CN100439649C - 全自动称重式气液两相油井计量装置 - Google Patents

Abstract

一种全自动称重式气液两相油井计量装置，包括计量罐和控制电路，其中计量罐包括罐体、单井气液混合体出口、气液分离器、集料斗、翻斗、称重传感器、单井液体出口、多井气液混合体出口、加热器，和多通阀、多路油井接口、花键轴、光电编码器和单相异步电动机，以及气体分离伞、单井气体出口、气体流量计和浮子阀；控制电路包括单相异步电动机、PLC，单相异步电动机与PLC相联，利用PLC来控制电机启停使多通阀单路导通。选定的单井气液混合体通过管道送到罐体顶部的单井气液混合体出口，然后进入气液分离器并经过翻斗称重，计量出该口油井的产液量。单井气液混合体通过计量罐顶部的气体分离伞将其含有的气体送入气体流量计，计算该口油井的产气量。

Description

全自动称重式气液两相油井计量装置

技术领域

本发明属于石油油井计量装置，特别涉及多路油井的自动选井，并进行单井气液产量的计量。

背景技术

已知一种称重式油井计量器，在其计量罐内的进油口下面垂直装有气液分离器，与气液分离器对应位置装有料斗，料斗的下面装有两个翻斗，翻斗装在转轴上，翻斗下面设有称重传感器，通过两个翻斗轮流翻转称重的方式实时在线计量油井产量。该计量器的缺点是对于多路油井中的某一单井产量计量时是通过手动选井的，并且没有对石油中所含的气体进行计量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种全自动称重式气液两相油井计量装置，即在计量罐侧下部安装一个多通阀，各路油井气液混合体通过多通阀同时进入油井接口。通过计算机输入油井号，控制单相电机启、停，单相电机带动阀芯旋转，光电编码器安装在多通阀中作为位置检测，实现多通阀单路导通，从而实现单井产量的自动选井计量。在计量罐顶部安装一个气体分离伞，用来导出气体以便进行产气量的计量。计量罐底部装有液位自动控制调节器，以保证液面高于单井液体出口，实现单井产液量和产气量同时计量。

本发明计量装置包括计量罐和控制电路，其中计量罐包括罐体、单井气液混合体出口、气液分离器、集料斗、翻斗、称重传感器、单井液体出口、多井气液混合体出口、加热器，和多通阀、多路油井接口、花键轴、光电编码器和单相异步电动机，以及气体分离伞、单井气体出口、气体流量计和浮子阀。罐体内上部设有单井气液混合体出口，单井气液混合体出口下面设有气液分离器，气液分离器的下面设有集料斗，集料斗的出口处设有两个对称的翻斗，翻斗通过转动轴固定在一起，并且可以绕转动轴做翻转，翻斗底部设有称重传感器，气液分离器、集料斗和翻斗都通过支架固定在罐体内；罐体顶部开有单井气体出口，单井气体出口末端设有气体流量计，单井气体出口的前面设有气体分离伞，该气体分离伞通过支架固定在罐体内；在罐体一侧的下方设有单井液体出口和多井气液混合体出口，多井气液混合体出口的另一端直接与多通阀连接，加热器通过支架固定在罐体底部，同时在单井液体出口的上面安装有浮子阀，浮子阀的浮子端浮在罐底液体上，阀端安装在单井液体出口处，以保证液面高于单井液体出口，实现单井产液量和产气量同时计量；多通阀通过螺栓固定后焊接在罐体的另一侧，多通阀上设有多路油井接口，多通阀内设有光电编码器。控制电路包括单相异步电动机、可编程控制器PLC，单相异步电动机通过花键轴与多通阀连接，单相异步电动机控制线路与PLC相联，利用PLC来控制电机启停使多通阀单路导通。

