多相流测量技术的研究及其应用前景
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
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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
［Ｊ］．ＴＨＥ
０Ｎ
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Ｏｉｌ—Ｗａｔｅｒ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
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Ｈｙｄｒｏ－ｃｙｃｌｏｎｅｓ
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２００３，１ｉ（１）．
ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ．２００４，９：１４－１７． 口胡
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ｍｅａｓｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｏｉｌ—－ｆｉｅｌｄ ｍｕｌｔｉ－－ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ
多相测量技术的持续发展
米丽华 ：多相 渊量技术的持续发展
４ ９
榈 量 攘 术 的 持 续 凌
翻 译 ：朱丽 华 （ 四川石油钻 采工艺技术研究院 ）
Ｐ ｒ ／ Ｍｅ ￣ｄ ｈ ａ ｖ Ｍ／ ｅ ｚ
校 对 ：姚 煎 春 （ 大庆油 田设计院）
二 、 多相测 量 设 备
对 于北海 使用 的那 套多 相测量 据亦 可从井 口压力 高 于测试 分离器 相测量 工 艺技 术 的应 用 趋 势 表 明 ， 仪 ，作 业人员 的最 初评 价是 ：该设 的工 作限度 时采集 到 ，因而增 宽 了 该技术 已渐趋 成熟 ，正被 越来越 多 备 尺寸小 ，重 量 轻 ，可降低 水下 作 试 井 作 业 包 络 线 业成 本。在早 期 的现 场试验 中，作
图 １ 多 相 测 量设 备 数 量 增 长 为 图 。从 图 上 可 以 看 出 ，设 备 数 量 自
有以下两方面的 原因
１９ ９ ４年 起 一 直 稳 步 增 长 ，而 且 在 最 近 ２年 内有 较 大 幅度 提高 。
当前 ，在 全 球 范 围 内 约 有 ６Ｏ ０
体 １ ％
门工 艺 技 术 的 人 员 是 海 上 作 业 人
使作业 人员与 仪表 商 开发 出了各种 技 术 。 该 技术 应用地 区分 布之 广主要 多相 测量仪 。
三 、应 用 趋 势
现 已开发 出多种不 同性 能与戒
维普资讯
５ ０
田 ： 抽 Ｐ ｈ
小 、重 量轻 ，而且其 应用 也只局 限 陆上 作 业 人 员 使 用 多 相 测 量 于气 体 与液体极 易分 离 的液流 。当 每一相分 别进行测 量 。当液流组 分 ｈ 能 容 易 且 充 分 分 离 时 ，采 用 这 种 方 仪 ，可将 试 井 时 间 降低 到 １—２ ， 前 约 占 多 相 测 量 设 备 数 的 ４ ％ 。 ０ 法 比较合 适 但 是 ，如果 产液 中含 从 而降低 试井 成本 。使用 多相 测量 第二 ，多相 测 量 仪 的 体 积小 ，
多相流量计量技术综述
·技术综述 ·
文章编号 :1001-3482(2Байду номын сангаас08)05-0059-04
相关流量测量技术与过程层析成像技 术相结 合 , 可以通过过程层析成像技术识别流型 , 有针对性 地改变相关流量计的工作参数或选择不同种的相关 流量计 , 必然会有助于增加相关流量计的使用范围 和应用领域 , 在二相或多相流领域产生新一代的智 能化的在线检测仪器 。过程成像系统构成如图 2 。
图 2 过程成像系统构成
