CN100405025C - 油气水混合流分相连续计量装置 - Google Patents

Abstract

一种油气水混合流分相连续计量装置。由前后罐、气液预分旋流器、明渠倾斜测量管、气体微差压传感器、液位差压传感器、压力传感器、温度传感器和气液进出口组成。气体旁通管水平连接前后罐，明渠倾斜测量管以倾斜1.5°的角度连接前后罐，在气体旁通管和明渠倾斜测量管之间并排设有三个液位差压传感器和一个气体微差压传感器，在前罐的中下部之间设有两个差压传感器；在后罐上设有压力传感器和温度传感器，通过传感器测取气液界面的高度、压降、压力脉动信号，获取差压信号的连续时间历程和相应的各种特征值。分别建立液相和气相计测模型，以这些模型为基础构造神经网络。通过神经网络的学习，找到相关的物理量与气、液分相流速之间的关系，继而计算出各相流量。

Description

油气水混合流分相连续计量装置

一、技术领域

本发明涉及一种油田产出介质油气水混合流分相连续计量装置，适用于测量油、气、水混合多相流各自的流量。

二、背景技术

油井采出液多相连续计量是油田生产中亟待解决的问题。近年来，国际石油行业的发展重点逐渐向沙漠和海上转移。无人职守的沙漠计量站和海上卫星平台的新发展要求有符合技术和经济指标要求的计量新技术。尤其在海洋石油开发中，由于受平台面积、造价、施工难度等因素的限制，传统的油井计量方式已无法满足生产需要。而多相混输工艺技术的发展，迫切需要与之相适应的多相流量计。因此，开发一种可靠的适用于沙漠和海上卫星平台的多相流量计已是今后计量技术发展的必然趋势。

东部许多油田处于开采的中晚期，其含水率可能高达90％以上。为适应东部油田开采开发的需求，必须针对油井采出液高含水的特点研制相应的多相流量计装置。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种油、气、水混合流分相连续计量装置，解决油气水多相流连续计量问题。本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

本发明由气液入口、气液预分旋流器、前罐、明渠倾斜测量管、后罐、气体微差压传感器、差压传感器、压力传感器、温度传感器和气液出口组成。前、后罐体设为立式圆筒形，前罐高后罐矮，在前罐气液入口之后设有并联的两个分离器入口，一个通过圆筒形气液预分旋流器顶部与前罐顶部相连，相连处设有一个球阀，气液预分旋流器下部与另一分离器入口相汇，从前罐中上部进入前罐；在前罐与后罐的中上部之间设有一根水平气体连通管；在前罐中下部与后罐中部之间设有一根明渠倾斜测量管，在气体连通管和明渠倾斜测量管之间并排设有三个液位差压传感器和一个气体微差压传感器；在前罐的中部和中下部之间设有两个差压传感器；在前罐中部设有引压口，在前罐下部周侧设有一个冲砂口，在后罐中下部设有一个气液出口，在前后罐底部设有连通的排污管，在后罐体上设有压力传感器和温度传感器。

前罐内部设有中心筒、扇形盖板、隔板、气体旁通立管。中心筒竖直置于前罐的中上部，与罐体同一中心线；中心筒下部为喇叭锥体形结构，与罐壁焊接相连；中心筒与罐体外壁之间沿十字平分线设有四块隔板，将两者之间的环形空间均匀分割成四个空腔，左右隔板下端部与中心筒的喇叭口密封，前后隔板下端与中心筒喇叭口之间设有相隔段；左隔板上端高于其它三块隔板，其它三块隔板上端平齐，在后隔板、右隔板、前隔板上端与左隔板一侧盖有一个扇形盖板，左隔板与后隔板之间的腔体上端敞口；在右隔板上部开有一个方孔，在左隔板与前隔板之间腔体上部中心筒上开有进中心筒的方孔；在左前隔板之间和前右隔板之间的腔体中部设有两个差压传感器，测试50cm的液体差压。明渠倾斜测量管内部为矩形结构，明渠倾斜测量管的安装倾斜度为1.5°。

