分离器和多个多相计量系统和方法

分离器和多个多相计量系统和方法
【专利摘要】本发明公开了分离器和多个多相计量系统和方法。一种用于测试一个或多个石油井生产的流体的井测试系统具有分离器和多个多相流计量系统，所述多个多相流计量系统中的每个具有在其操作范围的至少一部分内单独地测量油、水和气体的流量的能力。井测试系统具有流体系统，所述流体系统包括将分离器流体地耦接到多相流计量系统的气腿导管，将分离器流体地耦接到多相流计量系统的液腿导管，以及将多相流体引导至多相流计量系统同时绕过分离器的旁路导管。阀被配置为选择性地规定流体流通过流体系统的路径，以在多相流计量系统可用于测量来自的井的未分离的多相流体中油、水和气体各自的流量时，选择性地绕过分离器。
【专利说明】
分离器和多个多相计量系统和方法
技术领域
[0001] 本发明总体设及用于计量多相流的系统和方法，更具体地，设及计量来自诸如石 油井的多相流体源的流的系统和方法，所述多相流体源可生产具有可变含量的多相流。
【背景技术】
[0002] 在油气工业中，生产井的输出物通常是油、水和气体的多相混合物，通常被称作= 相流。气体本身可W W两种形式呈现:气泡或气弹形式的自由气体，或紧密结合到液体的溶 解气体。自由气体和溶解气体的相对比例随许多因素变化，最显著的是压力。因此，对于油、 水和气体的质量流量恒定的同一井产品流，离开溶液成为自由气体的气体比例将随着管道 压力向下游减小而增大。准确地评估每个井的输出对于储存器管理是重要的，并且对于使 用费和税费的支付也是重要的。
[0003] 可利用能够同时监控=个相的专用计量系统持续测量每个石油井的输出。运种装 置被称作=相流量计。遗憾的是，目前利用专用的=相流量计分别计量多个井是不经济的。 如下文所论述的，最广泛使用的测量=相流的系统是分离器，其物理地分离至少气体和液 体。在许多分离器系统中，油和水也被分离。分离器系统体积大且昂贵，并且为每个井提供 分离器是不经济的。替代地，工业已发展出使用井测试站的惯常做法，其中，许多井的输出 被集中在一起，共享单个多相测量系统，即，测试分离器。
[0004] 参照图1，常规的井测试分离器从N个井(其中，N通常为6-60)中选择1个，并将已被 选定进行测试的井的多相流引入分离器系统，从而可W测试或测量井的输出。所有未被选 择的井的输出通常绕过测试分离器在未经测量的情况下积累并被送到生产设施。一旦完成 选定井的测试，就可W选择另一个井进行测试。因此，可利用常规测试分离器一次一个地最 终测试全部N个井。
[0005] 图2更详细地示出常规的分离器系统。多相流被引入分离器容器，分离器容器的容 量足W确保利用重力从气体分离至少液体(例如，油和水）。其他分离器设计具有能够从水 进一步分离油的其他特征。被分离的气体增多，并被"气腿"运走，W被合适的气体流测量装 置计量，诸如满流量计或科里奥利质量流量计。类似地，液体被"液腿"运走，W被合适的液 体流测量装置计量，诸如定排量流量计、满流量计或科里奥利质量流量计。其他测量方式可 用于确定液体混合物内的"含水率"或水体积比例，从而可W计算单个的油和水流量。例如， 含水率计可合并到液腿中。替代性地，如果科里奥利流量计用于计量液体，则其密度读数可 用于确定含水率。
[0006] 本领域技术人员熟悉的一些技术可用于利用常规分离器系统完成液体和气体流 的分离和测量。通常，利用高度和/或压力控制。例如，分离器中的液体高度可保持在上限和 下限之间，或者分离器顶部处的压力可保持在压力上限和压力下限之间，或者可实现两者 的一些组合。根据实施的控制方案，通过液腿和/或气腿从分离器流出可持续发生或分批发 生。无论怎样，相分离需要利用重力分离多相流的各种组成，运需要分离器罐或容器足够 大，W提供容许利用重力分离流体所需的合适沉淀时间。由于分离器容器中的沉淀时间，无 法使瞬时的气体或液体流量测量结果与进入分离器容器的任何瞬时流量相关联。换言之， 无法使正在进行测试的井的瞬时油、水和气体流量与从分离器输出的瞬时输出流相关联。
[0007] 例如，图3示出常规分离器在两小时测试周期内监控油气井时被观察到的流模式。 上部绘图示出对液腿报告的流测量结果，单位是吨每天(t/d)，而下部图表示出对气腿报告 的流测量结果，单位是标准立方米每天。在本例子中，分离器控制方案运行，从而使得液体 通常流过液腿量计，但是偶尔（例如，当分离器中的压力达到上限时)发生气体清除，此时， 关闭液腿并打开气腿，W从分离器排出气体并计量所述气体。每次气体清除的特征是，气体 流量中最初的尖峰，随后是迅速的下降，然后是更平缓的下降。当分离器压力降低至其下限 时，关闭气腿并再次打开液腿。
[0008] 在足够长的时间之后，进入分离器的流必须等于离开分离器的流。但是，从井流出 的流的原始模式极大地被分离过程破坏。气体和液体量计所报告的离开分离器的流的模式 主要由分离器控制方案决定，而非进入分离器的流的模式决定。例如，从井流出的气体流量 很可能比在气腿中观察到的气体清除的模式更加连续。因此，运种常规分离器系统不能提 供关于井流模式的实时信息。因此，通常对于每个井测试，仅报告气体和液体(有时进一步 被区分为油和水）的总流量，W及总时间。因此，分离器可用于确定每个相的平均流量，而非 动态流行为。
[0009] 由流的运种中断模式产生的分离器的另一个限制是，通常需要较长的测试时间来 确保准确的测量结果。例如，在图3中，气体清除之间的时间延迟长达50分钟。如果在最后一 次气体清除之前刚好完成测试，即在11:30,则报告的平均气体流量将很不同。因此，假定气 体和/或液体流可在一系列循环中离开分离器，重要的是确保测试时间足够长，W具有足够 多的分离器循环，从而使得在测试时间段开始或结束时未完成循环不会引入显著的误差。 当在正在进行测试的井之间切换时，同样重要的是留出足够的时间，W在开始新的测试之 前用新的井流彻底冲刷分离器，否则将引入额外的测量误差。运些问题限制了快速地测试 井的能力。
