多相流量计的原理及发展
李 霄! ，刘鸿雁! ，张 岩" $%%&’)） （! # 海洋石油工程股份有限公司，天津 $%%&’"；"( 天津修船技术研究所，天津
摘要： 多相流量计是对油、气、水三相在不分离情况下进行连续、在线、自动计量的设备，
它是应用在海洋工程中的一项新技术。文中介绍了多相流量计的测量原理、发展过程及与传统流 量计的对比。
资金投入
一 次投 资 略 低；占 地 一 次 投 资略 高；占 地 面积 大， 潜 在 投 资 多； 面积 小， 潜 在 投 资 少； 人工维护费用高 人工维护费用很低
. 多相流量计
多相流量技术就是将一种多相流量计直接安装 在油气集输管线上，采用先进的测量技术，对油、 气、水三相在不分离情况下进行连续、在线和自动 计量，从而可以取代传统的由测试分离器及其辅助 系统组成的计量装置，简化油气生产工艺流程，降 低投资，减少操作成本。鉴于多相流量计有缩小使 用空间和减轻测试设备重量等优点，其在海洋石油 工程中的应用正在迅速增长。 ./. 多相流量测量的基本原理 在油气混输管线中，油井产出的原油、伴生天 然气和矿化水形成了一种相态和流型复杂多变的多 相流，是一个多变量的随机过程。一般地，多相流 万方数据 量计需要用以下的参数来计算各相流量： !各相在
、 （"） 、 （$）和（&）式，油、气、水 综合（!） 三相在实际状况下的体积流量 % I、 % J、 % K 可以 分别表示为： （! . & K） % I G!I ! H（! . & J） % J G!J ! H & J % K G!K ! H（! . & J） & K （’） （)） （,）
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多相流量计的原理及发展
关键词： 多相流量计；浮动储油轮；海洋工程 中图分类号： *+,!’($ 文献标识码： 文章编号：!%%! . /$"/（"%%!）%$ . %%$$ . %"
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由此可见，油、气、水三相在实际状况下的体 积流量的测量可以通过对各相流速、流量截面上的 含气率和含水率等流动参数的在线监测来实现。
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#
计量分离器与多相流量计的比较
表! 计量分离器与多相流量计的比较
计量分离器 多相流量计
较 好； 受 流 量 条 件、 较 好； 无 置 换 效 应， 液体特性及 操 作 状态 影 受环境影响小 响大，有置换效应 需 "( 3 控制仪表多，流程复杂 使用 条 件苛 刻，结 构 复杂， 故 障 率 高， 连 续 运行差，人工维护量大 需" 3 简单 操 作 简单，几 乎 不 需 要维护即可长 期 可 靠运 行
（收稿日期 "*** ) !"） 比较项目 测量精度 测量时间 流程比较 人工维护
马源吸收特性。这一特性与混合物的密度有关，利 用这种方法可以确定气液流体中的气分率。在油、 气、水三相流体中，通常使用双能伽马射线来确定 油、气、水含率。另外，在一些正在研制的多相流 量计中，则使用了三能或多能伽马技术来确定组分 含量。 （#）电介质特性测量法。现在一些多相流量计 应用了连续波、振荡和单频率的原理，用频率小于 !$ %&’ 的电磁波技术来测量电介质常数，与传统 的电容测量系统相比，电介质测量应用范围更加广 阔，并能提供一些附加信息。 物质的电介质常数与物质的折射指数有关，电 介质常数是描述物质电磁性能的参数之一。由于水 的电介质常数与油的电介质常数相差很大，因此用 测量电介质常数的方法来确定油和水相分率是很有 发展潜力的一种方法。 （(）热扩散测量法。当一根加热的金属圆棒被 放入流动的流体中时，热金属棒的热量要向流体扩 散，温度要降低，扩散的热量和流体的流量及物理 特性的关系如下： ! "!（ #! ) #*） $%& + ’ , ( -./0$ 12/0## 上式表示了热扩散量和雷诺数成 & 次方关系， 和普郎特数成 ) 次方关系。三相混合物的比热、 导热系数及粘度为三相比率的函数。 当加热功率和总体积流量已知，测量圆棒和来 流之间的温度差（ #! ) #*） ，就可以得到相比率。
摘要： 多相流量计是对油、气、水三相在不分离情况下进行连续、在线、自动计量的设备，
它是应用在海洋工程中的一项新技术。文中介绍了多相流量计的测量原理、发展过程及与传统流 量计的对比。
资金投入
一 次投 资 略 低；占 地 一 次 投 资略 高；占 地 面积 大， 潜 在 投 资 多； 面积 小， 潜 在 投 资 少； 人工维护费用高 人工维护费用很低
. 多相流量计
多相流量技术就是将一种多相流量计直接安装 在油气集输管线上，采用先进的测量技术，对油、 气、水三相在不分离情况下进行连续、在线和自动 计量，从而可以取代传统的由测试分离器及其辅助 系统组成的计量装置，简化油气生产工艺流程，降 低投资，减少操作成本。鉴于多相流量计有缩小使 用空间和减轻测试设备重量等优点，其在海洋石油 工程中的应用正在迅速增长。 ./. 多相流量测量的基本原理 在油气混输管线中，油井产出的原油、伴生天 然气和矿化水形成了一种相态和流型复杂多变的多 相流，是一个多变量的随机过程。一般地，多相流 万方数据 量计需要用以下的参数来计算各相流量： !各相在
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多相流量计的原理及发展
关键词： 多相流量计；浮动储油轮；海洋工程 中图分类号： *+,!’($ 文献标识码： 文章编号：!%%! . /$"/（"%%!）%$ . %%$$ . %"
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计量分离器与多相流量计的比较
表! 计量分离器与多相流量计的比较
计量分离器 多相流量计
较 好； 受 流 量 条 件、 较 好； 无 置 换 效 应， 液体特性及 操 作 状态 影 受环境影响小 响大，有置换效应 需 "( 3 控制仪表多，流程复杂 使用 条 件苛 刻，结 构 复杂， 故 障 率 高， 连 续 运行差，人工维护量大 需" 3 简单 操 作 简单，几 乎 不 需 要维护即可长 期 可 靠运 行
（收稿日期 "*** ) !"） 比较项目 测量精度 测量时间 流程比较 人工维护
马源吸收特性。这一特性与混合物的密度有关，利 用这种方法可以确定气液流体中的气分率。在油、 气、水三相流体中，通常使用双能伽马射线来确定 油、气、水含率。另外，在一些正在研制的多相流 量计中，则使用了三能或多能伽马技术来确定组分 含量。 （#）电介质特性测量法。现在一些多相流量计 应用了连续波、振荡和单频率的原理，用频率小于 !$ %&’ 的电磁波技术来测量电介质常数，与传统 的电容测量系统相比，电介质测量应用范围更加广 阔，并能提供一些附加信息。 物质的电介质常数与物质的折射指数有关，电 介质常数是描述物质电磁性能的参数之一。由于水 的电介质常数与油的电介质常数相差很大，因此用 测量电介质常数的方法来确定油和水相分率是很有 发展潜力的一种方法。 （(）热扩散测量法。当一根加热的金属圆棒被 放入流动的流体中时，热金属棒的热量要向流体扩 散，温度要降低，扩散的热量和流体的流量及物理 特性的关系如下： ! "!（ #! ) #*） $%& + ’ , ( -./0$ 12/0## 上式表示了热扩散量和雷诺数成 & 次方关系， 和普郎特数成 ) 次方关系。三相混合物的比热、 导热系数及粘度为三相比率的函数。 当加热功率和总体积流量已知，测量圆棒和来 流之间的温度差（ #! ) #*） ，就可以得到相比率。