近年来 , 油气开发向海洋 、沙漠和极地等地区扩 展 , 开发的油层更深 、油的粘度更高 , 使开发成本不 断上升 。 多相计量技术摒弃造价昂贵的基于测试分 离器的计量站(测试分离器)和计量管汇 , 从而节省 大量的投资 、缩短建设周期 、降低操作费用和改善油 藏管理等 , 对降低新油气田的开发成本起到了重要 作用 。
2 相关测量技术的发展现状
1961 年 , But terfield 等人利用热轧带钢表面存 在的微小凹凸不一致性在运动过程中所引起的随机 噪声信号 , 首先提出并实现了热轧钢速度的相关测 量系统 。而后 , 英国 、西德 、美国 、日本等许多国家的 测量技术及仪表工作者相继展开了相关流量测量技 术的研究 。 1968 年 M .S .Beck 和 A .P lasko w ski[ 1] 采用电容传感器技术 , 成功地实现了在线气 、固二相 流的非接触式相关方法测量 。 70 年代初期 , 研制快 速而又廉价的在线流量测量用相关仪器成为重要课 题 , 目前已有几种产品投入了市场 。
Abstract :Well li quid belong s t o m ul tiphase fluid .T he tradi tional met hod of measuring it costs a lot , but t he eff iciency is low .T he measurement of multi phase flo w i s mo re eco nom ic .T he principles of related f low measurement technolog y and development of the applicatio n of well liquid' s on-line measurement are int roduced in this paper .It uses the w ay of com bini ng the process t omog raphy technolo gy and related f low m easurement technology , t o improve the measurement accuracy t o ±5 %, t he requirem ent s o f t w o-phase f low pat terns under di ffe rent flow measurement are sati sfied . Key words:relevant analysi s ;mul ti-phase f low ;f low measurement ;pro cess t omo graphy
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
多相流流量检测综述
1 多相流检测综述多相流是两个及以上的相组合在一起，且具有明显相间界面的流动体系。
这种现象在工业过程如能源、石油、化工、医药等中广泛存在，且起着重要的作用。
而为了对多相流进行科学研究，以及让多相流在工程实际中起到良好的作用，就需要对其过程机理和状态有清楚的描述，对其过程参数有准确的检测。
而在工业过程中，由于工程实际以及对过程监控的要求，多相流各相的实时流量检测是十分重要的，因此多相流流量也是多相流过程参数中，最为主要的需要检测与控制的参数。
多相流检测亦可根据其检测方式的不同分为直接法和间接法。
直接法可以通过直接测量检测到待测参数，而间接法需要在测量值与待测参数之间建立关系式，通过得到的测量值来计算待测参数。
而对于多相流流量的测量，既有直接测量的方法，也有间接法来测量。
2 多相流流量检测方法2.1 差压流量计差压流量计的原理是：让流体通过节流组件，在节流组件前后流体会有压力差，通过测出压力差，利用伯努利方程，就可以计算出流体的流量（流速）。
根据文丘里效应设计的文丘里流量计是多相流检测中最常见的一种。
将文丘里流量节与相含率检测装置一起使用，不但可以测得多相流的总流量，还可以得到各分相的流量。
差压流量计也有缺陷，节流组件介入了流体的流动，因此会对其流动产生干扰，进而会造成了额外的压降。
