专利名称：用于对石油管线进行最佳取样的方法
技术领域：
本发明涉及到对传送由水、石油和伴生气体构成的不相溶混合物的管线进行取样的方法。上述方法能提供代表前述流动混合物的适于作物理分析的最佳样本。
对先有技术的简要说明水量监视器是石油工业中用以测定液态石油混合物物理性质的仪器。一微波电磁能量源照射流动的油、水和气体三相流并检测和测定所透射和反射的微波的相对相移和衰减。可根据流体的物理性质诸如油、水和气的相对比例以及它们的容积流量等来对测定结果进行解释。
周知的是，流动的多相石油乳液的成份会在石油连续态、水连续态和气连续态之间实际波动。这种波动会变得复杂或者导致错误的测定结果。石油管线中的气体的比例随诸如沿管线的压力减少之类的条件变化而变。另一个导致难以对石油管线进行取样的现象是因取样线路和取样探头中的密度的不同而产生的组成成份的惯性分离。因此，本技术中需要一种能从管线中取出由水、气和石油构成的流动三相乳液的有代表性的样本的精确方法。
共同授予的US4499418、US4947127和US5001434中详细地说明了用于对三相石油-水-气样本进行成份分析的水量监视器。本文引用了上述专利。
对本发明的简要说明本发明提供了一种对进入样本测定系统中的多相石油-水-气流体的流量(流率)进行控制的方法，该方法包括下列步骤用一薄壁取样管按一系列样本流量中的每一种速度抽出一系列流动的流体样本，所说的一系列样本流量可在最小样本流量到最大样本流量的范围内变化；在使样本流量在上述范围内进行变化的同时按每种流量重复选择在统计上是显著多的流体样本并用流体成份测定装置来测定按各流量选择出来的每个样本的物理特征，所述流体成份测定装置能测出在不定压力下流经管线的多相石油-水-气流体的物理特征，从而能按各个选定的流量给出一系列物理特征测定结果；计算出各流量下的系列物理测定结果中每一个结果的标准差并找出上述系列物理测定结果中的最大标准差；将样本流量调整至与上述物理测定结果中的最大标准差相对应的样本流量；从而，能从抽出最能代表管线中多相石油-水-气流体的样本。
本发明包括用于对在不定压力下流经管线的多相石油-水-气流体进行取样的方法。这种取样方法可连同多相流体成份测定装置一道使用，所说的流体成份测定装置能测出诸如绝缘特性之类的物理特性。
依照本发明的方法，可以用诸如皮托管之类的薄壁取样设备按一系列不同的流量从管线中抽出通常是一系列连续样本的一系列样本。就从最小样本流量到最大样本流量的皮特管流量范围内的各个流量取出在统计上是有效数量的样本。测出各流量下的各样本的流体成分的物理特征的决定因素以形成一系列测定结果。
就各个流量下的系列测定结果计算出标准差。确定样本系列以及该样本系列中具有最高标准差的相应流量。然后，将经由皮特管的样本流量置成这样的流量，按该流量可获得最大标准差的样本。
用皮特管按最大标准差取得的样本最能代表管线中的正加以测定的多相石油-水-气流体。
对附图
的简要说明单个附图是用于实现本发明的设备的概略图。
对本发明的详细说明参照附图，附图是用于输送石油的管线的概略图。一般用标号10表示的管线包括一上游部分10a和一下游部分10c。一管线部分10b将上游部分10a与下游部分10c连接起来，所述管线部上分安装有一诸如前述类型的水量监视器之类的取样和流体成份测定装置12。
可将取样和流体成份测定装置12想象成是一诸如US4499418、US4947127和US5001434中所述那种仪器之类的微波测定仪。这种仪器可测出诸如绝缘性质或微波能量衰减或微波传播速度之类的物理特征，这些物理特征表示流经管线的两相或三相石油-水-气混合物中的微滴大小和微滴密度或每单位容积中微滴数量。
周知的是，对三相流体进行取样时的错误会使得流体成分的测定结果不同于管线中的实际组成。出现错误的原因主要是由于不相溶成分的密度和微滴大小以及样本速度方面的差异。与管线中的速度不相同的样本速度会导致样本的惯性分离，从而使得相测定结果失真。
石油具有0.8g/cm3的密度，水具有1.0g/cm3的密度，伴生气体在一个大气体下具有0.0001g/cm3的密度。在早期的测定系统中，不相溶的组成成分具有相似的密度。一个实例就是天然重乳化油(1g/cm3)和不带气体的淡水(1g/cm3)。一个困难的实例是轻石油(0.6g/cm3)和带有多种气体的咸水(1.2g/cm3)。后一种样本特别容易受惯性重新分布的影响。
取样时，速度的变化会导致组成成分按密度的重新分布。错误还起源于压力和温度的变化以及影响相间表面大小和形状的表面活性物质。在用诸如皮特管之类的薄壁取样管来获取样本时，这种惯性效应特别容易出错。
将诸如孔板18之类的限流装置固定在管线部分10b的两瑞中间的内侧。皮特管20位于孔板18的上游并具有一与管线部分10b内直接流相通的端部。一静态管30位于孔板18的下游并具有一与管线部分10b内间接(静态)流相通的端部。一第一取样管22安装在皮特管20与测试室24之间并使这两者作流体通连。一第二取样管28通过一控制阀27提供了测试室24与静态管30之间的流体通连。
诸如孔板18之类的限流装置的作用是提供皮特管22与静态管30之间的压差，因此，主要流体的一部分会通过流体成份测定装置12。第一和第二取样管22、28均具有远小于管线部分10b直径的直径。取样管22、28均配备有另外的阀门装置(未示出)以便将测试室24隔离。
