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0 引言
    隨著石油工業(yè)的發(fā)展，油井的開發(fā)及生產(chǎn)管理開始邁向智能化和全自動化。“智能井"，“智能油藏管理系統(tǒng)”等智能油田技術在油氣田開發(fā)中得到越來越廣泛的應用與發(fā)展，而井下流量控制技術已成為智能油田技術*的重要分支技術。這一技術的實現(xiàn)主要是通過安裝在井下的空氣流量計來完成。通過調(diào)整流量控制器的開合狀態(tài)來控制每個產(chǎn)層的流量，從而達到終優(yōu)化產(chǎn)量，提高采收率，減少能源消耗[1]。
1 空氣流量計的發(fā)展現(xiàn)狀
    自20世紀80年代開始研究多相流計量技術以來，多相流計量技術已進入一個相對成熟的階段?？諝饬髁坑嫴粌H在陸上油田而且在海洋平臺及水下采油等方面都得以運用。目前，新的空氣流量計技術的研究和開發(fā)活動繼續(xù)有增無減。
    近年來，供應商在研發(fā)方面投入了大量資金以找到計量多相流的新方法，這在提率方面有巨大的潛力，而且能夠給用戶帶來很大的經(jīng)濟效益。部分井下流量計量設備已安裝分離器，使其能夠?qū)怏w從流動的液體中分離出來，在一定程度上提高了井下流量計量的精度。
    每種技術都是有利有弊的，它們的適用性如何取決于油井的條件、位置和產(chǎn)量。空氣流量計使用非常的技術，標價大約325000美元。它使用多種測量技術比如對混合物用伽馬射線進行密度測量，度很高，但出于對環(huán)境方面的考慮[2]，有些用戶不愿使用含有放射性材料的設備。
1.1 *分離技術
    *分離器也稱作試井分離器。這是一個巨大的容器，里面裝有大量開采出來的油、水、氣混合物的樣本。一旦容器里裝滿了樣本，天然氣就從上面排出，水下沉到底部，油浮到水的表面，和容器相連的污水流量計就可以分別測量出天然氣、石油和水的體積。試井分離具有很高的準確性，在工業(yè)領域受到普遍認可，但其龐大底座限制了它在海上平臺和水下的使用。*離析器需要依靠重力來把不同的流動物體分離開，這一過程需要幾小時甚至很長的時間，取決于石油有多重，因此經(jīng)營者只能測定某一特定時期的平均流量，時效性極差。*離析器的平均售價是650000美元，且使用成本和維護成本都很高，每次使用后都需要對離析器進行清潔以備下次使用。
1.2 部分分離技術
    部分分離器也叫做沉降旋風分離器，如圖1所示，其基本原理是通過將天然氣與油水分離來解決多相流的問題。油、氣、水以一定的角度進入到一個特殊的圓柱體，此過程產(chǎn)生的離心力將液體推出圓柱體外，里面只留下氣體，氣體升到頂部的時候，通過氣體流量計對其進行計量，然后油水混合物通過含水率計或者其它的天然氣流量計進行了計量。

圖1 部分分離流量計    
    從而可以及時地判斷一座井是否被充分地開采。部分分離器的成本也低，大約250000美元，其底座比*分離器的小得多，甚至可隨身攜帶，經(jīng)營者能夠定期對可能產(chǎn)量不足的老井進行測量，驗證投資一套*分離器是否值得。然而，部分分離器對測量稠油來說，可能不是一個理想的選擇，因為稠油很難通過離心進行分離。
1.3 不分離技術
    文丘里管比重流量計[3]只包含3個傳感器，能在沒有滑移模型甚至在高偏斜、回流的情況下，對多相流速和相分率進行測量。該設備是由標準文丘里管和伽馬射線比重計的簡單組合而成，比重計的放射性源極低（<10uci），用來測量混合物的密度。這2個裝置（文丘里管和比重計）的共生機能提高了測試的效用和精度，其關鍵因素在于文丘里管在計量過程中產(chǎn)生攪拌的功能，伽馬射線比重計在文丘里管的下游，多相流被均勻的混合之后，在滑移消失的地方對流體進行計量，如圖2所示。因此，文丘里管比重流量計能夠較為準確地對井下多相流進行計量。