2.2 容积流量计让流体流经容积式流量计，随着流体的流动，容积式流量计会转动，而流量计每转一圈，计量室会排除体积固定的流体，记录计量室排出的流体体积及时间，通过这两者可以计算出流经流量计流体的体积流量，即流速。
从原理上看，容积式流量计的计量室转速越快，说明流体的流速越快，但在实际情况中，只有当流体流速处在一定范围内时，这种关系才存在。
容积流量计可以按照其测量组件的结构来进行分类，主要有以下几种：椭圆齿轮流量计、活塞式流量计、刮板式流量计等。
容积式测量技术有测量精度高、调节比大、输出的信号与流量成比例、不需要前置直管段的优点。
流体力学的发展现状
流体力学的发展现状流体力学是研究流体力学性质和行为的学科，涉及流体的运动、力学和热力学等方面。
随着科技的不断发展，流体力学在各个领域都有着广泛的应用，如航空航天、海洋工程、能源领域等。
本文将介绍流体力学的发展现状。
一、数值模拟技术在流体力学中的应用1.1 数值模拟技术的发展随着计算机技术的不断进步，数值模拟技术在流体力学中得到了广泛应用。
1.2 流体动力学模拟数值模拟技术可以模拟流体的运动状态和流场分布，帮助工程师优化设计。
1.3 求解流体方程的数值方法数值方法的发展使得求解流体方程变得更加高效和精确。
二、多相流体力学的研究进展2.1 多相流体的特性和行为多相流体力学研究不同相态流体的相互作用和运动规律。
2.2 气液两相流体力学气液两相流体力学在核工程、石油工程等领域有着重要应用。
2.3 多孔介质流体力学多孔介质流体力学研究地下水流动、油藏开采等问题。
三、激光测量技术在流体力学中的应用3.1 激光多普勒测速技术激光多普勒测速技术可以实时测量流体的速度和流场分布。
3.2 激光干涉技术激光干涉技术可以用于测量流体的密度和压力分布。
3.3 激光诊断技术激光诊断技术可以实时监测流体的性质和变化。
四、流体力学在航空航天领域的应用4.1 飞行器气动力学流体力学在飞行器气动设计和性能优化中起着关键作用。
4.2 涡流控制技术涡流控制技术可以改善飞行器的气动性能和稳定性。
4.3 高超声速气动力学高超声速气动力学研究在超音速飞行器设计中具有重要意义。
五、流体力学在能源领域的应用5.1 水力学水力学研究水流动的规律和水力发电技术。
5.2 气体动力学气体动力学研究气体的流动和燃烧过程，应用于燃气轮机等领域。
5.3 流体力学在核能领域的应用流体力学在核反应堆设计和安全评估中发挥着重要作用。
总结：流体力学作为一门重要的学科，正在不断发展和完善。
数值模拟技术、多相流体力学、激光测量技术等新技术的应用为流体力学研究带来了新的机遇和挑战。
仪器科学与技术专业就业前景
仪器科学与技术专业就业前景仪器科学与技术专业就业前景在日常生活中，我们或多或少都有了解过一些专业院校的相关知识吧，下面店铺为大家整理了关于仪器科学与技术专业就业前景相关内容，欢迎分享，希望对大家有帮助。
仪器科学与技术专业就业前景还不错工作好找。
其月平均工资约7314元，最低工资约2526元，最高工资为15000元以上仪器科学与技术专业介绍仪器科学与技术是信息科学与技术的重要组成部分，是信息的源头技术，主要研究获取、存储、处理、传输和利用信息的现代科学技术及仪器，包括测控技术及仪器、现代传感技术、精密计量理论与应用、微系统理论与应用、微小型机电系统、智能结构系统与技术、信号分析与数据处理等。
现代科学仪器及设备是机、电、光、计算机、材料科学、物理、化学、生物学等先进技术的高度综合，它既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主体内容之一。
目前本学科技术的发展趋向智能化、微型化、集成化和系统工程化，其发展及应用与现代科技的各个领域的发展密切相关，在生物、医学、材料、航天、环保和国防等领域尤其突出，就业领域极其广泛。
经过近几十年的稳步快速发展，仪器科学与技术学科迎来了空前的发展机遇。
仪器科学与技术是一门正在蓬勃发展的多学科交叉的新技术前沿学科，是信息技术的三大支柱之一。
随着科学技术的发展，仪器科学与技术在现代战争、电子信息、通讯、航空航天、仪器仪表等许多领域发挥着越来越重要的作用，成为国家间军事和经济实力竞争的关键学科之一。
