油氣多相流量計(jì)量研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

1、多相流計(jì)量技術(shù)研究現(xiàn)狀及多相流計(jì)量技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)報(bào)告人：報(bào)告人：一、一、 為何要采用多相流量計(jì)為何要采用多相流量計(jì)二、多相計(jì)量原理二、多相計(jì)量原理1 1、流量測(cè)量基本方程、流量測(cè)量基本方程2 2、相分率測(cè)量技術(shù)、相分率測(cè)量技術(shù)3 3、 流速測(cè)量技術(shù)流速測(cè)量技術(shù)（1）相關(guān)法）相關(guān)法tT+tLV=L/ t（2）節(jié)流法）節(jié)流法4 4、多相計(jì)量面臨的挑戰(zhàn)、多相計(jì)量面臨的挑戰(zhàn)從井口出來(lái)的介質(zhì)很少是單一的氣相或液相，從井口出來(lái)的介質(zhì)很少是單一的氣相或液相，而是氣液混合物。與單相流體流量測(cè)量相比，多而是氣液混合物。與單相流體流量測(cè)量相比，多相流量測(cè)量難度要大的多相流量測(cè)量難度要大的多, ,主

2、要是多相流動(dòng)特性主要是多相流動(dòng)特性與兩相流有很大不同：與兩相流有很大不同：（1 1）氣液相在管截面上具有不同的分布形式復(fù)）氣液相在管截面上具有不同的分布形式復(fù)雜多變雜多變; ;（2 2）各相流動(dòng)速度不一致；）各相流動(dòng)速度不一致；（3 3）相與相之間存在質(zhì)量、動(dòng)量和能量交換；）相與相之間存在質(zhì)量、動(dòng)量和能量交換；水平管內(nèi)流型豎直管內(nèi)流型 多相流量計(jì)的研究始于六十年代，從多相流量計(jì)的研究始于六十年代，從8080年代初至今，國(guó)內(nèi)年代初至今，國(guó)內(nèi)外多相流計(jì)量技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用取得了重要的進(jìn)展，多相流量外多相流計(jì)量技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用取得了重要的進(jìn)展，多相流量計(jì)不僅在陸上，在海洋平臺(tái)甚至水下都得到了運(yùn)用。計(jì)不

3、僅在陸上，在海洋平臺(tái)甚至水下都得到了運(yùn)用。 國(guó)內(nèi)：國(guó)內(nèi)： 蘭州海默公司的蘭州海默公司的FJ-104FJ-104型、型、MFM2000MFM2000型、型、MFM2000-YMFM2000-Y型、型、MFM2000-HMFM2000-H型油氣水三相流量計(jì)和型油氣水三相流量計(jì)和Mobile MFM2000Mobile MFM2000型車載式多型車載式多相流量計(jì)；相流量計(jì)； 華北油田鉆井研究所的華北油田鉆井研究所的SXLSXL1 1型油氣水三相流量計(jì)；型油氣水三相流量計(jì)； 西安交通大學(xué)的西安交通大學(xué)的TFM-500TFM-500型多相流量計(jì)。型多相流量計(jì)。三、多相流量計(jì)研究進(jìn)展三、多相流量計(jì)研究進(jìn)展

4、（一）、多相流量計(jì)發(fā)展歷程（一）、多相流量計(jì)發(fā)展歷程國(guó)外：國(guó)外：挪威挪威FluentaFluenta公司公司19001900系列多相流量計(jì)；系列多相流量計(jì)；MFIMFI公司公司LPLP型多相流流量計(jì)；型多相流流量計(jì)；FramoFramo公司的公司的MPFMMPFM型多相流量計(jì)；型多相流量計(jì)；KOSKOS公司的公司的MCF351MCF351型多相流量計(jì)；型多相流量計(jì)；TexacoTexaco公司的公司的 SMSSMS多相流量計(jì)。多相流量計(jì)。多相流量測(cè)量方法多相流量測(cè)量方法（二）、油氣多相計(jì)量技術(shù)分類（二）、油氣多相計(jì)量技術(shù)分類（三）（三）. . 分離式多相流量計(jì)分離式多相流量計(jì)將多相流體只分為氣

5、相和將多相流體只分為氣相和液相，使用一臺(tái)單相氣體液相，使用一臺(tái)單相氣體流量計(jì)測(cè)量氣體流量，使流量計(jì)測(cè)量氣體流量，使用一臺(tái)單相液體流量計(jì)測(cè)用一臺(tái)單相液體流量計(jì)測(cè)量液體流量，液相含水率量液體流量，液相含水率可用一臺(tái)在線水組分測(cè)量可用一臺(tái)在線水組分測(cè)量?jī)x完成。儀完成。 工作原理：工作原理： GLCCGLCC多相流量計(jì)工作原理多相流量計(jì)工作原理（1 1）GLCCGLCC多相流量計(jì)多相流量計(jì)GLCCGLCC（gas-liquid gas-liquid cylindrical cyclonecylindrical cyclone，管柱式氣液分離器，由管柱式氣液分離器，由美國(guó)美國(guó)TulsaTulsa大學(xué)最先

