MFM 多相流量计
关于多相流量计的正确选择
关于多相流量计的正确选择多相流量计（Multiphase Flow Meter）是一种用于测量含气、液、固体颗粒混合物流量的仪器。
多相流量计的优点在于它能够在流体状态的分布不确定性较大，流体的物理性质较为复杂的情况下，快速准确地对流量进行测量和判断。
在石油、化工、冶金、环保等领域，多相流量计得到了广泛应用。
本文将讨论如何正确选择多相流量计。
1. 选择适合的多相流量计类型多相流量计的类型种类繁多，如旋转鼓式多相流量计、核磁共振多相流量计、多普勒多相流量计等。
应选择适合自身使用环境和要求的类型。
在选择多相流量计时，应考虑以下因素：1.1 测量目的确定测量目的，如是用于什么环境、测量什么参数等方面，可针对性地选择多相流量计。
1.2 流体构成根据流体组成的情况，选择不同类型的多相流量计。
例如，如果流体中含有较小的液滴和气泡，应选用旋转鼓式多相流量计。
1.3 流体性质根据流体性质的不同，选择合适的仪器。
例如，对于高温、高压的气体、液体混合物，应选用核磁共振多相流量计，因为它具有更高的准确度和较广的适用范围。
1.4 测量环境选用多相流量计时还要考虑测量的环境因素，比如可能有的野外环境下的防爆、防晒等要求。
在这些特殊环境中，应选用合适的多相流量计。
2. 选择合适的多相流量计品牌选择品牌时应注意以下几个方面：2.1 产品性能应选择具有高性能、高精度的多相流量计。
通常情况下，进口品牌的性能比国产的要好。
2.2 服务质量选择具备良好售后服务的品牌，确保能够及时处理设备的使用过程中所遇到的问题。
2.3 成本效益成本效益是评价一款设备的重要指标之一，应评估品牌之间的性价比，选择合适的品牌。
3. 选择合适的生产厂家在选择不能流量计时，选择合适的生产厂家十分重要。
主要应考虑到以下几个方面：3.1 技术实力选择技术实力较强的生产厂家，以保证设备的质量和性能。
3.2 售后服务选择售后服务良好的生产厂家，以确保设备在使用过程中出现问题能够及时解决。
海默多相流量计原理分析(ppt 49页)
海默多相流计性能及结构
——海默MFM2000型
Gas Fraction (ag): 气相所占截面比
设a： waoag1
Gas Volume Fraction (GVF): 气相所占总体积比 (工况条件下)
GVF
Qg
Qg Qo Qw
Water Liquid Ratio (WLR):
水相所占液相比(工况条件下) WLR & BS&W 区别：
质比在一定范围内的原子核才是稳定的。
，
在轻元素区： N/Z≈1 的原子核比较稳定
到重元素铀 N/Z≈1.5 的原子核才是稳定的
当中子数和质子数之比 N/Z 偏离稳定值时，原子核变得不 稳定，它们存在一定的时间后会自发地变成另一种稳定或比 较稳定的原子核，同时发射射线以释放多余的能量。 ，
不稳定的原子核称为放射性同位素。它们自发地蜕变为另一种
氢 Z=1 自然界最重的元素 铀 Z=92 人工合成元素 Z＞92 超重元素Z ＞100
一种元素可以有质子数相同但中子数不同的若干种原子。
它们被称为该元素的同位素，它们有相同的化学性质但不
同的原子核性质。
·
元素氢的三种同位素
1H
2H
3H
氕
氘
氚
24
放射性同位素和衰变
一个原子核的中子数和质子数之比 N/Z 称为中质比。只有中
原子核，同时放出射线的过程称为放射性衰变。
，
根据放射性衰变过程种放出射线种类的不同，放射性衰变
可以分为不同的类型。最常见和最基本的衰变类型是α衰变
和β衰变。
，
25
α衰变和β衰变
α衰变
原子核在衰变过程中发射一个α粒子而蜕变
多相计量装置—MCF流量计
流 量计 测 量段 塞 流 中的液 体 和 气体 流速 采用 连续 确 定单 相 所 占截 面
。
,
积 而后用 单相 流速乘 以 单 相面 积 的方法
图 4
为此 用
,
M CF
。