例如，在我国飞机汽车大尺寸测量、神舟系列、石油管道检测等重大工程和项目中仪器科学与技术学科具有广泛与成功的应用。
仪器科学与技术专业主要专业设置1.精密仪器及机械(080401)(1)精密测控技术及仪器智能化主要研究几何量超精测试技术与仪器，关键零部件精密自动检测技术，智能化仪器仪表，测试信号分析与处理，工业及商贸计量技术，动态与瞬时测试技术，纳米测量技术。
(2)光电检测技术及仪器光谱测量技术，近红外光谱技术应用，新型光源检测技术，生物光电检测技术，应用激光技术，图像处理技术，非线性对象的识别和建模技术。
多相流检测研究进展
工 业 技 术113科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONDOI：10.16661/ki.1672-3791.2017.27.113多相流检测研究进展邢天阳(东南大学吴健雄学院 江苏南京 211189)摘 要：流体的多相流动广泛存在于多个领域，如动力、石油、化工等。
多相流检测一直是流体测量领域的一个难点。
本文分析了多相流体的流动特征，说明工业检测多相流的困难所在。
本文介绍了现阶段多相流流体检测现状，详细介绍现阶段较为成熟的工业多相流检测手段、说明其检测原理并分析各自的优缺点。
主要介绍过程层析成像技术理论以及过程层析多相流基本原理以及结构组成。
由此分析并提出多相流检测今后可能的发展方向。
关键词：多相流 过程层析成像 发展趋势中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2017)09(c)-0113-02现阶段，多相流检测技术需求最大的石油工业。
国内外是由工业经过几十年的发展，现阶段的研究重点转移到了研究高含水率的油、气、水多相流量计。
但是目前，世界大部分油井尚未到达高含水率开采阶段。
不可否认，高含水率多项流量计是未来的发展趋势，具有重大的研究价值。
本文所研究的多相流检测技术以油、气、水多相流的流量测量为主要研究对象。
1 多相流的特征多相流是指含有两项及两项以上的物质或者相的流动，多项流动的主要特征有以下几个方面，第一，不均匀速度，相间速度不均匀；第二，相不稳定，多相流的相界面的时空不稳定；第三，特性复杂，多相流的特征参数比单项流动要多。
多项流动检测困难之处体现在：第一，非均匀混合，各相有趋向分离的趋势；第二，不稳定流动，相间存在相对速度，相界时空不稳定；第三，不规则混合，混合结果没有规律性。
第四，各相之间存在相互作用。
例如气体在液相中被吸收等。
第五，流动形态较为复杂，表征多相流的特征参数较多。
2 多相流检测现状从检测模式分类，现阶段检测多相流方法主要有分离式检测法、部分分离式和不分离式检测法。
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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。
（1）流体的质量流量、体积流量和流体的速度参数
多相流体的质量流量 M （ kg /s ），即在单位时间内通过管道的介质流量，体积流量 Q （m ³/s ），即在单位时间内通过管道的介质体积来表示。
对分相流体的流量则可以用分相质量流量k M 、分相体积流量k Q 来表示。
其中，（ k = g ，l ）， g 表示气相，l 表示液相。
则有
l M M M +=g ，l Q Q Q +=g
用管道总的流过通道的截面计算的介质流速为表观速度（Superficial Velocity ）[]4，用k U 来表示。
则有
k k k k k k G A M A Q U ρρ///===，J U U U l g =+=
另外，多相流体流动过程中相间存在着相对速度r u （m/s ）,l g r u u u -=；滑速比（ S ）为多相流中气/液两相速率的比值，l g u u S /=。
此外，还有扩散的快慢kcm V （m/s ）、飘移的速率kj u （m/s ）和混合的速度U （m/s ）等。
（2）多相流流动过程中的压力降
多相流流动过程中的压力及其下降是其基本参数。