测试室24可以是诸如本文所引用的US4499418、US4947127和US5002434中所述那种周知类型的测试室。测试室24最好能提供样本并包括一参照微波源及微波检测器。应该认识到，附图作了相当的简化，为简化起见，借如上述微波源和检测器之类的许多通常的细节在附图中均未作说明，本技术的专家能理解这些细节，并且，先前提及的专利详细地说明了这些细节。
流体成分测定装置12在孔板18的上游处从管线10中抽出少量的连续流体流并使之经过测试室24。用微波在1万兆赫兹频率区内照射测试室24内的样本，并测出沿两个方向穿过流体的微波的相对相移和衰减。按高达每秒若干次的可变速率来进行测定。然后，使样本在孔板18的下游处返回管线10。经由测试室24的流量取决于孔板18的尺寸和类型以及控制阀27的阀门位置。关闭阀门27可使流体样本留在测定系统12的测试室24内。根据水量监视器系统12所得出的测定结果的标准差借助反馈控制打开和关闭并控制上述阀门27是本发明的核心。
可借助反馈控制来改变控制阀27的位置，以便最佳地提供能代表管线10中的流体的样本。业已发现，与三相混合物的成份有关的诸如相对相移或衰减之类的物理测定结果会在取样率最能代表管线中流体的那一刻达到最大。这种状态是与等动能流相一致的。
标准差是相对数据集合的平均值的偏差统计值。如果所述数据是正态分布(或高斯分布)的，那么，数据集合的约68％会落在均值的一个标准差范围内。可用相对标准状态的峰度或偏差(绕平均轴的偏差距)来确定数据在统计上是否是正态分布(或高斯分布)的。低峰度表示正态假设是有效的。
流动流体的相组成的变化会导致物理测定结果的标准差有较大变化，但仅会导致测定结果的峰度或均值有较少变化。将最终数据的标准差说明为均值周围数据的偏差。
依照本发明，用皮特管20和第一取样管22抽出给定流量下的一系列样本。就控制阀27从最大流量至例如是最大流量20％的最小流量的全部操作范围内的若干这种选定流量来获取连续的样本系列。用测定系统12在测试定24内分析样本的能表示成分的物理特性。所述物理特性可包括微滴的大小、微滴的密度、微波的相移以及微波的振幅衰减。结果是各个选定流量下的一系列测定结果。所述样本系列中的样本数必须足以产生在统计上是显著多的测定结果。在计算与选择装置40中计算出各选定流量的系列测定结果的标准差。所述计算与选择装置40例如可包括诸如INTEL80486或类似装置之类的微处理器及其内部存储器。确认出所述系列中的最高标准差数值。然后，靠反馈控制将样本流量重置成能通过流量控制器35产生最高标准差数的速率。控制器35仅是一个调制解调器或微处理器40与模拟阀27之间的接口。从而，能选定最能代表管线中三相石油-水-气混合物的样本。
在另一种方案中，可按手工方式实现计算与选择装置40和控制器35的功能。与此相似，可在实验台上来实现测试室24的功能。
尽管说明了本发明的特定实施例，但是，应该认识到，本发明并不局限于此，这是因为，可以有多种改进形式，所以，后附权利要求包括了属于本发明实质精神和范围内的任何改进形式。
权利要求
1.一种对进入样本测定系统中的多相石油-水-气流体的流量进行控制的方法，该方法包括下列步骤用一薄壁取样管按一系列样本流量中的每一种抽出一系列流动的流体样本，所说的一系列样本流量可在最小样本流量到最大样本流量的范围内变化；在使样本流量在上述范围内进行变化的同时，按每种流量重复选择在统计上有效数量的流体样本，并用流体成份测定装置来测定按各流量选择出来的每个样本的物理特征，所述流体成份测定装置能测出在运动压力下流经管线的多相石油-水-气流体的物理特征，从而能按各个选定的流量给出一系列物理特征测定结果；计算出各流量下的系列物理测定结果中每一个结果的标准偏差，并找出上述系列物理测定结果中的最大标准偏差；将样本流量调整至与上述系列物理测定结果中的最大标准偏差相对应的样本流量；从而，能抽出最能代表管线中多相石油-水-气流体的样本。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，所述物理特征是微波能量的衰减。
3.如权利要求1的方法，其特征在于，所述物理特征是微滴的大小。
4.如权利要求1的方法，其特征在于，所述物理特征是微滴的密度或每单位容积的微滴数。
5.如前述任一权利要求的方法，其特征在于，所述的水包括无机盐。
6.如前述任一权利要求的方法，其特征在于，所述的薄壁取样管是皮特(pitot)管。
7.如前述任一权利要求的方法，其特征在于，测出一种以上的物理特性。
全文摘要
业以发现了一种供运送由石油、水和气构成的三相混合物的管线使用的等动能取样方法。该方法可与流体成份测定装置结合使用,所述流体成份测定装置能测出代表流体成份的物理特性。在样本流量的范围内对在统计上显著多的样本进行分析。将样本流量重置成与最大标准差样本的流量相对应。结果,可以抽出最能代表管线流体成份的样本。
文档编号G01F1/46GK1246178SQ98802128
公开日2000年3月1日 申请日期1998年1月28日 优先权日1997年1月28日
发明者约翰·D·马雷利 申请人:德士古发展公司