用于測量存在于多相流中的不同流體的流量的設備及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于測量存在于多個不同的多相流(C)中的不同流體的流量的設備和方法，在運輸中，每個多相流(C)穿過各自的主流管(2)。設備(1)包括用于每個管(2)的測量單元(3)。每個測量單元(3)包括采樣裝置(4)。每個測量單元(3)包括位于各個采樣裝置(4)下游的壓差類型的第一和第二測量器件(5)。設備(1)包括與測量單元(3)相關聯(lián)的相分離器(8)。設備(1)包括插入測量單元(3)和分離器(8)之間的選擇器件(18)，用于使后者與設想的采樣裝置(4)的一個連通。設備(1)包括與分離器(8)相關聯(lián)的用于測量分離的不同流體的流出流量的第三測量器件(12)和適用于接收和處理通過測量裝置(5，7，12)揭露的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理器件。
【專利說明】用于測量存在于多相流中的不同流體的流量的設備及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測量存在于多個不同的多相流中的不同流體的流量的設備，在運輸中，每個多相流穿過各自的主流管，各個主流管不構成所述設備的一部分。
[0002]本發(fā)明的一個目的還涉及一種用于測量在各個不同的主流管中流動的不同多相流中的每個相的流量的方法。
[0003]本發(fā)明的目的用于石油工業(yè)，特別地，適用于測量沿著各個流管運輸?shù)亩嘞嗔髦械南嗟牧髁浚鱾€流管集中在海上平臺或集群岸上平臺中。
【背景技術】
[0004]如已知的，在石油和天然氣的生產(chǎn)過程中，在流管運輸烴中，實施測量以確定多相流和單個相的流量，多相流由兩相或三相油-水-氣體的組合組成。
[0005]各個管道運輸油/烴中的不同相的流量測量對于控制和調(diào)節(jié)烴的生產(chǎn)是必須的，對于評估多相流中的水和氣體含量也是必須的。
[0006]為了精確地揭露油-水-氣體多相流中的不同相的流量，可以使用能夠在不同流態(tài)中操作的多相流量計(MPFM)。
[0007]—些多相流量測量器嚴格地與石油工業(yè)相關聯(lián)，另一些基于電離輻射，又另一些基于微波的使用。但是，這些儀器以測量中的顯著不確定性為特征。
[0008]傳統(tǒng)的多相流體的測量方法設想通過兩相或三相分離器實現(xiàn)流體的分離以及單個流出相的流量的測量。
[0009]由于這些分離器是特別昂貴、笨重且沉重的，因此通常僅使用一個三相分離器來測量彼此接近的不同管線或流管。
[0010]通過閥的適當組合(稱作歧管)，可以使得管線或多相流管的任一個與三相分離器流體連通，以便實施來自特定井的流的測量，而所有其他多相流管保持在生產(chǎn)狀態(tài)。根據(jù)這個方法實施的測量是分析的多相流的相的流量的非連續(xù)測量。換言之，這個測量實施在直接取自相關管線或多相流管的流的樣品上。
[0011]除了用于與分離器連通的歧管之外，這個系統(tǒng)還提供另一生產(chǎn)歧管，來自各個井的所有管線或流管都發(fā)送至該另一生產(chǎn)歧管。
[0012]如文獻W02005/031311和W02007/060386中描述和說明的，還已知與多相流的總
流量計相聯(lián)接的使用等速采樣的多相流量計。總流量計獨立于等速采樣而操作，允許表征多相混合物的液體和氣體流量。
[0013]基于等速采樣、能夠?qū)Ω呷莘e率(即，(LVF) > 10% )的液體和在任何流態(tài)(例如，層流、泡沫、彈狀流等)操作的設備和簡單的多相流量測量方法也是已知的。
[0014]這個系統(tǒng)通常應用于來自井的每個管線或流管，并實現(xiàn)來自單個井的油、氣體和水的連續(xù)測量。
[0015]盡管多相流的不同測量技術具有特定的優(yōu)點，但是 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它們不是沒有缺點的，并且很多方面可以改進，主要關于實施的測量的精確度、相當大量的多相流的轉(zhuǎn)移、設備的總負擔、以及設備的總成本。
