[发明专利]用于测量湿气的组成和流速的方法和装置

说明书

本发明涉及用于测量主要包含气体的多相流体的单个组分的方法和装置，如权利要求1和18的前序部分分别定义的。

自二十世纪八十年代初期，如何计量油水气混合物就已经成为石油工业感兴趣的问题。其后，进行了大量的研究来开发适合在工业环境中使用的三相流量计。

油气工业中的多相流通常定义为其中游离气体(也表示为GVF)的量低于管体积的90-95％的液体和气体的混合物。对于95％-99.99％范围内的GVF，多相流经常被称为湿气，其中液体部分是水和冷凝物(轻油)。但是，典型的湿气井具有高于97％的GVF，并且最常见的是GVF在99.5-99.9％范围内。

存在若干技术和已知的仪器来测量多相气体和湿气，如下面将进一步进行描述的。这样的仪器必须是适度精确的(对于每一相来说，通常优于速度的±5％)、无干扰的、可靠的、流型独立的且在全组分分数范围内提供准确的测量。尽管近年来已提出大量解决方案，但是仍没有任何商业上可利用的三相湿气流量计满足所有的这些要求。除了严格的测量要求之外，仪器还需要在苛刻和腐蚀性环境中诸如海平面下数千米表现可靠。在管内部，流动的多相流体可在超过1000巴的压力且高于200℃的温度下以1-50m/s的速度行进。其中还经常存在沙，而沙能够损坏仪器的内部。

湿气流量计越来越多地用于井测试和分配测量(allocationmeasurement)。为了使油/气田的生产和寿命达到最佳，经营者需要能够定期监测油气田中每一口井的产量。这样做的常规方式是使用计量分离器。计量分离器昂贵，占用生产平台上宝贵的空间，且由于需要稳定的流动条件而需要长时间监测每一口井。此外，计量分离器仅是中等精确的(一般为每相流速的±5-10％)，并且无法用于连续监测井。可以首先使用湿气流量计代替计量分离器，并且长期作为每一口井的永久性装置。这样的布置将节省一般与井测试有关的生产损耗。对于典型的离岸安装，这样的损耗估计为大约2％。当使用公共管线将不同公司拥有的许多井的产出输送到处理厂时，需用分配计量。目前这是通过使每一口井的产出在进入公共管线之前通过计量分离器来实现的。然而，除了上述计量分离器的不利之处外，还需要通往每一口井的专用测试管线。永久安装的湿气流量计将对分配计量提供显著的优势。

油气藏中的地层水是典型的盐水。在正常的情况下，井不应产生任何地层水。事实上，除了严重的管线腐蚀之外，管线中的地层水还可导致水化物形成和结垢。如果油气田经营者已知井中地层水和淡水的量(也称为总水分数)，则可将化学抑制剂注射到井内液气流(well stream)中以限制这些水造成的不利影响。可选地，可改变井的生产率以使产生的地层水最少或减少产生的地层水或完全关闭井以节约管线基础设施。测量远程操作的水下井的地层水和淡水含量尤其令人关注，这是因为这样的设施中的管线成本是严重的。对于大多数水下设施来说，将井合并成公共管线并将多相流体输送到处理厂是常见的。这样的处理厂可位于海底设施的数百公里之外，导致在海底有长的多相输送管。因此，若没有湿气流量计可能要花费数月来检测并确认产生盐水的井，湿气流量计能够对产生的水进行准确的测量。