[0010] 图4图示使用常规测试分离器时发生的另一个问题。如果气体/液体分离不彻底 (例如，如果形成乳浊剂，或者如果分离器对于井流量来说过小），则可发生气体携带（gas ca;rry under)和/或液体携带（liquid ca;rry over)。气体携带发生于气体通过液腿离开分 离器时。液体携带发生于液体通过气腿离开分离器时。图4示出发生于测试时间段刚开始时 的液体携带，数据是利用与图3所示的相同的控制方案从同一分离器收集的数据。顶部图表 示出离开分离器的液体流量，除了关闭液腿W便清除气体时周期性的流量降低之外，它基 本是稳定的。中间图表示出从气腿上的科里奥利质量流量计读取的气体流量。如所预期的， 存在与液体流的每次暂停相符的气体流的周期性爆发，但是图表由发生于16:25的第一次 气体爆发支配。底部图表示出从气腿上的科里奥利质量流量计读取的密度。密度时间序列 展示了对于大多数测试来说密度在30kg/V附近，运是气体成分和操作压力的预期值。但 是，在16:25最初清除气体时，密度上升至400kg/m3W上。运只能是液体携带造成的，其中， 液体被携带通过气腿，导致气腿上的科里奥利质量流量计的密度读数很高。在此情形中，液 体携带似乎在液体携带事件结束之前导致过大的气体质量流量读数。类似地，如果在气体/ 液体分离不彻底时发生气体携带，则一些气体可能穿过液腿，运可在液体流量计中引入误 差。可通过过低的液腿密度读数检测到液腿中的气体携带。
[0011] 图2的常规分离器装置的一个相关潜在问题设及溶解气体的作用。如熟悉本工业 的技术人员周知的，天然气容易溶解在油中。溶解于油中的气体量是若干参数的函数，所述 参数包括溫度和压力。具体地，在较高压力下，更多的气体可溶解到给定体积的油中。因此， 在上游油气生产过程的每个阶段处，每当压力降低，一些气体就将从油中的溶液被释放出。 因此，即使不存在气体携带，横跨液体量计的压力下降也将致使一部分气体离开溶液，在此 意义上，液腿中测量的流体不仅仅是液体，因为其中存在气体。即使少量的气体离开溶液， 在一些常规液相量计中（例如，一些常规科里奥利量计中）也会导致相当大的测量误差。
[0012] 此外，每个分离器通常用于测试许多井的输出，因此必须被设计成处理所有运些 井的许多流情况，如由液体体积流量、含水率、GVF、压力和其他参数描述的流情况。考虑到 待测试的一组井，为分离器选择最合适的容量是平衡不同的需考虑因素的问题。期望最小 化分离器的尺寸，W便保持结构成本尽可能低。但是，如果对于高流量的井来说分离器的容 量过小，则分离过程可能不彻底，导致液体携带和/或气体携带，并且可能在气腿和液腿流 量计中引起测量误差。在另一方面，如果分离器容量过大，则对于低流量井来说，可能需要 显著延长测试时间，W确保足够多的分离器气体清除循环，W便获得期望的测量准确性。实 际上，单个分离器可在工业中用于测量井群，该井群具有宽范围的井流量一例如20:1的比 率一在最高和最低液体流量之间。但是，适应宽范围的流量的需求确实会限制可用于井测 试的选项。
[0013] 本发明的发明人研究出改进上述常规系统的系统和方法，并且将在下文详细描 述。

【发明内容】

[0014] 本发明的一个方面是一种用于测试一个或多个石油井的流体产品的系统。所述系 统包括分离器。分离器具有用于从石油井接收多相流体流的入口、用于容纳通过所述入口 接收的流体的容器、液体出口 W及气体出口。所述气体出口在所述容器上处于比所述液体 出口高的高度。所述系统还包括第一多相流计量系统和第二多相流计量系统。所述第一多 相流计量系统和第二多相流计量系统中的每个具有在其操作范围的至少一部分内单独地 测量通过相应的流计量系统的油、水和气体的流量的能力。所述系统还包括流体系统，其具 有：（i)将所述分离器的气体出口流体地禪接到所述第一多相流量计和第二多相流量计的 气腿导管；（ii)将所述分离器的液体出口流体地禪接到所述第一多相流计量系统和第二多 相流计量系统的液腿导管；（iii)旁路导管，其被铺设成，通过所述流体系统将多相流体引 导至所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统，但不使流体流过分离器，由此绕过 所述分离器;W及(iv)被配置为选择性地控制流体流通过所述流体系统的路径的多个阀。
[0015] 本发明的另一方面是一种用于测试一组N个石油井中各个石油井的流体产品的系 统。所述系统具有用于接收所述井输出的多相流体的流体系统。所述系统还具有流体测量 系统，其被配置成测量通过所述流体系统的油、水和气体的流量。所述流体测量系统能够在 第一模式中操作，在该模式，所述测量系统对所述流体系统接收的油、水和气体各自的流量 进行随时间变化的测量，其中，所述随时间变化的测量通常对应于进入所述流体系统的油、 水和气体的瞬时流量。所述流体测量系统还可在所述第二模式中操作，在该模式，所述测量 系统从油和水中分离气体，并且对油、水和气体进行通常对应于(i) 一段时间内的总流量和 (ii) 一段时间内的平均流量中的至少一个的流量测量。所述系统具有控制系统，其被配置 为，选择性地并按顺序地将从一组N个井中选择的一个或多个井的输出传送到所述流体系 统，W对所述井执行一系列井测试。所述控制系统进一步被配置为，响应于操作条件的变化 在所述第一模式和第二模式之间切换所述测量系统。