圖2 概念圖
    文丘里比重流量計是新一代的設備，如圖3所示，其性能可靠、結構簡單、易于安裝，從中可以提取重要的數(shù)值，特別是當流量計的安裝與一個好的實時數(shù)據(jù)獲取和控制系統(tǒng)結合在一起時，可以安全地向遠地點傳送高質(zhì)量的數(shù)據(jù)并能進行事件報告和對井場功能控制的遠程建議?？諝饬髁坑嫸家揽课锢砹髁繀?shù)，比如說文丘里管的測試段（喉管），需要穩(wěn)定的流體流過其截面，還需要進行流量校準。

圖3 文丘里管比重流量計的執(zhí)行圖   
2 空氣流量計的發(fā)展趨勢
2.1　空氣流量計向著服務于重油開發(fā)的方向發(fā)展
    經(jīng)勘探表明：重油和超重油已占世界總油田儲量的50%以上。很多大的石油公司已經(jīng)花費很大的人力物力在克服重油開發(fā)的各種難題上，新的設備和新的理論都用來克服重油開發(fā)技術上的難題和流量監(jiān)測的挑戰(zhàn)上，各大石油公司要通過油、氣、水各自的流量來確定油藏的各層含油量。在這種具有挑戰(zhàn)性的情況下，試用了各種空氣流量計計量后，他們發(fā)現(xiàn)文丘里-伽馬射線流量計（如圖4所示），能夠解決其它形式的流量計不能解決的問題[4]。
    這種多相流技術克服了混相流量測試系統(tǒng)的精度問題，試驗模擬以及現(xiàn)場使用證明該空氣流量計的不確定度低于2%。幾年之前，人們認為重油油藏不是好的經(jīng)濟來源。如今，石油公司為了提高世界范圍內(nèi)的能源需求，通過研究提出：重油是石油行業(yè)的未來。同時，生產(chǎn)重油需要在技術上大量的投入，為了獲得清楚的多相流數(shù)據(jù)，也需要在空氣流量計上花大量的功夫。

圖4　多相流技術的原理
2.2　向服務于智能井發(fā)展的井下污水流量計
    智能油田開發(fā)系統(tǒng)是一種能在多層段、多分支油井中，從地面控制、分析和管理油井的完井系統(tǒng)，它包括井內(nèi)監(jiān)測、數(shù)據(jù)評估、模擬及遙控流量等工作。其中對油、氣、水三相流量在線實時計量，是智能油田開發(fā)系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，目前主要的研究是在三相混合物相態(tài)理論指導下，利用各類精密傳感器在油、氣、水混合的條件下，同時計量油、氣、水的單相流量。國內(nèi)在此領域的研究也已開展近十年，在相關理論與技術方面取得了重要進展。井下文丘里流量計就是一種新型的、能適應井下復雜環(huán)境的裝置，測量精度高，適合井下流量計量與控制。
    井下文丘里流量計如圖5所示。井下多相流體流經(jīng)均相混合器之后，可以近似認為是混合均勻的流體，當管路中流體流經(jīng)文丘里管時，液流斷面收縮，在收縮斷面處流速增加，壓力降低，使文丘里管前后產(chǎn)生壓差，再根據(jù)測得的壓差計算流速。后結合計算得到的各相相分率便可以得到各相流量。由于地描述流體運動十分困難，因此，通常是利用某些在假定基礎上成立的簡單關系，推導并建立出實際可用的描述流體運動理論公式。節(jié)流流量計的原理就是由伯努利方程和連續(xù)性方程導出的。

圖5 新型文丘里流量計的文丘里管結構
    文丘里流量計設計的主要目的是在石油開發(fā)井的任何位置都能進行監(jiān)測，控制相應的工具進行動作；同時，為了滿足井下測量裝置污水流量計量以及復雜環(huán)境方面的要求，必須研制用于高溫高壓情況下的傳感器。
3 結束語
    隨著電子工業(yè)的發(fā)展，傳感器技術也日臻完善，現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的傳感器能滿足各種環(huán)境下的要求，并且提供高精度的數(shù)據(jù)。正是如此，流量計由井面開始向井下發(fā)展。由于受到條件的限制，在采重油的過程當中，目前的技術還不足以將流量計放置于井下。對于智能井完井系統(tǒng)而言，早有文獻記載可以將伽馬射線和文丘里管結合來計量流量，而文丘里管流量計則因其*的結構和低廉的造價，勢必成為智能完井系統(tǒng)的計量設備。