多相流测量制造技术

本发明专利技术公开了一种用于测量在管内携带由油气井中采出的气态－液态烃和水的多相混合物的流动特性的方法和系统。所述方法和系统可以用于组合用于测量管道中的气相的流动特性的夹紧式超声波气体流量计和用于测量液相的流动特性的脉冲多普勒传感器（一个或多个）和／或射频（ＲＦ）／微波电磁（ＥＭ）传感器（一个或多个）。传感器的组合可以用于在诸如当气－液正在大致水平管道中流动时、当流动被分层或使所述被分层和／或类似条件的一定流动条件下进行多相流测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体涉及对油气井的多相流测量，但不以限制性的方式涉及高气体体积流量分数/滞留量和/或速度/流量测量。
技术介绍
大多数油气井最终从地球地层开采油和气，并且通常还开采水。因此，多相流在油 气井中是普遍的。油气生产井的地面监测往往趋向于在气体体积分数(GVF)的宽范围内计 量多相流。这种示例是所谓的湿气井，在所述湿气井中，GVF通常大于95%，而液体流量通 常不超过每天几百桶。对于这种生产管，通常需要测量气体流量和液体流量，以及液相的成 分，例如，水/液态烃比(WLR)。对于具有GVF<95%的井来说，已经/通常使用内嵌式多 相流量计。计量高GVF流的两个现有方法是分离和混合。分离方法用于将流动分成在一个通 道/导管内的几乎液体流和在分离通道/导管内的几乎气体流，然后使用单相流量计分别 计量分离流。混合方法通过将相混合成均勻混合物试图最小化不同相之间的滑脱，使得可 以简化速度和滞留量测量。现有方法能够为计量具有高GVF的气体流提供良好的精度，然而，液体速率计量 精度相对较差。这种方法的缺点还包括增加与分离装置和混合装置相关联的成本和在管道 中额外的压降和/或由于将分离装置和/或混合装置引入到管道内而在管道中对流动的中 断。另外，在高GVF下，因为在这种条件下持液率非常低，因此混合方法可能不能用于精确 地测量滞留量和WLR。
技术实现思路
本专利技术的实施例用于测量在管内携带由油气井中采出的烃和水的多相混合物的 流动特性。本专利技术的实施例可以用于组合用于测量管道中的气相的流动特性的夹紧式超声 波气体流量计和用于测量液相的流动特性的脉冲多普勒传感器(一个或多个)和/或射频 (RF)/微波电磁(EM)传感器(一个或多个)。传感器的组合可以用于在诸如当气_液正在大致水平管道中流动时、当流动被分层或使所述被分层和/或类似条件的一定流动条件下 进行多相流测量。流动的分层可以由重力分离自然产生，或者以人工的方式通过使用管径 扩张或收缩和/或类似方法使流动减速而产生。在一个实施例中，本公开提供了一种用于测量包括在层流管中流动的气态-液态 烃和水的多相混合物的流动特性的方法。在一个步骤中，在管中测量气相的流动特性。使 用脉冲超声波多普勒探头在管中测量液相的流动特性。确定持气率或持液率。使用持气率 和气相的流动特性计算管中的气体流量。使用持液率和液相的流动特性计算管中的液体流量。在另一个实施例中，本公开提供了一种用于测量在层流管中流动的气态-液态烃 和水的多相混合物的流动特性的系统。所述系统包括超声波气体流量计、脉冲超声波多普 勒探头和处理器。超声波气体流量计被构造成操作性地接合管，并且被构造成测量管中的 气相的流动特性。脉冲超声波多普勒探头被构造成与管操作性地接合，并且被构造成测量 管中的液相的流动特性。处理器被构造成确定持气率或持液率，使用持气率和气相的流动 特性计算管内的气体流量，以及使用持液率和液相的流动特性计算管内的液体流量。本公开的进一步应用领域从以下提供的详细说明清楚可见。应该理解的是虽然示 出了各种实施例，但是详细说明和具体示例仅仅是出于说明的目的，并且不旨在必然限制 本公开的保护范围。附图说明以下结合附图说明本专利技术，其中图1A-1E示出了多相流测量系统的实施例的方框图；图2A-2E示出了详细说明多相流测量系统的部件的管结构的实施例的正视图；图3A-3E示出了管结构的实施例的横截面俯视图，其中所述横截面位于大致平行 于气-液界面的平面内；图4A-4E示出了管结构的实施例的横截面俯视图，其中横截面位于大致垂直于管 道内的流动的平面；图5示出了在多相流的情况下与管道相接合的超声波脉冲多普勒探头的实施例 的方框图；图6示出了具有射束聚焦能力的超声波脉冲多普勒探头的实施例的方框图；和图7示出用于测量管道内的多相烃流的过程的实施例的流程图。