(guān)方程可以求得混合物

3、的相分率。5 1.文丘里流量計(jì) 文丘里流量計(jì)是一種傳統(tǒng)的差壓式流量計(jì)，近年來(lái)被廣泛地應(yīng)用于濕氣計(jì)量和多相流量計(jì)量。文丘里流量計(jì)可以適用于含氣流體和粘性流體的流量測(cè)量，當(dāng)與之配套的相分率儀表測(cè)量出氣體相分率后，可以容易地確定出液體流量 2.互相關(guān)法 互相關(guān)法就是在一定距離的管段上設(shè)置兩個(gè)傳感器（傳感器或電容、微波傳感器），測(cè)量相似流體性質(zhì)變化的特征與頻率，根據(jù)兩個(gè)傳感器對(duì)同一參照物測(cè)量的時(shí)滯，以及傳感器之間的距離，通過相關(guān)函數(shù)計(jì)算流體的速度。6海默海默MFM2000型型1.文丘里流量計(jì)2.流型調(diào)整器3.單能伽馬傳感器4.雙能伽馬傳感器5.壓力變送器、溫度 變送器6.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成 7海默海默M

4、FM2000型型Gas Fraction (a ag):氣相所占截面比Gas Volume Fraction (GVF):氣相所占總體積比 (工況條件下)Water Liquid Ratio (WLR):水相所占液相比(工況條件下)WLR & BS&W 區(qū)別：區(qū)別：WLR:工況，BS&W:標(biāo)況1gowaaa設(shè)：woggQQQQGVFwowQQQWLRwowWLRaaa8海默海默MFM2000型型GROSS MULTIPHASE FLOWFlow rates Line Conditions Q oilQ waterQ gasFlow ConditionerDual-Gam

5、ma RayRAWLRWLR典型液相典型液相PVT DataFlow rates Standard Conditions Q oilQ waterQ gasTTPTPressure & Temperature MeasurementsPVT CalculationsSingle-Gamma RayRAgVenturiDP9海默海默MFM2000型型WLRWLRr r = (1-a ag)r ro+WLR(r rw-r ro)+ a ag.r rgFlow ConditionerDUALDPTTInletOutletPTDPDPDPQmass totalQ oil = ( 1-GVF )

6、.( 1-WLR ) . Q totalQ water = ( 1-GVF ).WLR . Q totalQ gas = GVF . Q totalagSINGLE3 Venturi MeterRARA10GROSS FLOW Vent & Gas Sampling pointCalibration Port (Graylock)11/2ValveMAINLY LIQUIDGVF 10%Dual-Gamma Ray SensorRAGAS4010205060708090302 %10 %5 %- 2 %- 10 %- 5 %15 %- 15 %GVF (%)Funnel effect

7、without Flow ConditionerWater Cut Absolute Error11海默海默MFM2000型型 儀表測(cè)量范圍 含水率測(cè)量范圍 0-100% 含氣率測(cè)量范圍 0-90% (可擴(kuò)展到0-98%) 流量測(cè)量范圍 8:1 (可擴(kuò)展到30:1) 典型的測(cè)量準(zhǔn)確度 準(zhǔn)確度 重復(fù)性 毛液量 5-10%（相對(duì)誤差） 5% 氣量 10% （相對(duì)誤差） 5% 含水率 2% （絕對(duì)誤差） 1% 置信度為90%12海默海默MFM2000 HG型（高含氣型）型（高含氣型）氣液兩相旋流分離器渦街流量計(jì)氣路控制閥文丘里流量計(jì)流型調(diào)整器單能伽馬傳感器雙能伽馬傳感器壓力變送器、溫度變送器數(shù)據(jù)處理

8、系統(tǒng)組成 13海默海默MFM2000 HG型型（高含氣型）（高含氣型） 儀表測(cè)量范圍 含水率測(cè)量范圍 0-100% 含氣率測(cè)量范圍 0-99% 流量測(cè)量范圍 15:1 典型的測(cè)量準(zhǔn)確度 準(zhǔn)確度 重復(fù)性 毛液量 5-10%（相對(duì)誤差） 5% 氣量 10% （相對(duì)誤差） 5% 含水率 2% （絕對(duì)誤差） 1% 置信度為90%14海默海默MFM2000 LG型（低含氣型）型（低含氣型）文丘里流量計(jì)雙能伽馬傳感器壓力變送器、溫度變送器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成 15海默海默MFM2000 LG型（低含氣型）型（低含氣型）儀表測(cè)量范圍 含水率測(cè)量范圍 0-100% 含氣率測(cè)量范圍 0-15% 流量測(cè)量范圍 8:1

