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用于測量多組分流中的一個組分密度的方法和設備的制作方法

時間:2023-11-06    作者: 管理員

專利名稱:用于測量多組分流中的一個組分密度的方法和設備的制作方法
技術領域
本發明涉及井流量測量的領域,更具體的是,涉及油流量計算設備。
背景技術
氣和油井可具有從井口出來的多相流。需要對從井口出來的總流量 進行測量。為了測量總流量,氣流通常與液流相分離,并且氣流和液流分別測量。該氣流和液流可采用不同的科里奧利(Coriolis)流量計進行 測量。液流通常包含油和水兩者。為了精確地測量在液流中的油量,就 必須確定在液流中的水量。為了確定在液流中的水量,需要確定該水的 密度。當前,通過對井口流出的水周期性地采樣和利用比重計確定該密 度,可確定水的密度。該方法具有許多問題。 一個問題是水的密度可能 隨著時間變化。如果水的密度變化并且使用舊的密度測量值,在液流中 油量的計算值會變得不精確。在高含水率的流體中比在低含水率的流體 中該不精確問題更嚴重。最小化該不精確性的一個方法是對水密度頻繁 采樣。然而,從系統中除去樣品并且測試該密度是一項費力和費時的工 作。因此,需要一種更佳的確定流中油量的系統和方法。 發明內容已經公開了一種方法和設備,其用來確定通過管道的多組分流中一 個組分的密度。該多組分流被分成兩個流束,其中第一流束基本上具有 第一組分的所有流。測量第二流束的密度。多個方面本發明的一個方面包括用于確定在多組分流中一個組分密度的方 法,包括引導液體流到管道,該液流由至少第一材料和第二材料組成, 該方法的步驟的特征在于將液流分為第 一 流束和第二流束,其中第 一 流束的流率大于第二流 束中的流率,并且其中第一流束基本上包括所有的第一材料;測量第二流束中的液體的密度。優選,該方法還包括其中第一材料為油。
優選,該方法還包括其中第二材料為水。優選,該方法還包括其中第二材料比第一材料密度大。優選,該方法還具有以下特征測量在第二流束中流動的液體的溫度。優選,該方法還具有以下特征測量通過該管道的材料的總流量;部分基于在第二流束中的液體的密度確定在管道中流動的第 一材 料的量。優選,該方法還包括下面特征,重力用于基本上將所有第一材 料分到第一流束中。本發明的另 一個方面包括引導液體流進入管道,其中該液體由至少 油和水組成,其中該方法的步驟的特征在于從在該管道中流動的液體中持續分離少量的水樣品并且測量該水 的密度。優選,該方法的特征在于利用科里奧利流量計測量水的密度。優選,該方法的特征在于連續測量水的密度。優選,該方法還具有以下特征部分基于測得的水密度確定在管道中流動的油量。優選,該方法還具有以下特征利用該水的密度確定液體的含水率。本發明的另一個方面包括一種設備,具有第一管道,該管道構造為 容納由至少第 一材料和第二材料組成的液體,該設備的特征在于第二管道連接到第一管道,并且被構造以從液體中提取第二材料的樣品。第一科里奧利流量計連接到第二管道,并且被構造以測量在第二管 道中的第二材料樣品的密度。優選,具有第二管道的設備還具有以下特征分離箱,其具有頂半部和底半部,其中第一管道流入分離箱中并且 第二管道連接到分離箱的底半部上。優選,該設備還具有以下特征第二科里奧利流量計,其連接到第一管道,并且被構造以測量在第 一管道中流動的液體的密度;處理器,其連接到第一和第二科里奧利流量計,并且被構造以部分 基于從第 一科里奧利流量計得到的密度測量值,確定在管道中的液體中 第 一材料相對于第二材料的比。優選,該設備特征在于第一管道具有第一直徑并且第二管道具有第 二直徑,并且第一直徑大于第二直徑。優選,該設備特征在于第二直徑小于第一直徑的1/10。優選,該設備特征在于第 一管道具有第 一流率并且第二管道具有第 二流率,并且第一流率大于第二流率。本發明的另一個方面包含一個設備,其具有一個管道,該管道包含有至少第 一材料和第二材料組成的流動液體,該設備的特征在于一種裝置,用于流動液體分為第一流束和第二流束,其中第一流束 的流率大于第二流束中的流率,并且其中第一流束基本上包括所有的第一材料;一種裝置,用于測量在第二流束中材料的密度。


圖1是在本發明的示例實施例中的油和氣測量系統100的示意圖。圖2是在本發明另 一個示例實施例中的分水支管的示意圖。圖3是在本發明另 一個示例實施例中的利用分離箱的分水支管的示意圖。圖4是在本發明的示例實施例中確定多組分流中的一個組分密度的 方法的流程圖。
具體實施方式
