油井多相流计量技术研究进展
多相流量计在塔里木油田的应用
多相流量计在塔里木油田的应用多相计量技术和应用之所以成为近年来世界各石油国追逐的热门课题,是因为它改变了油井传统的分离器计量模式,可以简化油田地面生产工艺,大大降低产能建设费用,方便运行管理,提高自动化水平等。
多相流量计在塔里木的研制与试验历程从1992年底开始,到1995年以前,我们是通过测量总流量和相分率来实现多相计量的,先后经历了涡轮流量计/γ射线、涡街流量计/γ射线、相关法/γ射线等3个阶段。
从1995年底开始,我们开始着重研究通过测量各相相分率和流速来实现多相计量。
经过几年的现场试验,基本认可了用γ射线相关法测各相流速和用γ射线吸收法测相分率的计量原理和方法。
该流量计现在已基本定型并形成系列产品。
为了提高多相流量计的计量精度、测量范围以及可靠性和稳定性,近来仍不断在硬软件上作了一些改进和提高。
MFM多相流量计的计量原理与组成1相分率测量———γ射线吸收法2流速测量———互相关法互相关流速测量是基于两个随机信号间统计相似性的测量。
当流体从管道中流过时,沿管道轴向相隔一定距离(L)安装的上、下游传感器在各自的测量点上从流动的非均匀流体中检拾到两个随机信号,测出它们之间的互相关时间ti,就可得到流体流动的速度vi。
关于相关数值的论述和证明可在数学著作中找到。
3计量系统的结构与组成一套完整的MFM多相计量装置一般应包含4大部分:相分率测量装置;流速测量装置;温度和压力测量装置;数据采集和处理系统。
应用情况与现场数据从1992年底开始,我们就与兰州海默公司的科研人员合作,先后在塔里木的轮南、牙哈、塔中四等油田进行现场试验和使用,共用了20台套的前四代样机或产品,对近百口油井进行了数百次三相不分离计量。
现在在用的仍有13台套,并且在1997年创造性地把3套不同规格的三相流量计及配套系统集成在一个撬装上,成功地研制出适应沙漠环境的移动三相不分离计量装置,取得了良好的经济效益。
与分离计量相比,不分离计量系统主要具有以下优点:①可实现连续、在线自动计量,避免计量和取样时间的代表性问题带来的误差;②操作管理方便,可实现计量时的无人值守,运行维护费用低;③无阻力和可动部件,安全可靠;④出三相计量结果,自动打印计量报表;⑤安装方便,减少占地,节省建设投资等。
油田多相流计量方法研究与探讨
万方数据
第６期增刊
油田多相流计量方法研究与探讨
５９
介质为连续相的测量。电导法是当导电介质为连续相 时替代电容法的一种方法。射线分析法受流态影响小 准确度高，但仪表含放射源物质。电导探针、电容探针 和光纤探针法通过多探头组合检测确定相分布，从而 确定相含率，探针法组成结构相对复杂，设备要求高。 成像法主要有超声成像、射线成像等方法口］，此类方法 原理复杂，仪器费用较高。 弯管流量计已成功应用于水、蒸汽等多种单相流 体测量口“，但在多相流测量方面还是空白。河北理工 学院进行的实验表明流体动力粘性系数从１．３ｃＰ变化 到６．５ｃＰ，弯管流量系数的变化在０．５％左右口“，说明 粘度对弯管流量计流量系数影响较小。２００５年作者
２
多相流计量方法的核心技术
总结国内外的多相流计量方法，其核心技术包括
体流动、压损小、受流体物性变化影响小，非常适合多 相流测量的需要。 相含率测量方法有密度法、电容法、电导法、射线 法、探针法、成像法等多种方法。密度法原理简单易 行，是油田应用最多的一种方法。电容法适合不导电
计量分离器、流量测量、相含率测量几个方面。 计量分离器按照力学原理有重力式、离心式两种。
Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ Ｔｈｅｏｒｙ
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多相流测量技术的研究及其应用前景
多相流测量技术的研究及其应用前景曹艳强 曹岩西安石油大学石油工程学院 陕西 西安 710065摘要：多相流广泛存在于石油工业中,因此对于多相流的测量就具有非常重要的意义。
然而,由于多相流在流动过程中流型复杂,成分多变。
到目前为止,多相流的测量仍然是石油行业中的一个难题，但同时多相流技术的应用潜力还是被大家非常看好的。
关键词：多相流 压降 分相含率 空隙率 速度 流量1多相流简介在大自然中,物质可以分成气相、液相和固相三相[]1。
