專利名稱：對(duì)氣體/液體流量的確定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)氣體流/液體流中的流量的確定。
背景技術(shù)：
在油汽工業(yè)中確定氣_液混合物的氣體流量和液體流量是重要的。用于測(cè)量這種流量的設(shè)備的示例是Schlumberger的Vx 系統(tǒng)(例如，見(jiàn)1999年10 月 I. Atkinson,M. Berard,B. -V. Hanssen,G. Segeral,17thInternational North Sea Flow Measurement Workshop, Oslo Norway 25-28, "New Generation Multiphase Floweters from Schlumberger and FramoEngineering AS”)，所述系統(tǒng)包括垂直安裝的文丘里流量 計(jì)、雙能量伽瑪射線滯留量測(cè)量裝置和相關(guān)聯(lián)的處理器。此系統(tǒng)允許同時(shí)計(jì)算多相流中的 氣體、水和油的體積流量。雖然提供了已被證明的性能，但是Vx 系統(tǒng)及其它傳統(tǒng)的多相流量計(jì)卻相對(duì)較 貴，這往往阻礙了所述系統(tǒng)在“棕色”油氣田井場(chǎng)(即，其中生產(chǎn)能力已經(jīng)降到大約1000桶 /天(0.0018m3/秒)以下的油氣井)及其它低油氣生產(chǎn)井。然而，這種井場(chǎng)在全世界可能 占大約2百萬(wàn)-3百萬(wàn)個(gè)油氣井。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例至少部分地基于如下認(rèn)識(shí)在多相混合物的漩流(其中當(dāng)混合物 包括氣體和液體時(shí)，多相混合物的漩流將多相混合物分離成氣體芯和液體外層)中，流動(dòng) 中的收縮部的上游位置與收縮部處的位置之間的氣體芯的靜差壓使氣體流量和液體流量 以公知的方式相關(guān)聯(lián)。因此，總體上，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種關(guān)于導(dǎo)管使用以下參數(shù)用于確定氣體流 量和液體流量的用途，所述導(dǎo)管包括具有減少的導(dǎo)管橫截面的收縮部的，并且分離成氣體 芯和液體外層的漩流氣體/液體流輸送通過(guò)所述導(dǎo)管，所述參數(shù)包括收縮部的上游位置與收縮部處的位置之間測(cè)量的氣體芯靜差壓；和測(cè)量的另一個(gè)量，所述另一個(gè)量提供氣體流量、液體流量、或氣體流量與液體流量 之間的相互關(guān)系。即，兩個(gè)未知的氣體流量和液體流量可以由兩個(gè)測(cè)量值來(lái)確定。例如，本發(fā)明的第一方面提供一種用于測(cè)量氣體/液體流中的流量的方法，所述 方法包括以下步驟提供導(dǎo)管，所述導(dǎo)管輸送被分離成氣體芯和液體外層的漩流氣體/液體流，且導(dǎo) 管包括具有減少導(dǎo)管橫截面的收縮部；測(cè)量收縮部的上游位置與收縮部處的位置之間的氣體芯靜差壓；測(cè)量另一個(gè)量，所述另一個(gè)量提供氣體流量、液體流量、或氣體流量與液體流量之 間的相互關(guān)系；和由氣體芯靜差壓和所述測(cè)量的另一個(gè)量確定氣體流量和液體流量。
接下來(lái)說(shuō)明所述用途和方法的任選特征，且任選特征可單獨(dú)或以任意組合的方式 適用于所述用途和方法。收縮部對(duì)于流體流來(lái)說(shuō)減小流動(dòng)面積。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)流動(dòng)面積的這種減少通常使氣體 芯的直徑相應(yīng)地增加。優(yōu)選地，用于氣體芯靜差壓的上游測(cè)量位置是由于由收縮部產(chǎn)生的 流動(dòng)面積的減少而使得氣體芯直徑增加的區(qū)域的上游。優(yōu)選地，用于氣體芯靜差壓的下游 測(cè)量位置是由于由收縮部產(chǎn)生的流動(dòng)面積的減少而使得氣體芯直徑增加的區(qū)域的下游。通常，導(dǎo)管在收縮部的上游以恒定橫截面延伸。優(yōu)選地，測(cè)量的另一個(gè)量是導(dǎo)管的收縮部的上游位置與收縮部處的位置之間的壁 處的液層差壓。與氣體芯的靜差壓一樣，此量也可使氣體流量和液體流量以公知的方式相 關(guān)聯(lián)。壁處的液層差壓的優(yōu)點(diǎn)在于所述液層差壓是例如使用壁流出得到的簡(jiǎn)單并且不顯眼 的測(cè)量值。然而，可選地，例如可以以超聲波的方式由超聲波探頭得到液體流量的測(cè)量值， 所述超聲波探頭測(cè)量液層厚度和軸向速度(見(jiàn)GB A2447490)。