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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。
基于虚拟仪器的多相流量计量系统
件 组 成 ， 据 多相 测 量 的 原理 ， 述 了用 图 形 语 言 Ｌ ｂ Ｅ 编 程 的 算 法 。 根 描 ａ ＶＩ Ｗ
关 键 词 虚 拟 仪 器 互 相 关 流 速 图 形 编 程 语 言 中图 分 类 号
器
仪
Ｔ ２６ Ｐ １
文献标识码
Ａ
国家标准学科分类代码
４ ０４ ３ ６．００
多相混合流体流速的乘积 ， 到各相流体 的质量流量。 可得
虚拟仪器技术的应用主要集 中在利用采集到流体 的射线衰减 曲线 ， 并应用软件 的方法进行 信号滤 波调 理、 频谱分析 和完成 大量 的计算工作 ， 最终获得多相流
性 原理 ， 利用同位 素发出的射线穿过多相流体 ， 得到射
＋
本文于 ２０ ０ ４年 １ ２月 收 到
流量计 以及 工作温度 和工作 压力 的在 线补偿 ， 可对相 分率 和密度的测量作 进～步的计算 和修 正， 最终得到
较 为准 确 的 多 相 分 率 和 密 度 。通 过计算 相分 率 、 度与 密
２ 测 量 原 理 及 系统 组 成
多相 流 量 计 量 系统 的测 量 原 理 是 基 于 互 相关 一 致
用 ” ｓ “Ａ 和 ｍ两 种 能 级 的射 线 源 。通 过 实 验 和 推 导 ， Ｃ 得 出 射线 穿 过 多 相 流 体 的信 号 强 度 为 ：
Ｉ 。 ｘ 一 Ｚ ） ｘ 一 ／ Ｚ ｅ ｐ（ ｅ ｐ（ ｅ ｐ（ １ ） ｘ 一 Ｚ ）
后， 如何替代原有 的造价高 昂的油气计量站 ， 定量考核 油井 的产油 、 产气 量和含 水量 ； 于化肥行业 ， 成氨 对 合 生产 流程 的液氨计量需要 中压设备和管道组成恒温恒 压 的气 液分 离 系统 。 资较 大 ， 投 而且 计量 精度 易受 温 度、 压力 变化等 的影 响； 于流程工业特定场合下的非 对 满管 的流 量计 最 ， 这些技 术问题都 成为研究 多相流体 流量计量技术 的发展 动力。基 于虚拟仪器的多相流量 计量系统 正是在 这种背景下应 运而生的。
关 键 词 虚 拟 仪 器 互 相 关 流 速 图 形 编 程 语 言 中图 分 类 号
器
仪
Ｔ ２６ Ｐ １
文献标识码
Ａ
国家标准学科分类代码
４ ０４ ３ ６．００
多相混合流体流速的乘积 ， 到各相流体 的质量流量。 可得
虚拟仪器技术的应用主要集 中在利用采集到流体 的射线衰减 曲线 ， 并应用软件 的方法进行 信号滤 波调 理、 频谱分析 和完成 大量 的计算工作 ， 最终获得多相流
性 原理 ， 利用同位 素发出的射线穿过多相流体 ， 得到射
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本文于 ２０ ０ ４年 １ ２月 收 到
流量计 以及 工作温度 和工作 压力 的在 线补偿 ， 可对相 分率 和密度的测量作 进～步的计算 和修 正， 最终得到
较 为准 确 的 多 相 分 率 和 密 度 。通 过计算 相分 率 、 度与 密
２ 测 量 原 理 及 系统 组 成
多相 流 量 计 量 系统 的测 量 原 理 是 基 于 互 相关 一 致