先 测 出液体 所 占管 线 的截 面积 而 后 将其 从 总 截 面积 中扣 除 从而 确 定气
M C F 还可 测 出液 体速 度及 段塞 通过 时 的速度 此 时 流 量 计显 示 出气体 速度
。 。 、
,
、
、
,
如图
3
多相 流 流 型
在 多相流 流 动 过 程 中 沿管 线 流 动的液 体 和 气体 的分 布是不 均 匀 的 而 且 不 随 时间变化 而 改变 即使液 体 和 气 体 的 流 速 都是 固定 的 其 分布 依然 不均 但分 布变 化 却 随着 流 速 的 改变 大 大增 加 各种 不 同的流 型也 可 区 别 出来 了
,
尤其在海
。
上油 田 应 用 时 过 大 的 重 量 和 体积都 会增 加额 外 的费用
,
开
,
发卫 星 油 田 时 也 同 样 需要 昂 贵 的 管汇 和 测 试 管 线
,
。
而且
由于 此 方法 的取 样 仅 在 某
,
口
井整 个开 采过程 中的 一 段 时 间 内进 行 而 不 是 连 续 进 行
,
1 9 9 5 年 12 月
。
7
,
密 度仪 进行 还 可同 时
,
,
测 出 温 度 和 压 力 但 这 种方 法 常 常 不 能
直接 计 算 这 三 相 的体 积 流 量 该 混 合 系 统 虽 比 常规 测 试分 离器 体 积 小 重 量轻
矽翔MEMS气体质量流量计
ExdIIBT4
6
MF系 列 气 体 质 量 流 量 计
3.3 数据记录与保存
（1） 可 保存日 总 流量数 据1000条 ，实现 自 动抄表 。
（2） 可 同时选 择 每3~240分 钟 （可以 设 置）记 录 一组数 据 ，以便 分析某 段 时间的 气 体使用 情 况，保 存 内容有 ： 年，月 ， 日，时 ， 分，总 量，流 量 数据。 一 共可以 记 录2000条 数据。
避免强行旋转带来的产品损坏。管道的连接和检漏应按相应的操作规程 进行。 4. 在产品使用过程中，或在在线情形下，清洗管道或其他可能引入大量杂 质的操作将可能对产品带来损坏。 5. 在产品安装过程中，严禁实施在线电焊作业。 6. 本产品有一定的自重，安装和搬运应按操作规程进行，以免带来伤害。
1
矽 翔MEMS流 量 产 品 系 列
3
矽 翔MEMS流 量 产 品 系 列
二、产品结构与工作原理 2.1 产品结构
本 流 量 计 主 要 由 微 机 电 系 统 （MEMS） 流 量 传 感 器 部 件 、 智 能 控 制 、 显 示 及 输 出 部 件 、 测 量 管 体 、 稳流器 、 法兰及 过渡部 件 组成。 其 组成部 分 如图2-1所 示 。
目录
使用须知
1
注意事项
1
一、概述
3
二、产品结构与工作原理
4
三、产品特性参数
6
四、安装说明
7
五、仪表设置
9
六、检定
11
七、防爆安装使用要求
12
八、安全、维护及故障排除
12
九、运输及储存
13
十、开箱及检查
MFM 多相流量计课件
Uncertainty +/- 5% relative +/- 10% relative
Repeatability +/- 2.5% relative +/- 5% relative
Water Cut
60% ~ 98%
Gross Liquid Flow
Gas Flow
Water Cut
+/- 2% absolute +/- 10% relative +/- 10% relative +/- 2%学a习bs交ol流utPePT
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15
海默流型调整技术
GROSS FLOW
½’’ Vent & Gas Sampling point
✓ 部分分离的专利技术
✓ 双能含水仪下的调节阀用于控制含水测量截面的 含气率 GVF < 10%
Calibration Port (Graylock)