用于獲得液層厚度和軸向速 度的又一些技術(shù)可能取決于電方法、電阻方法、電容方法或核方法。示蹤劑法直接給出液體 流量。侵入式探頭(例如，熱線式、皮托管式等)也可以測(cè)量液體速度。例如使用氣體芯中 的熱線(hot wire)得到氣體流量的測(cè)量值是又一種不是很理想的、可選的方法。還可以測(cè)量氣體密度，并且在確定流量時(shí)使用所述氣體密度。例如，當(dāng)測(cè)量氣體芯 靜差壓時(shí)，可以測(cè)量收縮處的靜態(tài)氣體芯壓力，并且還可以測(cè)量氣流的溫度(如果所述氣 流的溫度不是已知的)。然后可以根據(jù)這兩個(gè)測(cè)量值通過(guò)應(yīng)用氣體定律來(lái)表示氣體密度。優(yōu)選地，導(dǎo)管具有文丘里管，所述文丘里管提供例如在文丘里管的喉管處的收縮 部。然而，可選地，收縮部可以由諸如孔板的另一個(gè)裝置來(lái)提供。通常，收縮部與導(dǎo)管同心， 并且具有圓形流動(dòng)橫截面。當(dāng)導(dǎo)管具有文丘里管時(shí)，優(yōu)選地，用于氣體芯靜差壓的上游測(cè)量位置是文丘里管 的收斂段的上游，而用于氣體芯靜差壓的下游測(cè)量位置在文丘里管的喉管段處。導(dǎo)管可以具有在收縮部的上游的端壁。氣體芯則可以延伸到端壁，并且可以在端 壁處的位置與收縮部處的位置之間測(cè)量氣體芯靜差壓。這允許由通過(guò)端壁的流出口而不是 由插入到流體流內(nèi)的可能干擾漩流的探頭得到上游氣體芯壓力測(cè)量值。氣體/液體流可以具有兩種液相(例如，油和水)，并且所述方法還包括以下步 驟測(cè)量?jī)煞N液體的相對(duì)百分?jǐn)?shù)(或相對(duì)份額)；并且其中，在所述確定步驟中，氣體流量和兩種液相中每一種的流量由氣體芯靜差壓、 所述測(cè)量的又一個(gè)量和所述相對(duì)百分?jǐn)?shù)確定。由于收縮部?jī)?nèi)的漩流和通常較高的速度，往往在兩種液體之間幾乎沒(méi)有分離或滑 移。然而，如果需要，可以應(yīng)用滑移定律。假設(shè)兩種液體的密度是已知的，可以例如以超聲 波的方式、通過(guò)微波、伽瑪射線、紅外檢測(cè)等由液體的密度測(cè)量值間接得到相對(duì)百分?jǐn)?shù)的測(cè) 量值。便利地，而不是必然地，可以在收縮部處得到兩種液體的相對(duì)百分?jǐn)?shù)的測(cè)量值。優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括在所述測(cè)量步驟之前的確認(rèn)氣體芯存在于導(dǎo)管內(nèi)的 步驟。本發(fā)明的第二方面提供一種對(duì)用于測(cè)量氣體/液體流中的流量的第一方面的方 法(任選地包括所述方法的任選特征的任一個(gè)或任何組合)的使用。
本發(fā)明的第三方面提供一種用于提供可在確定氣體/液體流中的流量時(shí)使用的 測(cè)量值的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于輸送被分離成氣體芯和液體外層的漩流氣體/液體流的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管包括 收縮部，所述收縮部具有減少的導(dǎo)管橫截面；壓力計(jì)，所述壓力計(jì)用于測(cè)量收縮部的上游位置與收縮部處的位置之間的氣體芯 靜差壓；和用于測(cè)量另一個(gè)量的裝置，所述另一個(gè)量提供氣體流量、液體流量、或氣體流量與 液體流量之間的相互關(guān)系。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種用于與所述設(shè)備一起使用的處理器，所述處理器被 構(gòu)造成由通過(guò)所述設(shè)備測(cè)量的氣體芯靜差壓和由所述裝置測(cè)量的另一個(gè)量處理氣體/液 體流的氣體流量和液體流量。以下說(shuō)明所述設(shè)備的任選特征，且任選特征單獨(dú)或以任何組合的方式適用于所述 設(shè)備。第一方面的方法的任選特征中的任一個(gè)或任意組合還可以提供所述設(shè)備的相對(duì)應(yīng)的 任選特征(一個(gè)或多個(gè))。優(yōu)選地，壓力計(jì)的上游測(cè)量位置是由于由收縮部產(chǎn)生的流動(dòng)面積的減少而使得氣 體芯直徑增加的區(qū)域的上游。優(yōu)選地，壓力計(jì)的下游測(cè)量位置是由于由收縮部產(chǎn)生的流動(dòng) 面積的減少而使得氣體芯直徑增加的區(qū)域的下游。通常，導(dǎo)管在收縮部的上游以恒定橫截面延伸。所述設(shè)備還可以包括用于誘導(dǎo)氣體/液體流產(chǎn)生漩流的漩流元件。例如，漩流元 件可以是到導(dǎo)管的切向槽入口。