本发明相比现有技术具有一下优点：

1、本发明适用于任何流型的油、气、水三相在线连续计量，且测量精确度高，液相流量测量精确度在±5％以内，气相流量测量精确度在±10％以内。

2、本发明结构简单，整个装置内外部无辅助电控系统，长期运行稳定可靠，且压力损失较小。

3、本发明的含水率测量平稳，计量精度不受气液流型和流体状态影响，测量精确度在±2％以内。应用介质粘度范围宽(稀油、重油等)。

四、附图说明

图1是本发明的工艺结构示意图

图2是前罐结构示意图

图3是前罐内隔板与中心筒的结构示意图

图4是明渠倾斜测量管的结构示意图

图5是扇形盖板的示意图

图中序号说明：

1、前罐               2、气液预分旋流器

3、气液入口           4、冲砂口

5、底座               6、排污口

7、差压传感器         8、支架

9、液位差压传感器     10、液位差压传感器

11、液位差压传感器    12、气体微差压传感器

13、气液出口          14、温度传感器

15、后罐              16、压力传感器

17、气体旁通管            18、引压壶

19、明渠倾斜测量管        20、气体旁通立管

21、中心筒                22、引压口

23、方孔                  24、隔板

五、具体实施方式

为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图，通过实施例作详细阐述；

本发明涉及一种应用新的原理与方法进行高精度、在线连续定量计量的多相流流量计产品，由前罐(1)的气液入口(3)、气液预分旋流器(2)、前罐(1)、明渠倾斜测量管(19)、后罐(15)、气体微差压传感器(12)、液位差压传感器(9、10、11)、压力传感器(16)、温度传感器(14)和气液出口(13)组成。在气液入口之后设有一个圆筒形气液预分旋流器(2)，气液混合流经气液预分旋流器(2)分离后，气体由分离器上端的管线从前罐顶部流入罐内，一部分气体经由气体旁通管路(17)流入后罐，另一部分气体经由中心筒(21)和明渠倾斜测量管(19)流入后罐；液体由分离器下部的排液管从前罐体中上部切向流入罐内，经扇形盖板流入左、后隔板之间的腔体，然后经后隔板下端流入后、右隔板之间腔体，从左隔板上方孔流入右、前隔板之间腔体，再从前隔板下端流入前、左隔板之间腔体，在前、左隔板之间腔体的上方，液体从中心筒上部的方孔(23)处最终流入中心筒(21)内，继而进入罐的底部，经明渠倾斜测量管(19)流入后罐。在左前隔板之间和前右隔板之间的腔体上面布有两个差压传感器(7)，测试高度为50cm的液体差压。利用这两个差压可测得含水率。在明渠倾斜测量管末端均布有三个液位差压传感器(9、10、11)，在气体旁通管路进出口分别由引压管引压至一气体微差压传感器(12)。

利用上述三个液位差压传感器和一个气体微差压传感器对气液界面的高度及变化和沿程压降及压力脉动进行实时监测，获取四个差压信号的连续的时间历程和相应的各种特征值。这些特征值构造出供流态模式分类器进行流态识别的特征向量，然后应用模糊模式识别技术对流动进行分类，实现流型的监测和识别。同时为计测神经网络提供有关液位高度、液面波动、气相沿程阻尼和气压脉动的特征量。对流型进行有限控制，通过流型识别将流型划为段塞流和非段塞流，根据不同流型分别建立液相计测模型和气相计测模型：

1、液相计量模型

(1)瀑流模型一

分层流： $Q={\mathrm{Bh}}^{\frac{3}{2}}=B{\left[(\frac{d_1-d_2}{l_1}{l}_2+d_1)\sqrt{1+{\left(\frac{d_1-d_2}{l_1}\right)}^2}\right]}^{\frac{3}{2}}$