6、研大學(xué)最先研制推出。制推出。GLCC照片工作原理：工作原理：由一個(gè)傾角向下的管由一個(gè)傾角向下的管道切向進(jìn)入分離器，道切向進(jìn)入分離器，在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以及重力作用下發(fā)生以及重力作用下發(fā)生分離，形成一錐狀氣分離，形成一錐狀氣液界面，液相沿著分液界面，液相沿著分離器壁沉積在底部，離器壁沉積在底部，進(jìn)入液體測(cè)量管道，進(jìn)入液體測(cè)量管道，上方氣體進(jìn)入氣相測(cè)上方氣體進(jìn)入氣相測(cè)量管道，隨后氣液重量管道，隨后氣液重新混合。新混合。（2 2） phase dynamics phase dynamics 多相流量計(jì)多相流量計(jì)（3 3）海默低產(chǎn)油井測(cè)量裝置）海默低產(chǎn)油井測(cè)量裝置 氣液兩相流經(jīng)裝置入

7、口，氣液兩相流經(jīng)裝置入口，首先進(jìn)入除沙器，而后進(jìn)入氣首先進(jìn)入除沙器，而后進(jìn)入氣液旋流分離器，實(shí)現(xiàn)氣液分離；液旋流分離器，實(shí)現(xiàn)氣液分離； 在分離器液體積聚段配備在分離器液體積聚段配備有液位計(jì)，通過(guò)液位計(jì)控制液有液位計(jì)，通過(guò)液位計(jì)控制液路排放閥排放液體，排液管路路排放閥排放液體，排液管路上安裝的質(zhì)量流量計(jì)和含水儀上安裝的質(zhì)量流量計(jì)和含水儀實(shí)現(xiàn)液量測(cè)量和含水測(cè)量；實(shí)現(xiàn)液量測(cè)量和含水測(cè)量； 氣體由安裝在排氣管路上氣體由安裝在排氣管路上的旋渦流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。的旋渦流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。 適用于產(chǎn)量低、間歇產(chǎn)液油井的測(cè)量，該裝置可用于固定安裝測(cè)量，也可適用于產(chǎn)量低、間歇產(chǎn)液油井的測(cè)量，該裝置可用于固定安裝測(cè)量，

8、也可用于移動(dòng)測(cè)井服務(wù)。用于移動(dòng)測(cè)井服務(wù)。完全分離方法特點(diǎn)：完全分離方法特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)氣液相能實(shí)現(xiàn)完全分離，測(cè)量不受多相流波動(dòng)的當(dāng)氣液相能實(shí)現(xiàn)完全分離，測(cè)量不受多相流波動(dòng)的影響，精度高。影響，精度高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：由于要對(duì)氣液進(jìn)行完全分離，分離設(shè)備體積龐大，由于要對(duì)氣液進(jìn)行完全分離，分離設(shè)備體積龐大，價(jià)格昂貴，這在很大程度上增加了油田的開發(fā)成本。價(jià)格昂貴，這在很大程度上增加了油田的開發(fā)成本。（二）（二） 非分離式多相流量計(jì)非分離式多相流量計(jì)工作原理：工作原理： 不分離式多相流量計(jì)是在不對(duì)井液作任何分離的情不分離式多相流量計(jì)是在不對(duì)井液作任何分離的情況下實(shí)現(xiàn)油、氣、水三相計(jì)量況下實(shí)現(xiàn)油、氣、水

9、三相計(jì)量, , 其技術(shù)難度主要體現(xiàn)在其技術(shù)難度主要體現(xiàn)在油、氣、水三相組分含量及各相流速的測(cè)定。油、氣、水三相組分含量及各相流速的測(cè)定。1 1、英國(guó)、英國(guó)JISkootJISkoot的的MixmeterMixmeter多相流量計(jì)多相流量計(jì)測(cè)量原理：測(cè)量原理：壓差變送器測(cè)量總流量；壓差變送器測(cè)量總流量；雙能伽馬密度儀測(cè)量含水率、含氣率；雙能伽馬密度儀測(cè)量含水率、含氣率；特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較為緊簇，壓差損失小。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較為緊簇，壓差損失小。a) = 0.4b) = 0.6c) = 0.752 2、挪威、挪威ROXARROXAR公司公司MF1MF1多相流量計(jì)多相流量計(jì)測(cè)量原理：測(cè)量原理：（1 1）測(cè)速采用