用 ” ｓ “Ａ 和 ｍ两 种 能 级 的射 线 源 。通 过 实 验 和 推 导 ， Ｃ 得 出 射线 穿 过 多 相 流 体 的信 号 强 度 为 ：
Ｉ 。 ｘ 一 Ｚ ） ｘ 一 ／ Ｚ ｅ ｐ（ ｅ ｐ（ ｅ ｐ（ １ ） ｘ 一 Ｚ ）
后， 如何替代原有 的造价高 昂的油气计量站 ， 定量考核 油井 的产油 、 产气 量和含 水量 ； 于化肥行业 ， 成氨 对 合 生产 流程 的液氨计量需要 中压设备和管道组成恒温恒 压 的气 液分 离 系统 。 资较 大 ， 投 而且 计量 精度 易受 温 度、 压力 变化等 的影 响； 于流程工业特定场合下的非 对 满管 的流 量计 最 ， 这些技 术问题都 成为研究 多相流体 流量计量技术 的发展 动力。基 于虚拟仪器的多相流量 计量系统 正是在 这种背景下应 运而生的。
流量测量
2 2
2 2
平均流速
阻力系数
u2 =
1
2
4
ξ + c2 − c1 (d ′ / D )
ρ
( p1 − p2 )
则 实际流量公式：
qv = u2 A2 =
1
π
′ / D )4 4 ξ + c2 − c1 (d
d′
2
2
ρ
( p1 − p2 )
由于d’很难实测， 由于实际取压位 置与1、2面不一 节流件d易测， 致，故用实测差 压 Δp 替 p1 − p2 用d代替d’，令
5.2.3节流装置的类型与结构 节流装置的组成和类型 1）节流装置的组成和类型 组成：节流件、取压装置、测量管段； 标准化：孔板、喷嘴、文丘里管、文丘里喷 类型：
嘴、长径喷嘴； 非标准化：1/4圆喷嘴、锥形喷嘴、道尔管、 偏心孔板、圆缺孔板 。
2）标准节流装置的一般技术要求 管道：圆管—圆度有要求，管径有限制，节流 件前后应有一定长度的直管段，管内上游 10D，下游5D内，要求光滑，没有凹坑、毛刺 以及沉积物。 流体性质：单相、均质的牛顿流体（动力粘度 η=常数）而且流经节流件时，不能发生相变或 析出杂质。 流动状态：
d ′2 2 ρ ( p1 − p2 )
问题：一元流动得出的理论流量公式不是总体流量！
动能修正系数 设流体为牛顿流体且无旋转流，则总百努力方程和连续性方程：
u1 ρ1
u p2 u u + c1 = + c2 +ξ 2 ρ2 2 2 ρ1 π 2 π 2
D = u2 ρ 2 d ′ 4 4
p1
2 1
• 截面积或者直径，为实际温度下的数值。 • 流束膨胀系数ε= f（β,x, P2/P1或△P/P1）与节流件形式有 关，有经验公式。 X为等熵指数与介质有关。 • 流出系数 c ：是在一定的β和△P下，实测的流量值与理 论计算的流量值之比。由于实测时总有损失情况，所以 c<1；喷嘴、文丘里管等对流动扰动较小，所以 c≈1(>0.95)；孔板则对流动扰动比较大，所以c≈0.6。 c=f (β,Re)和节流件形式有关，有经验公式。
弯管流量计测量多相流实验研究
安装 方便 的仪表 ，虽 然 已成 功 应用于 多种单 相液体 和单 相气 体 的测 量 ，但在 用 于多相流 测量方 面还是 空 白 。多 相流 与单 相流不 同 ，存 在着 相分界 面 ，相
图 １ 弯 管 流 量 计 测 量 油 水 两相 流 的 影 响
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２ ．测 量 多相 流 实 验 研 究
油气水多相流的计量 比单 相流体计量 复杂 ，油 田
常规 的计量方法采用两相或三相分离后分别计量 的方 式 。近年来在 线多相流量计得到 了迅速发展 ，它一般 经过专用的结构设计 ，以多传感器为基础进行多参数
