多相流量计研究与应用特点、原理、种类、标定及测量技术     基本原理     根据各相的温度ti、压力Pi,利用状态方程可以将实际状况下的体积流量转换成标准状况下的体积流量.设管道截面的总面积为So,其中油相所占据的面积Sp,气相所占的面积为SG,水相所占的面积为SW.设管道中油气水三相流的截面含气率为HG.油水混合液中的含水率为HW.我们可以得到以下的关系式. So=Sp+SG+SW （2） HG=（SG/So）×100% （3） HW=[SW/（Sp+SW）]×l00% （4） 综合式（1）,（2）,（3）和（4）,油、气、水三相在实际状况下的体积流量Qp,QG,QW可以分别表示为. Qp=vpSo（1-HG）（1-HW） （5） QG=vpSoHG （6） QW=vWSo（1-HG）Hw （7）在油气混输管线中,油井产出的原油、伴生天然气和矿化水形成了一种相态和流型复杂多变的多相流,是一个多变量的随机过程.一般地,多相流量计需要用以下的参数来计算各相流量.①各相在管道截面上所占据的面积Si.②各相沿管道轴线的流速Vi.③各相的温度ti和压力Pio各相在实际状况下的体积流量根据以下公式计算.     Qi=ViSi      （1）         由此可见,油、气、水三相在实际状况下的体积流量的测量可以通过对各相流速、流量截面上的含气率和含水率等流动参数的在线监测来实现.     多相流量计的标定及测量技术     1 标定     任何一种多相流量计在成为商品推向应用市场之前,都必须对其进行综合测试和评价,标定出其精度,并在现场运行期间定期地进行检定.目前,英国、法国、挪威和美国等发达国家都投入大量的资金建造了一定规模的多相流测试和计量装置,来进行多相流测试标定技术方面的试验和理论研究.国内也相继建立了一些规模相对较小的装置,如大庆油田工程设计技术开发有限公司的油气水多相流量计现场实液测试校验装置等.     英国国家工程实验室从1991年开始建造油气水三相流量测试和标定装置,1994年建成.目前,它是世界上唯一一个具有标准的多相流量计标定装置,具有较高的知名度和权威性.该装置具有功能齐全、测量范围宽、准确度高、仪器设备先进等优点,是油气水多相流量计标定和多相流测试研究的综合性试验装置.1996年,大庆油田工程设计技术开发有限公司建造了一套DN50型油气水多相流量计现场实液测试校验装置,它直接采用油井采出液配制实验介质,并通过了国家计量科学研究院的鉴定.此后,该装置不断得到改进,并采用了英国NEL的一些技术方案.现在,这一装置已得到国内外同行的认可,在围际多相流计量领域已具有了一定的技术特色和知名度.     此外,法国IFP石油研究院也建造了一套油气水多相流量测试装置,主要用于多相流模拟试验及多相流量计、多相混输泵原理样机的半工业化性能测试.挪威HYDRO石油公司研究中心的高压多相流实液测试标定装置是目前世界上唯一一套高压多相标定装置,具有压力高、规模大、量程宽等特点.美国Conoco多相流标定装置也是一种采用原油、天然气、产出水为介质的现场实液标定装置.另外,挪威HYDRO公司和Framo公司的油气水多相流标定和流量测试装置主要用于各自产品的出厂校验.总之,这些多相流测试标定装置现已成为试验研究多相流工艺参数和多相流计量技术的重要手段之一.     2 相分率测量技术     由于多相流流型复杂多变,不同的流型形成不同体积分数的相分布,各相间存在的相对速度形成不同的速度分布,因此要进行多相流量计量,必须测量油气水三相的相分率和分相速度.相分率参量是表征多相流的重要参量,但该参量的测量是多相流测试的难点.相分率只能通过油气水多相流的物性测试确定.当前,相分率的测量尚没有统一的方法,采用的主要方法有射线吸收法、电学法和微波衰减法.     （1）电法测量相分率技术.在大多数情况下,气液相混合物中两相介质的介电常数和电导率差别很大,利用这种性质可测量出混合物中的气液相分率.根据测量原理,电学法可分为电容法和电导法,其中电容法由于没有易损件而获得广泛应用.通常浸在气液混合物中的二电极可视为一个电容器.电容值的大小与混合物的介电常数有关,而介电常数是气相介电常数、液相介电常数和气相分率的函数,因此测量电极间电容值的大小,就可以得到混合物的气相分率.吸收测量相分率技术.射线穿过多相流体时受到流体吸收,吸收的程度与多相流的密度有关.根据射线的吸收程度,可得出流体混合物的密度,进而计算出多相流的各相分率. （2）速（域流量）测量分为均相流测量法和分相流测量法.均相流测量法,即在测量前采取措施（如静态混合器）预先将多相流混合物混合均匀,按均相流模型—单相流处理,测量均匀混合物的流速.原则上,单相流速的测量方法如节流法、容积法等,皆适用于均匀混合物流速的测量,但当前多相流量计多采用文丘利管法测量均相混合物流速.分相流测量法根据测量原理的不同,主要有相关法、节流法和容积法. （1）相关法.沿多相流管道相隔一定距离布置2个特性相同的传感器,分别检验多相流相分率和相空间分布等变化的随机流动噪声信号.根据相关技术确定上下游噪声信号的渡越时间,即可求得相关速度.多相流相分率及压力信号可作为流动噪声信号进行相关处理.常用传感器有测量相分率信号的γ射线和电容/电导传感器及测量压力信号的压力变送器等.当前超过半数的多相流量计采用相关分析设计.通常用于相关分析测量的参量也用于相分率推算.该方法的优点是只有信号中的交流成分作为信息用于相关函数中,对热力影响和零点     （3）微波衰减法测量含水体积分数.微波衰减法主要用于测量含水体积分数,因为某一固定频率的微波经过不同含水体积分数的液相,可以产生不同的衰减,亦即衰减幅度与含水体积分数有关.微波衰减法能够适应很宽的含水体积分数测量范围,在低含水（＜25%）和高含水（＞75%）的工况下,测量精度更高.     3 流速（或流量）测量技术     流射线漂移不敏感.介绍了多相流量计的特点、原理、种类、标定及测量技术.简介了多相流量计应用的现状和存在的问题.较为详细地介绍了多相流量计选型时应该注意的问题,最后指出了其发展趋势.     （2）节流法.流体通过节流件（如孔板、文丘利管和喷嘴）时会产生压降,由多相流量与压降的关系即可测得多相流量.文丘利管法就是当前使用最多的多相流量测量法.文丘利管结构简单,体积小,维护方便.推荐产品.电磁流量计,压力变送器,新型靶式流量计,超声波流量计,涡街流量计,涡轮流量计,热电偶.