多相流工藝計(jì)算

1、多相混輸工藝技術(shù)Multiphase Flow In Pipelines中國(guó)石油大學(xué)儲(chǔ)建學(xué)院儲(chǔ)運(yùn)工程系李玉星2007年11月19日.內(nèi) 容 根本概念多相流的研討簡(jiǎn)況和難度 多相混輸管路的特點(diǎn)及處置方法熱物性及溫降計(jì)算流型判別水力計(jì)算模型段塞流計(jì)算段塞流捕集器多相流計(jì)量技術(shù). 1、基 本 概 念持液率滑脫滑動(dòng)比表觀速度與真實(shí)速 度 相間摩阻流動(dòng)密度真實(shí)密度.2、氣液兩相流的研討簡(jiǎn)況二十世紀(jì)三十年代 ，美假設(shè)干研討生的論文中開(kāi)場(chǎng)出現(xiàn)“two-phase這一術(shù)語(yǔ) 43年俄國(guó)人Kosterin在發(fā)表的論文“程度管內(nèi)兩相介質(zhì)流動(dòng)構(gòu)造研討中，初次采用“two-phase術(shù)語(yǔ)。 66年有人統(tǒng)計(jì)，共搜集到80

2、00余篇有關(guān)兩相流的論文，48-66年期間，有關(guān)氣液兩相流的文章以成倍的速度添加 油氣兩相混輸?shù)难杏懫鸩捷^晚，約在50年代初期。美國(guó)的Martineli和俄國(guó)的Armand是兩位最早對(duì)氣液兩相流進(jìn)展系統(tǒng)研討的學(xué)者。 70年代北海石油的開(kāi)采對(duì)油氣混輸技術(shù)起極大的推進(jìn)作用 .3、研討深度劃分早期的研討中，大部分把氣液兩相的流速以為相等，即采用均相流模型、混合物密度按氣液比例求得，并按單相流體求壓降梯度。 如鍋爐分相流模型：Martineli ， Duckler流型模型：Beggs-Brill, Eaton, Olimens, Xiao-Brill.難 度氣液兩相管路中所遇到的變量多，在某些流動(dòng)型態(tài)

3、下流動(dòng)很不穩(wěn)定，且難以識(shí)別。參數(shù)很難測(cè)準(zhǔn) 常遇到的某些變量有：1 氣液流量2含氣率3氣液密度4管路傾角5流型6氣液相粘度 (7)外表張力等。假設(shè)上述 變量每相均取5個(gè)數(shù)據(jù)，那么需取59=200萬(wàn)次實(shí)驗(yàn)。.4、混輸管路的特點(diǎn) 流型變化多 存在相間能量交換和能量損失 存在傳質(zhì)景象。 流動(dòng)不穩(wěn)定。 .氣液兩相管路的處置方法 均相流模型：均相流模型是把氣液混合物看成為一種介質(zhì)，因此可以把氣液兩相管路當(dāng)成單相管路來(lái)處置。分相流模型：分相流模型把管路內(nèi)氣液兩相的流動(dòng)看作是氣液各自分別的流動(dòng): Martineli ， Duckler 流型模型：首先分清兩相流的流型，然后根據(jù)各種流型的特點(diǎn)，分析其流動(dòng)特性并建

4、立關(guān)系式 :Beggs-Brill, Eaton, Olimens, Xiao-Brill.5、熱物性計(jì)算黑油模型 黑油模型 凝析氣模型凝析油模型計(jì)算簡(jiǎn)單、編程方便、運(yùn)算速度快等 組分模型： 利用組分模型可以準(zhǔn)確地模擬管道沿線隨著溫度和壓力的變化氣液相間的質(zhì)量傳送、凝析和反凝析、管段內(nèi)氣液相的組成以及管道內(nèi)能否構(gòu)成水合物等復(fù)雜問(wèn)題。 .黑油模型(Blackoil Model)需知在工程規(guī)范形狀下的氣、液相對(duì)密度、氣油比、粘溫關(guān)系和管路壓力溫度條件，計(jì)算以閱歷公式和圖表為主。溶解氣油比 Solution Gas/oil Ratio 油體積系數(shù)oil formation volume factor

5、 粘度 ：油粘度、氣粘度、油水混合粘度溶氣油的外表張力 比熱 .油水混合粘度:未構(gòu)成油水乳狀液 :可以采用體積平均和API 14B12方法 乳狀液:愛(ài)因斯坦Einstein公式凡德(Vand)公式理查森(Richardson)公式 愛(ài)因斯坦公式適用于體積含水率值不大于0.2；其他公式用于體積含水率小于0.40 .組分模型根據(jù)混合物的組成計(jì)算壓力溫度變化時(shí)氣液相的密度、粘度、外表張力、緊縮因子等參數(shù)。前提條件：知組成混合物的烴類和非烴類組分的摩爾百分?jǐn)?shù)，除此之外不需求其他參數(shù)。一旦組成確定，流體性質(zhì)確定.形狀方程(EOS) 利用形狀方程作為模型 利用液相逸度系數(shù)作為模型 SRK方程 PR方程 B