[0016] 本发明的另一方面是一种测试一组N个石油井中各个石油井生产的流体的方法。 所述方法包括将流体从被选择进行测试的一个或多个井传送到井测试系统。所述井测试系 统包括分离器容器、多个多相计量系统W及用于接收所述一个或多个井输出的多相流体的 流体系统。所述方法还包括确定所述多个多相计量系统是否能够单独地或共同地分别测量 油、水和气体。当确定所述多个多相计量系统不能分别测量油、水和气体时，选择性地将流 体传送到所述分离器容器。当确定多个多相计量单元能够分别测量油、水和气体时，选择性 地将流体直接传送到所述多个多相计量单元中的一个或多个，绕过所述分离器。
[0017] 在下文中，其他目的和特征将部分地显而易见并部分地被指明。
【附图说明】
[0018] 图1是现有技术的测试分离器系统的示意图，所述系统用于测试从一组N个井中选 择的一个井的多相输出.
[0019] 图2是图1的测试分离器的示意图；
[0020] 图3是图示在井测试期间图2的测试分离器的气体和液体流量的一组图表；
[0021] 图4是图示在液体携带事件期间气体和液体的流量W及测量的"气体"密度的一组 图表；
[0022] 图5是用于测试从一组N个井中选择的井的本发明的多相测试系统的一个实施例 的示意图；
[0023] 图6是更详细地图示多相测试系统的示意图；
[0024] 图7是净采油量架的一个实施例的前立视图，其可用于测量来自图5和6所示的多 相测试系统的分离器的=相流的组成成分的流量；
[0025] 图8是图示用于图7所示的净采油量架的电子结构的一个实施例的示意图；
[0026] 图9是图示来自石油井的=相流的每种成分的体积分数和=相流的每种成分的流 量的一组视图；W及
[0027] 图10是图示适合用于多相测试系统(诸如图6所示的多相测试系统）的电子结构的 一个实施例的示意图。
[0028] 在所有附图中，相应的附图标记表示相应的零件。
【具体实施方式】
[0029] 现在参照附图，首先参照图5和6,用于测试一组N个井中一个或多个石油井所生产 的流体的系统的一个实施例总体由101表示。
[0030] 所述系统包括分离器103,如图6所示。一般来说，任何利用重力从液体分离气体的 装置都可用作分离器。例如，任何常规的分离器都可用作所述系统中的分离器。如图6所示， 分离器103包括用于从石油井接收多相流体流的入口 105和用于容纳通过入口接收的流体 的容器107。分离器103还包括液体出口 109和气体出口 111。气体出口 111在容器107上处于 比液体出口 109高的高度处。具体地，液体出口 109合适地位于在容器107的底部附近，W便 于从容器完全排出液体，并限制气体携带的可能性。气体出口 111合适地位于器皿107的顶 部附近，W便从容器排出气体，同时限制液体携带的可能性。
[0031] 除分离器103之外，系统还包括多个多相流计量系统121、123。每个多相流计量系 统12U123具有接收包含油、水和气体的多相流的能力，并且在其操作范围的至少一部分上 为从其中通过油、水和气体的流提供单独的流量测量结果。例如，多相流计量系统12U123 之一或二者可合适地包括多相科里奥利量计，诸如美国专利Nos. 6，311，136; 6，505，519; 6， 950,760;7,059，199;7,614,312;7,660,681;7,617,055 中描述的科里奥利流量计;所述美 国专利的内容通过引用合并于此。多相流计量系统12U123之一或二者还可包括含水率计， 其与科里奥利流量计或能够独立于气体测量液体的其他类型的流量计一起测量多相流中 水的量。
[0032] 图7图示适合用于系统101的多相计量系统131的一个实施例。图7所示的多相计量 系统131通常被称作净采油量架(net oil skid)。在所示实施例中，净采油量架131包括与 含水率计135串联的多相科里奥利流量计133。科里奥利流量计133和含水率计135-起可提 供流过净采油量架131的油、水和气体流的独立测量结果。例如，多相科里奥利流量计133可 为气相和结合的液相提供单独的流量测量结果(例如，油的流速和水的流速），同时含水率 计135可提供指示结合的液相中水的百分比的测量结果。因此，科里奥利流量计133和含水 率计135所提供的信息使得能够确定一个或多个石油井生产的=相油、水和气体混合物的 每个组成的单独流量。例如，每个净采油量架131可包括净采油量计算机137,计算机137从 科里奥利流量计133W及含水率计135接收信息并基于该信息计算通过净采油量架131的 油、水和气体的流量。替代性地，在本发明的范围内，多个多相计量系统131可共享单个净采 油量计算机。例如，图6所示的系统的每个流计量系统121、123可W是图7所示的净采油量 架，并且它们可共享一个净采油量计算机137。应该理解，可使用不同的科里奥利流量计和 含水率计的布置。
[0033] 多相流计量系统不需要能够在所有类型的情况下提供=相流测量结果。例如，一 些科里奥利流量计当在较低至中等气体体积分数情况下（例如，约50%GVF或更低)操作时 提供合适的测量结果，但在高气体体积分数情况下（例如，大于约50%GVF)运作得不那么 好。虽然在所示实施例中每个流量计121、123包括科里奥利流量计133与含水率计135的组 合，但是应该理解，科里奥利流量计不是实践本发明所必需的，并且在不脱离本发明的宽范 围的情况下可替代地使用其他类型的多相流量计。可W想到，其他类型的多相计量系统可 能需要另一组操作条件来为油、水和气体提供合适的单独的流量测量结果。