Dual-Gamma Ray Sens 主要部件 文丘里流量计 单独的伽玛传感器 二重的伽玛传感器（测含水） 数据采集单元 多相流量计的微机 防爆接线箱 压力传感计 温度传感计 整体撬装
学习交流PPT
4
MFM-2000 介绍
计量精度
GVF
Gross Liquid Flow
0%~ 60% Gas Flow
操作温度 26～80度
主管线材质 SS316
撬装重量 1650公斤
外形尺寸 2300 X 1580 X 2255 mm3
学习交流PPT
7
技术规范
• 测量范围
液体流率 气体流率 含水
35~2500M3/D 80～2000Sm3/D 0～100％
多相流量计原理
*
文丘里流量计 ——基本计算公式
差压式流量计的基本方程：
Qv ——体积流量； Qm ——质量流量； C——流出系数（Discharge coefficient）； E——渐进速度系数； d——节流元件内径（如喷嘴喉部）； ε——流束膨胀系数，对于液体ε=1； ρ1——节流件上游流体工作状态下的密度； ΔP—节流件前后的压差； β——节流件内径与测量管内径之比 β=d/D； D——测量管内径。
典型的测量准确度
5
准确度 重复性
6
毛液量 ±5-10%（相对误差） ±5%
气量 ±10% （相对误差） ±5%
含水率 ±2% （绝对误差） ±1%
置信度为90%
海默多相流计性能及结构 海默MFM2000 LG型（低含气型）
数据处理系统组成
压力变送器、温度变送器
双能伽马传感器
文丘里流量计
C
B
A
D
海默多相流计性能及结构 ——海默MFM2000 LG型（低含气型）
仪表测量范围
含水率测量范围 0-100%
含气率测量范围 0-15%
流量测量范围 8:1
典型的测量准确度
5
准确度 重复性
DUAL
DP
TT
PTLeabharlann DPDPQmass total
Q oil = ( 1-GVF ).( 1-WLR ) . Q total Q water = ( 1-GVF ).WLR . Q total Q gas = GVF . Q total
ag
SINGLE
3’’ Venturi Meter
GROSS FLOW
2
通过对分离器的压力控制进行气体排放并对气体进行计量
多相流量计及其标定装置
多相流量计及其标定装置姚海元 宫敬(石油大学(北京))摘要 从1980年代末开始,国内多家高校、科研院所和石油单位都开展了基于各种原理的多相流量计的研制。
目前,兰州海默公司研制的MFM2000多相流量计、西安交大研制的TFM-500多相流量计已经进入现场试验与应用阶段。
多相流量计的发展趋势是小型化、智能化、高精度、低成本、适应性广、安全性高和结构紧凑,而且通过多相流量计还可以分析介质组成,包括蜡、水合物、化学组分等。
主题词 多相计量 多相流量计 标定装置多相流量计产品应用领域十分广泛,可直接安装在油气混输管线上测量油、气、水三相流各相的流量;用于油井计量、分队计算,试井和多相生产系统等;可取代计量分离器以及配套的计量仪表和控制装置,节省计量管线、管汇和建站费用,从而大幅度降低油田投资、简化油田的生产工艺流程、缩短油田建设周期和操作费用等。
业内人士预计,多相流量计的应用将彻底改变新油田的开发和运行方式。
1 国内外多相流量计目前,多相流计量基本上可分为混合均质多相计量和直接在线计量。
混合均质多相流量计一方面测量主管内混合物的总质量流量,另一方面由一个微型采样分离器从主管线上取样并将其分离成气相和液相,然后用密度计测量出液相中油水的密度,并结合温度和压力的测量值,算出油气水的量。
E uroma tic、Baker CAC、Mobil、Te xaco、Atla ntic、WellC omp、Accflow、Agar和英国B P等公司的多相流量计均属此类。
直接在线多相流量计是采用电子设备来测量管内流体特性:相分率仪测量油气水瞬时质量分数,速度测量计确定通过混合物的速度流量。
