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(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
.本發(fā)明涉及井流量測量的領(lǐng)域，更具體的是，涉及油流量計算設(shè)備。
背景技術(shù)：
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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(yán)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(tǒng)中除去樣品并且測試該密 度是一項費(fèi) 力和費(fèi)時的工作。
因此，需要 一 種更佳的確定流中油量的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)公開了 一種方法和設(shè)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(fā)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(dǎo)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(yōu)選，該方法還包括其中第一材料為油。
4優(yōu)選，該方法還包括其中第二材料為水。
優(yōu)選，該方法還包括其中第二材料比第一材料密度大。
優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(fā)明的另 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，該方法包括引導(dǎo)液體流進(jìn)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(xù)分離少量的水樣品并且測量該 水的密度。
優(yōu)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(yōu)選，該方法的特征在于連續(xù)測量水的密度。
優(yōu)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(yōu)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(fā)明的另 一個方面包括一種用于確定在多組分流中一個組分 密度的設(shè)備，該設(shè)備具有第一管道，該管道構(gòu)造為容納由至少第一材 料和第二材料組成的液體，該設(shè)備的特征在于
第二管道連接到第 一管道，并且被構(gòu)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(gòu)造以測量在第二 管道中的第二材料樣品的密度。
優(yōu)選，具有第二管道的設(shè)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(yōu)選，該設(shè)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(gòu)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(gòu)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(yōu)選，該設(shè)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(yōu)選，該設(shè)備特征在于第二直徑小于第一直徑的1/10。
優(yōu)選，該設(shè)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(fā)明的另 一個方面包括一種用于確定在多組分流中一個組分 密度的設(shè)備，該設(shè)備具有一個管道，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(shè)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(fā)明的示例實施例中的油和氣測量系統(tǒng)100的示意圖。
圖2是在本發(fā)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(fā)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(fā)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。
具體實施例方式
圖1-3和下面的說明書描述了具體的例子，其教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人 員怎樣構(gòu)造和使用本發(fā)明的最佳方式。為了教導(dǎo)發(fā)明原理， 一些傳統(tǒng) 的方面已經(jīng)簡化或者省略。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到對這些例子的改 變會落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到下述特征可以
按不同方式結(jié)合以形成本發(fā)明的多個變化形式。因此，本發(fā)明不限于 下述具體例子，而是僅僅通過權(quán)利要求和它們的等同物限制。
圖1是在本發(fā)明的示例實施例中的油和氣測量系統(tǒng)100的示意圖。油和氣測量系統(tǒng)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(tǒng)出口管118和油計算設(shè)備120。
在運(yùn)行中，井口 102產(chǎn)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ll(H皮構(gòu)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(fā)明一個示例 的實施例中，流量計114是科里奧利流量計。當(dāng)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 和公式1進(jìn)行確定。
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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(dú)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(shù) 而發(fā)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(dāng)從分水支管IIO來的液流在流量計114之前再次進(jìn)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(yùn)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(shè)備120監(jiān)控流量 計112， 114和116，以確定通過系統(tǒng)的總流量。在一個示例的實施 例中，氣體和液體輸出可再結(jié)合到一個系統(tǒng)出口管118中。在本發(fā)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(tǒng)(未示出) 輸送到分離的目的地。
油計算設(shè)備120監(jiān)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110被構(gòu)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?xì)寤衔锏囊毫?。在分水支管中流動的液流可以由水，沉淀物和?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(gòu)造來產(chǎn)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(fā)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?xì)寤衔锷仙匠隹诠艿捻敳?。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110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(fā)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(fā)明另 一個示例實施例中的分水支管的另 一種結(jié)構(gòu)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(nèi)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(shù)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(fā)明的示例實施例中的分水支管的另一個結(jié)構(gòu)。分水 支管包括分離管334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334。分離管334的直徑可以小于出口管308的直 徑。分離管334在再結(jié)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334的底部結(jié)合入分離管334中。僅僅 分離管334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334相同大小，或者小于分離管334 的尺寸。其它的結(jié)構(gòu)可用于從出口管中流動的多相液體中分離少量樣 品， 以運(yùn)用本發(fā)明。
因為在多相流中流動的水的密度可持續(xù)測量，在水中的鹽度變化 可實時進(jìn)行補(bǔ)償。這將幫助降低在含水率測量中的不精確性。本發(fā)明 不限于在油和水流中測量水的密度。本發(fā)明還可運(yùn)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(shè)計來從較輕液體中分離 4壬4可4交重液體。
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(dǎo)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(quán)利要求
1.一種用于確定在多組分流中一個組分密度的方法，包括引導(dǎo)液體流進(jìn)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(xù)分離少量的水樣品并且測量該水的密度。
2. 如權(quán)利要求1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。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于連續(xù)地測量水的密度。
4. 如權(quán)利要求l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。
5. 如權(quán)利要求l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。
6. —種用于確定在多組分流中一個組分密度的設(shè)備，該設(shè)備具有 第一管道(108)，該管道被構(gòu)造為容納由至少第一材料和第二材料組 成的液體，該設(shè)備的特征在于第二管道(IIO),其連接到第一管道(108)，并且被構(gòu)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(gòu)造以測量在第二管道中的第二材料樣品的密度。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)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。
8. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)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(gòu)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(gòu) 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。
9. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)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。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，還具有以下特征第二直徑小于第一直徑的1/10。
11. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)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。
12. —種用于確定在多組分流中一個組分密度的設(shè)備，該設(shè)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，該設(shè)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(shè)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G01N9/32GK101576464SQ20091014170
公開日2009年11月11日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者J·D·拉斯基 申請人:微動公司