[0034] 即使当操作条件处于多相模式中适合操作的范围之外时，多相计量系统121、123 也可W为从其中流过的油、水和/或气体的总量提供总流量测量结果。换言之，每个多相计 量系统12U123合适地具有较窄的操作范围，在其中，它们能够为油、水和气体的=相混合 物中的每种组成提供动态多相测量结果，并且还具有较宽的操作范围，在其中，它们可至少 提供有用的总流量测量结果，即使它们处于容许测量油、水和气体的各个流量的较窄范围 之外。
[0035] 由于将显而易见的原因，可取的是，每个多相流计量系统具有不同的最大流量容 量。例如，在具有两个多相流计量系统的系统中，一个多相流计量系统合适地具有相对较高 的最大流量容量，而另一个具有相对低的最大流量容量。多相流计量系统可合适地也具有 不同的最小流量。例如，参照图6所示的实施例，一个多相计量系统121合适地具有约1至约5 单位的操作范围，而另一个系统123具有约5至约20单位的操作范围。在本实施例中，计量系 统121、123的操作范围不存在中断。类似地，多相流计量系统121、123可共同地或单独地用 于测量较小容量系统的最低最小流量(例如，1单位)与两个系统的最大流量之和(例如，25 单位)之间的任何总流量。
[0036] 流体系统141将分离器103连接到多相流计量系统121、123。如图6所示，例如，气腿 导管143将分离器103的气体出口 1111流体地禪接到第一和第二多相流计量系统121、123。 液腿导管145将分离器103的液体出口 109流体地禪接到第一和第二多相流计量系统121、 123。图6中的流体系统141还包括铺设的旁路导管147,用W引导多相流体通过流体系统到 达第一和/或第二多相流计量系统121、123,而不使流体流过分离器103,由此绕过分离器。 流体系统141还包括被配置为选择性地控制通过流体系统的流体流的路径的多个阀151。
[0037] 例如，在图6所示的实施例中，气腿导管143包括上游导管143a和一组下游导管 143b，它们被布置成，多相流计量系统12U123中的每个通过下游气腿导管143b中的一个连 接到上游气腿导管143曰。因此，例如，在图6中，气腿导管143包括从上游气腿导管143a分支 的两个下游气腿导管143b，因为有两个多相流计量系统121、123。可增加下游气腿导管的数 量W适应额外的多相流计量系统。类似地，液腿导管145也包括上游导管145a和一组下游导 管14化，它们被布置成，多相流计量系统12U123中的每个通过下游液腿导管14化中的一个 连接到上游液腿导管145a。再次，可添加额外的下游液腿导管，W适应额外的多相流计量系 统，如果需要的话。同样，旁路导管147也包括上游导管147a和一组下游导管147b，它们被布 置成，多相流计量系统12U123中的每个通过下游旁路导管147b中的一个连接到上游旁路 导管147曰。
[0038] 仍参照图6,多个阀包括气腿导管143中的一组阀153a、153b，它们控制通过气腿导 管的流体流。气腿导管中的阀153a中的一个位于上游气体导管143a中（例如，靠近分离器 103)，并且被配置为选择性地打开气腿导管143, W便接收从气体出口 111进入上游气腿导 管143a中的流。此外，每个下游气腿导管143b具有阀153b，阀153b被配置为选择性地打开和 关闭相应的下游气腿导管143b。因此，下游气腿导管143b中的阀153b能够选择性地规定流 体流从上游气腿导管143至多相流计量系统121、123中的一个或多个的路径。例如，下游气 腿导管中的阀153b能够将通过气腿导管143的流从多相流计量系统12U123中的一个反复 转换到另一个，W使流体流再次通过气腿导管143。
[0039] 多个阀还包括液腿导管145中的一组阀155a、155b，它们控制通过液腿导管的流体 流。液腿导管145中的一个阀155a位于上游液腿导管145a中（例如，分离器103附近），并且被 配置为选择性地打开液腿导管145, W便接收从液体出口 109进入上游液腿导管145a中的 流。此外，每个下游液腿导管14化具有阀15化，阀15化被配置为选择性地打开和关闭相应的 下游液腿导管14加。因此，下游液腿导管14加中的阀15加能够选择性地规定流体流从上游 液腿导管145a至多相流计量系统12U123中的一个或多个的路径。例如，下游液腿导管14化 中的阀15化能够将通过液腿导管145的流从多相流计量系统121、123中的一个反复转换到 另一个，W使流体流再次通过液腿导管。
[0040] 多个阀还包括旁路导管147中的一组阀157a、157b，它们控制通过旁路导管的流体 流。旁路导管147中的一个阀157a位于上游液导管147a中，并且被配置为选择性地打开旁路 导管147, W便直接从石油井接收流。此外，每个下游旁路导管147b具有阀157b，阀157b被配 置为选择性地打开和关闭相应的下游旁路导管。因此，下游旁路导管147b中的阀157b能够 选择性地规定流体流从上游旁路导管147a至多相流计量系统12U123中的一个或多个的路 径。例如，下游旁路导管147b中的阀157b能够将通过旁路导管147的流从多相流计量系统 121、123中的一个反复转换到另一个，W使流体流再次通过旁路导管。旁路阀159还包括分 离器103上游的阀159c，其被配置为选择性地打开和关闭分离器103的入口 105。