如挪威和美国合作开发的LP多相流量计、挪威Fra mo公司的MPFM和MPFM -1900多相流量计、KOS公司的MC F多相流量计、AEA公司的非插入式多相流量计等都是直接在线多相流量计。
从1980年代末开始,国内多家高校、科研院所和石油单位都开展了基于各种原理的多相流量计的研制。
海默多相流计
海默多相流计行业背景多相流是一个复杂的多变量随机过程，多相流计量技术长期以来被公认为一个世界性技术难题。
多相流量计的商业化应用始于本世纪初期，目前已经发展成为新的油气田开发中首选的计量技术。
由于传统测试分离器计量工艺复杂，设备庞大，投资较大，油井三相计量问题长期困扰着油田开发，制约了油田开发效率。
多相不分离计量技术为油藏管理和生产优化提供较可靠的计量数据，在油气田的开发计量中节省投资、降低操作费用以及明显改善油藏管理等提供了激动人心的可能性。
该技术被国际上列举为决定未来油气工业成功的五大关键技术之一。
多相流量计的主要优势在于对被测油气水混合物不用进行相分离, 现场安装工艺简洁, 结构紧凑, 占空间小; 测量为实时、连续测量, 基本上可以做到无人值守, 不用人员干预; 仪表具有良好的可靠性和适用的准确度; 一次投资和维护费用低, 在采油生产中, 尤其在海洋石油和油井测试中具有很大的经济效益。
多相流量计的功能就是在不分离的情况下, 依赖一些流体参数的测量以给出三相流的油、水、气流量。
其基本原理是通过确定每一种组分的瞬时速度和截面占有率, 从而确定每一组分的量。
因此实现多相测量的关键是测量相分率和相流率。
油公司需要通过对油井有效的测试/计量数据来了解其每一个单井的实际生产情况/能力，实施有效的油藏管理和生产优化管理，最终提供采收率。
用传统三相测试分离器进行计量，由于体积庞大、系统复杂、人工干预、费用昂贵，无法实现无人职守。
多相流计量技术作为一种单井生产测量革命性的计量设备，可以提供油井产物在不分离的情况下油、气、水的在线实时流量数据，多相流计量技术是被行业内公认的传统三相测试分离器一种最经济有效的替代技术。
常用测量方法有伽玛相分率、互相关测量方法以及Vent uri 流量计的优化组合将是最有希望成功的多相流量计。
海默多相流计工作原理及技术特点海默多相流量计采用伽玛传感器测量相分率,采用互相关、文丘里流量计, 或互相关+文丘里结合的方法测量相流速。
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• 为了说明这一泄漏剂量对人体究竟有多大的影响,不妨与以下的数据作
公众接受的平均剂量 X-射线胸透 牙医X-射线检查 CT 扫描 巴黎－纽约，每月飞行2次 海默伽玛传感器一米的地方 1.00 mSv/年 0.20 –0.25 mSv 0.90mSv 100.0mSv 0.72mSv/年 0.52mSv/年
海默伽玛传感器的安全性
• 根据海默公司的企业标准，并经政府受权负责放射性安全的有关部门的
检测，海默公司的MPFM-2000型多相流量计上的伽玛传感器的泄漏剂 量为： 距传感器5cm处 ≤2.5 μSv /小时 距传感器100cm处 ≤0.25 μSv /小时 （ 1000μSv /小时＝ 1 mSv /小时 ） 比较：
计算机
流程计算机（安装在接线盒里）获得总的流 率、气液比、气流率、压力、温度的信号， 来处理和计算总的液量流率，总气量流率， 含水率和净油的数值。
计算机
建立流程计算机和个人计算机之间的通讯， 用个人计算机控制测量工艺，下载传输计 算的数据和相关的设置参数，利用流程计 算机获得的和处理的数据传输给个人计算 机，然后输出测量结果。
+/- 5% relative
+/- 2.5% relative
+/- 10% relative
+/- 5% relative
Water Cut
+/- 2% absolute
+/- 1% abs.
