多相流量计的使用、安装和初步评估
多相流的流动状态是十发复杂的,为了适应下同的流态,多相流量计一般有多种类型。对于特殊的用途,某些多相流量计使用起来就比另外一些有更多的适应性。对于某些多相流量计,当其需要安装混合器时,可使得垂直向上流动方位的多相流量计的上游和下游直管段都较短。如果不装混合器、其上游和下游直管段需要几倍管线直径的长度。而对于水平安装的多相流量计、可以不装混合器。
一、安装位置的选择
假如多相流量计现场安装管线的布局和检定时标准装置的管线布局相同,那么对现场使用的多相流量计唯一期望是能复现其在标准装置时的性能。然而假如有一种多相流量计安装在各种不同的管线布局都能再现其性能,那么对多相流量计已有安装管线的布局就不必太注意了。
一种多相流量计正常测量情况是指示在流动条件下的测试量,而这些量通常要重新换算成在标准条件下的量值。假如被测介质是在不稳定条件下,则换算成标准条件下的量值的不确定度就要增加。一般在油嘴之后压力降很大、液体将在不稳定流动状态下。所以这一有很重要,假如要将测量值换算成标准状况下的值时,就要注意选择能适应这一点的安装位置。
二、在设计阶段预测流态(流型)
当在管线布置与系统设计上采用在线多相流量计时,能预测将出现哪种类型的流态是十分重要的。在很多流动条件下,管线布置、流量调节和安装方位都对多相流量计横断面上的流态有很大的影响。因此,还没有一种仪表能测量通过横断面上无数多点处的组分和速度。在一恒定流量时,流体剖面的每一种变化都将影响仪表读数。这种影响可能对某些流动状态影响很大,而对另一些流态状态影响很小;同样对某种仪表影响很大,而对另一种仪表的影响小些;并且通常很难用理论来对其影响大小进行预测。
很多的流态预测法都是用低压小规模二相流环道试验的经验得出的,确切的预测换算法是不存在的。因此,在高压下大流量生产系统的三相流态的详细知识是很有限的。
一种有效的方法——修正法,它是对现有管线给定横断面先预测流型,再进行修正。但这种修正法将增加不确定度,所以必须谨慎使用。
另一种方法比修正法较可靠,这就是试验室测试。当多相流量用于新的场合时,必须考虑先进行试验室测试,这样可以对用于特定条件下多相流量计性能的适应性进行证实,这时要注意从试验条件到现场条件推断的不确定度。例如,定比例和使用多种试验液体的影响都能对不确定度有很大影响。
三、选用混合器
静态或动态混合器可紧接着安装在多相流量计进口端,用来保证并液很好混合或将其他型式的多相流型转换成均匀流体。现有的不同型式的混合器,范围从简单的静态混合器(结构为多孔孔板)到复杂的具有吸收和消除段塞流功能的动态混合器。静态混合器没有运动部件,而动态混合器则是利用了运动部件的原理。通常为了实现三相或二相混合,流体介质通过这二种型式的混合器时都将产生一个恒定的压力降。
假如一种多相流量计使用时需要在其上游处安装一台混合器,则这种混合器的安装使用必须符合制造厂的技术规范要求;进一步说,在测试周期内,这种混合器能满足多相流量计的介质混合要求,并且该混合器应该是多相流量计组成的一部分。
对混合器的应用和使用应该和专门的制造厂商密切合作,共同评价。
四、将流动条件下测量的流量转换成标准条件下的流量
多相流量计一般是测量在工艺条件下各相的比例和流量,这也就是说压力和温度主要是多相流量计安装点的参数。普通计量分离器给出的测量值是在给用户之前先转换成标准条件的量值。为了比较多相流量计的测量值与计量分离器的测量值,这些测量值必须转换成相同工艺条件下的值,通常用标准条件(15℃,1.01325 bar)表示。
这种转换计算不是不重要、因为特别在高压烃类系统,包含有气相和液相质量的转换问题,当原油出现闪蒸时,对烃类的组分要求就更详细了。
这种转换计算都假设在热力学平衡状态下,而在多相流管道中这种假设不一定是完全真实的,特别是安装点接近弯头,混合器和其他节流体时就会形成很大的压降。当评估多相流量计总的不确定度时,对压降引起如此高的不确定度必须算上。同样这种算法对常规系统也适用。另外,烃类气体在油和水中的溶解度也能带来附加不确定度。
五、多相流量计的初步评估
在对多相流量计评估前用户或制造厂商应给出多相流量计的安装工艺图、工艺条件(包括:压力、温度、油密度、油粘度、气密度、气粘度、水密度、水矿化度等工艺参数)、被测油井预期的多相生产剖面曲线图。给出多相流量计的安装工艺图、工艺条件和被测油井预期的多相生产剖面曲线图后,就可方便地将实际工艺流程中指定安装点处多相流量计的性能进行比较.然后计算出多相流量计不确定度计算表。计算表仅仅作为第一次初步评估用。在给出多相流量计适用度之前,还必须进行更多的综合性调查,主要包括以下内容:
- 安装点的重要详图:①上/下游管线和工艺设备;②可利用空间;③其它有关资料。
- 工艺条件:①除了上述工艺参数外,还需要其它工艺参数;②在实际安装点处的预期流型。
- 预期的多相生产剖面:①必须采用在工艺条件下取得的数据绘制图表;②表观速度的轴线从零点到任何要求的速度上限必须是线性的; ③二次流量轴线必须根据实际管线尺寸或已选定较适合计量管径来填写;④生产剖面或多井产量必须用液中含水比(WLR)和年/井数等图例标注在图表上。
- 多相不确定度计算:①必须采用在工艺条件下取得的数据填入表内;②应该将有代表性的预测生产点填入表内;③平均多相速度、液中含水比和气体体积比可以按选定生产点算出;④已测定各相流量的绝对和相对偏差可以用选定每个生产点算出,也可用有关制造厂商提供的性能特性算出。