一种精确测量气液两相混合流体中气相流量和液相流量的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于环状气液两相流的流量计量方法。此方法首先使气液两相混合流体流过竖直设置的圆管，以形成环状气液两相流。然后测量该气液两相混合流体的总流量或液相平均速度或气相平均速度，并测量温度、压力、气相分率等物理量，最后基于气液滑差因子的解析解来精确计算出液体积流量和气体积流量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流体流量测量领域，更具体地，涉及一种测量气液两相混合流体中的气相流量和液相流量的方法。
技术介绍
采油工业中，经常从油井中采出包含液相和气相的气液混合流体，业内常称之为“湿气”。其中所述气相包括例如空气、油田气或任何在常温下不凝的气体，其中该油田气一般为较轻的烷烃甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等。所述液相可包括原油本身以及采用过程中注入油井中的水以及其它液体添加剂。实时准确地测量从油井中采出的气液混合流体中气体的体积流量和液体的体积流量，是生产管理和生产优化所必需的基础数据。当前，已经有一些方法来实现这种气液两相混合流体中气体体积流量和液体体积流量的在线测量。传统方法是通过分离器将气液两相混合流体分离成气相和水相，然后分别计量它们的体积流量。但由于分离器以及相关附属设施重达数十吨，占地上百平方米，且控制环节多，使得分离器的维护和管理十分复杂，不利于生产过程管理的自动化，尤其不利于在沙漠和海上油田中使用。另一类方法是不对气液两相进行分离，通过测量气液两相混合流体的总体积流量Q和气相分率GVF来测量气相体积流量和液相体积流量。其中气相分率GVF是指气相流量占气液两相混合流体总流量的百分比，亦可表示为某一横截面处，气相所占据的面积与整个截面面积之比。理想情况下的处理方法是气相体积流Qg = QXGVF,液相体积流量Q1 =QX (I-GVF)0但这种测量方法要基于一个前提气液两相在该截面上具有相同的速度。但是，实际上，由于气液之间在密度、粘度等性质方面差别巨大，在实际管路中，上述前提并不成立。在实际管路中，由于气体密度较小，气相速度常常大于液相速度，这使得上述理想情况下测量的气相体积流量和液相体积流量出现了一定误差，故需要一种改进的方法来对上述理想情况进行校正。本领域中将气液两相混合流体在同一管路中的气相速度与液相速度之差称为滑差，而将气液两相混合流体在同一管路中的气相速度与液相速度之比称为气液滑差因子，下文中将对气液滑差以及气液滑差因子进行详细介绍。目前气液两相混合流体的计量技术中对于由于气液滑差引起的计量误差的校正主要有两种方法—种方法是基于气液两相的Lockhart-Martinelli参数进行迭代计算,主要用于极高含气的湿气计量中的气量虚高修正，主要代表有ISO湿气模型，例如参见出版物ISO/TRl 1583:2012,其英文题目是 “Measurement of wet gas flow by means of pressuredifferential devices inserted incircular cross-section conduits，，。这种方法都是使用单相仪表将湿气当做单相进行计量，不会使用多相仪表，所以液量需要通过别的途径预先知道，或知道个概值，所以修正都是针对气量的修正。这种方法有三个主要缺点一是没有明确的动力学机制；二是只修正了气量，没有对液量计量进行修正；第三，该方法的适用范围仅限于极高含气的很窄含气率量程。另一种方法基于经验模型，比如实验数据拟合模型、或者信号处理模型的两相流流量气液滑差修正。这种方法有两个缺点经验模型对实验数据和测量条件的依赖性很强，无法做到通用性和精度兼顾。另外因为多相流的流态复杂性，使得经验模型通过对建模参量选择和数学关系作出更合理的假定非常困难。信号处理完全把多相流当作黑箱处理，计量精度和范围都有很大的人为特征和不确定性。因此，本领域需要一种能够简单地且精确地测量气液两相混合流体中气相体积流量和液相体积流量的方法，且还要能够对气液滑差引起的测量误差进行校正。专利技术概述本专利技术的第一方面涉及一种精确测量气液两相混合流体中气相体积流量和液相体积流量的方法，包括以下步骤·a.使气液两相混合流体流过竖直设置的圆管，以形成环状气液两相流；所述环状气液两相流是指这样的一种流型气体以圆柱状围绕圆管轴线，而液体以环状分布在气体与管壁之间；b.