6、WRS方程 與熱力學(xué)關(guān)系式結(jié)合，計(jì)算物性焓、氣液相密度、熵、比熱等.溫度計(jì)算及焓平衡方程 溫降計(jì)算：焓平衡方程計(jì)算根底：能量守恒定律.流型 流型測(cè)定方法簡(jiǎn)介目測(cè)方法 根據(jù)對(duì)管線某種參數(shù)動(dòng)搖量測(cè)定的統(tǒng)計(jì)結(jié)果與流型建立某種關(guān)系，依此確定流型，Hewitt建議，按管路壓力動(dòng)搖量和x射線被管路流體吸收的動(dòng)搖來(lái)確定流型。此外，還可在管內(nèi)放入探針，用探針與管壁間導(dǎo)電率的動(dòng)搖量來(lái)確定流型。根據(jù)輻射射線被吸收量來(lái)確定氣液混合物的密度和流型，包括：x射線照相和多束射線密度計(jì)。.程度管中的流型 埃爾烏斯流型劃分法較好地闡明了氣液兩相流動(dòng)的流型變化特點(diǎn)。埃爾烏斯把兩相管路的流型分為氣泡流、氣團(tuán)流、分層流、波浪流、沖

7、擊流、不完全環(huán)狀流、環(huán)狀流和彌散流等八種 不同窗者具有不劃分方法和根據(jù).閱歷流型圖 1954年，Baker最早提出一幅程度兩相流型圖 1962年Govier和Omer提出了一幅流型圖 1974年，Mandhane又提出了一幅流型圖 布里爾流型圖 它們大都根據(jù)小管徑、低壓條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制。當(dāng)運(yùn)用于大口徑、較高壓力系統(tǒng)時(shí)存在著偏向； 不便于上機(jī) 縱橫坐標(biāo)不一致不便于比較。 .半實(shí)際方法得到的流型圖 76年Taitel和Dukler 模型對(duì)低中粘度液體較適用，但對(duì)高粘度液體的偏向較大 對(duì)間歇流和分散氣泡流的判別準(zhǔn)那么中，沒(méi)有思索外表張力的影響。 把 作為間歇流環(huán)霧流的分界限，偏高，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符

8、。 Barnea 流型劃分法各種流型模型水力計(jì)算方法提出的流型準(zhǔn)化準(zhǔn)那么.傾斜管中的流型 分層流與間歇流的過(guò)渡對(duì)傾角特別敏感 管路向下傾斜時(shí)很容易產(chǎn)生分層流，上傾時(shí)那么易產(chǎn)生間歇流。常利用下傾管氣液易于分別的特點(diǎn)作兩相流管道的終點(diǎn)設(shè)備。如：分別器、管式液塞捕集器等。 管路傾角對(duì)分散氣泡流/間歇流和間歇流/環(huán)霧流過(guò)渡的影響不大。.水力計(jì)算模型分相流模型 Lockhart-Martinelli 壓降計(jì)算法：該法適用于管徑較小、氣油比不高的油氣混輸管路 Dukler II 壓降計(jì)算法 ：只適用于程度兩相流管路，也沒(méi)有思索加速壓降損失項(xiàng)。 流型模型 Beggs & Brill 壓降計(jì)算法 ：對(duì)持液率的

9、計(jì)算結(jié)果偏大；在流型分界處持液率和水力摩阻系數(shù)的數(shù)值都不延續(xù)；只預(yù)測(cè)程度管線的流型，沒(méi)有思索管道傾斜對(duì)流型的影響，其運(yùn)用范圍還有一定的限制。 Eaton壓降計(jì)算法 Mukherjee & Brill壓降計(jì)算法 Oliemans 壓降計(jì)算法 Xiao-Brill模型 .組合模型 模型及代碼流型劃分相關(guān)式持液率相關(guān)式摩阻壓降 高程壓降加速壓降Dukler-Eaton-Flanigan(DEF)無(wú)EatonDuklerFlaniganEatonDuklerFlanigan(DF)無(wú)DuklerDuklerFlanign無(wú)Eaton-Flanigan(EF)無(wú)EatonEatonFlaniganEat

10、onLockhart & Martinelli (LM)無(wú)LMLMDukler (DUKLER)無(wú)DUKLERDUKLEREaton (EATON)EATONEATIONEATONBeggs & Brill (BB)BBBBBBBBBBBeggs&Brill-Moody(BBM)BBBBBB with moodyFrictionBBBBBeggs&Brill-No Slip(BBNS)BBNO-SlipHoldupBB with moodyFrictionBB(No-slip)BBMukherjee&Brill-Eaton(MUBE)MBEaton*MBMBMBBeggs&Brill-Mood