可選的嵌入式漩流元件例如是在導(dǎo)管或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的推進(jìn) 器內(nèi)的螺旋形插入件。優(yōu)選地，用于測(cè)量另一個(gè)量的裝置是測(cè)量導(dǎo)管的在收縮部的上游位置與收縮部處 的位置之間的壁處的液層差壓的第二壓力計(jì)。第二壓力計(jì)可以具有在所述位置處的壁流出 口?？蛇x地，所述裝置可以是測(cè)量液層厚度和液體速度剖面的超聲波探頭。優(yōu)選地，導(dǎo)管具有文丘里管，所述文丘里管提供例如在文丘里管的喉管處的收縮 部。然而，可選地，收縮部可以由諸如孔板的另一個(gè)裝置來(lái)提供。通常，收縮部與導(dǎo)管同心， 并且具有圓形流動(dòng)橫截面。當(dāng)導(dǎo)管具有文丘里管時(shí)，優(yōu)選地，第一壓力計(jì)的上游測(cè)量位置是文丘里管的收斂 段的上游，而第一壓力計(jì)的下游測(cè)量位置位于文丘里管的喉管段處。導(dǎo)管可以具有在收縮部的上游的端壁，氣體芯在使用中延伸到端壁，并且壓力計(jì) 測(cè)量端壁處的位置與收縮部處的位置之間的氣體芯靜差壓。通過(guò)端壁的流出口則可以提供 第一壓力計(jì)的上游位置。所述設(shè)備還可以包括用于確認(rèn)氣體芯存在于導(dǎo)管內(nèi)的裝置(例如，超聲波探頭)。具體地，當(dāng)液體具有兩種液相時(shí)，所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括用于測(cè)量?jī)煞N液體的相對(duì)百分?jǐn)?shù)的探頭，并且其中，氣體流量和液相中的每一種的流量可由氣體芯靜差壓、測(cè)量的另一個(gè)量和 相對(duì)百分?jǐn)?shù)確定?？梢栽谑湛s部處得到兩種液體的相對(duì)百分?jǐn)?shù)的測(cè)量值。探頭可以是比重 計(jì)。這種裝置測(cè)量?jī)煞N液體的組合密度(在收縮部?jī)?nèi)的流動(dòng)條件下，所述兩種液體可以被 假設(shè)為相對(duì)于彼此沒(méi)有滑移)，然后由此測(cè)量值和已知的單個(gè)液體的密度確定相對(duì)百分?jǐn)?shù)。
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本發(fā)明的第四方面提供一種多相流量計(jì)，所述多相流量計(jì)包括第三方面的設(shè)備 (并且任選地包括所述設(shè)備的任選特征中的任一個(gè)或組合)和一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)被構(gòu)造成由氣體芯差壓和測(cè)量量確定氣體流量和液體流量。當(dāng)液體具有兩種液相并且所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于測(cè)量?jī)煞N液體在收縮部處的 相對(duì)百分?jǐn)?shù)的探頭時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以被構(gòu)造成由氣體芯差壓、測(cè)量量、和相對(duì)百分?jǐn)?shù)確定 氣體流量和液相中的每一種的流量。本發(fā)明的第五方面提供一種包括根據(jù)第三方面的設(shè)備(并且任選地包括所述設(shè) 備的任選特征的任一個(gè)或組合)或一種根據(jù)第四方面的流量計(jì)(并且任選地包括所述流量 計(jì)的任選特征中的任一個(gè)或組合)的油井管道或氣井管道。本發(fā)明的第六方面提供第四方面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，本發(fā)明的第七方面提供相對(duì)應(yīng)的 計(jì)算機(jī)程序，并且本發(fā)明的第八方面提供承載第七方面的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，第六方面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以被構(gòu)造成相對(duì)于被分離成氣體芯和液體外層并 被輸送通過(guò)導(dǎo)管的漩流氣體/液體流確定氣體流量和液體流量，所述導(dǎo)管包括具有減少導(dǎo) 管橫截面的收縮部，所述確定基于(i)收縮部的上游位置與收縮部處的位置之間測(cè)量的 氣體芯靜差壓，和(ii)測(cè)量的又一個(gè)量，所述測(cè)量的又一個(gè)量提供氣體流量、液體流量、或 氣體流量與液體流量之間的相互關(guān)系。同樣地，第七方面的計(jì)算機(jī)程序可以相對(duì)于被分離 成氣體芯和液體外層并被輸送通過(guò)導(dǎo)管的漩流氣體/液體流確定氣體流量和液體流量，所 述導(dǎo)管包括具有減少導(dǎo)管橫截面的收縮部，所述確定基于(i)收縮部上游位置與收縮部 處的位置之間測(cè)量的氣體芯靜差壓，和(ii)測(cè)量的又一個(gè)量，所述測(cè)量的又一個(gè)量提供氣 體流量、液體流量、或氣體流量與液體流量之間的相互關(guān)系。再次，前述方面的任選特征單 獨(dú)地或以任意組合的方式適用于第六方面、第七方面和第八方面。