多相流流动过程中产生的压力下降与其它参数有着十分紧密的联系，其中它的计算与测量可以作为多相流在今后的工艺优化设计和有关数据的测量提供可靠地参考价值。
除了以上所涉及到的参数外，分相含率、温度、相与相之间的传热系数、相与相之间的传质系数、分布在多相流中的气泡、液滴、颗粒的尺寸大小及分布情况等也都是分析多相流动的一些重要数据。
3当今在多相流测量过程中最常采用的手段[]5
多相流测量手段的要点有两个:1、石油工业中油气水三相流可当做是气液两相流进行总的流量的进行计量；2、对油气水三相流中各相的相分率的计算。
3.1油气水三相流流量的常用计算手段
对油气水三相流可当做是气液两相流进行总的流量的进行计量方法主要有:
1.相关法。
经过两个管道上距离为L 的一模一样的传感器来检测流体中不断变化的流动噪声信号,获得与所测多相流流体的流动情况相关的在时间上相差0τ的两个信号。
建立前后所获得的两信号之间的有关函数,从而得到0τ,进一步可求得平均流速0/τνL =。
2.节流法。
利用节流元件前后不同的流速和压差之间的关系,通过测量压差进而求得流速,然后结合密度计测得密度,最后可以获得流量。
3.容积法。
在单位时间内用标准的恒定体积对流体介质持续不断地进行测量,用排出的流体的恒定容积数来求得流量[]6。
4.涡轮式检测方法。
流体对存在于管内涡轮的力的作用从而使涡轮进行转动,其转动的速度在流速允许的范围内与管内流体的流速成正比,结合其他仪表,如密度计,来进行气、液流量计量[]7。
5.激光多普勒法。
利用多普勒效应来测量多相流的流速,具有简单、高精度、反应快、测量范围宽等特点。
但同时其对管路的要求很高，必须是透明的,并且价格高昂,只能测量多相流中总的流速,在多相流测试中应用很少[]8。
6.PIV(PartiCleImageVeloeimeter)[]9,粒子成像测速法。
通过利用扩散在流动速
度场中微小粒子对光的散射性,用多次曝光方法获得流动速度场中粒子在给定的不同时刻的像的位置,进而测出各粒子在对应时间点在流动速度场中相应位置处的位移,最终得到其相邻的曝光间隔的平均速度。
这是一种新技术,可以进行流场测试,但只能对气相或液相进行测试。
这项技术造价高,管路要求能够看得到,所以在现场使用有很大的困难。
7.过程层析成象技术(PorecssTnolgorPahy,简称TP)[]10。
这项技术是一种以两
相流或多相流为主要研究目标的过程参数二维或三维分布状况的在线实时检测技术。
3.2相含率测量技术[]11
相含率是多相流测量中至关重要的参数。
至今为止使用和研究最常用的方法有下列几种。
1.快速关闭阀门法:在多相流的将要进行测量的流体段的两边分别装上一同操作的可以快速关闭的阀门,当流体的流动趋于平稳时,此刻快速关闭阀门,经过气相和液相的分离，这样就可以得到两个阀门间的体积平均空隙率。
优点是快速关闭阀门法精确快速、重复性能好,在气相和液相两相流中使用最频繁。
缺点是这种方法每次进行使用时都要断开系统,不能在线、实时测量,这样在实际的石油行业中很难得到使用。
2.电学法:
电学法中经常用到的是探针法。
探针法:这种方法测量气液两相流的根本依据是建立在气相导电率与液相导电率有差异的这一特性。
当探针插入气液两相流中时,信号输出f(t):
根据空隙率的概念,在稳定的多相流中,探针所在点的平均空隙率为:
3光学法:当一束光通过含有液滴或气泡的多相流体时,在入射光方向上的光强会逐渐衰减。
衰减的系数与单位体积的相界面积成正比关系。
由此可知，通过测量光经过介质后的衰减强弱,进而可以得到相界面积。
4.密度法:通过测量多相流中混合物的密度进一步计算相分率。
4油气水多相流的测量技术的应用前景[]12
(1)单相流参数的检测技术已经很成熟，以及其测量仪表在油气水多相流的测量过程中的应用依旧是不可替代的研究方向。
(2)利用计算机等现代高科技技术,发明具有高精度、结构简单和稳定性高的多相流传感器及其参数测量仪表是迫在眉睫的。
(3)借助于高科技软件以及图像处理技术,进而得到油气水多相流中多维时空
分布情况。
(4)不断改进和宣传现有的成熟的测量技术。
参考文献
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