在附图中，类似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，相同类型的各 种部件可以通过在附图标记之后具有虚线和在类似部件中进行区别的第二标记来区别。只 要在说明书中使用第一附图标记，则不管第二附图标记，说明适用于具有相同的第一附图 标记的类似部件中的任一个。具体实施例方式随后的说明仅提供了优选的示例性实施例(一个或多个)，并且目的不是限制本 公开的保护范围、适用性或结构。相反，优选的示例性实施例(一个或多个)的随后说明将 为本领域的技术人员提供用于能够实施优选的示例性实施例的说明。要理解的是在不背离如所附权利要求所述的精神和保护范围的情况下可以对元件的功能和布置做各种改变。在一些方面中，传播时间超声换能器可以被定位成靠近管道的中心线或在所述中 心线上方或者被定位在管道上的与气相可以在管道中流动以测量管道中的气相的位置处。 超声波脉冲多普勒探头(一个或多个)和/或电磁(EM)发射器和接收器可以绕管道的底 部部分设置或者设置在其中层流可以使液相在管道中流动的位置处。在本专利技术的一个方 面中，EM发射器和接收器基于RF/微波以确定水液比(WLR)和水的矿化度(如美国专利 No. 6，831，470中所述，该专利通过引用在此全文并入)。在本专利技术的一个实施例中，超声波脉冲多普勒探头绕管道的圆周以多普勒阵列布 置以测量气-液流。另外，在一些实施例中，多普勒阵列可以用于估计WLR测量值。其它实 施例使用EM发射装置作为WLR仪。在相同气体体积分数(GVF)值的情况下，水平流的液相与气相之间的滑脱速度非 常不用于垂直流的液相与气相之间的滑脱速度。通常，水平情况下的滑脱要大得多。这表示 即使在相同的GVF情况下，水平情况下的持液率通常比垂直情况下的持液率要大得多。因 此，水平流的流型图非常不同于垂直流的流型图。通常作为近似规则，如果液体表面速度小于0. lm/s,而气体表面速度小于25m/s， 则水平流中的流型为层流。对于气体表面速度超过25m/s的情况来说，流型可以为环形雾 状流。然而，申请人已经发现即使在环形流中，大多数液体形成朝向管道孔径的底部部分的 层状层，而流动中余下的液体在管壁上形成薄的并且缓慢移动的液体膜，或者作为液滴在 气相中被携带。申请人:已经确定对于GVF > 0. 95并且液体流量< 3m3/hr来说持液率通常是含液 量的15倍。这表示如果液体流量是总流量的1%，则持液率是15%。因此，重力分离有助 于产生朝向水平管的下部的液体富集区和在所述水平管的下部的上方的气体富集区。已知 这种流动中的相分布，本专利技术的实施例提供了可以对不同相域进行优化的各种速度和滞留 量测量值。例如，在一些方面中，可以绕水平管子孔径的下部执行持液率测量，而可以在水 平管道的中间部分或绕所述水平管道的上部测量气体速度。因此，本专利技术的实施例中的一 个提供了一种多相流量计，在一些方面中，所述多相流量计可以用于测量包括高气体和低 液体的湿气层流的水平气_液层流。本专利技术的实施例提供了对来自油气生产井的气流、液流和油流的计量。对于湿气 井来说，流动的GVF可以大于95%，而液体流量可以小于5m7hr。对于这种流动来说在水 平管道中的流型主要为层流或少量的环流，即，大多数液相形成朝向管道的底部的层流，而 气体在液相上方移动。使用相的这种分离，本专利技术的一些实施例可以用于测量在分离液层 和气体层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量包括在层流管中流动的气态－液态烃和水的多相混合物的流动特性的方法，所述方法包括以下步骤：测量所述管中的气相的流动特性；使用脉冲超声波多普勒探头测量所述管中的液相的流动特性；确定持气率或持液率；使用所述持气率和所述气相的流动特性计算所述管中的气体流量；以及使用所述持液率和所述液相的流动特性计算所述管中的液体流量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄松明，谢成钢，伊恩阿特金森，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]