以下以示例的方式參照

本發(fā)明，其中圖1示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的流量計(jì)；圖2顯示通過(guò)圖1的流量計(jì)的導(dǎo)管內(nèi)的漩流的示意性橫截面；圖3示意性地顯示圖1的流量計(jì)的變形例；圖4是dPv與被Qg (氣體流量)分選的Qw(水流量)的圖；圖5是dPv與被Qw分選的Qg的圖；圖6是dP。與被Qg分選的Qw的圖；圖7是dP。與被Qw分選的Qg的圖；圖8是預(yù)測(cè)dPv與測(cè)量dPv的圖；圖9是預(yù)測(cè)dP。與測(cè)量dP。的圖；
圖10是預(yù)測(cè)Qw與測(cè)量Qw的圖；圖11是預(yù)測(cè)Qg與測(cè)量Qg的圖；圖12示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的流量計(jì)；和圖13顯示示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于測(cè)量氣體/液體中的流量的方法的 流程圖。在附圖中，類似的部件和/或特征可以具有相同的附圖標(biāo)記。此外，相同類型的各種部件可以通過(guò)在附圖標(biāo)記之后具有在類似部件中進(jìn)行區(qū)別的字母短線和第二附圖標(biāo)記 來(lái)進(jìn)行區(qū)別。只要在說(shuō)明書(shū)中使用第一附圖標(biāo)記，則不管第二附圖標(biāo)記，說(shuō)明適用于具有相 同的第一附圖標(biāo)記的類似部件中的任一個(gè)。
具體實(shí)施例方式隨后的說(shuō)明僅提供了示例性實(shí)施例(一個(gè)或多個(gè))，并且目的不是限制本公開(kāi)的 保護(hù)范圍、適用性或結(jié)構(gòu)。相反，優(yōu)選的示例性實(shí)施例(一個(gè)或多個(gè))的隨后說(shuō)明將為本領(lǐng) 域的技術(shù)人員提供用于能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的優(yōu)選的示例性實(shí)施例的說(shuō)明。要理解的是在不背 離如所附權(quán)利要求所述本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下可以對(duì)元件的功能和布置做各種改變。以下說(shuō)明中給出了具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)實(shí)施例的徹底理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員要理解的是在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下可以實(shí)施所述實(shí)施例。例如，可以在方框圖中 顯示本發(fā)明的線路，從而以不必要的細(xì)節(jié)的方式使實(shí)施例清楚。在其它情況下，可以顯示公 知的線路、過(guò)程、算法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，而無(wú)需不必要的詳細(xì)以免使所述實(shí)施例不清楚。此外，要注意的是實(shí)施例可以被說(shuō)明為被示出為流程圖、流程圖解、數(shù)據(jù)流程圖、 結(jié)構(gòu)圖、或方框圖的過(guò)程。雖然流程圖可以說(shuō)明作為連續(xù)過(guò)程的操作，但是可以并行或同時(shí) 執(zhí)行多個(gè)操作。此外，可以重新布置操作的順序。當(dāng)過(guò)程的操作完成時(shí)結(jié)束所述過(guò)程，但是 可以具有沒(méi)有包括在附圖中的另外的步驟。過(guò)程可以與方法、函數(shù)、程序、子例程、子程序等 相對(duì)應(yīng)。當(dāng)過(guò)程與函數(shù)相對(duì)應(yīng)時(shí)，所述過(guò)程的終止與函數(shù)到調(diào)用函數(shù)或主函數(shù)的返回相對(duì) 應(yīng)。