9、典型的測(cè)量準(zhǔn)確度 準(zhǔn)確度 重復(fù)性 毛液量 5% （相對(duì)誤差） 2.5% 氣量 10% （相對(duì)誤差） 5% 含水率 2% （絕對(duì)誤差） 1% 置信度為90%16 文丘里流量計(jì)是一種差壓式流量計(jì)。文丘里流量計(jì)是一種差壓式流量計(jì)。 差壓式流量計(jì)的基本原理是：在充滿流體的圓管中設(shè)置文丘里或差壓式流量計(jì)的基本原理是：在充滿流體的圓管中設(shè)置文丘里或噴嘴之類的節(jié)流件，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)，在其上、下游側(cè)就會(huì)噴嘴之類的節(jié)流件，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)，在其上、下游側(cè)就會(huì)產(chǎn)生靜壓力差，該靜壓力差與流過的流量之間有一個(gè)固定的函數(shù)產(chǎn)生靜壓力差，該靜壓力差與流過的流量之間有一個(gè)固定的函數(shù)關(guān)系，只要測(cè)得靜壓力差就可以由流量公式

10、求得流量。關(guān)系，只要測(cè)得靜壓力差就可以由流量公式求得流量。17差壓式流量計(jì)的基本方程：1224rpCEdQVpCEdQm1224rQv 體積流量；體積流量；Qm 質(zhì)量流量；質(zhì)量流量；C流出系數(shù)（流出系數(shù)（Discharge coefficient）；）；E漸進(jìn)速度系數(shù)；漸進(jìn)速度系數(shù)；d節(jié)流元件內(nèi)徑（如噴嘴喉部）；節(jié)流元件內(nèi)徑（如噴嘴喉部）；流束膨脹系數(shù)，對(duì)于液體流束膨脹系數(shù)，對(duì)于液體=1；1節(jié)流件上游流體工作狀態(tài)下的密度；節(jié)流件上游流體工作狀態(tài)下的密度；P節(jié)流件前后的壓差；節(jié)流件前后的壓差；節(jié)流件內(nèi)徑與測(cè)量管內(nèi)徑之比節(jié)流件內(nèi)徑與測(cè)量管內(nèi)徑之比 =d/D；D測(cè)量管內(nèi)徑。測(cè)量管內(nèi)徑。18 1.節(jié)流

11、裝置：即差壓流量計(jì)的流量傳感器；節(jié)流裝置：即差壓流量計(jì)的流量傳感器；2.取壓系統(tǒng)：由取壓口、引壓管、隔離罐和五取壓系統(tǒng)：由取壓口、引壓管、隔離罐和五閥組構(gòu)成；閥組構(gòu)成；3.壓差測(cè)量裝備：差壓計(jì)或差壓變送器；壓差測(cè)量裝備：差壓計(jì)或差壓變送器；4.輔助儀表：壓力、溫度變送器、二次積算儀輔助儀表：壓力、溫度變送器、二次積算儀表等。表等。1.節(jié)流件（文丘里管、文丘里噴嘴）2.上、下游引壓管3.隔離罐4.截止閥5.五閥組6.差壓變送器19在多相流量計(jì)中的應(yīng)用在多相流量計(jì)中的應(yīng)用1.ISO5167-1和和GB2624標(biāo)準(zhǔn)是適用于單相流體的差壓式流量計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)是適用于單相流體的差壓式流量計(jì)。差壓式流量計(jì)用于兩

12、相流測(cè)量時(shí)，由于介質(zhì)密度變化、氣液滑差、差壓式流量計(jì)用于兩相流測(cè)量時(shí)，由于介質(zhì)密度變化、氣液滑差、非均相等因素，影響液體測(cè)量準(zhǔn)確度，尤其是在高含氣工況下尤非均相等因素，影響液體測(cè)量準(zhǔn)確度，尤其是在高含氣工況下尤為突出。為突出。2.數(shù)學(xué)模型修正：用于兩相流測(cè)量的差壓式流量計(jì)的修正公式有幾數(shù)學(xué)模型修正：用于兩相流測(cè)量的差壓式流量計(jì)的修正公式有幾個(gè)，如：個(gè)，如：Murdock公式，公式，James公式，公式，Smith-leung公式以及公式以及林氏公式（林宗虎公式）。以林氏公式（林宗虎公式）。以Murdock公式和林氏公式應(yīng)用較好。公式和林氏公式應(yīng)用較好。海默多相流量計(jì)應(yīng)用林氏公式以提高液體測(cè)量準(zhǔn)

