#多相流綜合試驗裝置研究摘要為了開展油氣水多相混輸工藝參數(shù)測試和多相流測量儀表試驗研究，大慶油田建設(shè)設(shè)計研究院在其油氣集輸試驗站內(nèi)設(shè)計研制出油氣水多相流量計現(xiàn)場實液測試校驗裝置，該裝置是目前國內(nèi)規(guī)模最大、設(shè)備最先進、功能最全的油氣水多相流綜合試驗裝置。該裝置即可采用現(xiàn)場實液（原油、產(chǎn)出水、天然氣）又可采用模擬液（柴油、清水和天然氣）試驗介質(zhì)，在該裝置上可進行0?45度起伏、水平流型、持液率和多相流測量儀表等試驗研究。到目前為止，利用該裝置已對持液率、起伏和水平透明流動狀態(tài)以及6臺多相流測量儀表進行了大量試驗，獲得了大量寶貴數(shù)據(jù)，滿足了生產(chǎn)需要。本文將對該裝置的主要技術(shù)指標(biāo)、功能、流程、儀表配置、關(guān)鍵技術(shù)、起伏透明管段、持液率試驗管段及各種試驗結(jié)果進行介紹。關(guān)鍵詞多相流裝置起伏透明管水平透明管流型持液率快關(guān)閥法多相流測量儀表試驗結(jié)果1概述在北海油田開發(fā)中，油氣水多相混輸工藝參數(shù)測試計算和多相流計量標(biāo)定技術(shù)越來越引起人們的重視，這些技術(shù)對于簡化混輸工藝流程、降低油田開發(fā)投資具有重要意義。近年來，英國、法國、挪威、美國、荷蘭等國家的一些大石油公司、研究院所和大學(xué)都投入了大量的人力和物力，從理論上對多相流水平、垂直、起伏流動狀態(tài)（流型）、持液率、壓降、溫降以及多相流量計量、標(biāo)定等進行了深入研究，相繼建成了各種功能和規(guī)模的多相流試驗裝置設(shè)備，并將理論研究結(jié)果在多相流試驗裝置上進行了試驗、驗證和修正。目前，在多相混輸工藝參數(shù)計算預(yù)測方面的主要有美國Pipephase、挪威OLGA等軟件。在多相流計量儀表方面的主要有挪威的MFI多相流量計、美國Agar公司的多相流量計、蘭州海默公司的多相流量計。在多相流試驗裝置方面的主要有英國國家工程試驗室的多相流量計標(biāo)定裝置、挪威SINTEF多相管流試驗裝置、挪威IFE多相流起伏透明試驗裝置、美國CONOCO公司的多相流現(xiàn)場實液測試裝置。由于采用實液介質(zhì)和模擬介質(zhì)的多相流試驗裝置各有利弊。在這些多相流試驗裝置中，多數(shù)采用柴油/煤油成品油、空氣/氮氣、清水/鹽水等模擬液介質(zhì)，很少采用原油、天然氣、產(chǎn)出水實液介質(zhì)，這主要是由于建造多相流實液介質(zhì)試驗裝置安全條件要求高、費用多等條件的限制。由于采用實液介質(zhì)的多相流裝置對多相流量計的測試結(jié)果更接近實際，測量誤差較?。坏?，當(dāng)需要通過透明管段對多相流流動狀態(tài)進行觀測試驗，采用原油介質(zhì)時，由于原油的粘度較大，原油將粘在透明管壁上一層，無法看清管內(nèi)流動狀態(tài)；所以通常采用模擬介質(zhì)，由于柴油/煤油的粘度小，在透明管內(nèi)流動時不會粘在透明管壁上，這樣就能看清透明管段內(nèi)的介質(zhì)流動狀態(tài)。近幾年來，隨著我國沙漠油田和海洋油田的開發(fā)，為了開展油氣水多相混輸工藝參數(shù)測試和多相流測量儀表試驗研究，95年中國石油天然氣集團公司投資，由大慶油田建設(shè)設(shè)計研究院在其油氣集輸試驗站內(nèi)設(shè)計研制出油氣水多相流量計現(xiàn)場實液測試校驗裝置，并于97年通過了中國石油天然氣集團公司技術(shù)鑒定，該裝置只能在原油、產(chǎn)出水和天然氣實液介質(zhì)下對多相流量計進行測試和校驗，不能進行流型等方面的試驗研究。通過三年的改造，2000年大慶油田建設(shè)設(shè)計研究院已在多相流試驗室內(nèi)建成了一套新的油氣水多相流綜合試驗裝置，該裝置的主要儀表設(shè)備采用進口設(shè)備，管線采用不銹鋼材料，這套裝置具有規(guī)模大、功能全、設(shè)備先進、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高等特點，是目前中國規(guī)模最大、設(shè)備最先進、功能最全的油氣水多相流綜合試驗裝置。該裝置具有2套油氣水處理系統(tǒng)，即可在原油、產(chǎn)出水、伴生氣現(xiàn)場實際介質(zhì)條件下，又可在柴油、清水和天然氣模擬介質(zhì)條件下，分別進行起伏、水平流動狀態(tài)和持液率試驗，以及多相流測量儀表的測試標(biāo)定等試驗。