组合测量 ，并 通过 专用微 机系统进 行数据 处理分 析 ， 实现 自动 、连续 、实验研 究方面 ，河北理 工学 院做 了流体 粘度
变化对 流量系 数影响 实验 。实验数 据表 明 ：流体动
力粘性 系数从 １ ３Ｐ变 化到 ６ ５Ｐ，弯 管流 量 系数 ．ｃ ，ｃ 的变化 在 ０ ５ 左 右 。这 一实 验说 明粘 度对 弯 管 流 ，
量计 流量 系数 影响较 小 ，如果 流体密度 可测 或用 双
多地应用 了基于 相关分 析的光纤 、超声 、射线 衰减、 电导等原理的传感器 ，一部分传感器实现 了可 以同时 测量流速和相含率的功能。另外 ，基 于均 相流模 型的 双参数组 合 测量 方法 也得 到 成功 的应 用 ，如 双孔板 法 、孔板配合文丘里 管法等 。 １ ，弯管流 量计 原理 弯 管 流量计一 般包 括三 部分 ：弯 管传 感 器 、差
结果 如 图 １ 示 ，图 中横 坐标 是含水 值 、纵坐标 是 所 弯管 流量计 流量 系数 。
ｄ—— 弯管 半径 ，ｍ； Ｒ—— 弯管 曲率 半径 ，ｍ； △ —— 弯管 内外侧 压差 ，Ｐ ； Ｐ ａ
图 １ 弯 管 流 量 计 测 量 油 水 两相 流 的 影 响
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２ ．测 量 多相 流 实 验 研 究
油气水多相流的计量 比单 相流体计量 复杂 ，油 田
常规 的计量方法采用两相或三相分离后分别计量 的方 式 。近年来在 线多相流量计得到 了迅速发展 ，它一般 经过专用的结构设计 ，以多传感器为基础进行多参数
组合测量 ，并 通过 专用微 机系统进 行数据 处理分 析 ， 实现 自动 、连续 、实验研 究方面 ，河北理 工学 院做 了流体 粘度
变化对 流量系 数影响 实验 。实验数 据表 明 ：流体动
力粘性 系数从 １ ３Ｐ变 化到 ６ ５Ｐ，弯 管流 量 系数 ．ｃ ，ｃ 的变化 在 ０ ５ 左 右 。这 一实 验说 明粘 度对 弯 管 流 ，
量计 流量 系数 影响较 小 ，如果 流体密度 可测 或用 双
多地应用 了基于 相关分 析的光纤 、超声 、射线 衰减、 电导等原理的传感器 ，一部分传感器实现 了可 以同时 测量流速和相含率的功能。另外 ，基 于均 相流模 型的 双参数组 合 测量 方法 也得 到 成功 的应 用 ，如 双孔板 法 、孔板配合文丘里 管法等 。 １ ，弯管流 量计 原理 弯 管 流量计一 般包 括三 部分 ：弯 管传 感 器 、差
结果 如 图 １ 示 ，图 中横 坐标 是含水 值 、纵坐标 是 所 弯管 流量计 流量 系数 。
ｄ—— 弯管 半径 ，ｍ； Ｒ—— 弯管 曲率 半径 ，ｍ； △ —— 弯管 内外侧 压差 ，Ｐ ； Ｐ ａ
HGS-KQMF
HGS-KQMF 系列多相流量计
3、 设计选型： 用 户 可 根 据 被 测 单 井 或 汇 管 的 产 能 情 况 ， 按 下 表 自 行 选 型 （ 包 括 配 套 气 、 液 流 量 仪 表
的类型、规格等）或直接提供测量参数交由我公司建议选型。
10000
1000
液 体 流 量 （
100
）
气 流 量
GAS DN32
15 GAS DN25
LIQ1U5 ID DN80
量量
量量
量
体
LIQUID DN50
GAS DN32
15
气
气
流
液流 液
流
量
GAS DN25
液 流
流 量
气 流 量
量
流 量
量
（
100 ）
液量
流
量
LIQUID DN40
GAS DN20
15 LIQUID DN40
10
10
m3/D
m3/D
15
设计选型
1、 型号：HGS-KQMF 系列多相流量计型号分类如下： HGS-KQMF-×-×××-××-×-×