10、微波相關(guān)法；）測(cè)速采用微波相關(guān)法；（2 2）相分率采用微波傳感器和）相分率采用微波傳感器和伽馬密度儀；伽馬密度儀；（3 3）總流量測(cè)量采用文丘里流）總流量測(cè)量采用文丘里流量計(jì)。量計(jì)。該多相流量計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)可該多相流量計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)可動(dòng)部件，壓力損失較小。動(dòng)部件，壓力損失較小。挪威挪威FramoFramo公司的多相流量計(jì)公司的多相流量計(jì)MPFMMPFM型多相流量計(jì)由在線靜態(tài)混合型多相流量計(jì)由在線靜態(tài)混合器、多源伽馬組份計(jì)和文丘里動(dòng)量計(jì)器、多源伽馬組份計(jì)和文丘里動(dòng)量計(jì)三部分組成。三部分組成?；旌涎b置使計(jì)量系統(tǒng)完全不受上游流混合裝置使計(jì)量系統(tǒng)完全不受上游流態(tài)的影響并為計(jì)量段提供均質(zhì)流。態(tài)的影響并為

11、計(jì)量段提供均質(zhì)流。多源伽馬計(jì)由一個(gè)伽馬同位索和一個(gè)多源伽馬計(jì)由一個(gè)伽馬同位索和一個(gè)耐震探測(cè)器構(gòu)成，用來(lái)確定油、氣、耐震探測(cè)器構(gòu)成，用來(lái)確定油、氣、水各自的體積百分?jǐn)?shù)。油、氣、水各水各自的體積百分?jǐn)?shù)。油、氣、水各自的組份根據(jù)不同伽馬能的相對(duì)衰減自的組份根據(jù)不同伽馬能的相對(duì)衰減程度計(jì)算求得。程度計(jì)算求得。文丘里流量計(jì)與伽馬組份計(jì)相結(jié)合，文丘里流量計(jì)與伽馬組份計(jì)相結(jié)合，獲得油、氣、水各自的流量。獲得油、氣、水各自的流量。 3 3、挪威、挪威FramoFramo公司的公司的MPFMMPFM多相流量計(jì)多相流量計(jì)測(cè)量原理：采用正排量（測(cè)量原理：采用正排量（PDPD）流量計(jì)測(cè)定總體積流量；流量計(jì)測(cè)定總體積流

12、量；由由2 2個(gè)文丘里管組成的雙動(dòng)個(gè)文丘里管組成的雙動(dòng)量流量計(jì)測(cè)定含氣量；量流量計(jì)測(cè)定含氣量；微波原油含水分析儀測(cè)定含微波原油含水分析儀測(cè)定含水率。水率。系統(tǒng)龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失較大，而且包壓力損失較大，而且包括可動(dòng)部件和電控閥門括可動(dòng)部件和電控閥門。4 4、 AGARAGAR公司的公司的301301型多相流量計(jì)型多相流量計(jì)該流量計(jì)系統(tǒng)相對(duì)龐大，該流量計(jì)系統(tǒng)相對(duì)龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失較結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失較大，而且有可動(dòng)部件和大，而且有可動(dòng)部件和電控閥門。電控閥門。不分離多相計(jì)量方法特點(diǎn)：不分離多相計(jì)量方法特點(diǎn)：n優(yōu)點(diǎn)：不需分離設(shè)備，體積??；優(yōu)點(diǎn)：不需分離設(shè)備，體積?。?/p>

13、n缺點(diǎn)：測(cè)量受流體波動(dòng)的影響，精度低。缺點(diǎn)：測(cè)量受流體波動(dòng)的影響，精度低。6 6、海默多相流量計(jì)、海默多相流量計(jì)測(cè)量原理：測(cè)量原理：采用低能伽瑪射線吸收技術(shù)測(cè)量相分率采用低能伽瑪射線吸收技術(shù)測(cè)量相分率利用文丘里與單能咖瑪組合形成一個(gè)獨(dú)立利用文丘里與單能咖瑪組合形成一個(gè)獨(dú)立的測(cè)量單元，測(cè)量氣液流體總流量。的測(cè)量單元，測(cè)量氣液流體總流量。 雙能咖瑪測(cè)量?jī)x測(cè)量油水混合液中的含水雙能咖瑪測(cè)量?jī)x測(cè)量油水混合液中的含水率。率。應(yīng)用：應(yīng)用：該流量計(jì)已在陸上油田、海上油田使用。潿洲該流量計(jì)已在陸上油田、海上油田使用。潿洲11-411-4東平臺(tái)采用了該公司東平臺(tái)采用了該公司的多相流量計(jì)，是我國(guó)海上平臺(tái)第一次使用