13、確度。海默多相流量計(jì)應(yīng)用林氏公式以提高液體測(cè)量準(zhǔn)確度。3.微分原理1).將三相流體微分，在瞬間狀態(tài)下近似作為單相流體2).電子學(xué)系統(tǒng)高速采樣3).適時(shí)計(jì)算20什么是伽瑪傳感器利用伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用，通過測(cè)量透射強(qiáng)度或散射強(qiáng)度來(lái)確定樣品的厚度、密度和組份等物理量的裝置i探測(cè)器放射源樣品i探測(cè)器放射源樣品屏蔽透射式散射式21伽瑪傳感器的基本原理22原子的結(jié)構(gòu) 原子核 ：半徑10 cm由質(zhì)子和中子組成 - 13Z 個(gè)質(zhì)子，每個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量1.008 amu 。帶一個(gè)單位的正電荷 N 個(gè)中子，每個(gè)中子的質(zhì)量1.009 amu。不帶電荷 電子軌道：半徑10 cm -8 Z個(gè)電子：每個(gè)電子的質(zhì)量為中子

14、的1/1840。帶一個(gè)單位的負(fù)電荷 原子序數(shù)：Z 質(zhì)量數(shù)：A=Z+N amu ：原子質(zhì)量單位，1amu = 一個(gè)碳原子質(zhì)量的1/12 23元素與同位素H1H2H3元素氫的三種同位素24放射性同位素和衰變一個(gè)原子核的中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之比 N/Z 稱為中質(zhì)比。只有中質(zhì)比在一定范圍內(nèi)的原子核才是穩(wěn)定的。 ，在輕元素區(qū)： N/Z1 的原子核比較穩(wěn)定到重元素鈾 N/Z1.5 的原子核才是穩(wěn)定的當(dāng)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之比 N/Z 偏離穩(wěn)定值時(shí)，原子核變得不 穩(wěn)定，它們存在一定的時(shí)間后會(huì)自發(fā)地變成另一種穩(wěn)定或比較穩(wěn)定的原子核，同時(shí)發(fā)射射線以釋放多余的能量。 ，不穩(wěn)定的原子核稱為放射性同位素。它們自發(fā)地蛻變?yōu)榱硪环N原

15、子核，同時(shí)放出射線的過程稱為放射性衰變。 ，衰變衰變25衰變和衰變衰變aPbPo206210衰變 NiCo606026原子核的能量狀態(tài)1210602. 1Po210Pb206Co60Ni60衰 變 綱 圖27射線和X射線特 征 射 線XXXe韌 致 輻 射28放射性衰變規(guī)律teNN00NNdtdN29放射源Am241/693. 02/1T,10107 . 330伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用，是指它在穿過物質(zhì)時(shí)與其原子核發(fā)生碰撞就是伽瑪射線與原子的軌道電子發(fā)生碰撞，使電子離開軌道成為自由電子，伽瑪射線損失全部能量而消失。e入射光電子光電子的能量 ：keBEE光電吸收發(fā)生的幾率

16、34/ EZ 因此，對(duì)能量較低的伽瑪射線和在重物質(zhì)中，光電吸收是伽馬射線與物質(zhì)相互作用的主要形式 31 遞給自由電子或原子的外層電子，本身被散射而改變運(yùn)動(dòng)方向。伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用在康普敦散射中，伽瑪射線把一部分能量傳eEEe散射伽瑪射線能量：)cos1 (1aEE2mcEa伽瑪射線散射角 的范圍 0 180 對(duì)應(yīng)的電子出射角 的范圍 90 0 在伽瑪射線能量為幾百 keV 到 幾 MeV的 區(qū)間和在輕的物質(zhì)中，康普敦散射是一種主要的相互作用。 ，32 伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用ee202. 1MeVEEe電子對(duì)產(chǎn)生的能量閾是1.02MeV，但

