0 引言
在原油开采过程中，三相流的流量及油气水的比例体现了储层的特性，是制订和调整开采方案、优化生产参数的重要依据，对延长油气井寿命、提高采收率有重要的意义。
根据测量前是否对三相流进行预处理，可将三相流量计分为三大类[1、2]：部分分离测量系统；在线式三相流量计和其他形式的三相流量计。而实际管道中无法直接测出油气水三相的体积流量，解决方法是测出总的体积流量和各相的分相含率[3]。根据三相流量计的工作原理，可将三相流量计分为三种[4]：一是测量混相流中的分相含率；二是测量相速度；三是微机技术，根据各自数学模型对测量的相分率和相速度的数据进行图解、分析，计算出各相流量。对三相流量的测量混相流中的分相含率，国内外现有的主要方法有[5]：微波衰减测量法、伽马源吸收测量法、电解质特性测量法、短波持水率计。本文主要首先对通过分相率开发出的伽马源吸收测量法的国内外三相流计量装置进行介绍。然后再通过不同的测量原理对国内外现有的三相流量计的应用情况进行介绍。
1 由分相率开发出的伽马源吸收测量法
三相流量计的研究始于20世纪60、70年代，当时国外建造了各种具有水平、垂直和倾斜测试管段的三相流综合试验环道，并展开了对三相流的研究，受到当时技术条件的限制，未获得可以使用的成果。目前国内外先进、可靠、实用的三相流测量方法，大多都对流量及分相含率测量技术进行了有效的组合，采用组合式方法进行多项参数检测，而不是用单纯的一种技术进行三相流检测。
现有的通过分相含率开发出的伽马源吸收测量方法，有的采用单能级伽马源进行测量，有的通过双能级伽马源进行测量，有的是用双能级伽马源和单能级伽马源一起作用进行测量。一般来说，高能量级对气/液比更敏感，而低能级对液相中水/有比较敏感，一般用这两个能量衰减量来确定三相流混合液的各相含率。以下就对通过分相率开发出的伽马源吸收测量法的国内外三相流量计装置进行介绍。
1.1 挪威FRAMO公司的MPFM型三相流量计[6、7]
FRAMO公司的MPFM型三相流量计由在线静态混合器、多源伽马组分计、文丘里管三部分组成。采用文丘里管测量总流量，多源伽马测定油气水各自的体积百分数，油气水各自的组分由不同伽马能的衰减程度计算求得，与文丘里流量计结合，获得各组份的流量。
在实际工况下，MPFM型三相流量计在三相流管道和海上管线的实验表明，油水两相的流量误差均在±5%；当流体中的气相含率低于70%时，气象测量误差小于±5%。该流量计结构精巧、无可动部件、压力损失小。不足之处在于，有节流装置，不适用于产油量较高的油井，且只适用于地面系统的测量。
1.2 Fluent公司的MPFM1900型三相流量计[6、8]
MPFM1900型计量系统由测量流体介电常数（电容率）及气液各相流速的电容传感器和传感器电子计、测量流体密度的伽马密导传感器来测量流体相分率。使用相关法和文丘里流量计来测量组份的速率。电容传感器探测油气混合物中是否有大、小气泡高速流过，以此确定流态，然后分析计算和测定流体的流速。流体密度和介电常数分别由伽马密度计和电容传感器确定。Fluenta公司三相流量计主要特点之一是拥有一套先进的专利软件程序。
因为该系统中存在电容/电导传感器测量流体相分率，因此在含水率较高情况测量效果更好。
1.3 Multi-Fluid公司的FR型三相流量计[6]
FR型三相流量计是以微波技术为基础，由组分计、伽马密度计和1或2个流速计组成。组分计从混合物密度和介电常数中获得油、气和水各相的体积流量，其中混合物的介电性质由微波监测专利技术测得。
该技术虽然也采用了多种测量相结合的方法，但是对于数据的后期处理依然较为复杂。
1.4 海默MFM2000-NG三相流量计[8、12]
MFM2000-NG三相流量计利用低能源放射吸收技术测量三相流的相组分；利用文丘里流量计测量总流量；利用经验的气液滑动数学模型对测量量进行处理；利用油气PVT关系方程对油、气测量量进行补偿；利用工业计算机进行数据采集和处理。
目前，该仪表已在海洋石油平台用于油井生产测量，在陆上油田被用于分队计量，也已被用于亚洲、非洲及中美洲的多个国家的油田生产测量和勘探测井作业。