14、多相流量計(jì)，目前正在運(yùn)行的多相流量計(jì)，是我國(guó)海上平臺(tái)第一次使用多相流量計(jì)，目前正在運(yùn)行中。另外，秦皇島中。另外，秦皇島32-632-6油田井口平臺(tái)和綏中油田井口平臺(tái)和綏中36-136-1期井口平臺(tái)的總流量期井口平臺(tái)的總流量計(jì)量也采用了該多相流量計(jì)。計(jì)量也采用了該多相流量計(jì)。（1 1）海默總量計(jì)量多相流量計(jì)）海默總量計(jì)量多相流量計(jì)濕氣流量計(jì)適用于天然氣生產(chǎn)井濕氣流量計(jì)適用于天然氣生產(chǎn)井的測(cè)量，可以在不分離的狀態(tài)下的測(cè)量，可以在不分離的狀態(tài)下，對(duì)氣井產(chǎn)出的天然氣和液體進(jìn)，對(duì)氣井產(chǎn)出的天然氣和液體進(jìn)行測(cè)量。行測(cè)量。工作原理工作原理采用低能伽馬射線吸收技術(shù)測(cè)采用低能伽馬射線吸收技術(shù)測(cè)量氣液兩相相分率；

15、量氣液兩相相分率； 采用文丘里技術(shù)測(cè)量氣液總流采用文丘里技術(shù)測(cè)量氣液總流量；量； 配套儀表測(cè)量流體的壓力和溫配套儀表測(cè)量流體的壓力和溫度。度。（2）海默濕氣流量計(jì)）海默濕氣流量計(jì) 組合式移動(dòng)測(cè)井裝組合式移動(dòng)測(cè)井裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)多相流量置實(shí)現(xiàn)了對(duì)多相流量計(jì)測(cè)量下限的全覆蓋計(jì)測(cè)量下限的全覆蓋，進(jìn)一步拓展了測(cè)量，進(jìn)一步拓展了測(cè)量范圍，提高了移動(dòng)測(cè)范圍，提高了移動(dòng)測(cè)井裝置的適用性。井裝置的適用性。 （3）海默組合式移動(dòng)測(cè)井裝置）海默組合式移動(dòng)測(cè)井裝置 這種多相流量計(jì)由英國(guó)這種多相流量計(jì)由英國(guó)BPBP開發(fā)研制，開發(fā)研制，ISAISA公司生產(chǎn)公司生產(chǎn)。它是根據(jù)眾所周知的容積式計(jì)量原理，同時(shí)結(jié)合密。它是根據(jù)眾所

16、周知的容積式計(jì)量原理，同時(shí)結(jié)合密度測(cè)量，以此得出油、氣、水混合物各相的質(zhì)量流量度測(cè)量，以此得出油、氣、水混合物各相的質(zhì)量流量。 7 7、 ISAISA公司的公司的Scroll Scroll FloFlo型多相流量計(jì)型多相流量計(jì) 這種多相流量計(jì)安裝在管線的外側(cè)，這樣就不會(huì)對(duì)管這種多相流量計(jì)安裝在管線的外側(cè)，這樣就不會(huì)對(duì)管線內(nèi)的混合物產(chǎn)生干擾。該流量計(jì)采用一個(gè)脈沖中子束對(duì)線內(nèi)的混合物產(chǎn)生干擾。該流量計(jì)采用一個(gè)脈沖中子束對(duì)通過(guò)管線的氫原子、碳原子和氧原子進(jìn)行計(jì)數(shù)，以此測(cè)出通過(guò)管線的氫原子、碳原子和氧原子進(jìn)行計(jì)數(shù)，以此測(cè)出氣體、液體和固體的體積?；旌衔镏械暮客ㄟ^(guò)對(duì)氯原氣體、液體和固體的體積?；旌衔?/p>

17、中的含水量通過(guò)對(duì)氯原子的計(jì)數(shù)求得。輻射短脈沖子的計(jì)數(shù)求得。輻射短脈沖“觸激觸激”氧原子，同時(shí)計(jì)量以氧原子，同時(shí)計(jì)量以此測(cè)出混合物的流速。將兩種測(cè)量結(jié)果相結(jié)合便可精確地此測(cè)出混合物的流速。將兩種測(cè)量結(jié)果相結(jié)合便可精確地計(jì)算出管線內(nèi)的流量。計(jì)算出管線內(nèi)的流量。 8 8、 AEAAEA技術(shù)公司的脈沖式多相流量計(jì)技術(shù)公司的脈沖式多相流量計(jì)（三）部分分離多相流量計(jì)（三）部分分離多相流量計(jì) 原理：原理： 首先采用預(yù)分離裝置首先采用預(yù)分離裝置將氣液兩相分離成以將氣液兩相分離成以氣相為主（高含氣率）氣相為主（高含氣率）和以液相為主（高含和以液相為主（高含液率）的兩股流體，液率）的兩股流體，然后再利用較成熟的然