[0016]特別地， 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過管線的分組的傳統(tǒng)多相測量方法設想每個管線的流量的整體收集。以這種方式，收集的整個多相流量發(fā)送至三相分離器，三相分離器必須具有適當?shù)某叽?，從而產(chǎn)生重大的負擔和成本。
[0017]可選地，已知將整個多相流量轉(zhuǎn)移到已知類型的多相測量裝置的方法。這個方法意味著，對于流體流必須通過已知類型的測量器測量的所有井，針對使用壽命內(nèi)的可能測量范圍的整個包絡設計多相流量計的尺寸，除非接受測量精確度的顯著下降，這個條件是很難達到的。
[0018]另一方面，其他方法設想要求用于設想的每個管線的測量系統(tǒng)的多相流量的連續(xù)測量。當然，每個系統(tǒng)的成本和負擔必然是設想的每個流線的倍數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明的主要目的是提供一種能夠解決已知技術中發(fā)現(xiàn)的問題的、用于測量存在于多個不同多相流中的不同流體的流量的設備和方法。
[0020]本發(fā)明的一個目的是保證多相流的相的流量的精確測量。
[0021]本發(fā)明的進一步目的是允許分組的多相流線中的多相流的最佳的半連續(xù)測量。
[0022]本發(fā)明的另一個目的是減小待分離的多相流的流量。
[0023]本發(fā)明的又一個目的是簡化測量設備。
[0024]本發(fā)明的進一步目的是減小測量設備的總負擔。
[0025]本發(fā)明的另一個目的是降低測量設備的總成本。
[0026]上述的目的及其他目的，通過如所附權利要求表達和描述的用于測量存在于多個不同多相流中的不同流體的流量的設備和方法基本實現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]現(xiàn)在提供根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選但不是惟一的實施例的用于測量存在于多個不同的多相流中的不同流體的流量的設備和方法的描述。下面參考附圖實現(xiàn)這個描述，附圖是用于純說明性而非限制性的目的，其中所述附圖的圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于測量存在于多個不同的多相流中的不同流體的流量的設備的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]如附圖1示意性地所示，設備I與例如來自于烴的各個提取井(未示出)的多個主流管2或多相流線可操作地相關聯(lián)。
[0029]更具體地，示出的設備I與用于來自各個提取井的各個多相流C的運輸?shù)乃膫€主流管線2可操作地相關聯(lián)。
[0030]當然，上述的主流管2的數(shù)量僅是管的分組的一個示例，根據(jù)特定情況，主流管2的數(shù)量可以從最小值2變化到建立的最大數(shù)量N(例如從5到15)。
[0031]根據(jù)圖1示出的配置，設備I適用于實現(xiàn)存在于多個不同的多相流C(在運輸中，每個多相流C穿過各自的主流管2)中的不同流體(特別是水、油和氣體)的測量。
[0032]從圖1可以看出，設備I包括與每個主流管2可操作地相關聯(lián)的至少一個測量單元3。
[0033]根據(jù)圖1示出的方案，每個測量單元3同軸地截交各個主流管2的第一部分2a和相鄰的第二部分2b。
[0034]每個測量單元3有利地包括采樣裝置4，特別是等速采樣裝置，采樣裝置4用于采樣沿著各個主流管2運輸?shù)念A定量的各個多相流C。
[0035]等速采樣裝置4具有在各個主流管2的入口，從沿著各個主流管2運輸?shù)亩嘞嗔鰿的流量中收集流量P，轉(zhuǎn)移多相流C的所述流量的總流量Q的等分部分P的功能。