[0041] 所述系统还具有被配置为用W控制流体系统141中的阀151的操作的控制系统 161。控制系统161可位于一个或多个部件中。例如，控制系统161中的一些或全部可W是与 科里奥利流量计中的一个或两者相关联的净采油量计算机的一部分或与其相伴，诸如图7 所示的架131上的净采油量计算机137。同样，处理器161可W是与系统的其他部件通信(例 如，无线地或通过通信线路)的单独部件。此外，在此属于控制系统161的功能可分布于多个 单独的处理部件中。控制系统161合适地还被配置为选择性地且按顺序地规定从一组N个井 中选择的一个或多个井的输出物到流体系统141的路径，W对该井执行一系列井测试，例如 利用任何常规的井切换系统(未示出）。此外，控制系统161合适地被配置为，通过打开和关 闭流体系统141中的选定阀151，实现计量系统101的多个不同测量模式。下面将提供关于一 些可能的测量模式的更多信息。但是，一般来说，控制系统161通过按不同方式规定流体从 石油井通过流体系统141的路径并改变测量产品流体的测量方法来实现不同的测量模式。 控制系统161合适地被配置成选自若干不同测量模式中的一个，W使当前操作条件(例如， 流入系统的流量、气体体积分数等)匹配多相流计量系统12U123的性能。一般来说，对于每 个模式，控制系统161按不同方式规定流体通过流体系统141的路径。
[0042] 例如，控制系统161合适地被配置成，操作旁路阀1573、1576、157(3^绕过分离器 103，并利用多相计量系统121、123中的一个或多个对产品流体进行动态测量，包括对油、水 和气体进行的接近实时的各个流量测量，当操作条件与运种方式的多相计量系统的操作相 符时。如在此使用的，短语"动态测量"指的是对油、水和气体进行的水时间变化的各个流量 巧慢，其可与从测试中的井流入系统101的成分的流量相关联。类似地，"动态测量模式"是 提供动态测量的模式。
[0043] 相反，控制系统161合适地被配置成，当操作条件不利于使用多相流计量系统121、 123来提供动态测量时(例如，如果气体体积分数高于阔值），操作阀151，W将井生产的流体 引导至分离器103。当测量模式使用分离器103时，控制系统161操作阀151，W使液体通过液 腿导管145从分离器103流到多相流计量系统12U123中一个，并且使气体通过气腿导管143 从分离器流到多相流计量系统12U123中一个。由于在大多数情形中相比非动态测量更需 要动态测量，因此控制系统161被合适地配置成，当确定当前操作条件容许对通过系统的 油、水和气体进行单独的流量测量时，使从井接收的所有流体流都通过旁路导管147。
[0044] 系统101可包括若干不同部件中的一个或多个，它们被配置成，提供控制系统161 用W确定是否绕过分离器103的信息。例如，一个或多个传感器可被安装在从井通向系统 101的管道中，W提供关于当前被引入系统中的流体的气体体积分数和/或总流量的信息。 多相计量系统121、123还将提供流量测量结果，控制系统161可利用该结果评估通过系统 101的总流体流量。此外，多相流计量系统121、123还可提供关于气体体积分数或流体流的 气体特征的信息，控制系统161可利用该信息确定选择哪个测量模式W及何时改变当前测 量模式。
[0045] 图6所示的系统101可实现的若干不同测量模式在下表1中列出：
[0046]
[0047] 表1:各种测量模式
[0048] 在表1所述的例子中，第一多相流计量系统121具有1单位的最小流量和5单位的最 大流量。第二多相流计量系统123具有5单位的最小流量和20单位的最大流量。液体流量和 气体体积分数栏设及进入系统的流体的流量和气体体积分数。
[0049] 模式1-流量很低的模式
[0050] 在模式1中，控制系统161操作阀151，W将流体从井引导至分离器103。控制系统 161合适地被配置为，当流体的总流量小于最小的多相计量系统121所需的最小流量时，选 择模式1。使用分离器103,因为流体流量过低W致不能使用任何多相流计量系统12U123提 供动态测量结果。计量系统中的一个123用于测量从分离器103通过气腿导管143的气体流， 并且另一个121用于测量从分离器通过液腿导管145的液体流。如表1所示，较小的多相流计 量系统121用于测量液体，因为进入系统的流量很低时的液体流量将更好地匹配较小系统 的操作范围，并且预期用于操作分离器的控制策略将致使周期性地释放多批气体，运可由 较大的系统测量，尽管总流量较低，因为通常将仅周期性地释放气体。在流速很低的测量模 式期间系统的输出分别提供对液腿和气腿的常规类型测量结果。换言之，当在足够长的时 间段内计算测量结果的总和或平均值时，测量结果是准确的，但由于分离器103中的沉淀时 间和/或可能用于控制分离器的操作的控制策略，不能获得动态测量结果。
[0051 ]模式2-低流速动态模式
[0052]在模式2中，控制系统161操作阀151，W绕过分离器103并通过旁路导管147将全部 流引导至最小的多相流计量系统121。控制系统161被配置为，当流量在最小多相流计量系 统121的操作范围内并且气体体积分数在处于动态多相模式的较小多相计量系统的操作规 格内（例如，GVF小于诸如约50%或更小的阔值)时，选择模式2。在低流量动态测量模式，控 制系统161将系统101接收的全部流体引导至最小的多相流计量系统121，其提供改进的动 态多相测量。
[0053] 模式3-低流量常规模式