18、后再利用較成熟的兩相流儀表分別測(cè)量，兩相流儀表分別測(cè)量，最后將兩股流體重新最后將兩股流體重新混和?；旌?。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：該方法縮小了流過(guò)測(cè)量?jī)x表的兩相流組分變化范圍，同該方法縮小了流過(guò)測(cè)量?jī)x表的兩相流組分變化范圍，同時(shí)也降低了流動(dòng)的不穩(wěn)定性和測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)性。這時(shí)也降低了流動(dòng)的不穩(wěn)定性和測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)性。這雖然在一定程度上縮小了計(jì)量分離器的體積，并降低雖然在一定程度上縮小了計(jì)量分離器的體積，并降低了兩相流測(cè)量的難度。了兩相流測(cè)量的難度。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 未能將氣液混合物完全分離，故實(shí)際上對(duì)提高測(cè)量精未能將氣液混合物完全分離，故實(shí)際上對(duì)提高測(cè)量精度的作用是有限的。度的作用是有限的。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1、原

19、理、原理 通過(guò)成比例的從兩相流體中通過(guò)成比例的從兩相流體中分流出一股兩相混合物，將其分流出一股兩相混合物，將其分離成單相流體后，應(yīng)用單相分離成單相流體后，應(yīng)用單相流量計(jì)測(cè)量出各相流量的大小，流量計(jì)測(cè)量出各相流量的大小，然后根據(jù)比例確定被測(cè)兩相流然后根據(jù)比例確定被測(cè)兩相流體各相總流量。體各相總流量。 （四）（四） 分流分相式多相流量計(jì)分流分相式多相流量計(jì) 分流分相法原理圖分流分相法原理圖 分流分相方法通過(guò)成比例地從兩相流管路中分流出一分流分相方法通過(guò)成比例地從兩相流管路中分流出一部分流體，然后根據(jù)這部分流體與管路內(nèi)主流體的關(guān)系確部分流體，然后根據(jù)這部分流體與管路內(nèi)主流體的關(guān)系確定出主管兩相流量的

20、大小。由于流量測(cè)量?jī)x表在單相環(huán)境定出主管兩相流量的大小。由于流量測(cè)量?jī)x表在單相環(huán)境下工作，有效地克服了不分離法以及部分分離測(cè)量方法由下工作，有效地克服了不分離法以及部分分離測(cè)量方法由于儀表受兩相流波動(dòng)的影響，同時(shí)分離器體積遠(yuǎn)小于完全于儀表受兩相流波動(dòng)的影響，同時(shí)分離器體積遠(yuǎn)小于完全分離時(shí)所需分離器體積，整個(gè)測(cè)量裝置精度高、體積小，分離時(shí)所需分離器體積，整個(gè)測(cè)量裝置精度高、體積小，便于制成儀表廣泛使用。便于制成儀表廣泛使用。2 2、特點(diǎn)、特點(diǎn)3 3、關(guān)鍵問(wèn)題、關(guān)鍵問(wèn)題3L1K =LLMM3GG1GK =MM 利用利用T T型三通的相分離型三通的相分離特性特性, ,從被測(cè)氣液兩相從被測(cè)氣液兩相流體

21、中分流分離出一部流體中分流分離出一部分單相氣體分單相氣體, ,通過(guò)測(cè)量通過(guò)測(cè)量這部分單相氣體的流量這部分單相氣體的流量確定被測(cè)氣液兩相流體確定被測(cè)氣液兩相流體的流量或干度。的流量或干度。（1 1）三通管型取樣器）三通管型取樣器4 4、 分流取樣器的設(shè)計(jì)分流取樣器的設(shè)計(jì)三通管型分流分相式多相流量計(jì)三通管型分流分相式多相流量計(jì)三通管型取樣器是一種單參數(shù)流量計(jì)，流量和干度兩個(gè)三通管型取樣器是一種單參數(shù)流量計(jì)，流量和干度兩個(gè)參數(shù)中必須已知其中的一個(gè)參數(shù)才能測(cè)出另一個(gè)。參數(shù)中必須已知其中的一個(gè)參數(shù)才能測(cè)出另一個(gè)。如果要同時(shí)測(cè)量流量和干度兩個(gè)參數(shù)，要和其他儀表配如果要同時(shí)測(cè)量流量和干度兩個(gè)參數(shù)，要和其他儀