顾名思义多相流就是指同时存在两种或两种以上不同相混合物质的流动。
在日常生活中常见的多相流有气固两相流、气液两相流、液固两相流、液液两相流以及气液液、气液固多相流等等。
在多相流的研究中,通常将在同一自然相中存在明确界面的不同物质当作不同相进行研究,如在油水混合物中,由于油和水互不相溶,那么就会在两者之间存在明显的相界面,这样就称为油水两相流。
多相流在石油化工行业中是一种十分普遍的现象。
在石油开采过程中，从采出到运输都会存在油、气、水三相混输，这是一种很典型的多相流，甚至还存在油、气、水、沙四相流。
多相流是在流体力学，物理化学，传热传质学，燃烧学等学科的基础上发展起来的一门新兴学科,对国民经济的发展有着十分重要的作用,它广泛存在于能源、动力、石油化工、核反应堆、制冷、低温、环境保护及航天技术等许多工业部门。
因此，虽然多相流的发展历史只有短暂的几十年，但由于油气水多相流检测技术的研究具有重要的理论和工程意义，发展脚步很快。
尤其是在20世纪50年代以来,由于石油化工行业中高参数的引人,以及对环境保护的日益重视,在一定程度上大大地促进了多相流研究及其应用的发展[]2。
2多相流的测量参数[]3在多相流的流动过程中，由于相与相之间的作用，就会有分布和形状在空间和时间里都是可以随时变化的相界面，而相与相之间又会存在不同的速度，导致通过管道的不同相的流量比和其所占的管截面比并不相等。
因此，根据多相流的这些特点，描述其流动的参数就要比单相的参数要复杂。
多相计量技术新进展
多相计量技术新进展 叶兵(中海石油研究中心) 摘要 多相计量技术是近年来发展起来的计量方面的前沿技术,它是在不进行油气水三相分离的情况下,实现三相在线、连续、自动计量。
在海洋石油、沙漠油田或边远油气田等特殊作业环境有着广阔的市场。
关键词 油田计量 多相流量计 多相计量DOI:1013969/j.iss n.1002-641X120101210141 概况在过去的十年中,多相流计量系统的发展、评估和运用一直是世界油气工业的主要焦点。
迄今为止,已经开发了很多供选择的计量系统,但是没有一个能够称得上是广泛应用或绝对精确。
第一个商用多相流量计出现在大约十年前,是80年代初期多相计量研究项目的结果。
一直致力于研发多相流计量技术的大学研究中心和石油公司有:Tulsa (美国)、SIN TEF(挪威)、Imperial大学(英国)、国家工程实验室(英国)、CMR(挪威)、英国石油公司、德士古公司、埃尔夫石油公司、壳牌石油公司、阿吉普石油公司和巴西石油公司。
对这些标准多相流量计进行的测试是由英国石油公司和德士古公司共同完成的。
在不到十年之内,多相流计量已经在油田中得到了认可,并开始成为新油田开发考虑的首要计量方法。
2 多相流计量的基本原理基本上,有两种方法测量多相流的流量。
第一种方法,测量流动参数,它是三个流量的函数。
因此,可以测定通过文丘里管流量计的压降、γ射线束的衰减和混合物的阻抗,建立这些测量值与各相流量之间的关系,要建立三相流动需要三个独立的测量值。
没有方法能够理论上预测这种关系,因此,一定要通过校准来确定这些关系。
但不可能在测量技术应用的所有情况下校准,而且这种方法并不总是有效的。
校准方法通常可以通过神经网络技术来得到增强,这种技术可以高精度地确定函数关系。
然而,这种技术虽然有用,但不能解决基本问题,也就是说校准只用于实施校准的情况下。
第二种方法包括测量相位速度的基本参数和相位横截面分数(持率)或与它们有明确关系的量。
多相流采油测试中的流体性质测量方法及准确性评估
多相流采油测试中的流体性质测量方法及准确性评估摘要：随着多相流采油技术的广泛应用，对流体性质测量方法及准确性的评估变得至关重要。
本文综述了目前常用的多相流采油测试中的流体性质测量方法，包括压力传感器、声速测量、密度测量等。
通过对各种方法的原理、优缺点以及实际应用进行分析，评估出它们的准确性及适用范围。
结果表明，不同的测量方法在不同的操作条件下具有不同的准确性与可靠性。
因此，在多相流采油测试中选择适合的测量方法，结合相关的准确性评估指标，对于提高测试结果的精确性和可靠性是至关重要的。
关键词：采油测试；流体性质；测量方法引言多相流采油技术在油田开发中发挥着重要作用，流体性质测量是其中不可或缺的一环。
准确评估流体性质测量方法的准确性对于优化采油过程至关重要。
本文旨在综述多相流采油测试中常用的流体性质测量方法，并评估其准确性。