[0054] 在模式3中，控制系统161操作阀151，W将系统101接收的全部流引导至分离器 103。控制系统161合适地被配置为，当流量在最小多相流计量系统121的规格内，但气体体 积分数过大W致不能利用计量系统121、123来获得动态测量结果时，选择模式3。计量系统 中的一个123用于测量从分离器103通过气腿导管143的气体流，并且另一个121用于测量从 分离器通过液腿导管145的液体流。如表1所示，较小的系统121用于测量液体，因为通过系 统101的液体流量将更匹配较小计量系统的操作范围。低流速常规测量模式期间的系统输 出分别是液腿和气腿的常规类型测量结果。
[0055] 模式4-中等流速动态模式
[0056] 在模式4中，控制系统161操作阀151，W绕过分离器103并通过旁路导管147将全部 流引导至较大的多相流计量系统123。控制系统161被配置为，当流量在较大多相流计量系 统123的操作范围内并且气体体积分数在处于动态多相模式的此系统的操作规格内（例如， GVF小于诸如约50%或更小的阔值)时，选择模式4。在中等流量动态测量模式，控制系统161 将系统101接收的全部流体引导至较大的多相流计量系统123,其提供改进的动态多相测 量。
[0057] 模式5-中等流量常规模式
[005引在模式5中，控制系统161操作阀151，W将系统101接收的全部流引导至分离器 103。控制系统161合适地被配置为，当流量在较大的多相流计量系统123的规格内，但气体 体积分数过高W致不能使用该计量系统获得动态测量结果时，选择模式5。计量系统中的一 个121用于测量从分离器103通过气腿导管143的气体流，并且另一个123用于测量从分离器 通过液腿导管145的液体流。如表1所示，较大的系统123用于测量液体，因为通过系统101的 液体流量将更好地匹配较大计量系统的操作范围。中等流量常规测量模式期间的系统输出 分别是液腿和气腿的常规类型测量结果。
[0059] 模式6-高流量动态模式
[0060] 在模式6中，控制系统161操作阀151、159, W绕过分离器103并通过旁路导管147将 全部流从井导引至并联使用的多相流计量系统121、123。控制系统161被配置为，当流量高 于较大计量系统123的最大流量容量，但在并联工作W共同地测量全部流体的两个计量系 统121、123的操作范围内，并且气体体积分数在处于动态多相模式的计量系统的操作规格 内（例如，GVF小于诸如约50%或更小的阔值)时，选择模式6。在高流量动态测量模式中，打 开旁路导管147中的所有阀157a、157b，W提供最大容量。同时，关闭控制分离器103的入口 105的阀159c，W防止流体流入分离器。
[0061] 上述各种模式是为了说明起见而提供的。在不脱离本发明的宽范围的情况下，可 改变模式之间的截止点、用于选择特定模式的标准W及流体按一定路线通过系统的方式。 此外，多相流计量系统的数量可从两个增加至=个或更多个。例如，气腿导管、液腿导管和 旁路导管可包括将相应的上游导管连接到额外的多相流计量系统的额外的下游导管。
[0062] 本文描述的系统101容许在宽的可能的井流量范围内提供动态多相测量结果。通 过将多相流量计12U123和导管143、145、147添加到现有系统中，现有常规的基于分离的井 测试系统可容易地升级，形成系统101。此外，系统101还适合用于新的设施。当分离器103处 于其中时，系统101还可W为气体携带、液体携带及溶解的气体逃逸提供提高的稳健性，因 为多相量计121、123仍可提供多相测量，并且由此，即使在系统未在动态模式操作时，也能 检测到分离的液体中存在气体和/或分离的气体中存在液体。因此，系统101可检测到液体 携带、气体携带、气体逃逸W及其他运类事件。此提高的稳健性还可合理地减小分离器103 的尺寸和成本，因为在可遇到的操作条件的全部范围内实现彻底的分离可能不再被认为是 重要的。
[0063] 当介绍本发明的一些方面的元件或其实施例时，冠词"一"和"所述"意图表示存在 一个或多个元件。用语"包括"和"具有"意图是包括性的，并且表示可能存在除所列元件之 外的额外元件。
[0064] 鉴于W上，将可看到，实现了本发明多个方面的若干优点，并且获得了其他有利结 果。
[0065] 不必包括所阐述或描述的全部所示部件。此外，一些实施方式和实施例可包括额 外的部件。在不脱离本文陈述的权利要求的精神或范围的情况下，可改变部件的布置和类 型。此外，可提供不同的或更少的部件，并且可组合多个部件。替代性地或额外地，一个部件 可由若干个部件实现。
[0066] W上描述通过举例方式而非限制方式阐述了本发明的多个方面。此描述使得本领 域技术人员能够形成和使用本发明的多个方面，并且描述了本发明的多个方面的若干实施 例、适应性修改、改变、替代和使用，包括目前被认为是执行本发明的多个方面的最佳方式 的内容。此外，应该理解，本发明的多个方面的应用不受限于W下描述中陈述的或附图中示 出的部件的结构和布置的细节。本发明的多个方面能够具有其他实施例并且按不同的方式 被实践或执行。此外，应该理解，本文使用的措辞和术语是为了描述，并且不应该被看作限 制。
[0067] 已经详细描述了本发明的多个方面，显然的是，在不脱离由所附权利要求限定的 本发明的多个方面的范围的情况下，可进行修改和改变。在不脱离本发明的多个方面的范 围的情况下，预期可对W上结构、产品和过程进行各种改变。在W上说明书中，已经参照附 图描述了各个优选实施例。但是，明显的是，在不脱离W下权利要求所述的本发明的多个方 面的较宽范围的情况下，可对本发明进行各种修改和改变，并且可实现额外的实施例。因 此，应该在说明意义上而非限制意义上看待说明书和附图。
[0068] 提供摘要W帮助读者快速地弄清技术公开内容的性质。应该理解，摘要不能用于 解释或限制权利要求的范围或含义。
【主权项】