22、表配合使用。合使用。（2 2）取樣管式多相流量計(jì)）取樣管式多相流量計(jì) 取樣管型分配器混合裝置和取樣裝置兩部分組成，取樣取樣管型分配器混合裝置和取樣裝置兩部分組成，取樣管深入主管內(nèi)部，取樣口正對(duì)來(lái)流方向。氣液兩相流體首管深入主管內(nèi)部，取樣口正對(duì)來(lái)流方向。氣液兩相流體首先在混合器內(nèi)進(jìn)行加速、混合，然后在混合器出口分成兩先在混合器內(nèi)進(jìn)行加速、混合，然后在混合器出口分成兩部分，一部分（分流體）直接進(jìn)入取樣管，另一部分（主部分，一部分（分流體）直接進(jìn)入取樣管，另一部分（主流體）則流入下游管道。流體）則流入下游管道。（3 3）轉(zhuǎn)鼓型取樣器）轉(zhuǎn)鼓型取樣器 轉(zhuǎn)鼓型分配器的核心部件轉(zhuǎn)鼓型分配器的核心部件是一個(gè)轉(zhuǎn)

23、鼓，轉(zhuǎn)鼓通過(guò)轉(zhuǎn)軸是一個(gè)轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓通過(guò)轉(zhuǎn)軸支撐在軸承座上，可以繞軸支撐在軸承座上，可以繞軸自由旋轉(zhuǎn)。自由旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)鼓外形為圓柱體，內(nèi)部轉(zhuǎn)鼓外形為圓柱體，內(nèi)部用軸流葉片均勻分割成用軸流葉片均勻分割成n n個(gè)互個(gè)互不相通的通道，各通道的橫不相通的通道，各通道的橫剖面為扇形，幾何尺寸和阻剖面為扇形，幾何尺寸和阻力特性完全相同。力特性完全相同。 當(dāng)兩相流流過(guò)轉(zhuǎn)鼓時(shí)會(huì)沖擊轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)當(dāng)兩相流流過(guò)轉(zhuǎn)鼓時(shí)會(huì)沖擊轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，各通道的入口截面不斷掠過(guò)上游流通鼓旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，各通道的入口截面不斷掠過(guò)上游流通截面上的每一點(diǎn)，使每一點(diǎn)上的兩相流體都能機(jī)會(huì)均截面上的每一點(diǎn)，使每一點(diǎn)上的兩相流體都能

24、機(jī)會(huì)均等地流入各通道。這樣，流入分離器的流量?jī)H僅取決等地流入各通道。這樣，流入分離器的流量?jī)H僅取決于轉(zhuǎn)鼓中通向分離器的通道數(shù)（分流通道數(shù)），而與于轉(zhuǎn)鼓中通向分離器的通道數(shù)（分流通道數(shù)），而與兩相流體的流型等因素基本無(wú)關(guān)，分流系數(shù)保持為常兩相流體的流型等因素基本無(wú)關(guān)，分流系數(shù)保持為常數(shù)。數(shù)。 轉(zhuǎn)輪分配裝置由轉(zhuǎn)輪以及分流體轉(zhuǎn)輪分配裝置由轉(zhuǎn)輪以及分流體收集室兩大部分組成。轉(zhuǎn)輪的外徑為收集室兩大部分組成。轉(zhuǎn)輪的外徑為100mm100mm，內(nèi)部包含，內(nèi)部包含3 3個(gè)流道，流道的出個(gè)流道，流道的出口角為口角為7070。 流道的輪廓為螺旋線，多相流體流流道的輪廓為螺旋線，多相流體流過(guò)流道時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動(dòng)

25、轉(zhuǎn)輪旋過(guò)流道時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)輪位于中心轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)輪位于中心, ,圍繞轉(zhuǎn)輪的分別是圍繞轉(zhuǎn)輪的分別是主流體接收窗口和分流體取樣口。分主流體接收窗口和分流體取樣口。分流體取樣口有流體取樣口有3 3個(gè)，每個(gè)取樣口兩側(cè)布個(gè)，每個(gè)取樣口兩側(cè)布置一組格柵。置一組格柵。轉(zhuǎn)輪分配器結(jié)構(gòu)示意圖轉(zhuǎn)輪分配器結(jié)構(gòu)示意圖 設(shè)置隔柵的目的是將旋轉(zhuǎn)流道出口噴出的兩相流體從取樣口導(dǎo)入收集設(shè)置隔柵的目的是將旋轉(zhuǎn)流道出口噴出的兩相流體從取樣口導(dǎo)入收集環(huán)室，防止進(jìn)入主流回路的流體進(jìn)入分流回路。環(huán)室，防止進(jìn)入主流回路的流體進(jìn)入分流回路。 內(nèi)部轉(zhuǎn)輪實(shí)物照片內(nèi)部轉(zhuǎn)輪實(shí)物照片取樣口布置形式取樣口布置形式 轉(zhuǎn)輪分配器用于兩相流量測(cè)