[0036]第一測量器件5 (特別是已知類型的壓差測量器)與等速采樣裝置4對應設置，用于在采樣后，測量收集的等分部分或采樣部分P與多相流C或未采樣部分之間的壓差。這個壓差必須是零以保證采樣是等速的。
[0037]每個測量單元3還包括沿著各個主流管2且在各個等速采樣裝置4的下游的節(jié)流閥6，節(jié)流閥6配置為產(chǎn)生用于實現(xiàn)所需的采樣必需的壓降。
[0038]可以設想與節(jié)流閥6相對應的第二測量器件7，有利地，已知類型的壓差測量器，適用于測量流經(jīng)過節(jié)流閥6時由于流的通過而產(chǎn)生的壓降。
[0039]可以使用可選的已知測量方法，例如超聲、渦流或容積測量器，當可適用時，用于確定容積流量。
[0040]再參考圖1，設備I還包括至少一個分離器裝置8，優(yōu)選地，小型分離器，甚至更優(yōu)選地，具有高效率的分離器，與測量單元3可操作地相關聯(lián)，用于分離存在于通過各個采樣裝置4收集的各個采樣部分P中的水相、油相和氣相。
[0041]更具體地，每個測量單元3的等速采樣裝置4與上述的分離器裝置8流體連通，通過共用進給管道9將收集的各個部分P的流量進給至分離器裝置8以將收集的各個部分P分離成它的液體和氣體成分。
[0042]液相通過至少一個管10離開分離器裝置8的底部，而氣相通過至少一個管11離開分離器裝置8的上端。
[0043]還可以設想用于排出液相的兩個下管，每個下管與存在于上述多相流中的液體(即，水和油)的類型相關。
[0044]再參考圖1，設備I還包括第三測量器件12，有利地，已知類型的液體流量的測量器12a和已知類型的氣體流量的測量器12b，第三測量器件12與分離器裝置8可操作地相關聯(lián)，用于分別測量存在于各個采樣部分P中的不同流體的流出流量。
[0045]流量計12a有利地可操作地定位在分離器裝置8和分離出的流體的接合連接13之間。在這種情況下，管10被配置為用于通過上述的接合連接13進給氣相的管11內(nèi)的液體的流量。
[0046]從圖1可以看出，液相和氣相的接合連接13位于各個主流管2的段2b中的液相和氣相的各個聯(lián)接的上游以及各個測量單元3的下游。
[0047]可以被關閉以實現(xiàn)非連續(xù)測量的閥14有利地可操作地定位在接合連接13與第三測量器件12的液體的流量計12a之間。
[0048]至少一個水平測量器15 (優(yōu)選地差分類型的水平測量器)有利地與分離器裝置8相關聯(lián)。
[0049]再參考圖1，在接合連接13的上游，關于氣相的管11被第三測量器件12的氣體流量計12b截斷。
[0050]設備還包括調(diào)節(jié)器件16。調(diào)節(jié)器件16可操作地定位在分離器裝置8的出口處分離出的流體的接合連接13的下游，用于控制通過各個測量單元3的各個采樣裝置4采樣的流量。
[0051]再參考圖1，設備I為設想的每個主流管2提供與接合連接13流體連通的各個運送管道17。每個運送管道17有利地裝備有構成上述的調(diào)節(jié)裝置16的一部分的至少一個閥16a，優(yōu)選地，串聯(lián)布置的兩個閥16a。
[0052]每個閥16a在關閉狀態(tài)和打開狀態(tài)之間可變換；在關閉狀態(tài)下，閥16a阻塞各個運送管道17 ;在打開狀態(tài)下，閥16a允許來自所述接合連接13的流體朝各個主流管2通過。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的有利方面，設備I還裝備有選擇器件18，選擇器件18可操作地插入設想的測量單元3的每一個和分離器裝置8之間，以使得分離器裝置8與選擇的至少一個測量單元3的采樣裝置4流體連通。
[0054]更具體地，選擇器件18在排除狀態(tài)和選擇狀態(tài)之間可變換；在排除狀態(tài)下，每一個測量單元3的采樣裝置4不與分離器裝置8流體連通；在選擇狀態(tài)下，至少一個測量單元3的采樣裝置5與分離器裝置8流體連通，而其他測量單元3的采樣裝置4不與分離器裝置8流體連通。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的可選實施例的方案，從主流管2收集的流量不再重新插入主流管2內(nèi)而是插入主流管2會聚的共用生產(chǎn)線(圖中未示出)內(nèi)。