11、y Dukler(BBMD)BBDukler*BB with moodyFrictionBBBBBeggs&Brill-Moody Eaton(BBME)BBEaton*BB with moodyFrictionBBBBOlimens(OLIM)無(wú)EatonOliemansOliemansOliemansBB moody-Hage-dorn&Brow(BBMHB)Hagedorn&BrownBBBB with moody frictionBBBBMukherjee&Brill (MB)MBMBMBMBMB.段塞流抑制技術(shù)段塞流是多相管流最常遇到的一種流型，在許多操作條件下正常操作、啟動(dòng)、輸量變

12、化混輸管道中常出現(xiàn)段塞流。其特點(diǎn)是氣體和液體交替流動(dòng)，充溢整個(gè)管道流通面積的液塞被氣團(tuán)分割，氣團(tuán)下方沿管底部流動(dòng)的是分層液膜。管道內(nèi)多相流體呈段塞流時(shí)，管道壓力、管道出口氣液瞬時(shí)流量有很大動(dòng)搖，并伴隨有劇烈的振動(dòng)，對(duì)管道及與管道相連的設(shè)備有很大的破壞，使管道下游的工藝安裝很難正常任務(wù)。.段塞流構(gòu)成機(jī)理段塞流分類 水動(dòng)力段塞流(hydrodynamic slugging) 管道內(nèi)氣液折算速度正益處于流型圖段塞流的范圍內(nèi)所誘發(fā)的段塞流，水動(dòng)力段塞流又可細(xì)分為：普通穩(wěn)態(tài)水力段塞流和由于氣液流量變化誘發(fā)的瞬態(tài)段塞流，發(fā)生這種段塞流時(shí)普通氣液流量較大;地形起伏誘發(fā)段塞流地形起伏誘發(fā)段塞流 由于液相在管道

13、低洼處積聚堵塞氣體通道而誘發(fā)的段塞流，常在低氣液流量下發(fā)生劇烈段塞流(severe slugging) .段塞流構(gòu)成機(jī)理劇烈段塞流(severe slugging) 通常在兩海洋平臺(tái)間的銜接納道上發(fā)生。定義為：液塞長(zhǎng)度大于立管高度的段塞流。這是一種壓力動(dòng)搖最大、管道出口氣液瞬時(shí)流量變化最大的段塞流，對(duì)管道和管道下游相應(yīng)設(shè)備正常任務(wù)危害最大的一種段塞流。和地形起伏誘發(fā)段塞流類似，常在低氣液流量下發(fā)生。.段塞流構(gòu)成機(jī)理水動(dòng)力段塞流 .段塞流構(gòu)成機(jī)理地形起伏誘發(fā)段塞流.段塞流構(gòu)成機(jī)理劇烈段塞流.段塞流的抑制方法水動(dòng)力和地形誘發(fā)段塞流的抑制 在多相流管道設(shè)計(jì)中，可選擇適宜的管徑使管道處于非段塞流工況下

14、任務(wù)。假設(shè)必需在段塞流下任務(wù)，由于水動(dòng)力、地形起伏、以及陸上集油管線進(jìn)入油氣分別器時(shí)配有立管高度較小引發(fā)的段塞流，其段塞長(zhǎng)度和沖擊強(qiáng)度遠(yuǎn)小于海洋油氣田，常在分別器入口處安裝消能器，吸收油氣混合物的沖擊能量即可。 .段塞流的抑制方法劇烈段塞流的抑制法 減小出油管直徑，添加氣液流速； 立管底部注氣，減小立管內(nèi)氣液混合物柱的靜壓，使氣體帶液才干加強(qiáng) 采用海底氣液分別器如海下液塞捕集器 在海底或平臺(tái)利用多相泵增壓； 立管頂部節(jié)流最經(jīng)濟(jì)、適用的抑制方法.立管頂部節(jié)流原理為使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，必需在立管底部出現(xiàn)新液塞并在立管內(nèi)增長(zhǎng)至頂部前，將液塞排出立管，使氣液混合物在系統(tǒng)中延續(xù)流動(dòng)，即把混合物速度Umix定

15、義為氣液折算速度之和作為控制參數(shù)。假設(shè)Umix減小表示發(fā)生阻塞，為舉升剛構(gòu)成的液塞，出油管道的壓力應(yīng)高于立管下游分別器或捕集器正常平均操作壓力。立管頂部節(jié)流可增大管道和捕集器之間的差壓，利于在立管內(nèi)剛構(gòu)成的小液塞流向捕集器。.控制劇烈段塞流的實(shí)例帶小分別器的控制方法 A它必需作用于密度不同的兩相流體；B不能直接丈量立管頂部?jī)上嗔骰旌衔锏乃俣萓mix兩相流流量丈量很困難，需求復(fù)雜的傳感器。 .段塞流計(jì)算.段塞流特征參數(shù)計(jì)算模型液塞區(qū)特性參數(shù)：包括液塞含液率，平均液塞長(zhǎng)度，最大液塞長(zhǎng)度，液塞速度以及平移速度； 液膜區(qū)特性參數(shù)：包括液膜含液率，液膜速度，氣泡速度和平均氣泡長(zhǎng)度。.段塞流特征參數(shù)計(jì)算模