此外，如這里所公開(kāi)的，術(shù)語(yǔ)“存儲(chǔ)介質(zhì)”可以表示用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)裝 置，包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、磁RAM、磁心存儲(chǔ)器、磁盤(pán)存儲(chǔ)介質(zhì)、光 存儲(chǔ)介質(zhì)、閃速存儲(chǔ)器裝置、和/或用于存儲(chǔ)信息的其它機(jī)器可讀介質(zhì)。術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)可讀 介質(zhì)”包括但不局限于便攜式或固定存儲(chǔ)器裝置、光學(xué)存儲(chǔ)器裝置、無(wú)線信道和能夠存儲(chǔ)、 包含或承載指令(一個(gè)或多個(gè))和/或數(shù)據(jù)的各種其它介質(zhì)。此外，可以通過(guò)硬件、軟件、固件、中間件、微碼、硬件描述語(yǔ)言，或所述硬件、軟件、 固件、中間件、微碼、硬件描述語(yǔ)言的任意組合實(shí)施實(shí)施例。當(dāng)在軟件、固件、中間件或微碼 中實(shí)施時(shí)，用于執(zhí)行必要任務(wù)的程序代碼或代碼段可以儲(chǔ)存在諸如存儲(chǔ)介質(zhì)的機(jī)器可讀介 質(zhì)中。處理器(一個(gè)或多個(gè))可以執(zhí)行必要的任務(wù)。代碼段可以表示過(guò)程、函數(shù)、子程序、 程序、例程、子例程、模塊、軟件包、類、或指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、或程序語(yǔ)句的任意組合。代碼段可 以通過(guò)傳送和/或接收信息、數(shù)據(jù)、自變量、參數(shù)、或存儲(chǔ)內(nèi)容而耦合到另一個(gè)代碼段或硬 件線路?？梢酝ㄟ^(guò)包括存儲(chǔ)器共享、信息傳送、權(quán)標(biāo)傳遞、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)热魏魏线m的方法傳遞、 轉(zhuǎn)發(fā)、或傳輸信息、自變量、參數(shù)、數(shù)據(jù)等。圖1示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于測(cè)量?jī)上鄽怏w/液體流中的流 量的流量計(jì)。流量計(jì)具有導(dǎo)管1，所述導(dǎo)管具有提供減小導(dǎo)管橫截面的收縮部的文丘里管 2。導(dǎo)管具有上游切向入口 3和下游出口 4。入口產(chǎn)生足以將氣體與液體分離的漩流，從而 導(dǎo)致在導(dǎo)管中心處的氣體芯和在導(dǎo)管壁處的液體環(huán)，且芯體和環(huán)持續(xù)通過(guò)收縮部。圖2顯示通過(guò)導(dǎo)管內(nèi)的漩流的示意性橫截面。在從入口進(jìn)入到導(dǎo)管內(nèi)的入口上， 氣體/液體流形成旋轉(zhuǎn)混合物5。液體環(huán)6迅速形成，并且僅僅在入口下游的短距離(通常 等于大約導(dǎo)管的一個(gè)直徑)之后變得幾乎沒(méi)有氣體。氣體芯7與導(dǎo)管近似同心。導(dǎo)管在文丘里管的上游以恒定橫截面延伸，并且雖然芯體通常與液體環(huán)具有波形界面，但是芯體在 導(dǎo)管的這部分內(nèi)通常為圓柱形。然而，由文丘里管的收斂段所產(chǎn)生的橫截面的減少通常使 氣體芯直徑在以下區(qū)域上沿直徑方向稍微擴(kuò)大，所述區(qū)域的軸向長(zhǎng)度與收斂段的長(zhǎng)度近似 相對(duì)應(yīng)。在文丘里管的擴(kuò)散段，氣體芯通常仍然進(jìn)一步擴(kuò)大。對(duì)于一些極端流動(dòng)條件來(lái)說(shuō)， 不能觀察到氣體芯擴(kuò)大以及進(jìn)一步擴(kuò)大的這種圖案，但是這不影響下述分析。氣體芯和液體環(huán)的軸向速度剖面圖和切向速度剖面圖十分復(fù)雜，但是氣體/液體 界面的剖面圖和形狀已經(jīng)被認(rèn)為在非常大的氣體和液體流量的范圍內(nèi)是穩(wěn)定的并且可被 復(fù)現(xiàn)。再次參照?qǐng)D1，在兩個(gè)壁流出口(tapping)分別位于收斂段的上游和下游的情況 下，在文丘里管的兩端獲取差壓測(cè)量值dPv。探頭8位于文丘里喉管的軸線(即，在氣體芯的 中間)上以測(cè)量喉管處的靜態(tài)氣體壓力PAbsi體，可以由所述靜態(tài)氣體壓力確定所述點(diǎn)處的 氣體密度，并且另一個(gè)探頭9被軸向定位以測(cè)量文丘里管的收斂段上游的靜態(tài)氣體壓力， 在所述上游處，氣體芯是圓柱形并且不受收斂流的影響。沿這兩個(gè)探頭之間的氣體芯獲取 差壓測(cè)量值dPc。對(duì)于氣/液兩相流來(lái)說(shuō)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氣體芯返回到入口并終止于導(dǎo)管的端壁10上。 