[0056]根據(jù)這個配置，每個主流管2與共用生產(chǎn)線直接流體連通。
[0057]在主流管2和共用生產(chǎn)線2之間的連接的下游，分離器裝置8的接合連接13也與共用生產(chǎn)線直接流體連通。
[0058]可以設想在分離器裝置8的接合連接13和共用生產(chǎn)線之間的一個或多個斷流閥，一個或多個斷流閥可以普遍地用于在需要維護干預時將分離器裝置8與整個系統(tǒng)隔離開。
[0059]選擇器件18有利地可操作地沿著排渣管19定位，排渣管19在設想的每個測量單元3的采樣裝置4和分離器裝置8的進給管道9之間延伸。
[0060]特別地，對于每個排渣管19，選擇器件18包括至少一個流量閥18a，至少一個流量閥18a定位在分離器裝置8的進給管道9中的各個排渣管19的各個聯(lián)接的上游。
[0061]設備I有利地包括數(shù)據(jù)處理器件(由于它們是已知的，因此未示出)，數(shù)據(jù)處理器件適用于通過特定電線20和電連接器21，接收通過每個測量單元3的第一測量器件5、每個測量單元3的第二測量器件7、分離器裝置8的第三測量器件12和位于接合連接13的下游的調(diào)節(jié)器件16揭露的數(shù)據(jù)。
[0062]數(shù)據(jù)處理器件還適用于通過相應的電線20和電連接器21發(fā)送相應的操作信號至調(diào)節(jié)器件16以改變每個測量單元3的采樣裝置4中的采樣部分P的流量。
[0063]數(shù)據(jù)處理器件有利地還通過電線20和電連接器21根據(jù)將在某些主流管2中實施由此在某些提取井中實施的驗證控制選擇器件18在排除狀態(tài)和選擇狀態(tài)之間變換。
[0064]而且，在與每個主流管2相關聯(lián)的測量單元3的上游，設備I可以包括至少一個絕對壓力計(未示出)和溫度測量器(未示出)，用于分別監(jiān)控在各個主流管2內(nèi)流動的多相流C的壓力P和溫度T。
[0065]本發(fā)明的一個目的還涉及一種用于測量存在于在上述主流管2中流動的每個流C中的每個相的流量的方法。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的方法包括將與分離裝置8連通的測量單元3的選擇階段。
[0067]更具體地，通過以下的方式起動選擇階段:通過適當?shù)囊簤哼B接，使與將在其上實施流量測量的主流管2相關聯(lián)的測量單元3的采樣裝置4與分離器裝置8流體連通，以分離從各個多相流C收集的量的流量P的相。
[0068]選擇性地實施選擇的采樣裝置4與分離器裝置8之間的連接，而排除應用于其他主流管2的采樣裝置4與分離器裝置8之間的連接。
[0069]通過使得液壓地插入在分離器裝置8和相應的采樣裝置4之間的各個閥18a在關閉狀態(tài)和打開狀態(tài)之間變換來實現(xiàn)選擇的采樣裝置4和分離器裝置8之間的連接。
[0070]當已經(jīng)選擇將與分離器裝置8流體連通的采樣裝置4時，實施從相應的主流管2的區(qū)域部分(存在基本等速的狀態(tài))采樣各個多相流C的預定量的流量的階段。以這種方式，分離器裝置8接收單個流管2的多相流C的部分P。
[0071]采樣之后，采樣部分P適當?shù)厥艿綐嫵筛鱾€多相流的相的分離，以便測量分離出的每種流體(即，氣體、水和油)的流量。
[0072]接著測量在分離器裝置8中分離的每個相的流量。
[0073]—旦已經(jīng)測量每個相的流量，每個相與接合連接13對應再次結(jié)合以便最后引入它們之前從其移除的主流管2。
[0074]根據(jù)本發(fā)明的設備和方法解決了已知技術中遇到的問題并實現(xiàn)重要的優(yōu)點。
[0075]首先，通過將選擇歧管替換為多個具有有限尺寸的閥，上述的設備允許消除笨重、沉重且昂貴的選擇歧管。這個替換是可行的，因為從來自各個提取井的多相流移除的部分對應于其等分部分且關于各個流的總流量變化。