17、只有當(dāng)伽瑪射線的能量在幾MeV 以上和在重物質(zhì)中，電子對(duì)產(chǎn)生才有可觀的發(fā)生幾率。 ，33伽瑪射線的吸收 窄束伽瑪射線吸收物質(zhì) X 定義： 在一束伽瑪射線中的任何一個(gè)伽瑪光子，只要經(jīng)受一次相互作用（光電吸收、康普敦散射和電子對(duì)產(chǎn)生）就從射線束中消失。滿足這一條件的測(cè)量安排稱為窄束伽瑪射線。 鉛鉛探測(cè)器 放射源在滿足窄束伽瑪?shù)臈l件下，伽瑪射線穿過物質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度衰減可用下式表示： ，XeNN0N0 伽瑪束的初始強(qiáng)度 N 伽瑪束穿過厚度為X的物質(zhì)后的強(qiáng)度 線性吸收系數(shù) X 伽瑪束穿過的物質(zhì)的厚度34吸收系數(shù)XNN1ln0 35質(zhì)量吸收系數(shù)gcm /2XeNNrr0Xr2/cmgiiiwrr1 第 i 種

18、成分的質(zhì)量份額 第 i 種成分的質(zhì)量份額iwir36 伽瑪射線的探測(cè)射 極跟隨器光 電 倍 加 管石英玻璃窗NaI（Tl）晶體反射層封裝外殼K陰極 A陽(yáng) 極 D1，D2，D3 打拿極高壓信號(hào)37NaI(Tl)探測(cè)器的輸出信號(hào)1. 脈沖的幅度正比于伽瑪射線的能量2. 脈沖個(gè)數(shù)正比于入射到探測(cè)器上的伽瑪光子數(shù)用Am241計(jì)數(shù)幅度（能量）峰在橫坐標(biāo)上的位置，對(duì)應(yīng)59.5 keV光電峰逃逸峰38 伽瑪傳感器的結(jié)構(gòu) 伽瑪傳感器分為單能伽瑪傳感器和雙能伽瑪傳感器兩種，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上大致相同差別在放射源。 ，測(cè)量管段探測(cè)器防爆筒多相流密封墊密封墊源倉(cāng)護(hù)罩束 Am241源Am241源Ag 片Am241源Al 板

19、60keV,X60keV22.5keV39 三相介質(zhì)的基本吸收公式探測(cè)器D 油水X X X o w 氣源定義： 含氣率含水率DX /1XXW/1/ XXOXDXG)(exp0GGOOWWXXXXNN)1)(1 ()1 (exp0DDDNNGOWX)1)(1 ()1 (1ln0GOWXDNN根據(jù)伽瑪射線指數(shù)衰減規(guī)律：利用上述定義和導(dǎo)出量：變形后可得：導(dǎo)出量：（GVF）（WC）40單能伽瑪傳感器 單能伽瑪傳感器在多相流量計(jì)中，主要解決總的三相流中含氣率GVF的測(cè)量。 ， 和 分別是水和油的吸收系數(shù)線性吸收系數(shù) 在較低的工作壓力下，氣對(duì)伽瑪射線的吸收可以忽略。 設(shè) 并利用液相厚度 的關(guān)系，可得： 0

20、G)1 ( DX)()/ln(0OWOXNNXWO 有了液相厚度即可求出含氣率： 。 ， DX /1通常，在單能伽瑪傳感器中使用 源。在這種情況下，必須知道三相介質(zhì)的含水率才能計(jì)算含氣率。Am241 如果多相流中不含氣，則液相厚度即是傳感器的通徑。這 時(shí)單能傳感器可測(cè)量油水混合介質(zhì)的含水率。41雙能伽瑪傳感器每道計(jì)數(shù)低能計(jì)數(shù)窗高能計(jì)數(shù)窗低能峰高能峰在雙能伽瑪傳感器中，需要同時(shí)測(cè)量高能伽瑪（60keV）和低能伽瑪（22.5keV）的透射強(qiáng)度。 由于NaI（Tl）探測(cè)器的輸出脈沖的幅度正比于伽瑪射線的能量。所以，我們可以根據(jù)脈沖幅度對(duì)高、低能伽瑪射線分別進(jìn)行計(jì)數(shù)。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有一塊雙能伽瑪板，通過對(duì)脈沖按幅度進(jìn)行分類來(lái)完成對(duì)高低能伽瑪?shù)挠?jì)數(shù)。高低能計(jì)數(shù)分布圖42雙能伽瑪傳感器式中0G)1 ( DX)(1ln0OWOXXNN)(1ln0OWOXXNN高能低能)()(OWOOWOR)/ln()/ln(00XXNNNNR)()(OWOWOORR1. 在海默多向流量計(jì)中，含水率的測(cè)量采用取樣的方法； ，2.當(dāng)含氣率比較高時(shí) ，雙能傳感器 測(cè)量含水率的誤差較大； ， 3.雙能傳感器在海默多向流量計(jì)中用來(lái)測(cè)量含水率。 ， 43 伽瑪傳感器的標(biāo)定儀表常數(shù)：