如3所示(圖3是圖1的流量計(jì)的變形)，這允許可移除上游軸向探頭9 (所述軸向探頭可 以與漩流進(jìn)行干涉)，并且允許通過(guò)壁流出口測(cè)量收斂段上游的氣體芯靜壓。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用圖1和圖3的裝置測(cè)量的dP。值只是稍微變化。因此在以下論述中， 合并來(lái)自使用兩種裝置的試驗(yàn)的兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在兩個(gè)試驗(yàn)中，導(dǎo)管直徑是2" (51mm)。兩 相流是水和空氣。圖4-7顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在圖4中，dPv被畫(huà)出為被Qg(氣體流量)分選(sort)的 Qw(水流量)的函數(shù)，在圖5中，dPv被畫(huà)出為被Qw分選的Qg的函數(shù)，在圖6中，dP。被畫(huà)出 為被Qg分選的Qw的函數(shù)，而在圖7中，dP。被畫(huà)出為被Qw分選的Qg的函數(shù)。除非另有說(shuō)明， Qg單位為m3/hr, Qg單位為標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分(scfm)(在IOOkPa和27315K的條件下)，并 且壓力單位為巴。對(duì)于所有實(shí)驗(yàn)，？-1#在034巴(34kPa)下近似為常數(shù)。從圖4圖5中所示的數(shù)據(jù)可以得出以下相互關(guān)系dPv = B1Qw^a2QwQg并且從圖6和圖7中所示的圖可以得出以下相互關(guān)系dPc = a3Qw2+a4QwQg且用于常數(shù)al、a2、a3和a4的值可被得到為B1 = 0. 02263a2 = 0. 005543a3 = 0. 002597a4 = 0. 004571作為參考流量Qw和Qg是已知的，以上兩個(gè)相關(guān)方程和導(dǎo)出常數(shù)可以用于對(duì)所有 實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)壓降并且可以用于與相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值進(jìn)行比較。圖8和圖9分別畫(huà)出了預(yù)測(cè) dPv與測(cè)量dPv，和預(yù)測(cè)dP。與測(cè)量dP。，并且證明了預(yù)測(cè)值與測(cè)量值之間的良好一致。接下來(lái)，相關(guān)方程重新組合以如下得到Qw和Qg
和 獲取上述 _ 的值并且使用上述方程中的通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的(1&和dP。允許對(duì)所有 實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè) 和化，并且與相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值進(jìn)行比較。圖10和圖11分別畫(huà)出了預(yù)測(cè) 與測(cè)量Qw和預(yù)測(cè)Qg與測(cè)量Qg，并且再次證明了預(yù)測(cè)值與測(cè)量值之間的良好一致。雖然用于給定流量計(jì)來(lái)說(shuō)，直接校準(zhǔn)可以用于確定常數(shù)ai_a4，但是還可以根據(jù)導(dǎo) 管的幾何尺寸和流體特性來(lái)確定afa4。因此，dPv與Qw和Qg之間的相互關(guān)系以及dPc與Qw 和Qg之間的相互關(guān)系可以通常被表示為dPv = b:P LQw2+b2 P LQwQgdPc = b3P GQw2+b4 P LQwQg其中h和P 是液體密度和氣體密度，而用于常數(shù)bp b2、b3和b4的值可以被推 導(dǎo)為= 2. 26xl(T5b2 = 5. 54xl(T6b3 = 1. 62xl(T3b4 = 4.57xl(T6測(cè)量？.1#給出氣體密度，而液體密度通常是已知的，或者如果不是已知的，則可 以使用比重計(jì)容易地測(cè)量所述液體密度。例如，氣體密度可以通過(guò)以下公式與測(cè)量PAbsn#有關(guān) 其中麗1#是氣體分子量，是氣體常數(shù)，T是氣體溫度(開(kāi)氏溫度)，而P-是 大氣壓力。氣體溫度通常是已知的，或者如果需要可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)測(cè) 量所述氣體溫度。