1. 一种用于测试一个或多个石油井的流体产品的系统，所述系统包括： 分离器，其包括用于从石油井接收多相流体流的入口、用于容纳通过所述入口接收的 流体的容器、液体出口以及气体出口，所述气体出口在所述容器上处于比所述液体出口高 的高度； 第一多相流计量系统和第二多相流计量系统，所述第一多相流计量系统和第二多相流 计量系统中的每个具有在其操作范围的至少一部分内单独地测量通过相应的流计量系统 的油、水和气体的流量的能力； 流体系统，其包括：（i)将所述分离器的气体出口流体地耦接到所述第一多相流量计和 第二多相流量计的气腿导管；（ii)将所述分离器的液体出口流体地耦接到所述第一多相流 计量系统和第二多相流计量系统的液腿导管；（i ii)旁路导管，其被铺设成，通过所述流体 系统将多相流体引导至所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统，但不使流体流过 分离器，由此绕过所述分离器；以及（iv)被配置为选择性地控制流体流通过所述流体系统 的路径的多个阀。2. 如权利要求1所述的系统，其中，所述气腿导管、液腿导管和旁路导管各自包括被配 置为将流体引导至所述第一多相流计量系统的第一导管和被配置为将流体引导至第二多 相流计量系统的第二导管。3. 如权利要求2所述的系统，其中，所述多个阀包括用于每个第一导管的阀和用于每个 第二导管的阀，用于所述第一导管和第二导管的阀被配置成选择性地打开和关闭相应的导 管。4. 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一多相流计量系统具有相对较高的最大流量 容量，并且所述第二多相流计量系统具有相对较低的最大流量容量。5. 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统中 的至少一个包括多相科里奥利流量计。6. 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统中 的每个包括多相科里奥利流量计。7. 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统中 的每个包括与含水率计结合的多相科里奥利流量计。8. 如权利要求1所述的系统，还包括控制系统，所述控制系统被配置为利用所述阀来实 现多个不同的测量模式，其中，在每个模式中，流体按不同路径通过所述流体系统。9. 如权利要求8所述的系统，其中，所述测量模式中的至少一个是动态测量模式，在该 动态测量模式中，流体被传送通过所述旁路导管，以绕过所述分离器，并且其他测量模式中 的至少一个是分离测量模式，在该分离测量模式中，流体被传送到所述分离器，以便分成液 体和气体，然后液体从所述分离器被传送到所述第一多相流量计和第二多相流量计中的一 个，并且气体从所述分离器被传送到所述第一多相流量计和第二多相流量计中的另一个。10. 如权利要求8所述的系统，其中，所述控制系统被进一步配置为： 确定当前操作条件是否容许所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统共同地 或单独地测量通过所述系统的油、水和气体各自的流量;并且 当所述控制器确定当前操作条件容许测量通过所述系统的油、水和气体各自的流量 时，使从所述井接收的全部流体流都通过所述旁路导管。11. 如权利要求10所述的系统，其中，所述第一多相流计量系统具有相对较高的最大流 量容量，并且所述第二多相流计量系统具有相对较低的最大流量容量，并且其中，所述控制 系统被进一步配置为： 确定从所述井接收的当前流量;并且 当（i)所述控制器确定当前操作条件容许测量通过所述系统的油、水和气体各自的流 量;并且（ii)当前流量低于与所述第二多相流计量系统的最大流量容量相对应的阈值量 时，实现低流量动态测量模式，其中，实现所述低流量动态测量模式包括操作所述阀，以经 由所述旁路导管使基本上全部流体流通过所述流体系统被引导至所述第二多相流计量系 统，由此绕过所述分离器。12. 如权利要求11所述的系统，其中，所述控制系统被进一步配置为：当（i)所述控制器 确定当前操作条件容许测量通过所述系统的油、水和气体各自的流量；（ii)当前流量高于 与所述第二多相流量计的最大流量容量相对应的所述阈值量;并且（iii)当前流量低于与 所述第一多相流量计的最大流量容量相对应的第二阈值量时，实现中等流量动态测量模 式，其中，实现所述中等流量动态测量模式包括操作所述阀，以经由所述旁路导管使基本上 全部流体流通过所述流体系统被引导至所述第一多相流计量系统，由此绕过所述分离器。13. 如权利要求12所述的系统，其中，所述控制系统被进一步配置为：当（i)所述控制器 确定当前操作条件容许测量通过所述系统的油、水和气体各自的流量;并且（ii)当前流量 高于所述第二阈值量时，实现高流量动态测量模式，其中，实现所述高流量动态测量模式包 括操作所述阀，以使基本上全部流体流通过所述旁路导管被引导至所述第一多相流计量系 统和第二多相流计量系统，因而所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统共同计量 通过所述系统的全部流体流，由此绕过所述分离器。14. 如权利要求8所述的系统，其中，所述控制系统被进一步配置为： 确定当前操作条件是否容许所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统共同地 或单独地测量所述井输出的油、水和气体各自的流量;并且 当当前操作条件不容许利用所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统测量油、 水和气体各自的流量时，将从所述井接收的全部流体流传送到所述分离器。