段塞流：

明渠倾斜测量管上，沿流体流动方向布置的三个液位差压传感器所对应的引压口分别记做引压口I、引压口II和引压口III。

式中d₁，d₂——液位差压传感器引压口II和引压口III处液位的高度；

l₁——引压口II和引压口III的距离；

l₂——引压口II与明渠出口处下端点的距离；

h——明渠出口处下端点到此点处流线切线的距离，即出流的截面高度；

B——明渠管道的宽度；

d_测——表示实际测量的液位高度；

l_压差——表示压力差对应的液体高度。

(2)瀑流模型二

分层流：

段塞流：

式中d₁，d₂，d₃——引压口I、引压口II和引压口III处液位的高度；

l₁——引压口I和引压口II的距离；

l₂——引压口I和引压口III的距离；

l₃——引压口I与明渠出口处下端点的距离；

B——明渠管道的宽度；

d_测——表示实际测量的液位高度；

l_压差——表示压力差对应的液体高度；

C_液——待定常数，在实验中进行修正。

(3)明渠流模型

分层流：

段塞流： $Q=\mathrm{VBH}=\mathrm{HB}\sqrt{2g(H+h_g)}$

式中d₁，d₂，d₃——引压口I、引压口II和引压口III处液位的高度；

b——明渠管道的宽度；

B——明渠管道的宽度；

H——明渠管道的高度；

h_g——气体微差压(用cm表示)。

(4)单元阻力模型

分层流：

$Q=c_1\frac{[-\frac{\mathrm{\λb}}{8}({h_1}^2-{h_2}^2)+\frac{{\mathrm{\λb}}^3}{8}(h_1-h_2)-\frac{{\mathrm{\λb}}^4}{16}{l}_n\left(\frac{h_1+\frac{b}{2}}{h_2+\frac{b}{2}}\right)]}{(X_1-X_2)}+c_2\frac{b^2{p}_0}{4l}-\frac{{(h_1+h_2)}^2}{(h_1+h_2+b)}$

段塞流：

式中h₁、h₂——引压口II和引压口III处液位的高度；

X₁-X₂——引压口II和引压口III的距离；

c₁、c₂——分层流型液相计测系数，在实验中进行修正；

b——明渠管道的宽度；

H——气液界面高度；

p₀——前后罐之间的压力差(cm)；

l——测试管段的全长；

α_液塞、β_液塞——流量公式的系数，在实验中进行修正。

2、气相计量模型

式中Δp——气体微差压传感器测量值；

H——明渠管道的高度；

h——气液界面的高度；

b——明渠管道的宽度；

C_气——流量修正系数，在实验中进行修正。

以这些模型为基础所构造的神经网络保证了网络本身的收敛性。通过神经网络的学习，找到相关的物理量与气、液分相流速之间的关系，继而计算出各相流量。

Claims (4)

1.一种油气水混合流分相连续计量装置，由气液入口、气液预分旋流器、前罐、明渠倾斜测量管、后罐、气体微差压传感器、液位差压传感器、压力传感器、温度传感器、气体旁通管和气液出口组成，其特征在于前后罐体设为立式圆筒形，前罐高后罐矮，在前罐气液入口之后设有并联的两个分离器入口，一个通过圆筒形气液预分旋流器顶部与前罐顶部相连，相连处设有一个球阀，气液预分旋流器下部与另一分离器入口相汇，从前罐中上部进入前罐；在前罐与后罐的中上部之间设有一根水平气体连通管；在前罐中下部与后罐中部之间设有一根明渠倾斜测量管，在气体连通管和明渠倾斜测量管之间并排设有三个液位差压传感器和一个气体微差压传感器；在前罐的中部和中下部之间设有两个差压传感器；在前罐中部设有引压口，在前罐下部周侧设有一个冲砂口，在后罐中下部设有一个气液出口，在前后罐底部设有连通的排污管，在后罐体上设有压力传感器和温度传感器。

2.根据权利要求1所述的油气水混合流分相连续计量装置，其特征在于前罐内部设有中心筒、扇形盖板、隔板、气体旁通立管，中心筒竖直置于前罐的中上部，与罐体同一中心线；中心筒下部为喇叭锥体形结构，与罐壁焊接相连；中心筒与罐体外壁之间沿十字平分线设有四块隔板，将两者之间的环形空间均匀分割成四个空腔，左右隔板下端部与中心筒的喇叭口密封，前后隔板下端与中心筒喇叭口之间设有相隔段；左隔板上端高于其它三块隔板，其它三块隔板上端平齐，在后隔板、右隔板、前隔板上端与左隔板一侧盖有一个扇形盖板，左隔板与后隔板之间的腔体上端敞口；在右隔板上部开有一个方孔，在左隔板与前隔板之间腔体上部中心筒上开有进中心筒的方孔。

3.根据权利要求1所述的油气水混合流分相连续计量装置，其特征在于明渠倾斜测量管内部设为矩形孔，明渠倾斜测量管安装倾斜度为1.5°。

4.根据权利要求1所述的油气水混合流分相连续计量装置，其特征在于在左前隔板之间和前右隔板之间的腔体中部设有两个差压传感器，测试50cm高的液体差压。

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