虽然该系统具有较宽的测量范围，由于体积庞大，也很难将该系统应用于井下测量，因此要实现井下实时测量还需要作进一步改进。
1.5 CSRIO伽马射线三相流量计[10]
CSRIO伽马射线三相流量计由两组安装在管道上的伽马射线测量装置组成，一组为单能级伽马密度计，用来确定管道中液相和气相的流量；另一组为一双能级伽马射线测量系统，用来测量管道内流体的含水率；这两组伽马射线装置相结合，利用相关法可以得到管道中液相和气相的流速，通过把以上数据相结合，可以计算得到气相的体积流量和油水分相质量流量。
这种流量计测量得到的流量相对误差较小，每组数据不属于实时测量数据，只需要在测量的基础上 通过一定的数值运算，后期工作量较大。1.6 Fluenta公司的MPFM1900VII型[7、12]
Fluenta公司的MPFM1900型三相流量计是一种不介入、实时、全径的流量测试系统，不需要旁通管道和侵入混合仪器。在实际的和用户提供的标准条件下，该流量计可自动确定流体滑脱速度和计算体积流速。该系统由电容传感器、电导传感器、伽马密度计、文丘里管和系统计算机组成。电容传感器用于测量油、气、水混合流体的介电常数；电导传感器是用于测量油、气、水混合流体的电导率；文丘里管用于测量液体的速度；伽马密度计用于测量混合流体的密度。
该三相流量计结构紧凑，无可动部件，压力损失小，但系统体积较大，依然不适用于井下测量系统。
1.7 英国JISKOOT的Mixmeter三相流量计[7]
Mixmeter三相流量计是用差压变送器测定总流量，用双能级伽马源相分率计测定含水率、含气率。该流量计结构经凑，无可动部件，压力损失较小。
和CSRIO伽马射线三相流量计一样，同样需要在测量的基础上通过一定的数值运算，后期工作量较大。
1.8 挪威ROXAR公司的MFI三相流量计[7]
测量原理及技术特点：流速测量采用微波互相关法，相分率测量采用微波传感器加伽马密度计法。可选用文丘里管流量计扩展总流量。该三相流量计结构紧凑，无可动部件，压力损失较小，适用于地面测量系统，在产量较高的油井上使用时，节流装置磨损较大。
可见，在三相流量的测量中，伽马源测量相分率的方法已经被广泛的应用，但所有这些仪器都只是局限于地面测量系统，对于井下实时测量装置依然没有相关的报道。因此，对于伽马密度仪用于井下测量系统这一新的领域的研究有待于进一步的探测。
2 三相流量计的应用状况
2.1 MFI公司的LP型多项流量计[7、12]
美国MFI公司的LP型多项流量计的主体结构有两个独立的仪表组成，其中一个为组分测量计，用于测量传感器中油、气、水的瞬时体积或质量百分比；另一个为流速测量计，用来测量油、气、水混合物通过传感器的速度。但该流量计的体积较为庞大，只适用于地面系统，不太适用于海上平台和井下测量系统。
2.2 AGAR公司的MPFM-300和MPFM-400型三相流流量计[7、12]
MPFM-400型三相流量计是AGAR公司开发的新型三相流量计，该装置是基于部分分离法的流量测量系统，是以MPFM-300型三相流量计为基础，统过加装流体流动分流器、气体旁通管和气体流量计构成。MPFM-400型三相流量计时一种组合的油、水、气三相流量计，可用于测量所有形态的流量。
传统的三相流测量系统，采用部分分离的方法进行测量，测量精度较好，但却不是用于实时测量。
2.3 ISA公司的ScrollFlo型三相流流量计[11]
该三相流量计由英国BP开发研制，ISA公司生产。它是根据众所周知的容积式计量原理，同时结合密度测量，以此得出油、气、水混合物各相的质量流量。
该测量系统不适用于含水率较低的测量。
2.4 KOS公司的MCF351型三相流量计[12]
近年来，挪威KOS公司与Norske壳牌公司联合开发出MCF350型和MCF351型两种三相流量计，其中，MCF351型是前者的改型产品。MCF351型三相流量计算机系统由一个不锈钢双法兰短节、EX级信号处理电子装置和一个以PC机为主的控制装置组成。PC机用来计算和显示计量结果。
但该三相流量计只能在气团流态下使用，将操作范围扩大至其它流态（诸如层状流、冲击流、气泡流和环状流）时，测量结果将失效。