Gross Liquid Flow
60% ~ 98% Gas Flow
+/- 10% relative
+/- 5% relative
GROSS FLOW
海默流型调整技术
½’’ Vent & Gas Sampling point
部分分离的专利技术
双能含水仪下的调节阀用于控制含水测量截面的 含气率 GVF < 10%
15 %
Calibration Port (Graylock)
10 %
没有流型调整器 的情况
Dual-Gamma Ray Sensor
+/- 10% relative
+/- 5% relative
Water Cut
+/- 2% absolute
+/- 1% abs.
MFM-2000 介绍
• MFM 性能
防爆等级 安全等级 EEX d IIBT6\T4 IP56
技术规范
• 基本数据
口径 设计压力 设计温度 操作压力 操作温度 主管线材质 撬装重量 外形尺寸 6英寸 4.65兆帕 95度 2.06兆帕 26～80度 SS316 1650公斤 2300 X 1580 X 2255 mm3
伽马传感器
• 安全保护
检查 甘肃放射性保护办公局评价了MFM－2000 型的放射性和保护的性能。该局签署的评 价报告表明“流量计的放射性剂量属于没 有必要限制现场操作的水平”
温度及压力补偿
• 流体计算机的温度传感计安装在管线1和管
线2的交叉口，多相流量计的温度测量用来 对气流率的温度补偿。 两套压力传感计分别用来测量管线1 和管线 2的压力值，多项流量计的压力测量为了气 流率的压力补偿。
闭，管线1上的气动阀开。
基本流程
• 三相流体流进管线1的测量单元，4英寸的
单能伽玛传感器用来测量气液比，并且后 来的总液量是由4英寸文丘里流量计来测量 的，流体流进流行调整器，通过在较低位 置的取样装置将会进入双能伽玛传感器测 量含水率。其余液体将会从4”管线中流出。
基本流程
• 当测量到的压力值低于在管线1上的压差计设定的
伽马传感器
• 安全保护
相关要求 在没有厂家和政府安全保护部门的批准， 严禁分解放射源。
用户必须采取有效措施防止源丢失，被盗。 海默监察员定期的检查源安全和泄漏情况。
伽马传感器
• 安全保护
相关要求 当密封源将要不再使用时必须及时的咨询 海默；更换相同的源是必要的。如果不这 样的话，海默的监察员将会被派出来收集 源。用户不必临时性的拆除或处理源。
MFM 多相流量计
WHPD-孙英喆
主要内容
• MFM－2000介绍 • 技术规范 • 工作原理及基本流程 • 文丘里流量计 • 伽马传感器 • 常见故障分析 • 安全参数
MFM-2000 介绍
• 计量原理
MFM－2000 型的多相流量计利用放射性的 吸收技术来测量多项流体的每一相的比例， 采用文丘里管测量总的流量 .
