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摘要:油井產(chǎn)出流體中含油率的在線測(cè)量是評(píng)價(jià)產(chǎn)能的重要指標(biāo)。對(duì)多級(jí)旋流器和質(zhì)量流量計(jì)組成的相比例測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)氣水兩相流的測(cè)量,證實(shí)了所述分離器有很好的氣體分離效果，進(jìn)而通過(guò)油水兩相流的測(cè)量，證實(shí)了系統(tǒng)對(duì)油水兩相流的相含率測(cè)量有高的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。在.上述兩相工作的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了油氣水三相流的測(cè)試試驗(yàn)，考察了溶解氣對(duì)相含率測(cè)量的影響，并通過(guò)理論分析和計(jì)算.定量地驗(yàn)證了試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)和計(jì)算均表明，即使是少量的溶解氣,對(duì)相比例的測(cè)量仍然會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。
0引言
　　油井的產(chǎn)出流體多為油氣水三相流，其中伴生氣的存.在是難以對(duì)流量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的主要因素"，其原因一是產(chǎn)出物中伴生氣時(shí)有時(shí)無(wú)，二是含量不固定叫，三是現(xiàn)有的渦街流量計(jì)等很難準(zhǔn)確測(cè)量氣液兩相流的流量”，另外-.些測(cè)量方法則受到氣體含率的影響，如超聲波流量計(jì)在含氣率超過(guò)一定比例時(shí)就可能接收不到回波信號(hào)用。。鑒于上述原因，日前在井口開(kāi)展的流量測(cè)量多采用一種簡(jiǎn)易的旋流式氣體分離裝置，對(duì)分離氣體后的油水混合流體，通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)一步檢測(cè)含油量和含水量。在這種測(cè)量方法中，旋流式氣體分離裝置不需要供電，僅依靠流體的動(dòng)能通過(guò)多級(jí)旋流器實(shí)現(xiàn)氣液分離，在結(jié)構(gòu)參靈敏設(shè)計(jì)合理的情況下，證實(shí)了這種分離方法可以達(dá)到很好的分離效果;另外，質(zhì)量流量計(jì)也有很高的測(cè)量精度，但由測(cè)量結(jié)果得到的含油率這一最終關(guān)心的重要被測(cè)量卻有很大的誤差，甚至超過(guò)10%。通過(guò)理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證，證實(shí)了這種測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因是由溶解氣引起的，即少量的溶解氣可以引起很大的測(cè)量誤差。在此基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的測(cè)量方法。
1氣體分離效果
1.1測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
　　帶有旋流式分離器和質(zhì)量流量計(jì)的流量測(cè)量系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)作為一-個(gè)整體，申接在生產(chǎn)管線上，即測(cè)量系統(tǒng)的人口和出口分別與生產(chǎn)管線的來(lái)流和去流管線相連。被測(cè)的氣液混合流體由來(lái)流管道-7進(jìn)人多級(jí)旋流分離器-2，分離后的氣體由排氣管-1排出，油水混合流體經(jīng)液體墊-3進(jìn)人液體排出管-4.并由質(zhì)量流量計(jì)-5測(cè)量混合液體的質(zhì)量，對(duì)已知的油水密度可由質(zhì)量計(jì)計(jì)直接得到油和水的體積含量和質(zhì)量流量。測(cè)量過(guò)程完成后，被計(jì)量過(guò)的液體和分離后的氣體在測(cè)量裝置內(nèi)部匯合，從測(cè)量系統(tǒng)的出口-6排出并進(jìn)入到生產(chǎn)管線的去流管道。測(cè)量系統(tǒng)中液體墊的作用是使液體的出口高于分離器的底部，使氣體不易通過(guò)液體墊而進(jìn)人到液體管道中。

1.2氣水分離效果
　　為了驗(yàn)證氣體的分離效果，分別對(duì)純水和氣水兩種情況進(jìn)行了測(cè)量。通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量流量，在純水時(shí)質(zhì)量流量測(cè)量出的水的密度為0.979g/ml。對(duì)氣水兩相流試驗(yàn)時(shí)，將圖1所示測(cè)量系統(tǒng)接人到圖2所示的試驗(yàn)流程中，試驗(yàn)時(shí)，考慮到氣體相對(duì)于水的流量越大，氣液分離難度也越大，也更難保證測(cè)量精度。為了加嚴(yán)考核，試驗(yàn)時(shí)采用的水流量為5.7lm'/d，加人的氣體體積流量為水的90%，質(zhì)量流量計(jì)輸出的質(zhì)量流量、體積流量、質(zhì)量、體積、密度，見(jiàn)表1。表I中密度誤差是指加氣前后流量計(jì)所測(cè)密度的相對(duì)誤差。
對(duì)表1給出的試驗(yàn)結(jié)果分析如下:

1)加氣后，質(zhì)量流量計(jì)給出的流量是不恒定的，其中質(zhì)量流量的最大值是最小值的2.7倍，說(shuō)明在含氣率較高的情況下，流體的流量是不穩(wěn)定的。流量時(shí)大時(shí)小，類似于泡狀流，這與純水情況下的穩(wěn)定流量有著明顯的差異。這種差異體現(xiàn)了高含氣率的特征，也充分說(shuō)明了氣體與液體是不可能完全均勻地混合到一起的。
2)在含氣率為90%的情況下，相對(duì)于純水情況而言，流體密度的平均測(cè)量誤差為1.01%。這說(shuō)明即使在氣體流量很大情況下，分離系統(tǒng)仍然是比較好的，存在誤差的原因認(rèn)為是水中有一定的溶解度引起的，但這種溶解度對(duì)測(cè)量結(jié)影響不大。
2油水混合流體中相比例測(cè)量
　　將水和購(gòu)置的機(jī)械白油分別經(jīng)電子秤稱量后，注人到試驗(yàn)系統(tǒng)的攪拌罐內(nèi)，其中含水率為60%，含油率為40%。在攪拌均勻的情況下，啟動(dòng)流體泵及測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn),其中泵的排量為4.8m/d。由于這種試驗(yàn)不含氣體，流體的流動(dòng)非常穩(wěn)定，多次試驗(yàn)結(jié)果的一致性也很好，表2給出了一組典型的試驗(yàn)結(jié)果。

對(duì)表2所示試驗(yàn)結(jié)果分析如下:
1)表2中給出的流速是穩(wěn)定的，且混合密度也是均勻的，這一現(xiàn)象體現(xiàn)了流體中不含氣體時(shí)流體流動(dòng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也說(shuō)明油水兩相流經(jīng)過(guò)合理地?cái)嚢韬�，混合是均勻的�?br /> 2)雖然瞬時(shí)含水率有一定誤差，但-段時(shí)間內(nèi)的平均含水率為60.17%，與60%的實(shí)際含水率非常接近。瞬時(shí)值波動(dòng)的原因認(rèn)為是油包水造成的局部混合不均勻所致。
3油氣水三相流的測(cè)量
　　前述油水混合液體試驗(yàn)的結(jié)果表明，如果氣液分離效果較好，即氣體能夠被充分分離，采用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量含水率或含油率是可行的。為此開(kāi)展了油氣水三相流的試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。表3中匯總了加氣與不加氣的測(cè)量結(jié)果，以形成對(duì)比。試驗(yàn)用液體的體積仍然是含水率60%，含油率40%，加入的氣體是液體體積流量的90%。

　　表3中所述標(biāo)定結(jié)果是指:對(duì)圖1所示測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量后的流體，由電子稱和計(jì)量管分別計(jì)量質(zhì)量和體積而得到的結(jié)果。由于電子稱的分辦率為10g，,計(jì)量管的橫截面積較小，由讀取液面高度得出的體積誤差也很小，所以認(rèn)為這種標(biāo)定結(jié)果是比較準(zhǔn)確的。由表3可知，不加氣時(shí)，就質(zhì)量和體積而言，標(biāo)定的結(jié)果與質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)果非常接近，進(jìn)一步證實(shí)了標(biāo)定結(jié)果是準(zhǔn)確的。
加氣前后，質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量到的質(zhì)量分別為:46.005kg和46.363kg;體積分別為49.116L和50.262L,質(zhì)量和體積的相對(duì)誤差為:0.52%和0.67%，這說(shuō)明不論加氣與否，質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量的體積和質(zhì)量與標(biāo)定結(jié)果是基本相同的。但含油率則由加氣前的39.2%變?yōu)榧託夂蟮?9.4%，與40%的實(shí)際含油率產(chǎn)生了很大的誤差。需要說(shuō)明的是:表3所述加氣后的體積是對(duì)取樣流體靜置一.段時(shí)間后計(jì)量的，靜置的原因是流體中有大量的溶解氣，目測(cè)就可到氣池逸出。靜置后溶解氣將逐步逸出，假定質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果是準(zhǔn)確的，則逸出的氣體為:
氣體逸出量=流量計(jì)體積-取樣體積=50.26-48.15=2.11(L)。
　　事實(shí)上，在常溫常壓下，白油對(duì)氣體的體積溶解度可達(dá)5.6%，上述體積的變化量在溶解度范圍內(nèi)并小于理論上的溶解度。這就說(shuō)明:溶解氣的存在并不會(huì)引起休積的明顯變化，但會(huì)對(duì)相含率產(chǎn)生很大的誤差。由第二次加氣后的結(jié)果再次說(shuō)明了相同的現(xiàn)象，但得到的含油率誤差更大，其原因是靜置時(shí)間相對(duì)較短，氣體逸出量更少。
4溶解氣引起相含率誤差的驗(yàn)證
　　由取出的樣品計(jì)算相含率時(shí)，可認(rèn)為樣品中的大部分氣體已經(jīng)逸出。設(shè)油水兩相流中體積、質(zhì)量、相含率分別為V、m、x，并用下標(biāo)0和W分別表示油和水，不帶下標(biāo)的V和m分別表示總體積和總質(zhì)量，則有:


　　上述計(jì)算結(jié)果與流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果符合地很好，通過(guò)以_上計(jì)算可知，在加氣與不加氣的情況下，雖然混合密度相差僅0.014kg/L，但是含油率卻相差10.5%。由此可見(jiàn)，少量的溶解氣對(duì)含油率的測(cè)量產(chǎn)生很大的誤差。如果以標(biāo)定的混合密度計(jì)算，則含油率相差3.5%，其原因是因?yàn)槿�樣并靜置后已有氣體逸出。
5結(jié)束語(yǔ)
1)質(zhì)量流量計(jì)對(duì)油水兩相流的相比例測(cè)量有很高的精度,
2)多級(jí)旋流式分離器對(duì)氣體有很好的分離效果，但無(wú)法消除油中的溶解氣。
3)氣體分離后，溶解在油品中的氣體即使很少，采用質(zhì)量流量測(cè)量到的相比例仍然會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。

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