进出口方向： T：直线同向 F：平行反向 测量精度等级分类： H：0.3 级 L：0.5 级 工作压力： 1.6、 2.5、 4.0（MPa） 通 径： 40、50、80、100、150、200（mm） 材 质： A：普通钢 B：不锈钢
： 1.6、2.5、4.0MPa ： DN40、 50、 80、 100、 150、 200mm ： 12VDC、 24±1% VDC 或 220VAC
： EXdⅡ BT4
： -20～+65℃ ： 15～ 75℃（流动介质） ： ≤0.025MPa ： ≤ 100mPa.s ： LCD 显示油水气总流量、含水率及分 相流量、流速 ： RS-232/RS-485 或 Modbus 协议 ： 执行 GB9115.17-19-88 标准（6.4MPa 符合 JB82-59 标准）
两相流量计原理
两相流量计原理你有没有想过，当油和水混合在一起流动的时候，怎么知道它们各自的流量是多少呢？这时候就需要两相流量计这个神奇的东西啦。
那两相流量计到底是怎么工作的呢？首先，我们得知道两相流量计要测量的是两种不同相态的物质混合在一起的流量，就像油和水，或者气体和液体这样的组合。
一种常见的原理是利用差压来测量。
想象一下，混合流体在管道里流动的时候，不同相态的物质因为密度等特性不一样，它们对管道壁产生的压力也会有差别。
两相流量计就能够感知到这种压力差。
比如说，就像你在一个装满了沙子和水的瓶子里摇晃，沙子和水对瓶子壁的压力肯定是不同的。
两相流量计就像是一个超级敏感的小侦探，能发现这种不同相态物质产生的压力差，然后根据这个压力差来计算出两相各自的流量。
还有一种原理是基于光学的方法。
这就好比我们的眼睛能区分不同的颜色一样。
两相流量计利用特殊的光学设备，对混合流体进行检测。
不同相态的物质对光的反射、折射或者吸收的特性是不一样的。
比如，油和水混合的时候，油可能会让光产生一种反射效果，水又会是另外一种。
两相流量计就根据这些不同的光学特性来识别和区分两相，进而计算出它们的流量。
在工业生产中，两相流量计可太有用啦。
比如说在石油开采中，从地下采出来的原油常常是和水混合在一起的。
这时候就需要两相流量计来准确测量原油和水的流量。
这样石油公司就能知道开采出来的原油到底有多少，水的含量是多少，对于后续的加工处理有着非常重要的意义。
所以啊，就像我们一开始好奇油和水混合流动时怎么测量各自流量一样，两相流量计就是依靠像差压、光学等原理，来测量混合在一起的两种不同相态物质的流量。
它在很多工业领域都是非常重要的测量工具呢。
水下多相流测量技术综述
海洋石油和天然气的储量惊人，开发潜力巨大[1]。
我国是海洋大国，海岸线长度1.8万公里，居世界第四位，大陆架面积位居世界第五，海洋石油和天然气储量丰富。
我国海洋石油天然气勘探主要集中在渤海、黄海、东海和南海北部大陆架。
根据中海油总公司报告资料，仅南海盆地群的石油地质资源量就达到230亿至300亿吨，天然气总地质资源量约16万亿立方米，约占到中国油气总资源量的三分之一左右，其中70％蕴藏于深海区域。
多相流测量是水下油气作业中必然面对的难题。
深水油气开采技术难度大、成本高，水下油、水、气多相流测量技术是海洋油气田开发过程中，尤其是深水作业中必不可少的技术需求。
一、水下多相流量计发展概况多相流是一种复杂的流动现象，普遍存在于能源、水力、化工、气象、航天等诸多领域，如何对多相流进行有效的监测一直以来都是学界的一个技术难题。
多相流的发展史可以追述到19世纪70年代，直到20世纪40年代两相流一词始见诸文献。
1974年《国际多相流杂志》创刊，1982年多相流手册出版，逐渐形成了一门独立的学科[2]。