16、型 Brill模型 (1981年 )Dukler模型 (1975年 )Xiao模型 (1990年 )液塞含液率: 平均液塞長(zhǎng)度 :最大液塞長(zhǎng)度: .段塞流捕集器功能有效分別和捕集液體，確保下游設(shè)備正常任務(wù)； 在最大液塞到達(dá)時(shí)，可作為帶壓液體的暫時(shí)儲(chǔ)存器，能延續(xù)向下游供氣。降低沖擊能量 因此在設(shè)計(jì)時(shí)，既要思索氣液分別，又要思索對(duì)段塞的捕集。 .段塞流捕集器捕集器構(gòu)造 容器式 ：普通用于海洋平臺(tái)上，構(gòu)造與陸上油氣分別器類同，只是有較大的緩沖容積，以滿足氣液瞬時(shí)流量的較大變化，并設(shè)有高高液位、高液位、低液位、低低液位，以警示操作人員。 管式或稱指式：用于氣液混輸管道的陸上終端，管式捕集器由多根平行管

17、子構(gòu)成，平行的管子愈多，各管負(fù)荷分配愈不均勻；管子愈少，那么在一定處置量下管子所需直徑愈大、管子愈長(zhǎng)。應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地和建造費(fèi)用等因數(shù)綜合思索確定。管式捕集器分別段和儲(chǔ)液段的坡度很小1-30，管子很長(zhǎng)，原油流動(dòng)性差且有流動(dòng)溫度要求，故不宜用于天然氣/原油多相流管道。 .捕集器設(shè)計(jì)原那么 普通以1/1000概率的最長(zhǎng)液塞的液體體積作為捕集器的設(shè)計(jì)處置量。 濕天然氣管道大都處于分層流任務(wù)，以設(shè)計(jì)輸量下管道內(nèi)平衡集液量作為捕集器設(shè)計(jì)處置量。 捕集器的尺寸和構(gòu)造設(shè)計(jì)不局限于上述兩種型式，應(yīng)以滿足捕集器功能和現(xiàn)場(chǎng)條件、少投入獲取最大經(jīng)濟(jì)效益為目的 。思索清管周期對(duì)捕集器容積的影響。.多相流計(jì)量技術(shù). 計(jì)量精度

18、等級(jí)劃分 1數(shù)據(jù)用于油田管理：精度要求：5-10%2數(shù)據(jù)用于確定不同采油小隊(duì)在各自采區(qū)的產(chǎn)量 ：精度要求：25%3數(shù)據(jù)用于銷售計(jì)量管理或管理權(quán)挪動(dòng)：精度要求：0.251.0%.傳統(tǒng)井口計(jì)量方法示功圖法軟件量油技術(shù)該技術(shù)根據(jù)油井深井泵任務(wù)形狀與油井液量變化關(guān)系，建立抽油桿、油管、泵功圖的力學(xué)和數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)獲取示功圖數(shù)據(jù)，計(jì)量油井產(chǎn)液量“功圖法油井計(jì)量技術(shù)具有以下特點(diǎn)：經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)得多個(gè)功圖計(jì)算的產(chǎn)量疊加獲得油井全天產(chǎn)量，防止了雙容積以數(shù)小時(shí)量油折算日產(chǎn)量帶來(lái)的系統(tǒng)誤差；可以實(shí)時(shí)采集處置數(shù)據(jù)、監(jiān)控油井工況；自動(dòng)化程度高，每個(gè)數(shù)據(jù)處置點(diǎn)可管理40口油井 .計(jì)量分別器計(jì)量過(guò)程中首先用兩相計(jì)量分別器將油

19、井產(chǎn)出物分出液、氣兩相，然后用玻璃管量液，人工井口取樣化驗(yàn)含水率。 .液面恢復(fù)法 根據(jù)試井實(shí)際，油井關(guān)井后，液面上升率起初與關(guān)井時(shí)間成正比，然后越來(lái)越慢。根據(jù)連通器原理，在關(guān)井時(shí)間內(nèi)，油套環(huán)形空間儲(chǔ)存的流體可在一樣時(shí)間內(nèi)被抽油泵抽出。因此，用儀器間隔一定時(shí)間測(cè)出3個(gè)液面深度，由3個(gè)液面深度計(jì)算出液面恢復(fù)速度值，即可算出相應(yīng)的產(chǎn)液量。 .一、概略 在過(guò)去的十年中，多相流計(jì)量系統(tǒng)的開(kāi)展、評(píng)價(jià)和運(yùn)用不斷是世界油氣工業(yè)的主要焦點(diǎn)。迄今為止，曾經(jīng)開(kāi)發(fā)了很多供選擇的計(jì)量系統(tǒng)，但是沒(méi)有一個(gè)可以稱得上是廣泛運(yùn)用或絕對(duì)準(zhǔn)確。. 第一個(gè)商用多相流量計(jì)出如今大約十年前，是80年代初期多相計(jì)量研討工程出現(xiàn)的結(jié)果。曾經(jīng)