26、量上可以用轉(zhuǎn)輪分配器用于兩相流量測(cè)量上可以用“流量流量”采樣理采樣理論來(lái)解釋其工作原理。下圖為主管內(nèi)的任一相（氣相或液相）論來(lái)解釋其工作原理。下圖為主管內(nèi)的任一相（氣相或液相）流量流量QjQj隨時(shí)間變化曲線。圖中隨時(shí)間變化曲線。圖中T T表示一個(gè)表示一個(gè)“采樣采樣”周期，也周期，也就是轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間，就是轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間，tt為一個(gè)周期內(nèi)的為一個(gè)周期內(nèi)的“取樣取樣”時(shí)時(shí)間，間，( (相當(dāng)于信號(hào)采集中的采樣時(shí)間相當(dāng)于信號(hào)采集中的采樣時(shí)間),),即主流體全部流向分即主流體全部流向分流體回路的時(shí)間。流體回路的時(shí)間。0T2T3T4T5T6TtQj2TT05T3T4T6Tqj2TT05T3T4T6

27、TQj實(shí) 際 值預(yù) 測(cè) 值jjTQqt2TLtR tLLTR22 R jjqQ 分時(shí)比大小只取決于轉(zhuǎn)輪和支路通道的幾何參數(shù)，而與轉(zhuǎn)分時(shí)比大小只取決于轉(zhuǎn)輪和支路通道的幾何參數(shù)，而與轉(zhuǎn)速和流體的物性無(wú)關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，旋轉(zhuǎn)周期和分流時(shí)間都會(huì)速和流體的物性無(wú)關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，旋轉(zhuǎn)周期和分流時(shí)間都會(huì)變化，但分時(shí)比仍為一恒定值。變化，但分時(shí)比仍為一恒定值。 四、多相流量計(jì)認(rèn)證機(jī)構(gòu)四、多相流量計(jì)認(rèn)證機(jī)構(gòu) 目前多相流量計(jì)正處于發(fā)展階段，國(guó)際上還沒(méi)有目前多相流量計(jì)正處于發(fā)展階段，國(guó)際上還沒(méi)有一套相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。一套相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。 挪威幾家多相流量計(jì)廠商聯(lián)合幾個(gè)大石油公司共挪威幾家多相流量計(jì)廠商聯(lián)合幾個(gè)大

28、石油公司共同編寫了一套多相計(jì)量手冊(cè)（同編寫了一套多相計(jì)量手冊(cè)（handbook of handbook of Multiphase flow metering),Multiphase flow metering),對(duì)多相計(jì)量有關(guān)技術(shù)對(duì)多相計(jì)量有關(guān)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了一些定義和說(shuō)明。問(wèn)題進(jìn)行了一些定義和說(shuō)明。 目前目前APIAPI已經(jīng)成立了多相流量計(jì)測(cè)試委員會(huì)，正已經(jīng)成立了多相流量計(jì)測(cè)試委員會(huì)，正在制定有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。在制定有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。1 1、多相流量計(jì)測(cè)試現(xiàn)狀、多相流量計(jì)測(cè)試現(xiàn)狀（1 1）英國(guó)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室）英國(guó)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室（NELNEL） NELNEL油氣水三相流量測(cè)油氣水三相流量測(cè)試和標(biāo)定

29、裝置它是世界試和標(biāo)定裝置它是世界上唯一的多相流量計(jì)標(biāo)上唯一的多相流量計(jì)標(biāo)定裝置，具有較高的知定裝置，具有較高的知名度和權(quán)威性；名度和權(quán)威性；2 2、多相流量計(jì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室、多相流量計(jì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室The High Pressure Wet Gas Test Facility At NEL（2）法國(guó)）法國(guó)IFP石油研究院的油氣水多相流量石油研究院的油氣水多相流量測(cè)試裝置，主要用于多相流模擬試驗(yàn)及多相測(cè)試裝置，主要用于多相流模擬試驗(yàn)及多相流量計(jì)、多相混輸泵原理樣機(jī)的半工業(yè)化性流量計(jì)、多相混輸泵原理樣機(jī)的半工業(yè)化性能測(cè)試；能測(cè)試；IFP Multiphase Flow Loop（3）挪威）挪威HYDRO石

30、油公司研究中心的高壓多相石油公司研究中心的高壓多相流實(shí)液測(cè)試標(biāo)定裝置是目前世界上唯一一套高壓流實(shí)液測(cè)試標(biāo)定裝置是目前世界上唯一一套高壓多相標(biāo)定裝置，具有壓力高、規(guī)模大、量程寬等多相標(biāo)定裝置，具有壓力高、規(guī)模大、量程寬等特點(diǎn)；特點(diǎn)；（4 4）美國(guó)）美國(guó)ConocoConoco多相流標(biāo)定裝置也是一種采用原油、多相流標(biāo)定裝置也是一種采用原油、天然氣、產(chǎn)出水為介質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液標(biāo)定裝置；天然氣、產(chǎn)出水為介質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液標(biāo)定裝置；（5 5）挪威）挪威HYDROHYDRO公司和公司和FramoFramo公司的油氣水多相流標(biāo)公司的油氣水多相流標(biāo)定和流量測(cè)試裝置主要用于各自產(chǎn)品的出廠校驗(yàn)；定和流量測(cè)試裝置主要用于各