該油氣集輸試驗站設(shè)在大慶薩南油田，與南2-9轉(zhuǎn)油站并聯(lián)設(shè)置。該試驗室總建筑面積為525m2,其中試驗間450m2(30mx15m、高8m)、控制室75m2。多相流水平試驗段長19.35m,垂直試驗段長8.6m(其中地下2.6m),起伏試驗段長22m、高4.5m。2裝置主要技術(shù)指標(biāo)(1)多相流試驗管徑：1＞“M型”0?45度起伏可調(diào)透明試驗管徑：DN50；2＞水平流型透明試驗管徑：DN50、DN80、DN100；3＞水平持液率試驗管徑：DN50、DN80、DN100；4＞水平和垂直多相流測量儀表試驗管徑：DN50、DN80、DN100；(2)介質(zhì)最大流量：1＞實液介質(zhì)系統(tǒng)：原油50m3/h、產(chǎn)出水50m3/h、天然氣流量1170m3/h(標(biāo)準(zhǔn))；2＞模擬液介質(zhì)系統(tǒng)：柴油15m3/h、清水15m3/h、天然氣流量1170m3/h(標(biāo)準(zhǔn))；(3)裝置的流量測量準(zhǔn)確度等級：油系統(tǒng)：1.0級、水系統(tǒng)：1.0級、氣系統(tǒng)：1.5級；(4)含水率調(diào)節(jié)范圍：0?100%；(5)含氣率調(diào)節(jié)范圍：0?100%；(6)系統(tǒng)工作壓力：1＞實液介質(zhì)系統(tǒng)：＜2.5MPa；2＞模擬液介質(zhì)系統(tǒng)：＜1.0MPa；(7)試驗介質(zhì)工作溫度：1＞實液介質(zhì)系統(tǒng)：＜60℃可調(diào)；2＞模擬液介質(zhì)系統(tǒng)：常溫。3裝置主要功能(1)起伏透明流型試驗；(2)水平透明流型試驗；(3)持液率試驗；(4)多相流測量儀表試驗；(5)油、氣、水單相流量計性能試驗；(6)油流量計含水率或含氣率變化試驗；(7)油、水流量計低于60℃變溫、變粘試驗。4裝置工藝系統(tǒng)基本組成部分該裝置主要分為實液介質(zhì)系統(tǒng)和模擬液介質(zhì)系統(tǒng)兩部分：(1)實液介質(zhì)系統(tǒng)部分該裝置的實液介質(zhì)系統(tǒng)主要由原油/產(chǎn)出水/天然氣三相分離處理系統(tǒng)、油水介質(zhì)輸送調(diào)配系統(tǒng)、天然氣增壓和穩(wěn)壓輸送系統(tǒng)、單相流量計量系統(tǒng)、介質(zhì)混合穩(wěn)流系統(tǒng)、多相流試驗段、用后介質(zhì)外輸系統(tǒng)等七部分組成,見圖1。(2)模擬液介質(zhì)系統(tǒng)部分該裝置的模擬液介質(zhì)系統(tǒng)主要由柴油/清水/天然氣三相分離處理系統(tǒng)、油水介質(zhì)輸送調(diào)配系統(tǒng)、天然氣增壓和穩(wěn)壓輸送系統(tǒng)、單相流量計量系統(tǒng)、介質(zhì)混合穩(wěn)流部分、多相流試驗段等七部分組成,見圖1。

5裝置工藝流程（1）實液介質(zhì)工藝流程返回M玷圖1多相流綜合試驗裝置工藝系統(tǒng)基本組成圖該裝置的實液介質(zhì)工藝流程如圖2所示，首先將來自于多井計量間的原油/產(chǎn)出水/天然氣混合物進行三相分離，分出的低含水油進入低含水油緩沖罐，將低含水油泵入電脫水器進行脫水處理，獲得凈化原油，將凈化油從凈化油儲存罐中抽出并輸至油流量計進行流量計量；從三相分離器分出的含油污水先進入含油污水緩沖罐，由泵將其抽出并輸至水流量計進行流量計量；并將油、水注入油水兩相混合器，混合成油水混合物，再進入氣液混合器；從三相分離器分出的天然氣先進入天然氣壓縮機入口緩沖罐，經(jīng)天然氣壓縮機增壓后，進入天然氣穩(wěn)定罐并輸至氣流量計進行流量計量；再將天然氣注入氣液混合器并與油水混合物混合，獲得油氣水三相混合物；該混合物進入一個流型發(fā)展水平直管段，獲得充分發(fā)展的流型之后，進入持返回M玷圖1多相流綜合試驗裝置工藝系統(tǒng)基本組成圖（2）模擬液介質(zhì)工藝流程該裝置的模擬液介質(zhì)工藝流程如圖2所示，首先將柴油/清水/天然氣混合物分離成油、水和氣單相介質(zhì)。再分別給這些介質(zhì)增壓，進行油、氣、水單相標(biāo)準(zhǔn)流量、含水率、含氣率調(diào)節(jié)和計量，然后再通過混合器將它們混合成油氣水三相混合物，經(jīng)流型發(fā)展穩(wěn)