Modules Measurements Calculated
αg – Gas fraction
∆p
WLR
ρmix= (1-αg) {ρo + WLR(ρw - ρo) + αg.ρg
Slip Law
Qmass Total
Q oil = ( 1-GVF ).( 1-WLR ) . Q total Q water = ( 1-GVF ).WLR . Q total Q gas = GVF . Q
伽马传感器
• 测量原理
伽马射线是由放射性同位素发出的电磁辐射。伽 马射线有穿透介质的能力，不同的介质吸收不同 量的伽马射线。当伽马射线穿过管线里流动油气 水混合流体时，由于伽马射线的衰减，这种衰减 是由混合物中分子的电子和原子核造成的，并且 不同的成分有不同的衰减，在管线的一端安装非 接触型的成分相比例仪器，在另一端装有探针， 在这种条件下射线的穿透量能被探测到。
以将传感器内的杂质 排出 若杂质堵塞严重，应 停止测量，清空设备， 拆卸含水仪，给予处 理。
油品性质发生变化
• 重新设置参数 • 离线标定
使用安全
• 伽马传感器
安全保护 相关要求 在没有厂家和政府安全保护部门的批准，严禁分 解放射源。 用户必须采取有效措施防止源丢失，被盗。海默 监察员定期的检பைடு நூலகம்源安全和泄漏情况。
测量管段 探测器 源仓
241
Al plate 60keV
Am
Ag plate
护罩
密封垫 密封垫 防爆筒
241
,X
Am
60keV 22.5keV
241
多相流
Am
放射源
放射源
Americium-241 Half life: 433 years
伽马传感器
• 安全保护
标准 MFM－2000所用的放射源符合GB16368－ 安装有密封性放射源的流量计的放射性保 护标准
技术规范
• 测量范围
液体流率 气体流率 含水 35~2500M3/D 80～2000Sm3/D 0～100％
工作原理
WLR
Total Flow Rate
GVF
海默多相流测量的基本原理
Single Gamma Sensor Venturi Sensor Dual Gamma Sensor SINGLE
MFM-2000 介绍
• 主要部件
文丘里流量计 单独的伽玛传感器 二重的伽玛传感器（测含水） 数据采集单元 多相流量计的微机 防爆接线箱 压力传感计 温度传感计 整体撬装
MFM-2000 介绍
计量精度
GVF Gross Liquid Flow 0%~ 60% Gas Flow Uncertainty Repeatability
下限时（也就是说，当流率减少到某一范围时）， 指令被发送到两个气动阀的执行机构，用来控制 管线2的气动阀被打开，同时管线1上的气动阀关 闭，计量单元转向管线2，此时多相流量计的2英 寸单能伽玛传感器测量气液比，后来的总流量由2 英寸的文丘里流量计测出，然后流体流进流形调 整器，含水率由在较低位置的双能伽马传感器测 出. 反之亦然。
文丘里流量计 — 工作原理
P
QV KCEd
DP
2
mix
文丘里流量计是一种差压式流量计。
差压式流量计的基本原理是：在充满流体的圆管中设置文丘里或喷嘴之 类的节流件，当流体流经节流件时，在其上、下游侧就会产生静压力差， 该静压力差与流过的流量之间有一个固定的函数关系，只要测得静压力 差就可以由流量公式求得流量。
文丘里流量计 — 差压式流量计的组成
节流装置：即差压流量计的流量传感器； 取压系统：由取压口、引压管、隔离罐和五阀组构成；
压差测量装备：差压计或差压变送器；
辅助仪表：压力、温度变送器、二次积算仪表等。
文丘里流量计
• 特殊配置
为了适合于多相油气井不同生产率的需要，增加 文丘里测量范围，不同的测量系统被配置。这里 的文丘里流量计计量系统被配置同时带有两个压 力传感计。一个设置在低的压差值，另一个设置 在高的压差值。在计量过程中流程计算机将自动 的选择需要的压差传感计（转换点已经被设置在 流程计算机里）。
GVF < 10%
RA
5%
含水率的
2%
10 20 30 40 50 60 70 80 90
绝对误差 - 2 %
1’’1/2Valve -5%
GVF (%)
- 10 % - 15 %
用流型调整 器的情况
½’’ Liquid Sampling point
文丘里流量计
• 原理
文丘里流量计是压差计类型的流量计，参照标准 ISO5167和GB2624设计。 当混合流体通过文丘里流量计时，将会产生压差 并且压力降会推进流体流过，从而产生流率。 对于油气水的混合流，考虑到不同的气液比和气 液间滑动影响，在设计软件，文丘里流率的计算 公式提供了一些必要的修正。
常见故障
• 总流量偏差 • 计量含水率偏差
总流量偏差
硅油或甘油填充 杂物堵塞，导致压差测 量不准
含水率偏差较大
• 气体影响 • 杂质影响 • 油品性质发生变化