15. 如权利要求14所述的系统，其中，所述控制系统被配置为，通过将来自所述井的流 体的当前测量的气体体积分数与对应于最大气体体积分数的一个或多个阈值相比较，确定 当前操作条件是否容许所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统共同地或单独地 测量所述井输出的油、水和气体的各个流量，其中，所述最大气体体积分数是所述第一多相 流计量系统和第二多相流计量系统能够测量所述井输出的油、水和气体的各个流量的最大 的气体体积分数。16. 如权利要求14所述的系统，其中，所述控制系统被配置为，通过气体导管将流体从 所述气体出口引导至所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统中的一个，并且通过 液体导管将流体从所述液体出口引导至所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统 中的另一个，因而，当所述控制系统确定当前操作条件不容许所述第一多相流计量系统和 第二多相流计量系统测量油、水和气体各自的流量时，所述第一流计量系统和第二流计量 系统中的一个用于计量分离的气体，并且所述第一流计量系统和第二流计量系统中的另一 个用于计量分离的液体。17. 如权利要求8所述的系统，其中，所述控制系统被配置为： 确定一组当前操作条件是否容许所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统共 同地或单独地测量所述井输出的油、水和气体各自的流量;并且 当所述控制器确定当前操作条件容许测量所述井输出的油、水和气体各自的流量时， 利用所述第一多相流计量系统和第二多相流计量系统中的一个或多个测量油、水和气体各 自的动态流量。18. 如权利要求1所述的系统，还包括第三多相流计量系统，其中，所述气腿导管将所述 分离器的气体出口流体地耦接到所述第三多相流计量系统，所述液腿导管将所述分离器的 液体出口流体地耦接到所述第三多相流计量系统，并且所述旁路导管被铺设成将多相流体 从所述石油井引导至所述第一多相流计量系统、第二多相流计量系统和第三多相流计量系 统，而不使所述流体流过所述分离器，由此绕过所述分离器。19. 如权利要求18所述的系统，还包括控制系统，所述控制系统被配置为利用阀来实现 多个不同的测量模式，其中，在每个模式中，流体按不同路径通过所述流体系统，并且其中， 所述测量模式中的至少三个是动态测量模式，在该动态测量模式中，流体被传送通过所述 旁路导管，以绕过所述分离器，并且容许通过所述第一多相流计量系统、第二多相流计量系 统和第三多相流计量系统的不同组合测量油、水和气体各自的基本瞬时的流量。20. 如权利要求1所述的系统，还包括控制系统，所述控制系统被配置为，选择性地并按 顺序地将从一组N个井中选择的一个或多个井的输出传送到所述流体系统，以对所述井执 行一系列井测试。21. -种用于测试一组N个石油井中各个石油井的流体产品的系统，所述系统包括： 流体系统，其用于接收所述井输出的多相流体； 流体测量系统，其被配置成测量通过所述流体系统的油、水和气体的流量，所述流体测 量系统能够在第一模式和第二模式中操作，在所述第一模式中，所述测量系统对所述流体 系统接收的油、水和气体各自的流量进行随时间变化的测量，其中，所述随时间变化的测量 通常对应于进入所述流体系统的油、水和气体的瞬时流量，并且在所述第二模式中，所述测 量系统从油和水中分离气体，并且对油、水和气体进行通常与（i)一段时间内的总流量和 (ii)一段时间内的平均流量中的至少一个相对应的流量测量;以及 控制系统，其被配置为，选择性地并按顺序地将从一组N个井中选择的一个或多个井的 输出传送到所述流体系统，以对所述井执行一系列井测试，其中，所述控制系统进一步被配 置为，响应于操作条件的变化而使所述测量系统在所述第一模式和第二模式之间切换。22. 如权利要求21所述的系统，其中，所述控制系统被配置为，响应于所述流体系统接 收的流体的测量的气体体积分数的变化而使所述测量系统在所述第一模式和第二模式之 间切换。23. 如权利要求21所述的系统，其中，所述测量系统包括能够从油和水分离气体的分离 器以及两个或更多个多相科里奥利流量计，所述流体系统被配置为使其能够将流体传送到 所述分离器，然后传送到所述多相科里奥利流量计，并且使其能够替代性地绕过所述分离 器并将多相流体流引导至所述多相科里奥利量计。24. -种测试一组N个石油井中各个石油井生产的流体的方法，所述方法包括： 将流体从被选择进行测试的一个或多个井传送到井测试系统，所述井测试系统包括分 离器容器、多个多相计量系统以及用于接收所述一个或多个井输出的多相流体的流体系 统； 确定所述多个多相计量系统是否能够单独地或共同地分别测量油、水和气体；以及 当确定所述多个多相计量系统不能分别测量油、水和气体时，选择性地将流体传送到 所述分离器容器，并且当确定多个多相计量单元能够分别测量油、水和气体时，选择性地绕 过所述分离器，将流体直接传送到所述多个多相计量单元中的一个或多个。
【文档编号】E21B47/00GK105987734SQ201610157292
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】M·P·亨利, R·P·卡西米罗
【申请人】因文西斯系统公司