20、努力于和正在研討多相流計(jì)量的開(kāi)發(fā)的研討中心和石油公司有：Tulsa、SINTEF、Imperial大學(xué)、國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、CMR、英國(guó)石油公司、德士古公司、埃爾夫石油公司、殼牌石油公司、阿吉普石油公司和巴西石油公司。.二、根本原理 丈量流動(dòng)參數(shù) 流動(dòng)參數(shù)是油氣水流量的函數(shù)，因此可以測(cè)定經(jīng)過(guò)流量計(jì)的壓降、射線束的衰減和混合物的阻抗等參數(shù)，建立這些丈量值與各相流量之間的關(guān)系，要建立三相流動(dòng)需求三個(gè)獨(dú)立的丈量值。 .多相流量計(jì)計(jì)量的主要數(shù)據(jù)是流體中油、水、氣三相的質(zhì)量流量。目前的技術(shù)還不能直接測(cè)試流體中三相的質(zhì)量流量。當(dāng)前采用間接丈量的方法即計(jì)量每種成分的瞬時(shí)速率和各自截面含率 M=gg+ww+1-(

21、+)oo .也常采用兩種簡(jiǎn)化方式來(lái)降壓上述丈量的難度。兩種方法是部分分別和均相化。部分分別是將三相流體分別成氣液兩相，以便更多的利用常規(guī)單相計(jì)量技術(shù)來(lái)計(jì)量分別相。均相化是將流體在計(jì)量前均相處置，那么可以以為名相流速相等，整個(gè)橫截面密度相等，這兩種方法均降低了所需丈量數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)和難度。多相流的計(jì)量主要計(jì)量其各組分含率和流速。 .沒(méi)有方法可以實(shí)際上預(yù)測(cè)這種關(guān)系，因此，一定要經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)來(lái)確定這些關(guān)系。但不能夠在丈量技術(shù)運(yùn)用的一切情況下校準(zhǔn)，而且這種方法并不總是有效的。校準(zhǔn)方法通?？梢越?jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)得到加強(qiáng)，這種技術(shù)可以高精度地確定函數(shù)關(guān)系。然而，這種技術(shù)雖然有用，但不能處理根本問(wèn)題，也就是說(shuō)校準(zhǔn)只

22、用于實(shí)施校準(zhǔn)的情況下。.丈量相位速度和相位橫截面分?jǐn)?shù) 為了丈量管道中三種組分的體積流量，需求建立三個(gè)平均速度和三個(gè)相位截面。因此，需求丈量五個(gè)量三個(gè)速度和兩個(gè)相位分?jǐn)?shù)。當(dāng)然，這個(gè)難以到達(dá)的丈量要求可以經(jīng)過(guò)分別或均相化來(lái)減少。. 經(jīng)過(guò)相分別，就沒(méi)有丈量截面持率的需求了，而三個(gè)體積流量可以經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)單相計(jì)量技術(shù)來(lái)測(cè)定。但是，相分別是很昂貴的，而且在很多情況下很難實(shí)現(xiàn)。假設(shè)經(jīng)過(guò)使混合物均相化來(lái)平衡速度也可以把丈量要求減少到三個(gè)。這是更經(jīng)濟(jì)的選擇而且是一些商用流量計(jì)的中心。但是，可以到達(dá)均相化的范圍總是有限的。.因此，兩種計(jì)量方法都有本質(zhì)的缺陷，正是由于這個(gè)緣由迄今為止還沒(méi)有獲得完全令人稱心的計(jì)量方法。

23、.三、丈量方法多相流量的丈量方法1、緊湊式分別方法運(yùn)用最廣泛、可靠、體積大2、相分率和速度計(jì)量運(yùn)用條件遭到限制3、經(jīng)過(guò)丈量總流量和相分率實(shí)現(xiàn)多相計(jì)量各種商業(yè)化流量計(jì)的做法，價(jià)錢(qián)昂貴.4、利用示蹤物用于校準(zhǔn)以及濕氣丈量5、流型識(shí)別硬件結(jié)合軟件，價(jià)錢(qián)廉價(jià)6、各相分別丈量復(fù)雜而且難以校準(zhǔn).主要參數(shù)的丈量方法一、相分率的丈量方法1、用快關(guān)閥技術(shù)丈量空隙率 運(yùn)用快關(guān)閥技術(shù)的主要問(wèn)題：一是封鎖閥門(mén)需求一定時(shí)間，此時(shí)通道內(nèi)的流型會(huì)發(fā)生變化，本方法從實(shí)際上說(shuō)存在誤差；二是每次丈量都要切斷系統(tǒng)，影響系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。.2、-射線衰減法-射線法是以雙能級(jí)能源-射線衰減DEGRA為根本原型的。其原理在于-射線穿過(guò)多相流管道