圖1-3和下面的說明書描述了具體的例子,其教導本領域技術人員 怎樣構造和使用本發明的最佳方式。為了教導發明原理, 一些傳統的方 面已經簡化或者省略。本領域技術人員將認識到對這些例子的改變會落 入本發明的范圍內。本領域技術人員將認識到下述特征可以按不同方 式結合以形成本發明的多個變化形式。因此,本發明不限于下述具體例 子,而是僅僅通過權利要求和它們的等同物限制。圖1是在本發明的示例實施例中的油和氣測量系統100的示意圖。 油和氣測量系統100連接到井口 102并且包括分離器104,液體出口 管108,出氣口管106,分水支管110,流量計116, 114和112,系統 出口管118和油計算設備120。在運行中,井口 102產生多相流,其可包含氣體,油,水和碎屑, 例如淤泥或者沙。該多相流傳送到分離器104中,在其中氣體從液體 中分離。分離器104可以為任意類型的分離器,包括氣體-液體圓柱形旋 流(GLCC)分離器。出氣口管106從分離器104的頂端排出氣體。流量 計112測量流過出氣口管106的氣體。流量計112可為任意類型的流量 計,包括渦輪流量計,科里奧利流量計等。液體通過液體出口管108從 分離器104中除去。在液體出口管108中流動的液體可包含油和水。分 水支管IIO被構造以從液體出口管108中分離少量的水流。流量計114 測量在液體出口管108中液體的流量。在本發明一個示例的實施例中, 流量計114是科里奧利流量計。當流量計114是科里奧利流量計時,流 量計114可用于測量流過液體出口管108的液體的密度。在液體出口管 108流動的液體的含水率值可利用測得的液體密度和/^式1進行確定。公式1其中p(mix)是液體的密度,p (oil)是在液體中油的密度,并且p(water) 是在液體中水的密度。油的密度可以由使用者輸入或者單獨地測量。公 式1取決于在液體中流動的水的密度。水的密度可作為鹽度的函數而發 生改變。流量計116測量在分水支管110中的水的流量。流量計116是科里 奧利流量計。流量計116還測量在分水支管110中流動的水的密度。從 分水支管IIO來的液流可在流量計114之后再次插入返回到液體出口管 108中(如圖所示),或者可以在流量計114之前再次插入(未示出)。 當從分水支管IIO來的液流在流量計114之前再次進入液體出口管108 時,則流量計116不需要用來測量流量,它的運用可專用于測量在分水 管110中流動的材料的密度。油計算設備UO監控流量計112, 114和 116,以確定通過系統的總流量。在一個示例的實施例中,氣體和液體 輸出可再結合到一個系統出口管118中。在本發明的其它示例的實施例 中,氣體和液體可通過分離的管線系統(未示出)輸送到分離的目的地。油計算設備120監控流過流量計112, 114和118的流量。在液體 出口管108中流動的液體包括油和水的混合物。為了確定流過液體出口 管108的油量,必須確定水的量。為了確定流過液體出口管108的水量,
必須確定水的密度。科里奧利流量計可用來測量流過該流量計的材料的密度以及流過該流量計的材料的量。分水支管iio被構造來從液體出口 管108中流動的液體主流中分離出基本上無油或者其它碳氬化合物的液流。在分水支管中流動的液流可以由水,沉淀物和其它的水溶性材料(例如食鹽)所組成。水的鹽度的變化會改變水的密度。科里奧利流量計116 用來測量在分水支管110中流動的液體的密度。然后測得的密度反饋入 由含水率公式確定的在出口管108中流動的油量的計算中。分水支管110能以多種方式構造來產生液體流,其基本上不含從出 口管108中的主液體流中分離的油或者較輕液體。在本發明的一個示例 的實施例中,出口管108為水平管,其相對于流速具有足夠的長度以允 許碳氫化合物上升到出口管的頂部。分水支管IIO將連接到出口管108 的底部,從出口管中僅提取一些較重液體。分水支管iio在直徑上可以 比出口管108小,從而使得流入分水支管的流被限制。在本發明一個示 例的實施例中,分水支管IIO是出口管108直徑的1/10。僅僅在出口管 108中流動的較重液體的少量流束或者樣品需要吸入分水支管110中。 在一些情況中,大部分的較重液體保持在出口管108中流動。圖2是在本發明另 一 個示例實施例中的分水支管的另 一 種結構的示 意圖。分水支管包括分離箱222和分水管210。出口管208流入分離箱 222中。出口管在接近分離箱222的頂部處從分離箱222引出。分水管 210在分離箱222的底部處或者附近引出。分離箱具有一定體積,該體 積允許液體有一定保持時間,該時間足夠液體在該箱的內部分層。分水 支管210還可以在直徑上比出口管208小,從而使得流入分水支管210 的流被限制。僅僅流入分離箱222中的較重液體的少量流束或者樣品需 要吸入分水支管210中。在多數情況下,大部分較重液體通過出口管208 從分離箱222中排出。圖3是在本發明的示例實施例中的分水支管的另一個結構。分水支 管包括分離管324和分水管310。出口管308具有從出口管308底部延 伸出的分離管324。分離管324的直徑可以小于出口管308的直徑。