[0076]更具體地，由于從每個多相流移除的部分是關于等分部分(優(yōu)選地從預定的理想最大流量的1/5變化到1/10)建立的，因此移除的等分部分關于每個流的流量變化。
[0077]對于具有接近于或相當于預定的理想最大流量的顯著流量的流來說，移除的等分部分對應于上述的極端值內(nèi)的值。
[0078]對于具有有限流量的流來說，移除的等分部分對應于各個多相流的最大流量。
[0079]以這種方式，還在不使用用于測量覆蓋不同范圍的值的單個相的流量的儀器的情況下，可以擴大底部刻度與可以顯示的最小值之間的比值，即，量程。因此上述設備的配置允許顯著地減小將經(jīng)歷分離階段的采樣部分P的流量。因此，設計具有各個閥的選擇器件和具有測量器件及與其相關聯(lián)的閥的分離器裝置的尺寸，以在明顯減小的總流量上操作。因此，選擇器件和分離器裝置都具有相對于已知技術減小的負擔和重量，這導致測量設備的總負擔和重量的減小。
[0080]還應指出的是，上述的設備允許檢測下的相的流量的精確測量，總成本顯著減小，因為選擇器件由用于每個測量單元的閥組成，而分離器裝置的尺寸是為待檢測的有限流量而設計的。
【權利要求】
1.一種用于測量存在于多個不同的多相流(C)中的不同流體的流量的設備，在運輸中，每個多相流(C)穿過各自的主流管(2)，所述主流管(2)不構成所述設備(I)的一部分，所述設備(I)包括: 至少一個測量單元(3)，所述至少一個測量單元(3)與每個主流管(2)可操作地相關聯(lián)，每個測量單元(3)同軸地截交所述各個主流管(2)的第一部分(2a)和相鄰的第二部分(2b)，且包括:采樣裝置(4)，特別地，等速采樣裝置，用于采樣預定量的各個多相流(C)，適用于將所述多相流(C)分離成采樣部分(P)和非采樣部分；位于所述各個采樣裝置(4)的下游的、所述采樣部分(P)和非采樣部分之間的壓差的第一測量器件(5);節(jié)流閥(6)，所述節(jié)流閥(6)具有相對于所述各個流管(2)的通流截面減小的通流截面且位于所述各個采樣裝置(4)的下游；與所述各個節(jié)流閥(6)可操作地相關聯(lián)的壓差的第二測量器件(7)；分離器裝置(8)，所述分離器裝置(8)與所述測量單元(3)可操作地相關聯(lián)，用于分離從所述相應的采樣裝置(4)采樣和收集的所述各個部分(P)的所述相； 選擇器件(18)，所述選擇器件(18)可操作地插入在所述測量單元(3)和所述分離器裝置(4)之間，用于使得所述分離器裝置(8)與至少一個所述測量單元(3)的采樣裝置(4)流體連通，所述選擇器件(18)至少在排除狀態(tài)和選擇狀態(tài)之間可變換，在所述排除狀態(tài)下，設想的每一個所述測量單元(3)的所述采樣裝置(4)不與所述分離器裝置(8)流體連通，在所述選擇狀態(tài)下，設想的至少一個所述測量單元(3)與所述分離器裝置(8)流體連通，而其他剩余的測量單元(3)的所述采樣裝置(4)不與所述分離器裝置(8)流體連通； 第三測量器件(12)，所述第三測量器件(12)與所述分離器裝置(8)可操作地相關聯(lián)，用于測量存在于所述各個采樣部分(P)中的所述不同流體的流出流量，所述第三測量器件(12)可操作地布置在所述分離器裝置(8)和所述分離出的流體的接合連接(13)之間；` 調(diào)節(jié)器件(16)，所述調(diào)節(jié)器件(16)可操作地定位在所述接合連接(13)的下游，用于控制通過與所述分離器裝置(8)流體連通的所述各個測量單元(3)的所述各個采樣裝置(4)采樣的流量⑵； 數(shù)據(jù)處理器件，所述數(shù)據(jù)處理器件適用于接收和處理從每個測量單元(3)的所述第一測量器件(5)和所述第二測量器件(7)、所述分離器裝置⑶的所述第三測量器件(12)以及位于所述接合連接(13)的下游的所述調(diào)節(jié)器件(16)收集的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理器件適用于發(fā)送操作信號至所述調(diào)節(jié)器件(16)，用于改變每個測量單元(3)的每個采樣裝置(4)中的所述采樣部分(P)的流量，所述數(shù)據(jù)處理器件命令所述選擇器件(18)在所述排除狀態(tài)和所述選擇狀態(tài)之間變換。