流量計(jì)可以具有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(在圖1和圖3中未示出)，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收來(lái)自 壓力計(jì)的dPv和dP。測(cè)量值，并且使用上述方程對(duì)任何流動(dòng)條件確定Qw和Qg。圖12示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于測(cè)量包括氣體和兩種液體 (例如，油和水)的三相流中的流量的流量計(jì)。在圖12中，第二實(shí)施例的與第一實(shí)施例的 特征相對(duì)應(yīng)的特征具有相同的附圖標(biāo)記。流量計(jì)被示出為旁通部，所述旁通部是主流導(dǎo)管 的旁通，閥11控制通過(guò)主流導(dǎo)管和旁通部的流動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)流中可觀察到一些液體/液體分 離，但是喉管內(nèi)的混合和速度顯著減小液體/液體滑移量，使得所述液體/液體滑移量實(shí)際 上可以被忽略，因此，為了確定兩種液體流量，通常通過(guò)測(cè)量液體密度的探頭12對(duì)通過(guò)流 量計(jì)的液體進(jìn)行探測(cè)或取樣，以確定流動(dòng)的液體油/水百分?jǐn)?shù)(WLR)。即使在零氣體流量的情況下，氣體芯也可以存在于導(dǎo)管內(nèi)。因此，流量計(jì)具有證實(shí) 在導(dǎo)管內(nèi)具有氣體芯的第二探頭13 (例如，超聲波探頭)。來(lái)自第二探頭的指示允許如果需
10要?jiǎng)t對(duì)相關(guān)方程進(jìn)行調(diào)節(jié)，且基于氣體芯是否存在而需要測(cè)量量與氣體和液體流量之間的 不同相互關(guān)系。甚至，諸如第二探頭的探頭還可以安裝到第一實(shí)施例的流量計(jì)以確保氣體 芯存在。圖13顯示示出了根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量氣體/液體中的流量的方法的流程圖。雖然已經(jīng)結(jié)合上述示例性實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是當(dāng)給出此公開(kāi)時(shí)多種等效修 改和變化對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。因此，以上所述的本發(fā)明的示例性實(shí)施例被 認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限制性的。在不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下可以對(duì)所述實(shí)施例 做各種改變。以上涉及的所有參考通過(guò)引用在此并入。
權(quán)利要求
一種用于測(cè)量氣體/液體流中的流量的方法，所述方法包括以下步驟提供導(dǎo)管，所述導(dǎo)管輸送被分離成氣體芯和液體外層的漩流氣體/液體流，其中，所述導(dǎo)管包括具有減少導(dǎo)管橫截面的收縮部；測(cè)量所述收縮部的上游位置與所述收縮部處的位置之間的氣體芯靜差壓；測(cè)量提供氣體流量、液體流量、或所述氣體流量與所述液體流量之間的相互關(guān)系的另一個(gè)量；以及由所述氣體芯靜差壓和測(cè)量的所述另一個(gè)量確定所述氣體流量和所述液體流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，測(cè)量的所述另一個(gè)量是所述導(dǎo)管的在所述收縮 部的上游位置處與所述收縮部處的位置之間的壁處的液層差壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述收縮部由文丘里管提供。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述導(dǎo)管具有在所述收縮部的上游的端壁，并且 其中，所述氣體芯延伸到所述端壁，并且在所述端壁處的位置與所述收縮部處的位置之間 測(cè)量所述氣體芯靜差壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氣體/液體流包括兩種液相，并且所述方法 還包括以下步驟測(cè)量所述兩種液體的相對(duì)百分?jǐn)?shù)；并且其中，在所述由所述氣體芯靜差壓和測(cè)量的所述另一個(gè)量確定所述氣體流量和所述液 體流量的步驟中，由所述氣體芯靜差壓、所述測(cè)量的又一個(gè)量和所述相對(duì)百分?jǐn)?shù)確定所述 氣體流量和所述兩種液相中的每一種的流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟確認(rèn)所述氣體芯存在于所述導(dǎo)管內(nèi)。