经过近40年的发展，对多相流的研究已经取得了一系列颇具意义的进展，尤其在多相流测量领域，已经出现了一些较为成熟的计量仪器，并成功应用于工业生产，取得了较为显著的经济效益[3]~[6]。
水下多相流量计的出现是为了解决传统测量方式的不足。
在水下多相流量计出现以前，水下多相流测量多依靠将油井产物通过测试管线引至平台测试分离器或多相流量计进行油、气、水流量的测量。
这种方法由于需要单独的测试管线，投入巨大，同时也带来了操作困难[7]。
水下流量计的出现，使得水下单井产量的连续、实时测量成为可能，极大地改善了测试数据的准确性和时效性，对于生产动态监测、油藏管理优化和流动保障具有重要意义。
由于多相流测量本身难度较大，加之水下特殊的应用环境带来的挑战，目前世界上只有Schlumberger、Emerson、FMC、Pietro Fiorentini等少数几家国外公司具备水下多相流量计的设计、制造和安装技术，国内公司虽然在地面多相流计量领域已经实现商业化多年，但水下多相流量计的研究还处在起步阶段。
地面集输系统油气水多相取样计量技术研究
油 气水 三相 流动 流型更 加 多样 ， 流动特 性更 为复 杂 ，
准 确测 量流量 难度 更 大． 于此 ， 文 提 出了一种 基 鉴 本
断攀 升 的重 要原 因 ． 现有 集输 系统 进行简 化 、 对 优化 已成 为高含 水期 油 田地 面集 输 系 统建 设 、 造 的主 改
题和 发展趋 势 … ．
于分流 取样 原理 的高含 水期 油气 水三 相流量 在线 计 量 方法 ， 并探 讨其 在工 艺流 程简化 中的应用 ．
目前各 油 田多采 用 传 统 的分 离 计 量 方 式 ｊ采 ２， 用人 工化 验方法 ’量 含水率 ． 高含 水采 油期 ， ？ 贝 ０ 在 对于 气液 比低 的油井 计 量后 的排 液 十 分 困难 ， 工 取 样 人 化验 含水率 劳动 强 度 大 ， 测 量 精 度 易 受人 为 因素 且
收 稿 日期 ： ０ １１—９ ２ １ － ２ ２
基金项 目：国家 自然科学基金 “ 速喷嘴中气液两相流临界分配特性及相分离控制 理论” 编号 ：１０ １３ ； 音 （ ５０ ６ ２ ） 教育部博 士
学科点基金 “ 多相 流小 孔分 配相分离研究 ” 编号 ：０ ８４ ５ ５６ 资助项 目 （ ２ ０ ０２ １ １ ） 作者简介 ： 梁法春 （９ ７ ） 男 ， １７ － ， 副教授 ， 工学博士 ， 主要从事 多相 流动参数检测技术研究 ． － ｉ ｌ ｎｆ ＠ｕ ｃｅｕ ｃ Ｅｍａ ：ａｇ ｈ ｐ ．ｄ ．ｎ ｌｉ ｃ
２１ ０ ２年 ９月
第２ ７卷第 ５期
西安石油大学学报 （ 自然科 学版 ） Ｊｕｎｌ ｆ ｉ ｎＳ ｉ ｕＵ ｉ ｒｔ（ ａ ｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏｒａ ｏ Ｘ ｈｙ ｎｖ ｓｙ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃ ｄ ｉ ａ ｏ ｅｉ ｕ ｅ ｔｎ
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。
THANKS
谢谢您的观看
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
相关流量计量技术综述
１ 相关测试技术原理及构成
图 １流 量 相 关 测量 原 理
１１相 关测 试技 术原理 ．
相关法 的测量原理是在 流体流动的方 向上相 继放置两个传感器在理想 的情况下产生两个 同样 形式的信号 ， 两者之间只差一个时间 Ｔ 相关法测量 ， 的做法是将第一个传感器接收到 的信号认 为是延 滞一个时间 Ｔ 。相关计算器 的任务便是调整模型延
