[发明专利]一种测量多相流中气液两相各自流量的临界流喷嘴流量计及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于多相流流量计量领域。具体地，本发明涉及一种用于测量多相流中气液两相各自流量的临界流喷嘴流量计和测量方法。

背景技术

油气工业中，油气井产物同时包含液相原油/水和气相天然气的气液混合流体，业内称之为多相流。其中所述气相包括例如油气田气或任何在常温下不凝的气体，具体地有如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等；所述液相可包括：油相，例如原油本身以及在原油开采过程中溶解在原油中的液体添加剂，以及水相，例如地层水、采用过程中注入油气井中的水以及溶解在水相中的其它液体添加剂。在实践中，油相和水相可能发生相分离，也可能油相和水相混合在一起，或是完全乳化的。如何实时准确地测量从油气井中采出的气液混合流体中气体的流量和液体的流量，以及如何更进一步地测量油相、气相和水相三相各自的流量，是油气藏管理和生产优化所必需的基础数据。当多相流中的气相质量含量高于80％时，通常称为湿气。海底油气田和页岩气开采中，采出物均为湿气。

当油气井为高压井时，井口压力为十兆帕量级，为了控制气井产量及井口压力，油嘴作为一种节流装置被广泛地应用于石油工业。现实中，油嘴不仅仅是作为控制油井产量的装置，客户对油嘴还有计量的要求。

现有技术中用于测量多相流中气液两相各自流量的一种方法是文丘里流量计+伽马射线法，其原理是利用文丘里管测量湿气的总体积流量，并用单能伽马射线探测器测量气液两相各自的相分率，然后用总体积流量乘以气液两相各自的相分率，得到气液两相各自的体积流量。然而，油嘴喉部为音速流动，文丘里差压法的原理不适合用于音速流动的计量。

现有的油田中，在井筒口处已经存在着喷嘴，地下原油经过该喷嘴喷出。人们通过长期的生产实践，已经认识到这些喷嘴处的原油流量与喷嘴入口处压力P₁(油田上称为“油压”)与喷嘴出口处压力P₂(油田上称为“回压”)之间的压差ΔP存在着一些定量关系以及经验关系式，可用于粗略估算原有流量，但这种计量方法误差很大；另一种方法是试井时的实测，试井时通过试量压力、温度，再通过对油井产物进行分离后分别计量气相和液相，对数据进行拟合。这种方法不适合长期使用，因为油井的压力和原油中的气相质量相含率在生命周期内是动态变化的，如果采用一成不变的计量公式将带来很大误差，甚至误判油井的产量。

此外，人们发现，在油压P₁基本不变的前提下，当差压ΔP逐渐升高时，总流量Q也逐渐增大；但当差压ΔP达到并超过某临界值ΔP_c后，流量Q不再随差压ΔP而变化，而是保持某一稳定值不再增加，将这种状态称为临界流状态。

因此，人们利用油嘴控制气井产量、控制井口压力，同时希望油嘴能够对产物进行计量。但是，目前的油嘴计量功能十分有限，并不能精确实时计量多相流中气液两相各自质量流量。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种测量多相流中气液两相各自流量的临界流喷嘴流量计，其包括以下构件：

节流型喷嘴(1)，其具有入口、出口和喉部，其中喉部处流体的流通面积最小；

伽马射线探测器，其包括伽马射线发射器(2)和伽马射线接收器(3)，其布置方式使得伽马射线发射器发出的伽马射线沿直径方向穿过所述节流型喷嘴的入口处截面，到达所述伽马射线接收器；

压力传感器，分别用于测量所述节流型喷嘴的入口处压力P₁与出口处压力P₂。

温度传感器，用于测量所述节流型喷嘴的入口处温度T₁。

优选地，所述节流型喷嘴的喉部截面积为其入口截面积的1/10-1/2。

其中，所述伽马射线探测器为单能伽马射线探测器。

本发明的第二方面涉及一种测量多相流中气液两相各自流量的测量方法，其使用本发明第一方面所述的临界流喷嘴流量计，该方法包括以下步骤：

a)通过压力传感器测量节流型喷嘴的入口处的压力P₁和出口处的压力P₂，通过温度传感器测量节流型喷嘴的入口处的温度T₁；