31、自產(chǎn)品的出廠校驗(yàn)；（6 6）我國(guó)大慶油田工程設(shè)計(jì)技術(shù)開發(fā)有限公司建造了一）我國(guó)大慶油田工程設(shè)計(jì)技術(shù)開發(fā)有限公司建造了一套套DN50DN50型油氣水多相流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液測(cè)試校驗(yàn)裝置，它型油氣水多相流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液測(cè)試校驗(yàn)裝置，它直接采用油井采出液配制實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，并通過(guò)了國(guó)家計(jì)量直接采用油井采出液配制實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，并通過(guò)了國(guó)家計(jì)量科學(xué)研究院的鑒定。科學(xué)研究院的鑒定。參數(shù)：參數(shù)：n配備有高精度油、氣、水單相流量計(jì)和配備有高精度油、氣、水單相流量計(jì)和DCSDCS控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，n實(shí)驗(yàn)管徑有實(shí)驗(yàn)管徑有DN50DN50，8080，100100三種，三種，n最大流量油最大流量油50m3/h50m3/h；水；水50

32、m3/h,50m3/h,氣氣1170Nm3/h1170Nm3/hn含水率調(diào)節(jié)含水率調(diào)節(jié)0-100%0-100%，含氣率調(diào)節(jié)，含氣率調(diào)節(jié)0-100%0-100%。是否通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)的第三方試驗(yàn)室的測(cè)試和評(píng)價(jià)；是否通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)的第三方試驗(yàn)室的測(cè)試和評(píng)價(jià)；是否通過(guò)公正、獨(dú)立的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)量；是否通過(guò)公正、獨(dú)立的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)量；是否經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的和批量化的工業(yè)性實(shí)驗(yàn)。是否經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的和批量化的工業(yè)性實(shí)驗(yàn)。 五、多相流量計(jì)的選擇五、多相流量計(jì)的選擇1 1、是否通過(guò)相關(guān)檢測(cè)試驗(yàn)？、是否通過(guò)相關(guān)檢測(cè)試驗(yàn)？（1 1）含氣率（）含氣率（Gas Void FractionGas Void Fraction） 大多數(shù)多

33、大多數(shù)多MPFMMPFM在含氣率在含氣率90%90%時(shí)，誤差急劇放大，對(duì)于時(shí)，誤差急劇放大，對(duì)于高含氣多相流因采用濕氣流量計(jì)（高含氣多相流因采用濕氣流量計(jì)（Wet Gas MeterWet Gas Meter）（3 3）流量（）流量（Flow RateFlow Rate）：）：（5 5）流型（）流型（Flow PatternFlow Pattern）：）：（4 4）含水率（）含水率（Water CutWater Cut）：）：（2 2）流體物性）流體物性 原油黏度、乳化、起泡、水含鹽量等物性是主要考慮因原油黏度、乳化、起泡、水含鹽量等物性是主要考慮因素。素。1 1、是否滿足操作工況？、是否滿足

34、操作工況？（6 6）設(shè)備尺寸（）設(shè)備尺寸（equipment Dimensionequipment Dimension（7 7）安裝位置和方向（）安裝位置和方向（Orientation and locationOrientation and location） 水平？垂直？預(yù)留發(fā)展直管段？水平？垂直？預(yù)留發(fā)展直管段？（9 9）購(gòu)置成本（）購(gòu)置成本（CostCost）（8 8）健康、安全、環(huán)保（）健康、安全、環(huán)保（Health, safety and environmental Health, safety and environmental issuesissues）（1 1）測(cè)量精度相對(duì)較低，目前市場(chǎng)上大多數(shù)多相流量計(jì)在大）測(cè)量精度相對(duì)較低，目前市場(chǎng)上大多數(shù)多相流量計(jì)在大部分流態(tài)下各相測(cè)量誤差為部分流態(tài)下各相測(cè)量誤差為10%10%。（2 2）所有目前用于多相計(jì)量的技術(shù)都要求必須掌握流體的特）所有目前用于多相計(jì)量的技術(shù)都要求必須掌握流體的特性，如介電常數(shù)、質(zhì)量吸收系數(shù)，需要頻繁標(biāo)定。性，如介電常數(shù)、質(zhì)量吸收系數(shù)，需要頻繁標(biāo)定。（3 3）工作范圍較窄。目前市場(chǎng)上幾種主要多相流量計(jì)的最高）工作范圍較窄。