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石油生产中的多相流测量

作者:Allen Avery,ARC2010.03.30阅读 7538

  在石油开采和生产过程中,流量测量的准确性比以往任何时候都更加重要了。目前全球的经济形势导致了石油需求的下降,因此石油价格最近开始了回落,不过据预测石油价格还会回升的。因为现在在非传统沉积物中开采石油是相当困难的,多相流的存在导致准确测量流量也变得更加困难。为了能够优化油井的生产并且准确计算出他们开采出的油量和天然气量,经营者开始寻求大量的方法来测量多相流。

  非传统沉积物挑战测量技术  

  当石油公司冒险地在荒郊野外发现了石油和天然气,他们发现的沉积物已经变得越来越难开采了。海底的沉积物要求有高度机械化的设备才能进行开采,这些设备要能够承受住水下的艰苦条件还要能够到达海平面30,000英尺以下。地上的沉积物一般所含的油更稠,因此很难使其流动。这两类沉积物都要求有复杂的萃取方法,包括向油井内注入海水或者高压气体推动石油或者天然气到达地表。遗憾的是,这涉及到了一个最令人苦恼的测量方面的挑战——多相流,因为它是水、油和气的混合体。
  雪上加霜的是,油井的产量会随着时间发生巨大的变化,这会影响是否对其继续进行开采的决策。随着条件的改变,老井需要更加频繁地进行测试以决定其产量是否充分。看上去具有开采潜力的新井一旦开始开采可能就会碰到产量不如预期的问题。经营者需要实时的生产数据以优化产量,从而确保准确测量出在分配和交接中碳氢化合物的含量。
  近年来,多相流的测量已经取得了长足的进步。供应商在研发方面投入了大量资金以找到新方法,因为在提高效率方面有巨大的潜力而且能够给用户带来效益。像试井分离器等旧技术已经加入了部分分离器www.cechina.cn,它能够将气体从流动的液体中分离出来,还加入了多相流量计,它能够对多相流进行测量而不必完全分离每种构成要素。每种技术都是有利有弊的,它们的适用性如何取决于油井的条件、位置和产量。

  完全分离技术  

石油生产中的多相流测量如图

  完全分离器也称作试井分离器,这是一个巨大的容器,里面装有大量开采出来的油/水/气混合物的样本。一旦容器里装满了样本,天然气就从上面排出,水下沉到底部,油浮到水的表面。和容器相连的流量计就可以分别测量出天然气、石油和水的体积。
  试井分离具有很高的准确性,而且在工业领域受到普遍认可。但是,它的庞大底座限制了它在海上平台的使用,因为海上平台的空间有限。完全离析器还要依靠重力来把不同的流动物体分离开,这一过程需要几小时或者几天,这取决于石油有多重。因此,经营者只能测定某一特定时期的平均流量。完全离析器的平均售价是650,000美元,而且使用成本和维护成本都很高。每次使用后,都需要对离析器进行清洁以备下次使用。

  部分分离技术  

石油生产中的多相流测量如图

  部分分离器也叫做沉降器旋风分离器,通过将天然气与水油分离来解决多相流的问题。当油进入设备后,它将以一定的角度进入到一个圆柱体里,产生的离心力将油和水推出圆柱体,在里面只留下天然气升到顶部,在那里有一个气体流量计对其进行测量。然后油水混合物流入一个含水率计或者其他的多相流量计。科氏质量流量计在很多设计中被普遍使用。实际上,科氏质量流量计可能是测量水油混合物的最好的技术,而且有希望用于比较稠的油。  

  就分离过程而言,部分分离器比完全分离器快得多,而且部分分离器提供了一个接近实时的测量,从而判断一座井是否被充分地开采。部分分离器的成本也低,大约250CONTROL ENGINEERING China版权所有,000美元,而且比完全分离器的底座小得多。部分分离器可以小到可随身携带,使经营者能够定期对可能产量不足的老井进行测量,以验证投资一套完全分离器是否值得。然而,部分分离器对测量稠油来说,可能不是一个理想的选择www.cechina.cn,因为稠油很难分离。

  多相流量计
  

  多相流测量的最先进技术就是真正的多相流量计控制工程网版权所有,它不需要将三层构成元素分离进行测量。多相流量计使用非常尖端的技术而且标价大约325,000美元。它使用多种测量技术,比如对混合物用伽马射线,对流量用文氏管,还对三层进行压力和温度测量。虽然准确度很高控制工程网版权所有,还是有一些用户不愿使用含有放射性材料的设备,因为他们考虑获得许可的成本,还有出于对环境方面的考虑。在二十世纪九十年代中叶,多相技术的尝试没有取得预期的结果,也使终端用户怀疑设备的可靠性。一家供应商MPM使用三维层析成像技术(类似于医学领域的磁共振成像)来准确测量液体、气体和水的体积。
  

石油生产中的多相流测量如图

  多相流量计是海底应用中的最佳选择,而且在天然气应用中取得了普遍认可。因为油井和天然气井是不同的,多相流量计也是不同的,是为不同应用而特别设计的。只有MPM承诺一个流量计就能测量多相的油和天然气流。多相流量计也非常适用于海上平台,因为一个平台可能会从多个井里采油然后供给不同的客户。多相流量计对稠油来说也是一个更好的技术,因为它不需要将三层构成元素分离进行测量。由于多相流量计的价格昂贵,它们只适合在海底和产量高的油井上应用,从而

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