24、時(shí)有能量衰減。相分率不同，-射線衰減程度也不同，并且對(duì)于不同能源 e1、e2經(jīng)過(guò)一樣相分率的多相流體時(shí)其衰減程度也不一樣。圖7所示-射線穿過(guò)氣、油、水三相混和流動(dòng)時(shí)衰減情況。 .對(duì)內(nèi)徑是d，含油、氣、水三相流動(dòng)的管道，其丈量的衰減計(jì)數(shù)Im(e)可用下式表示：對(duì)于兩個(gè)能級(jí)能源e1、e2，由于油、氣、水三相線形衰減系數(shù)顯著不同，得到兩個(gè)獨(dú)立等式。由于相分率之和為1得到第三個(gè)等式：.由此可得出一個(gè)線形方程組：Rw、Ro、Rg是當(dāng)管線中分別充溢水、油、氣三相時(shí)的計(jì)數(shù)值，Rm是管線中充溢混和流體時(shí)的計(jì)數(shù)值。e1、e2分別為能源能級(jí)為e1、e2時(shí)的丈量值。 .-射線法的優(yōu)缺陷 -射線法的優(yōu)點(diǎn)非常顯著，它可

25、以處置任何油水比的情況并且是非介入式丈量。缺陷主要有兩方面：由于放射源的隨機(jī)性，丈量時(shí)間和丈量精度有一定的沖突。假想象提高準(zhǔn)確性就需求用較長(zhǎng)的丈量時(shí)間，抑制此缺陷的途徑是加大能源能級(jí)，但這是以降低平安操作為代價(jià)的。水中的含鹽成分對(duì)丈量也有很大的影響。由于鹽水具有較高的衰減系數(shù)，水相中鹽成分的變化會(huì)引起丈量水相分率誤差較大。為此Scheer和Letton提出采用三能級(jí)/多能級(jí)來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題。雙能級(jí)能源可以確定三相流的相分率，運(yùn)用三能級(jí)能源TEGRA可以多確定一個(gè)參數(shù)，如含鹽量的變化等。 .單束射線的缺陷是：丈量值與流型關(guān)系較大，不能代表截面上平均密度，如今均采用雙射線束或多射線束處理上述問(wèn)題。镅

26、-241(Am-241)被證明是較好的放射源，普通低能級(jí)能源范圍是1030Kev，高能級(jí)能源其能級(jí)應(yīng)高于4050Kev。.3、用側(cè)散射技術(shù)丈量部分空隙率 運(yùn)用側(cè)散射技術(shù)的主要問(wèn)題：一是流體中某一確定點(diǎn)在很小的立體角范圍內(nèi)散射的光子的強(qiáng)度非常小，因此要得到較高的精度需求很長(zhǎng)的計(jì)數(shù)時(shí)間，但在如此長(zhǎng)的計(jì)數(shù)時(shí)間內(nèi)，難以堅(jiān)持條件的完全穩(wěn)定；二是要思索被散射射線的自吸收，而這取決于對(duì)系統(tǒng)中空泡分布的了解，因此需求迭代計(jì)算部分空隙率的分布，引起計(jì)算誤差。.4、運(yùn)用中子散射丈量空隙率 將需求測(cè)定空隙率的通道截面布置于快超熱中子射束中，然后計(jì)數(shù)測(cè)定被散射和透射的中子流密度。假設(shè)入射強(qiáng)度比較均勻，那么被散射的熱中

27、子流密度取決于橫截面上含氫物質(zhì)的數(shù)量，而與其分布無(wú)關(guān)。所以本方法適宜于丈量橫截面平均空隙率。 運(yùn)用本技術(shù)的最大問(wèn)題在于獲得適宜的中子，而且其造價(jià)極其昂貴。.圖2 快中子丈量相分率技術(shù)表示圖.5、電容/電導(dǎo)/電感傳感器 電容/電導(dǎo)傳感器由至少兩個(gè)安裝在管壁上的金屬板電極組成，構(gòu)成幾列電容器，使流體從兩塊金屬板或電極之間的空間流過(guò)；電感傳感器通常是一個(gè)環(huán)繞在管道上的線圈?；谟蜌馑煌膶?dǎo)電特性和電介質(zhì)特性，以為混合物的電特性是物理性質(zhì)知的各相流體所占比例的函數(shù)，因此根據(jù)丈量得到的電容、電導(dǎo)、電感值就可以計(jì)算出油氣水各相的相分率。這種方法的缺陷是受含鹽率的影響。. 油、水、氣的介電常數(shù)圖 .6、微

28、波相分率傳感器 該傳感器也是經(jīng)過(guò)丈量多相混合物的電介質(zhì)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)相分率的測(cè)定。傳感器由電磁波發(fā)射器和接納器組成，頻段位于MHz或者GHz，屬于微波頻率范圍?；旌衔锏慕殡姵?shù)是微波頻率和混合物電導(dǎo)率的函數(shù)，丈量得到的介電常數(shù)是各相介電常數(shù)的體積加權(quán)平均值，結(jié)合其它條件可以計(jì)算得到多相混合物各相分率。.7、用非介入式自耦變壓器丈量空隙率 Abdullah A.Kendoush，Zareh A.Sarkis提出了利用自耦變壓器丈量?jī)上嗔骺障堵实男录夹g(shù)。這一技術(shù)基于兩相流混合物變成一個(gè)磁場(chǎng)區(qū)，在該磁場(chǎng)區(qū)里，任何空隙率的變化都會(huì)引起兩相流混合物磁導(dǎo)率的變化。該技術(shù)適宜于非金屬管線兩相流的丈量。. 自耦變