１ 相 关测试 系统 的构成 ． ２
相 关测 试 系统 包 括 随机 流动 噪声 敏感 器 、 流动
迟时间 Ｔ使 Ｔ ， 等于 Ｔ 目的是在于使延滞信号 ， ｔｔ ） ｌ — 等于第 ２ ｌ Ｔ （ 个传感器接收到的信号 １（ ＝ １ｔ ２）
７０ ５ ３ ００兰州 市甘肃省科技攻关项 目 Ｋ ９ ４ ３ １ Ｇ ５ — — １
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２０ 年 １ ０８ 月
马希金等 ： 相关流量计 量技 术综 述
平均传递时间。 从某种意义上讲 ， 相关流量测量系统 要解决的是系统模型的参数辨识问题 。流动参数模 型描述了参考模 型的参数与被测流体 的体积平均流 速或体积 流量之 间 的关系 。 一般来 说 ， 根据 流动 噪声 信号的检测原理及传感器的结构形式 ，可以对 流动 参数模型进行一些定性分析 ， 确定其模型的形式 。 但 由于被测流体流动的复杂性 ，通过上述分析获得 的 流动参数模型还需要通过定量实验来验证 。
能被精确的予 以标定 。因而 ， 在实 际应用中传感器 的精度会被降低。因而 ， 出现 了“ 流动成像” 的计划。
２ 相关测量技术 的发展
在流体动力学中 ， 以下三种型式的“ 相关” 是会 遇到 的： １ ）空一 相关 ， 表示 在 空 间 中两点 处 ， 时 它 在两 个 不同时刻测得的两个信号之间的关系。这个相关一 般称之为 “ 互相关”它是本文要讨论的主要 内容。 ， ２ ）自相 关 ， 描述 在 空 间一 点 处 ， 两 个 不 同 它 在 时刻测得的信号之间的关系。 ３ ）空 间相 关 ， 它描 述 了空 间 中两 点处 ， 同一 在 时刻测得的信号之间的关系【 ３ ］ 。 测量某些扰动在系统 中两点之 间的传递时 间 的流 量测 量 方法 ，在 上世 纪 ５ 代 就 已是 熟 为 人 Ｏ年 知的了。在这个领域中 ， 第一次独立发表文章 的确 切 日期 ， 现在还不大清楚 。比较详细 的有关流体动 力学 方面 的研 究则 是 由 Ｆｖｅ 出 的 。在 早期 的研 ａｒ 给 究工作中 ， 许多人都采用辐射性示踪物来实现 时间 延迟 的测 量 。Ｂｔｒｅｄ在 １６ 年 发 表 的一 篇 论 文 ｔ ｆｌ ｅｉ ９１ 中， 叙述 了互相关方法在带钢速度测量 中 ， 而不是 在流动测量 中的应用。他们的工作 ， 促使大家增加 了对互 相关 在测 量 中应 用 的注意 。人们 日益期 望 能 利用流体 内部 自然发生的扰动 ， 而不是从外 界注入 扰动（ 这需要耗费能量 ） 来实现相关测量 。有关 自然 的扰 动 在 互 相 关 流 量 测 量 中应 用 的最 早 的 充 分 说 明 ，是 由 Ｂ ｃ ｅｋ和 Ｐａｋ ｗ ｋ 给 出 的。Ｂ ｃ ｌ ｏ ｓｉ ｓ ｅｋ于 １ ８ ９１ 年发 表 了一 篇文 章 ， 上 世纪 ６ －０年代 期 间互 相 对 ０７ 关流量计学术和技术 方面所取得得进展 ， 了一个 作 概 括地介 绍 。 随着新 的仪器及分析科学系于 １８ 年在曼彻 ９０ 斯 特大 学科技 学 院 （ ＩＴ 的创立 ， ａ ｍｅ 在该 系 ＵＭ Ｓ ） Ｈｍ ｒ 开展 了对油／ 水混合 物 中三种组分 的流量测量 气／ 问题 的研 究 。 在 １８ ９ ５年 ，Ｕ Ｓ ＭＩＴ的研 究 小 组 发 现 ， 业 上 工 的许多场合下 ， 被测流体 中组分 的空 间分布是未知 的而且是可变的， 而原来使用 的传感器几乎都具有 个不可变 的非均匀的敏感场。并且 ， 他们 只是在 被ｉ组分 的一种相当恒定 的空间分布情况下 ， ＝ ９ １ ４ 才可