具体包括压力传感器、声速测量和密度测量等方法。
通过对各种方法原理、优缺点以及实际应用的分析，探讨它们的准确性和适用范围。
1.常用的多相流采油测试中的流体性质测量方法1.1压力传感器的原理和应用压力传感器是一种用于测量液体或气体压力的装置。
其原理基于压阻效应，通过将压力传感器与压力源连接，并将压力转化为电信号。
当压力施加在传感器上时，内部压阻元件产生电阻变化，由此转换成与压力成正比的电压输出。
在多相流采油测试中，压力传感器广泛应用于测量油井或管道中的液体和气体压力。
它们能够提供重要的压力数据，用于监测生产过程、评估油井性能和优化生产策略。
压力传感器具有响应速度快、精度高、稳定性好等优点，适用于多种环境条件下的压力测量。
1.2声速测量方法的原理和应用声速测量方法是一种基于声波传播速度的流体性质测量方法。
其原理是通过测量声波在流体中传播的时间和距离，计算出声速，从而推断流体的性质。
在多相流采油测试中，声速测量方法被广泛应用于确定流体的密度和粘度。
通过将声发射器和接收器放置在流体中，测量声波的传播时间和距离，可以计算出声速，并将其与已知流体性质进行比较以得出流体密度和粘度的估计值。
石油生产井油气水多相流气相测量方法
03
技术研发成果
经过多次试验验证，新型测量技术具有较高的准确性和稳定性，能够满
足实际生产的需求。
新型测量技术应用实例
应用实例一
采用新型测量技术对某油田的油气水 多相流进行测量，通过与传统的测量 方法进行对比，发现新型测量技术的 测量结果更加准确可靠。
应用实例二
将新型测量技术应用于某气田的开发 过程中，通过实时监测油气水的流量 和比例，提高了生产效率并降低了生 产成本。
05
新型油气水多相流气相测量技 术及应用
新型测量技术研发
01 02
技术研发背景
石油生产井中的油气水多相流测量对于提高石油生产效率、降低成本具 有重要意义。然而，传统的测量方法存在一定的局限性，需要研发新型 的测量技术。
技术研发过程
通过理论分析、实验研究、数值模拟等方法，研发出新型的油气水多相 流气相测量技术。
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激光多普勒测速法
利用激光多普勒测速仪测量油气 水多相流中各相的速度分布，结 合气相速度与含量的关系，推算 出气相含量。
04
实验及结果分析
实验装置与流程
实验装置
油气水多相流实验装置，包括分离器 、计量泵、混合器、管道、传感器等 部分。
实验流程
将油气水混合物通过计量泵送入混合 器中，在混合器中充分混合后进入管 道，通过传感器测量气相流量和含气 率等参数。
石油生产井油气水多相流气 相测量方法
汇报人： 2023-12-15
目录
• 引言 • 石油生产井油气水多相流基础
理论 • 气相测量方法 • 实验及结果分析 • 新型油气水多相流气相测量技
术及应用 • 结论与展望
01
引言
国内外多相流计量技术的发展
国内外多相流计量技术的发展摘要伴随着石油工业的不断发展，石油的开发已由较容易开发的内陆地区向深海及沙漠地区发展，并孕育出了管道多相流的输送技术.本文就今年来多相流计量技术的发展作了简单的归纳.关键词多相流；计量技术；流量计60年代开始人们就对多种存在形式的流体在同一输送管中的输送状态作了研究，由于当时工业水平的限制，多相流输送技术一直存在缺陷，其中最为核心的是多相流的计量技术。
近年来，随着计算机技术的快速发展，以油气水混输技术为代表的多相混输技术不断发展，多相流的相关测量技术得到了极大的进步，因而可以使该技术能够在目前的生产中应用。
加之目前油田开发逐步进入海洋，又使得该技术有了更为广阔的应用空间，同时也促进了该技术的发展。
国内外公司相继投入大量的资金研发多相流计量计，并广泛的实验与应用。
多相流的技术发展，实现了进口原油的多相流计量，与传统的分离计量相比，有了极大的提高。
这一技术实现了油田井口计量技术里程碑式的改进。
传统分离计量设备需要极大的投资，通过改进后的技术，可以实现设备的小投入，带来了可观的经济效益。
在沙漠和深海的油田开发中，由于其具有工艺简单，计量精确的特点，更容易产生经济效益，故而应用也更为广泛，所以本文在这里简要介绍了国内外多相流计量技术的发展历程，并就现在多相流测量技术的发展作了简要的介绍。