29、壓器丈量空隙率原理圖 .二、部分流速的丈量方法1、運(yùn)用皮托管丈量部分速度 皮托管是丈量單相流中流體速度的經(jīng)典設(shè)備。將探頭正對(duì)物流就可以測(cè)得與當(dāng)?shù)亓黧w靜壓相應(yīng)的動(dòng)壓，由此可計(jì)算出速度。皮托管廣泛地運(yùn)用于兩相流研討，但整理記錄得到動(dòng)壓數(shù)據(jù)比較困難。運(yùn)用皮托管丈量速度的主要問(wèn)題是它只適用于流動(dòng)均勻且兩相流速幾乎相等的情況。.2、運(yùn)用相互關(guān)技術(shù)測(cè)定部分速度 假設(shè)在流動(dòng)的上下游各布置一個(gè)傳感器，就可以獲得有一定時(shí)間延遲的兩條類似曲線。這一時(shí)間延遲表示了脈動(dòng)從一處遷移到另一處所需的時(shí)間。假設(shè)脈動(dòng)隨流體以流體速度遷移，就可以把脈動(dòng)當(dāng)作示蹤物。其相互關(guān)函數(shù)為：. 對(duì)足夠長(zhǎng)的時(shí)間取平均，因此不隨T而改動(dòng)。在處到

30、達(dá)最大，為渡越時(shí)間，于是流動(dòng)速度U為： 式中：上下游兩個(gè)傳感器間的間隔。.在多相流量計(jì)測(cè)速率時(shí)引入了許多種傳感器技術(shù)：如微波式傳感器、射線傳感器及電容式傳感器等。相關(guān)法丈量的準(zhǔn)確性取決于從相關(guān)函數(shù)頂峰值得出的速率與流體平均流速之間關(guān)系的有效性。對(duì)于油、氣、水三相流體流動(dòng)，測(cè)得的是某相的速率，假設(shè)各相之間存在滑差就會(huì)出現(xiàn)丈量誤差。.采用兩種方法來(lái)降低由于滑差而引起的速率丈量誤差。第一種方法是在傳感器上游安裝混合器使流體均相化，以確保一切的相以一樣的速率流動(dòng)。 另一種方法來(lái)降低由于滑差而帶來(lái)的誤差。此方法采用電容傳感器來(lái)丈量氣相速率；采用兩套傳感器丈量大氣泡流速和液相流速。 Watt運(yùn)用雙能源-射

31、線傳感器來(lái)確定氣液相流速，運(yùn)用高能級(jí)或低能的-射線確定氣相流速，運(yùn)用混和信號(hào)的相關(guān)式確定液相流速。.四、多相流量計(jì)的性能評(píng)價(jià)多相流量計(jì)的性能參數(shù)準(zhǔn)確度不確定度復(fù)現(xiàn)性影響量.準(zhǔn)確度的描畫(huà)實(shí)踐總的多相流量的相對(duì)誤差作為不確定度；總流量中實(shí)踐液體和氣體的相對(duì)誤差作為不確定度；液相中含水率的絕對(duì)誤差作為不確定度。 .誤差定義校準(zhǔn)方法絕對(duì)誤差ERRi=Qi（測(cè)量）-Qi（參考）/Qi（參考）相對(duì)誤差ERRi=Qi（測(cè)量）-Qi（參考）/Qi（滿刻度）總誤差ERRi=Qi（測(cè)量）-Qi（參考）/Qi（總） 研討者在進(jìn)展多相流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)普通運(yùn)用以下誤差定義： 這里i是多相流體中某一相，Q是體積流量，普

32、通用傳統(tǒng)的測(cè)試分別器及其儀表的丈量結(jié)果作為參考值。.多相流計(jì)量系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流動(dòng)和誤差傳播表示圖.五、多相流量計(jì)的分類分別式多相流量計(jì)分別總流和取樣分別均相化處置多相流量計(jì)非均相化處置多相流量計(jì)均相化多相流丈量系統(tǒng)和非均相化多相流丈量系統(tǒng)在計(jì)量前都不需對(duì)流體進(jìn)展分別，直接在線丈量。.分別式多相流量計(jì).均相化處置多相流量計(jì)均相化多相流量計(jì)由靜態(tài)混合器、文丘里流量計(jì)丈量總流量、射線分析儀丈量含水率組成。這種多相流量計(jì)的主要困難是難于得到均質(zhì)混合物，特別是含氣率大于30%以上時(shí)，氣液的分布將是不均勻的，對(duì)于混合器的混合效率以及由此能夠引起的阻塞作用 .非均相化處置多相流量計(jì).六、國(guó)外主要多相流量計(jì)產(chǎn)品D