测量该气液两相混合流体的总体积流量Q、温度T、压力P和气相分率GVF ；c.基于以下公式计算气液滑差因子S和气体体积流量Qg和液体体积流量Q1 S = 2-GVF/(u kX (GVF— I))Qg = QXGVFXS/(1-GVF+S*GVF)Q1 = QX (I-GVF)/(1_GVF+S*GVF)其中，Q为总体积流量，单位为m3/s ；S为以m/s计的气相速度与以m/s计的液相速度之比，无量纲；GVF为气相分率，无量纲；u k为在气液两相混合流的测量温度T和测量压力P下以任何粘度单位例如Pa-S计的气体粘度U g与以任何粘度单位例如Pa s计的液体粘度U !之比，无量纲。本专利技术的第二方面涉及一种精确测量气液两相混合流体中气相体积流量和液相体积流量的方法，包括以下步骤a.使气液两相混合流体流过竖直设置的圆管，以形成环状气液两相流；所述环状气液两相流是指这样的一种流型气体以圆柱状围绕圆管轴线，而液体以环状分布在气体与管壁之间；b.测量该气液两相混合流体中的液相平均速度VI、温度T、压力P和气相分率GVF ；c.基于以下公式计算气液滑差因子S和气体体积流量Qg和液体体积流量Q1 S = 2-GVF/(u kX (GVF-1))Qg = VlXAXGVFXSQ1 = VlXAX (I-GVF)其中，Vl为液相平均速度，单位为m/s ；S为以m/s计的气相速度与以m/s计的液相速度之比，无量纲；GVF为气相分率，无量纲；U k为在气液两相混合流的测量温度T和测量压力P下以任何粘度单位例如Pa-S计的气体粘度U g与以任何粘度单位例如Pa s计的液体粘度U I之比，无量纲；A为圆管的横截面积，单位为m2。本专利技术的第三方面涉及一种精确测量气液两相混合流体中气相体积流量和液相体积流量的方法，包括以下步骤a.使气液两相混合流体流过竖直设置的圆管，以形成环状气液两相流；所述环状气液两相流是指这样的一种流型气体以圆柱状围绕圆管轴线，而液体以环状分布在气体与管壁之间；b.测量该气液两相混合流体中的气相平均速度Vg、温度T、压力P和气相分率·GVF ；c.基于以下公式计算气液滑差因子S和气体体积流量Qg和液体体积流量Q1 S = 2-GVF/(u kX (GVF— I))Qg = VgXAXGVFQ1 = VgXAX (I-GVF)/S其中，Vg为气相平均速度，单位为m/sS为以m/s计的气相速度与以m/s计的液相速度之比，无量纲；GVF为气相分率，无量纲；u k为在气液两相混合流的测量温度T和测量压力P下以任何粘度单位例如Pa-S计的气体粘度U g与以任何粘度单位例如Pa s计的液体粘度U I之比，无量纲；A为圆管的横截面积，单位为m2。附图简述图I是气液两相混合流体在竖直管路内形成环状流后的截面示意图。其中，中心白色部分为气相，环状阴影部分为液相。图2是气液两相混合流体在竖直管路内形成环状流后，在某一截面处，气体速度和液体速度沿径向分布的示意图。图3是气液两相混合流体在竖直管路内形成环雾状流后的截面示意图。其中，中心白色部分为雾，由气相和散布其中的液滴组成，环状阴影部分为液相。图4为本专利技术的实施例中使用的测量方法的流程示意图。图5是采用本专利技术环状流模型修正后的气相流量与真值相比的相对误差以及未进行修正的气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精确测量气液两相混合流体中气相体积流量和液相体积流量的方法，包括以下步骤：a.使气液两相混合流体流过竖直设置的圆管，以形成环状气液两相流；所述环状气液两相流是指这样的一种流型：气体以圆柱状围绕圆管轴线，而液体以环状分布在气体与管壁之间；b.测量该气液两相混合流体的总体积流量Q、温度T、压力P和气相分率GVF；c.基于以下公式计算气液滑差因子S和气体体积流量Qg和液体体积流量Ql：S＝2？GVF/(μk×（GVF－1）)Qg＝Q×GVF×S/(1？GVF+S*GVF)Ql＝Q×(1？GVF)/(1？GVF+S*GVF)其中，Q为总体积流量，单位为m3/s；S为以m/s计的气相速度与以m/s计的液相速度之比，无量纲；GVF为气相分率，无量纲；μk为在气液两相混合流的测量温度T和测量压力P下以任何粘度单位例如Pa·s计的气体粘度μg与以任何粘度单位例如Pa·s计的液体粘度μl之比，无量纲。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈继革，
申请(专利权)人：兰州海默科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：