7.一種用于提供能夠在確定氣體/液體流中的流量時(shí)使用的測(cè)量值的設(shè)備，所述設(shè)備 包括導(dǎo)管，所述導(dǎo)管用于輸送被分離成氣體芯和液體外層的漩流氣體/液體流，所述導(dǎo)管 包括具有減少導(dǎo)管橫截面的收縮部；壓力計(jì)，所述壓力計(jì)用于測(cè)量所述收縮部的上游位置與所述收縮部處的位置之間的氣 體芯靜差壓；和用于測(cè)量另一個(gè)量的裝置，所述另一個(gè)量提供所述氣體流量、所述液體流量、和所述氣 體流量與所述液體流量之間的相互關(guān)系中的至少一個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括處理器，所述處理器被構(gòu)造成由所述氣體芯靜 差壓和測(cè)量的所述另一個(gè)量確定所述氣體/液體流中的所述氣體流量和所述液體流量中 的至少一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括漩流元件，所述漩流元件用于誘導(dǎo)所述氣體/液 體流產(chǎn)生漩流。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述用于測(cè)量另一個(gè)量的裝置是第二壓力計(jì)， 所述第二壓力計(jì)被構(gòu)造成測(cè)量所述導(dǎo)管的在所述收縮部的上游位置與所述收縮部處的位 置之間的壁處的液層差壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述收縮部由文丘里管提供。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述導(dǎo)管包括在所述收縮部上游的端壁，所述氣體芯在使用中延伸到所述端壁，并且所述壓力計(jì)測(cè)量所述端壁處的位置與所述收縮部處 的位置之間的氣體芯靜差壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括傳感器，所述傳感器用于確認(rèn)所述氣體芯存 在于所述導(dǎo)管內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述氣體/液體流包括兩種液相，并且所述設(shè)備 還包括探頭，所述探頭用于測(cè)量所述兩種液體的相對(duì)百分?jǐn)?shù)；并且其中，所述氣體流量、和所述兩種液相中的每一種的流量能夠由所述氣體芯靜差壓、測(cè) 量的所述另一個(gè)量和所述相對(duì)百分?jǐn)?shù)確定。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，還包括處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)被構(gòu)造成由所述氣體芯差壓、所測(cè)量的所述另一個(gè)量和所述 相對(duì)百分?jǐn)?shù)確定所述氣體流量、和所述兩種液相中的每一種的流量。
16.一種包括根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備的油井管道或氣井管道。
17.一種關(guān)于導(dǎo)管使用以下參數(shù)用于確定氣體流量和液體流量的用途，所述導(dǎo)管包括 具有減少的導(dǎo)管橫截面的收縮部，并且分離成氣體芯和液體外層的漩流氣體/液體流輸送 通過(guò)所述導(dǎo)管，所述參數(shù)包括所述收縮部的上游位置與所述收縮部處的位置之間測(cè)量的氣體芯靜差壓；和測(cè)量的另一個(gè)量，所述另一個(gè)量提供所述氣體流量、所述液體流量、或所述氣體流量與 所述液體流量之間的相互關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于測(cè)量氣體/液體流中的流量的方法和系統(tǒng)，用于測(cè)量流量的方法和系統(tǒng)包括使被分離成氣體芯和液體外層的漩流氣體/液體流流動(dòng)通過(guò)包括具有減少導(dǎo)管橫截面的收縮部的導(dǎo)管；測(cè)量收縮部的上游位置與收縮部處的位置之間的氣體芯靜差壓；測(cè)量提供氣體流量、液體流量、或氣體流量與液體流量之間的相互關(guān)系的另一個(gè)量；以及由氣體芯靜差壓和測(cè)量的另一個(gè)量確定氣體流量和液體流量。
文檔編號(hào)G01F1/34GK101900581SQ20101019338
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者加里·歐迪 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司