33、aniel公司的MEGRA多相流量計(jì)采用由SHELL石油公司開(kāi)發(fā)的可以丈量均相流中油氣水含率的Dual Gama Ray技術(shù)與內(nèi)置文丘里頭錐體流速丈量技術(shù)，丈量精度為7%，在線丈量參數(shù)包括：混合物總流量、各相流量、累計(jì)流量、含水率、含氣率、混合物粘度、工藝壓力、溫度。.Agar在線多相流量計(jì)包括一個(gè)渦輪番量計(jì)和兩個(gè)文丘里管，二次儀表根據(jù)三個(gè)傳感器的輸出計(jì)算得到氣體和液體的體積流量；含水率微波監(jiān)測(cè)儀來(lái)丈量。不能用于高含氣井流的丈量。.Roxor RFM與Fluenta 1900 VI流量計(jì)： 利用幾種不同傳感器的組合丈量流速，運(yùn)用Cs-伽馬密度計(jì)丈量總密度，結(jié)合電容和電感傳感器確定相分率。還添加

34、了一個(gè)文丘利管來(lái)丈量單相液體或者氣體，以此擴(kuò)展流量計(jì)的適用范圍。主要在海上油田安裝。.Framo在線多相流量計(jì) 該流量計(jì)使氣液混合均勻?；旌掀饔梢粋€(gè)大的增壓室和一個(gè)笛裝管組成。在混合器下游安裝了一個(gè)文丘里管和一個(gè)Ba-133雙能伽馬傳感器，分別丈量總流量和相分率。該流量計(jì)適宜于海上油田的三相計(jì)量。 .ESMER多相流量計(jì) ESMER技術(shù)的中心是基于運(yùn)用簡(jiǎn)單傳感器的智能化軟件系統(tǒng)，其根本原理為：恣意的多相流動(dòng)存在獨(dú)一的流態(tài)；獨(dú)一的流態(tài)可以用一組湍流隨機(jī)特征進(jìn)展量化和表征；隨機(jī)特征可以從對(duì)流態(tài)敏感的傳感器信號(hào)中提?。浑S機(jī)特征與多相流存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。.Solartron公司的DualStream

35、凝析天然氣流量計(jì) 該流量計(jì)采用混合器和雙文丘里管的方法丈量凝析天然氣總流量，并對(duì)氣液流量進(jìn)展溫度、壓力補(bǔ)償。置信概率為90%時(shí)，丈量精度為5%。.McCrometer的V-CONE流量計(jì)： 該流量計(jì)節(jié)流件的構(gòu)造特殊，目前報(bào)道的丈量目的中該流量計(jì)是最高的，對(duì)氣液相的丈量精度均可到達(dá)4%以下，單相計(jì)量精度更高，可以到達(dá)0.2%，適用于單相、兩相、三相流計(jì)量。未查到有關(guān)該產(chǎn)品運(yùn)用的報(bào)道。 .PECO公司的凝析天然氣流量計(jì)該流量計(jì)采用加長(zhǎng)文丘里管丈量氣液兩相流量技術(shù)，經(jīng)過(guò)丈量文丘里管入口與喉部差壓、加長(zhǎng)段的壓降，進(jìn)展運(yùn)算得到氣相質(zhì)量含率，進(jìn)一步得到兩相流量。 .國(guó)外多相流量計(jì)普遍存在以下問(wèn)題： 計(jì)量范

36、圍窄，計(jì)量精度受油氣比的影響較大；有些采用了微波、伽馬射線等測(cè)試手段，其價(jià)錢(qián)昂貴，難以大規(guī)模推行運(yùn)用；有些要求特殊安裝，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用不便或流程復(fù)雜?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用可靠性能差.常用商業(yè)軟件分析 OLGA模型概述 最早的瞬態(tài)多相流軟件是在挪威開(kāi)發(fā)的OLGA，它的最早版本完成于1984年。起初以低壓空氣/水流動(dòng)的小管徑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為根底。SINTEF兩相流實(shí)驗(yàn)室的數(shù)聽(tīng)闡明，模型能較好的模擬氣泡流和段塞流，而不能準(zhǔn)確模擬分層流和環(huán)狀流。在垂直環(huán)狀流中，預(yù)測(cè)的壓降比實(shí)踐壓降高出50%。經(jīng)研討發(fā)現(xiàn)，這是由于早期模型忽略了以氣速運(yùn)動(dòng)的液滴。后幾經(jīng)修正，構(gòu)成擴(kuò)展的雙流體模型 .如今是1991年版。它以雙流體模型為根底，能綜合計(jì)算兩相流參數(shù)，同時(shí)可以判別流型，然后由流型計(jì)算出各參數(shù)值。求解三個(gè)質(zhì)量守恒方程分別是關(guān)于氣相、液滴和液膜的、兩個(gè)動(dòng)量方程一個(gè)是關(guān)于氣體和液滴混合物的，一個(gè)是關(guān)于液膜的和一個(gè)混合物能量方程。模型根本方程采用歐拉法，但在歐拉格式中又同時(shí)采用了拉格朗日的前緣跟蹤格式。用相平衡計(jì)算