1多相流计量技术现状多相流的测量技术在开发上面也有很多的技术难题，不少的研究机构和厂家在研究整个测量流程的时候都或多或少的遇到了各种各样的难题，但每个厂家均在其自己研究的产品上获得了突破，解决了相应的技术难题。
比如利用小型取样分离技术的多相计量系统，在测量的过程中就会遇到原油起泡的问题，如果分离器内的气液分离效果不好，含水量的测量值就会不精确，甚至出现较大的偏差，多相流计量机的性能也会受到影响。
而采用微波、电感和电容技术实现多相流测量的流量计，它又只有满足在油连续相乳化液的流型的条件下才能使用，假如流体中的必要的特征出现变化或是不存在，往往会影响测量的精度出现大幅度的改变。
水下多相流量计在深水油气田开发工程中的应用研究_刘太元
文献［12］提供了选择多相流量计的一种方法。
这种方法主要基于两相流图和流体组分图两张图。
如图 1 所示，通过在这两种图上绘制油气田配产数
70 中国工程科学
据，可以很方便地比较生产数据与流量计测量范围， 从而快速地确定多相流量计的主要基本参数。
图 1 两相流图和流体组分图 Fig． 1 Two-phase flow map and composition map
2012 年第 14 卷第 11 期 69
2） 能够提供更加实时的连续数据。一口井配 置一个流量计，而不是多个公用一个时，能够实时监 控每口井的生产数据，从而能够及时地监测到可能 出现的问题，如段塞和气举效率低下等，并做出快速 反应。大量的实时数据可以提高油藏的理解和管 理，达到优化生产和延长油田寿命的目的［7 ～ 9］。
一定的比例，多相流体的体积流量可以表示为
3
∑ Qt = Qi
（ 2）
i =1
式（ 2） 中，Qt 为管道中多相流体的体积流量； Qi =
Afi Vi 为油、气、水各相的体积流量； fi 和 Vi 分别为各
相的截面积和速度分量。
从式（ 2） 可以看出，若想测量多相流的流量，必
须得到各相的速度分量和截面积分量。对于速度的
1） 节省投资。由于没有单独的测井系统，不再 需要回接到上部处理设施的测试管线和测试分离 器，同时节省了上部浮体的空间。对于一个回接距 离约 10 km，采用水下生产系统开发的油田，由于采 用水下多相流量计而去除了测试管线，带来的成本 节省约为 62 %［6］。与测试管线和测试分离器得到 的离线测试结果相比较，它不需要等待流体达到稳 定状态，便可以得到有效的测试结果。这一点在深 水和长距离回接的开发中显得更加突出。集成在水 下生产系统的在线 MPFM 能够更加快速地收集到 更多有效的数据。
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第6卷 第2期 数 码 设 计 Vol.6 No.22017年 PEAK DATASCIENCE 2017收稿日期：2016-11-13；修回日期：2016-12-25。
作者简介：张丝雨(1993-)，女，天津，硕士研究生，主要研究方向：采油工程及工业计量。
DOI ：10.19551/ki.issn1672-9129.2017.02.04油井多相流计量技术研究进展张丝雨1*，Henry Miao 2,3，吴浩达1，檀晨3(1.中国石油大学（北京），北京昌平，102249；2. Rally Industries Group Inc. , Calgary, Alberta, Canada ；3.安徽中控仪表有限公司，安徽池州，247210)摘要：多相流计量技术研究近年来发展迅速。
油田作为多相流计量技术应用的重点领域，面临油气水三相流体，多相流的计量一直是油井产量计量研究中的热点和难点问题。
本文调研了国内外多相流计量技术的研究及应用概况，介绍了多相流的计量技术原理、测试和评估等，并对其存在问题和发展趋势作了简要阐述，为更好地研制低成本、高精度的智能化油井多相流在线计量系统提供技术思路和具体方法。
