过去10~15年里,通过节省昂贵的计量管线和计量分离器等进行低成本油田开发之潜力一直是推动多相流计量技术发展的动力。过去几年,随着多相流量计实际应用数量的不断增加,多相计量技术日益成熟。

    众所周知,挪威Fluenta公司大约在15年前已经开始开发多相流计量技术,并且随着现场试验的成功,1992年第一台多相流量计投产运行。从那时起,经过若干次独立的试验计划、先导试用及工业化使用,目前Fluenta公司多相流量计的数量不断增加并在世界范围内得到广泛应用。随着长期积累的使用多相流量计的操作经验以及多相计量技术总体上不断成熟,性能可靠、成本低廉的多相流量计取代计量分离器和计量管线已愈来愈得到业内人士的广泛认可。多相流量计的使用开始彻底改变新油田的开发和运行方式。

    Fluenta计量技术 Fluenta公司的多相流量计专门设计适应于各种复杂的流态,而无需对流体进行混合或分离。它是通过开发一种对传感信号进行解释的独特方法—双速法(DV)实现的。这种方法能够适应各种复杂的流态,其中包括严重的间歇流、非均匀相分布和各相间的滑移流态。

    Fluenta公司的MPFM1900Ⅵ型计量系统由电容传感器、感应传感器、伽马密度计、文丘里流量计和系统计算机组成。采用非插入式、面板电容传感器测量流体的平均介电常数;同时用卡箍式伽马密度计测量流体的平均密度。两种测量方式给出测量点流体的瞬时合成。在高含水期,当水是连续液相时,用感应式传感器测量混合物的导电率,以此取代合成计算的电容测量。流体流速由电容传感器内不同电极对之间的互相关确定。文丘里流量计将多相流量计的计量范围扩大为单相液流和环状流,同时流速测量具有冗余特性。PC系统将流体的合成和流速数据相结合,通过数字模型计算确定出油、气、水各相的实际流量。

    DV法 配置传感系统测量流体的流速分布,用独特的DV法直接测量和补偿各相间的滑移。DV法是指测量多相流速分布中的二个关键流速—假均匀分散相和较大气泡的平均流速。

    将两种流速与测得的分散相和较大气泡两者的截面积含量相结合便可计算出油、气、水各相的流量,而无需考虑流态(只限制为垂直上升流)。简单地讲,DV法可将流体看作为两相混合物,从流速上讲为:

    A.油、水和小气泡三者的假均匀混合物;

    B.由以平均流速明显高于分散相流速的较大气泡组成的自由相。

    非插入式设计,结合DV法处理的相滑移,这就意味着Fluenta多相流量计计量前无需混合器使流体均匀,也无需分离器对流体进行取样。这样就扩大了流量计的工作范围且不受上游流动调节器和分流器性能的限制。将流体间的相互作用保持在最小,避免了可严重影响下游处理工艺的压降、腐蚀或乳状液的产生。

    操作经验 Fluenta公司曾多次对其多相流量计进行了室内和现场试验,并取得了较好的成果。更重要的是从1992年开始推出MPFM900型多相流量计以来,已积累了丰富的操作经验。目前世界范围内使用Fluenta多相流量计的总数为20台。来自各方的试验结果和操作经验不是本文所描述的内容。

    简言之,各种试验和现场安装使用所得出的结论是,Fluenta多相流量计可提供优质的计量数据,至少同一台管理良好的计量分离器所得结果是一样的;同时,获得的瞬时数据改善了油井的控制,以及这种流量计便于维护和操作且故障率低。

    然而,操作经验也表明,先前在电容传感器中使用的衬套技术一直是系统中的薄弱环节某些应用中发生的问题同陶瓷内衬的牢固性和表面温度有关。1997年已成功推出了一种取代衬套技术的新型传感器。新型电容传感器使用的是嵌入PEEK(聚醚酮)中的开式电极。由于淘汰了老产品中将电极与被测介质分开的陶瓷内衬,开式电极的设计增加了电容测量的灵敏度但是,更重要的是避免了先前的衬套表面湿润问题。不仅去除了陶瓷内衬,而且PEEK隔离垫片本身也是憎水的。1997年8月第一台配有新型传感器的多相流量计投入使用,目前总数达10台。这些装置证明新型设计的稳定性和灵敏度均达到了预计的结果。