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，包括: 通過每個測量單元(3)的所述采樣裝置(4)采樣的所述部分(P)的至少一個進給管道(9)，所述至少一個進給管道(9)插入在所述分離器裝置(8)和所述測量單元(3)之間；用于每個測量單元⑶的排渣管(19)，所述排渣管(19)從所述各個測量單元(3)的所述采樣裝置(4)延伸且通過所述進給管道(9)與所述分離器裝置(8)流體連通， 所述選擇器件(18)包括用于每個測量單元(3)的至少一個流量閥(18a)，所述至少一個流量閥(18a)可操作地沿著所述各個排渣管(19)設置在所述分離器裝置(8)的所述進給管道(9)的上游。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的設備，包括用于設想的每個主流管(2)的各個運送管道(17)，所述各個運送管道(17)與所述接合連接(13)流體連通，每個運送管道(17)裝備有至少一個閥(16a)，優(yōu)選地，串聯(lián)布置的兩個閥(16a)，所述至少一個閥(16a)在閉合狀態(tài)和打開狀態(tài)之間可變換，在所述閉合狀態(tài)下，所述至少一個閥(16a)阻塞所述各個運送管道(17)，在所述打開狀態(tài)下，所述至少一個閥(16a)允許來自所述接合連接(13)的所述流體朝所述各個主流管(2)通過。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的設備，其中每個測量單元(3)的所述采樣裝置(4)適用于從每個多相流(C)收集在預定的理想最大流量的1/5至1/10之間可變的等分部分(P)，由此收集的所述等分部分(P)關于每個多相流(C)的所述流量變化，優(yōu)選地，關于每個多相流(C)的最大流量變化。
5.一種用于測量在各個不同的主流管(2)中流動的多個不同的多相流(C)中的每個相的流量的方法，所述方法包括以下階段: 從所述主流管的一個的證實基本等速狀態(tài)的區(qū)域部分收集各個多相流(C)的預定量的流量，通過各個等速采樣裝置(4)實施所述量的流量的收集； 通過液壓連接使得所述各個采樣裝置(4)與分離器裝置(8)流體連通，所述分離器裝置(8)用于分離收集的所述量的流量的所述相，所述選擇的采樣裝置(4)與所述分離器裝置(8)之間的連接被實施而排除應用于其他主流管(2)的采樣裝置(4)與所述分離器裝置(8)之間的液壓連接； 測量在所述分離器裝置(8)中分離的每個相的流量； 測量所述分離出的相的流量之后，結(jié)合所述分離出的相； 將所述結(jié)合的相引入所述各個主流管(2)中。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中通過變換各個閥(18a)實現(xiàn)所述選擇的采樣裝置(4)和所述分離器裝置(8)之間的連接，所述各個閥(18a)液壓地插入在所述分離器裝置(8)和與所述各個主流管(2)相關聯(lián)的所述采樣裝置(4)之間。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的方法，其中各個多相流(C)的預定量的流量的采樣階段包括用于從每個多相流(C)收集在預定的理想最大流量的1/5至1/10之間可變的等分部分(P)的階段，由此收集的所述等分部分(P)關于每個多相流(C)的所述流量變化，優(yōu)選地，關于每個多相流(C)的最大流量變化。
【文檔編號】E21B49/08GK103502779SQ201280017158
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年4月18日 優(yōu)先權日:2011年4月19日
【發(fā)明者】斯特凡諾·博斯基, 保羅·安德烈烏西 申請人:艾尼股份公司