除了以上的流量及外，现有的流量及还有：AEA技术公司的非插入式脉冲三相流流量计[12]、Fluenta公司的SMFM1000型三相流流量计、德士古公司的海底三相流流量计、EUROMATIC公司的三相流流量计、美国石油自动系统公司的FLOCOMP型三相流流量计和Paul-Munroe工程公司的WELLCOMP三相流流量计等。
这种流量计大多数都是通过部分分离的办法间接地对流体实施测量，不能实现实时测量的目的，且所有这些测量系统，也基本上都只适用于地面系统的测量，对于井下实时测量还需要进一步的研究、开发。
3 三相流量计的测量目的和意义
流量是三相流中一个非常重要的参数，但由于三相流的流动过程非常复杂，测量难度很大，是国内多年来的重大技术难题，采用任何一种单一功能的测量方法都难以实现精确的测量。传统的计量方式是分离计量，该方式难以实现连续计量，且流程复杂。针对井下流测量的环境特点，开展与之相关的三相流检测试验系统的研究就显得尤为重要。
但要由于井下情况相当复杂，所以对流量测量的技术的要求相对较高，井下流量测量存在难度主要体现在：
（1）井下流体多为油气水三相流，流形非常复杂，对精确测量带来了很大困难；
（2）不同流体相之间有滑动现象，严重影响了测量精度；
（3）在斜井、多分支井、水平井中，流体静压不足，对测量结果带来了严重的误差。
针对新研制的适合于井下环境的新型三相流量计，开展三相流检测与试验研究，消除层流、滑动和静压不足等影响测量结果的三大因素，为三相流测量装置在分支井、斜井和水平井中的应用打好技术基础。
4 三相流量计的特性
由于三相流量计的使用在油田生产开发方面节约成本，而且有利于油田管理的决策和对流程的有效控制。这些因素的存在极大程序地推动了三相流量计在石油工业中的发展。而现有的流量计均是近年来刚刚问世的，由于井下环境极其恶劣，三相流量计的测量范围受到很多限制，如受含气率、含油率、含水率、黏度、盐度等不同程度的影响，因此在技术上还没有进行过统一的试验评价。此类流量计的体积均较为庞大，且市场上大多流量计的误差几乎都在10%左右。要实现在线实时计量，还要满足信号的连续采集，并达到小体积、高强度、抗腐蚀、长寿命。流体的物性对流量计的选型也有着极大的影响，流体物性对三相流量计选型的影响见表1。
5 三相流量计测量的基本原理
测量三相流主要是要测量油气水的质量流量。要求流量计能够直接的测量出各相的质量流量，然而目前直接测量质量流量的两相流量计都很少，而直接测量质量流量的三相流量计根本不存在。因此，要测量各相的质量流量都要使用间接的方法，间接的测量方法需要测量每一相的瞬时速度和各相通过截面的相份额，然后再通过计算求得单相质量流量和混合物总的流量。传统测试的测量原理框图如图1所示[12]。
三相流量计的不确定性因素主要是流体的黏度、密度和测量过程中流型、密度、压力等的波动。油气水三相的密度很容易测得，主要的问题在于油气水各相的速度以及各相流的相分率，鉴于其复杂性，因此难度较大。为了克服以上困难，并能有效的完成测量任务，再根据现有流量计进行改进，在实验过程中采用了多种测量方法相结合，先利用科氏原理，测出三相流的总流量；然后利用伽马射线法测出各相的密度，再根据含水率特性，由电极系的测法原理测出水相含率。通过计算机显示实时测量结果。
图1 传统测试的测量原理框图
6 结束语
在三相流测量过程中，由于三相流本身的物性和现场条件均存在着很多差别，在三相流量计量的研究和系统发展上至今没有一个统一的精度等级，也不存在统一的标定系统，因此也就存在着测量的不确定度。经过多年的研究、开发、完善和改进，国内外石油业已经基本上认识到并接受了这样一个现实，任何一种现有的三相流量计，都不可能在所有的组分和流态条件下均表现出最佳的工作性能。总体看来，三相流量计还是处于研究和开发应用的发展阶段。因此开发和研制大范围的、结构较为简单、安装使用都比较方便的三相流量计成为国际石油工业势在必行的重要课题。
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