关键词：多相流；在线计量；分相测试；虚拟计量；发展趋势中图分类号：TP3 文献标志码: A 文章编号：1672-9129(2017)02-0021-07Research Progress on Multiphase Flow Measurement Technologyof Oil WellsZHANG Siyu 1*, Henry Miao 2, 3, WU Haoda 1, TAN Chen 3(1.College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;2.Rally Industries Group Inc. , Calgary, Alberta,Canada;3. Anhui FirstCon Instrument Co., Ltd, Anhui247210, China)Abstract ：The research of multiphase flow measurement technology has developed rapidly in recent years. As the key field of multiphase flow measurement technology, facing with three phases of oil, gas and water, the measurement of multiphase flow has been a difficult issue in the research of oil production. This paper investigates the research and application of multiphase flow measurement technology, introduces its principle, measurement and evaluation. The existing problems and development trend are briefly described, and the technical ideas and specific methods for the development of intelligent and low cost multiphase flow measurement system for oil well are presented.Keywords ：multiphase flow; online measurement; multiphase test ; virtual measurement; developing trend 引用：张丝雨, Henry Miao, 吴浩达, 等. 油井多相流计量技术研究进展[J]. 数码设计, 2017, 6(2): 21-27.Cite ：Zhang Siyu, Henry Miao, Wu Haoda, et al. Research Progress on Multiphase Flow Measurement Technology of Oil Wells [J]. Peak Data Science, 2017, 6(2): 21-27.引言在原油开采过程中，需要对油井产出液中各组分的体积流量或质量流量进行连续的计量，以确定各油井的原油、天然气产量，掌握地层油气含量及地层结构的变化。
通过提供的实时计量数据，可为生产管理提供参考，从而优化生产参数、提高采收率[1]。
传统的分离计量技术流程复杂，已无法满足连续计量的需要[2]。
多相流计量是指在没有预分离的情况下，对油井产出液中的油、气、水进行计量，是多相混输的关键技术之一[3]。
多相流技术的发展，实现了原油的多相流计量，相对于传统的分离计量方法，取得了极大的进步。
多相流量计可提高多相流计量精度、自动化和管理水平，扩大多相流计量的适用范围，提高多相流量的计量效率和经济效益。
因此对多相流计量技术的研究具有重要意义。
本文针对工业过程中常见的多相流计量技术和参数检测问题，从流量检测和相含率检测两个方面进行综述，并阐述多相流的存在问题及发展趋势。
1 国内外多相流计量的研究概况22 数 码 设 计 2017年 第6卷近年来，多相流计量技术研究得到迅速的发展。
自二十世纪六十年代，人们就对多种存在形式的流体在同一输送管中的输送状态进行了研究，但碍于当时的技术条件限制，未能取得实质性的成果。
二十世纪七八十年代，美国的Tulsa 大学在其流体流动工程环道和挪威的SINTEF 环道上对多相流计量方面展开了研究[4]。
八十年代中期英国石油公司、美国德士古公司相继发表了第一批关于多相流量计量的论文[5]，并研制出了第一代多相流量计。
目前，大多数多相计量仪表价格极其昂贵，仅供各公司进行实验研究，难以实现商业化产品[6]。