分 離管324在再結合到出口管308之前在出口管308之下延伸較短距離。 分水管310在分離管324的底部結合入分離管324中。僅僅分離管324 中流動的較重液體的少量流束或者樣品需要吸入分水管310中。分水管 310可與分離管324相同大小,或者小于分離管324的尺寸。其它的結 構可用于從出口管中流動的多相液體中分離少量樣品,以運用本發明。因為在多相流中流動的水的密度可持續測量,在水中的鹽度變化可 實時進行補償。這將幫助降低在含水率測量中的不精確性。本發明不限 于在油和水流中測量水的密度。本發明還可運用于其中成分可在流動期 間被分離的任何混合流。分水支管可設計來從較輕液體中分離任何較重 液體。圖4是用于確定多組分流的一個組分密度的方法的流程圖。在步驟 402,包含至少第一材料和第二材料的流被引導入管道中。在步驟404 處,將液流分為第一流束和第二流束,其中第一流束基本上包括所有的 第一材料。在步驟406處,測量在第二流束中液體的密度。
權利要求
1.一種在多組分流中確定一個組分密度的方法,包括引導液體流進入管道,其中該液體流由至少第一材料和第二材料組成(402),該方法的步驟的特征在于將液體流分為第一流束和第二流束,其中第一流束中的流率大于第二流束中的流率,并且其中第一流束基本上包括所有的第一材料(404);測量第二流束中的液體的密度(406)。
2. 如權利要求l所述的方法,其特征在于第一材料為油。
3. 如權利要求l所述的方法,其特征在于第二材料為水。
4. 如權利要求1所述的方法,其特征在于第二材料比第一材料密 度大。
5. 如權利要求l所述的方法,其特征還在于 測量在第二流束中流動的液體的溫度。
6. 如權利要求l所述的方法,其特征還在于 測量通過該管道的材料的總流量;部分基于在第二流束中的液體的密度確定在管道中流動的第一材 料的量。
7. 如權利要求1所述的方法,其特征在于重力用于基本上將所有 第一材料分離到第一流束中。
8. —種方法,包括引導液體流進入管道,其中該液體由至少油和 水組成,該方法的步驟的特征在于從在該管道中流動的液體中持續分離少量的水樣品并且測量該水 的密度。
9. 如權利要求8所述的方法,其特征在于利用科里奧利流量計測 量水的密度。
10. 如權利要求8所述的方法,其特征在于連續地測量水的密度。
11. 如權利要求8所述的方法,其特征還在于部分基于測得的水密度確定在管道中流動的油量。
12. 如權利要求8所述的方法,其特征還在于利用該水的密度確定該液體的含水率。
13. —種設備,具有第一管道(108),該管道被構造為容納由至 少第 一材料和第二材料組成的液體,該設備的特征在于第二管道UIO),其連接到第一管道(108),并且被構造以從液體中提取第二材料的樣品;第一科里奧利流量計(116),其連接到第二管道(110),并且被構造以測量在第二管道中的第二材料樣品的密度。
14. 如權利要求13所述的設備,其中第二管道還具有以下特征 分離箱(222),其具有頂半部和底半部,其中第一管道(208 )流入分離箱(222)中并且第二管道(210)連接到分離箱的底半部上。
15. 如權利要求13所述的設備,其特征在于 第二科里奧利流量計(114),其連接到第一管道(110),并且被構造以測量在第 一管道中流動的液體的密度;處理器(120),其連接到第一和第二科里奧利流量計,并且被構 造以部分基于從第一科里奧利流量計得到的密度測量值,確定在管道中 的液體中第 一 材料相對于第二材料的比。
16. 如權利要求13所述的設備,其特征在于,第一管道具有第一 直徑并且第二管道具有第二直徑,并且第一直徑大于第二直徑。
17. 如權利要求16所述的設備,還具有以下特征第二直徑小于 第一直徑的1/10。
18. 如權利要求13所述的設備,其特征在于,第一管道具有第一 流率并且第二管道具有第二流率,并且第 一 流率大于第二流率。
19. 一種設備,具有管道,該管道容納由至少第一材料和第二材料 組成的流動液體,該"i殳備的特征在于一種裝置,將流動液體分為第一流束和第二流束,其中第一流束的 流率大于第二流束中的流率,并且其中第 一流束基本上包括所有的第一材料;一種裝置,用于測量在第二流束中材料的密度。
全文摘要
一種方法和設備被公開,其用來確定通過管道的多組分流中一個組分的密度。該多組分流被分成兩個流束(404),其中第一流束基本上具有第一組分的所有流。測量第二流束的密度(406)。
文檔編號G01F1/74GK101213426SQ200580050909
公開日2008年7月2日 申請日期2005年6月29日 優先權日2005年6月29日
發明者J·D·拉斯基 申請人:微動公司

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