国内方面，西安交通大学、中国石油大学等高校进行油气水多相流量计的设计和研发，并取得了一些理论成果，但这些研究多处于实验室试验阶段，难以实现工业应用。
大庆油田、华北油田采油工艺研究院建立相关项目，成功搭建了多相流检定、测试平台，为国内的多相流量测控系统的研制提供了实验平台。
截止目前为止，兰州海默科技公司、兰州科庆仪器仪表公司等也相继研发出了适合于油田现场使用的多相流量测控系统。
2 多相流参数测试方法为实现油气水三相流量的计量，可从多相流体的总流量、多相流体的分相含率两个主要方面着手进行研究。
2.1 流量检测方法多相流流量可用质量流量或者体积流量来表示，其计量可以直接测量，或是通过测量流速来得到流量。
多相流流量计量的方法有多种，有发展自单相流检测仪表的检测方法和基于多相流特性的新兴计量方法。
以下仅对一些常用的计量方法进行介绍。
（1）差压法该方法基于伯努利方程原理，在流体的流通管路中安装改变流通截面的节流装置，由伯努利方程可知，当流体流过节流装置时，由于流通面积的缩小，在节流装置前后会产生压力差[7]。
假设节流装置的流通面积为A ，流过节流装置的流体密度为ρ，则节流装置处流体的流量为：v q K = (1)m q K = (2)式中q v 为流体的体积流量，q m 为质量流量，K 为系数，与流体特性和节流装置的结构有关。
差压法主要应用于单相流体的流量计量，在对其在多相流计量中的应用进行大量研究后，发展出很多适用于多相流测量的模型[8]。
James R.,Chisholm D.和Murdock J.W.等给出了应用孔板测量气液两相流量的公式，由于气液两相流量的计算公式均为经验式或半经验式，其使用范围十分有限。
Chisholm D.和林宗虎公式使用范围较广。
李海清应用双孔板和长颈文丘里管测量两相流量，并给出其测量原理及计算公式。
Abdullah Buhidma 等通过楔形流量计和分段的孔板流量计组合测量得到水包油型乳浊液的流量，经试验知，该方法对于两相流乳浊液的测量是可行的[9]。
文丘里流量计基于文丘里效应设计[10]，是当前应用最广泛的差压流量，其最大的特点是易使流体通过。
内锥式流量计由于其在湿气检测中有不堆积液体等优点，在多相流计量中的应用也成为研究热点[11]。
然而，应用差压法的流量计节流组件会干扰流动状况，同时会带来压力损耗。
目前，差压法已经过多年的实践应用，在标准上已经建立了相应的指导原则，可尽可能避免在实际应用中出现问题。
（2）速度法速度法利用测量流速来计算得到流量的测量方法。
当流体充满管道时，假设通过测量得到管道截面处流体的平均流速为v̅，A 为管道横截面积，则通过管道截面的流体流量为：v q A v =⋅ [12]。
(3)常见的利用速度法计量流体流量的计量装置有涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声流量计以及互相关测速法等。
涡轮式流量计在油水两相检测中要考虑油相黏度和油相含率的影响，在使用前应对仪表系数进行标定，但流型对涡轮式流量计影响较小，可与其他测量手段联用以获得油气水多相流的分相流量。
涡街式流量计在检测气液两相流时涡街发生的频率受相含率影响很大，当相含率高于18%时，难以从气液两相流的复杂界面波动中提取出有效的涡街频率信息。
电磁式流量计在多相流检测中要求连续相可导电，其测量精度受多相流速度廓形以及流型影响[13]。
相关流速测量技术是以随机过程的相关理论和信息论为基础发展起来的一种流动参数检测技术。
宋文卫等应用电容相关法测量了不同流态的流量，结果表明，由相关法得出的泡状流、弹状流相关气体速度和真实气体速度符合较好，而检测得出的块状流相关速度的统计平均值与气相速度符合较差[14]。
互相关测速法在多相流检测中的应用较广，研究人员已提出很多理论与模型，但其测量值所代表的物理含义问题仍未解决。
（3）容积法容积法是利用具有固定容积的标准容器对流过计量装置的流体进行反复测量，已知该标准容器的容积值，通过检测标准容器的测量次数，可以得到流过该流量计第2期 张丝雨：油井多相流计量技术研究进展 23量装置的体积流量。
从原理上讲这种流量计在测量体积流量时不受流体密度和粘度的影响。
假设标准容器的体积为v （单位m 3），单位时间内 标准容器的计量次数为n ，则在流过流量计量装置的流体体积流量q v 为：v q n v=⋅ (4)容积法可计量流体的总流量，其应用范围包括湿气、气液以及油水两相流[15]。