本发明采用附加补偿算法简称G法对液体进行称重，翻斗的当前接液量G_t与上次残留液量G_t-1，二者相减得到一条与时间有关的产液量曲线，通过对该条曲线积分运算即可得到累计产液量 $G^{\′}={\∫}_{t_0}^t(G_t-G_{t-1})\mathrm{dt},$ t₀为计量起始时刻。设f_max为系统最大机械频率，V为翻斗体积，G_t为某一时刻的液体重量，翻斗满量翻转系数k为：k＝G_tf_max/(24×3600V)，则油井当前产液量的G为：G＝kG′。

选定的单井气液混合体通过管道送到罐体顶部的单井气液混合体出口，然后进入气液分离器并经过翻斗称重，算出该口油井的产液量。其余油井的气液混合体经罐体底部的管道流出直接进入多井气液混合体出口。单井气液混合体通过计量罐顶部的气体分离伞将其含有的气体送入气体流量计，计量该口油井的产气量。

本发明计量装置通过多通阀，利用微机控制电机启停使多通阀单路导通，实现单井产量计量的自动切换，解决了手动选井的问题，同时在计量罐顶部安装有气体分离伞，解决了计量气体产量的问题。

附图说明

图1为本发明装置的计量罐结构原理图；

图2为图1的A-A方向剖视图；

图3为图1的B-B方向剖视图；

图4为本发明装置的翻斗结构原理图；

图5为本发明装置的称重流程图；

图6为本发明装置的控制电路原理图；

图7为本发明装置的选井控制流程图；

其中1单相异步电动机，2花键轴，3多通阀，4多路油井接口，5翻斗，6单井气液混合体出口，7气体流量计，8单井气体出口，9气体分离伞，10罐体，11气液分离器，12集料斗，13称重传感器，14、15、16浮子阀，17单井液体出口，18多井气液混合体出口，19加热器，20罐底液体，21螺栓，22光电编码器，23微机(输入井号)。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明计量装置包括计量罐和控制电路，其中计量罐包括罐体10、单井气液混合体出口6、气液分离器11、集料斗12、翻斗5、称重传感器13、单井液体出口17、多井气液混合体出口18、加热器19，和多通阀3、多路油井接口4、花键轴2、光电编码器22和单相异步电动机1，以及气体分离伞9、单井气体出口8、气体流量计7和浮子阀14-15。罐体10内上部设有单井气液混合体出口6，单井气液混合体出口6下面设有气液分离器11，气液分离器11的下面设有集料斗12，集料斗12的出口处设有两个对称的翻斗5，翻斗5通过转动轴固定在一起，并且可以绕转动轴做翻转，翻斗5底部设有称重传感器13，其中称重传感器可采用DBZ-2C型，气液分离器11、集料斗12和翻斗5都通过支架固定在罐体内；罐体10顶部开有单井气体出口8，单井气体出口8末端设有气体流量计7，单井气体出口8的前面设有气体分离伞9，该气体分离伞9通过支架固定在罐体内；在罐体7一侧的下方设有单井液体出口17和多井气液混合体出口18，多井气液混合体出口18的另一端直接与多通阀3连接，加热器19通过支架固定在罐体7底部，同时在单井液体出口17的上面安装有浮子阀14，浮子阀的浮子端15浮在罐底液体20上，阀端16安装在单井液体出口17处，以保证液面高于单井液体出口17，实现单井产液量和产气量同时计量；多通阀3通过螺栓21固定后焊接在罐体7的另一侧，多通阀3上设有多路油井接口4，多通阀3内设有光电编码器22。控制电路包括单相异步电动机、可编程控制器PLC，其中单相异步电动机可采用90YYJ90-3型，可编程控制器PLC可选择西门子S7-200型，单相异步电动机通过花键轴与多通阀连接，单相异步电动机控制线路与PLC相联，利用PLC来控制电机启停使多通阀单路导通。

各油井气液混合体从多通阀进入罐体，被计量的单井气液混合体经多通阀向上经气液分离器、集料斗进入翻斗进行计量，不需计量的油井气液混合体经罐内密闭管道直接流出罐体。同时气液混合体中的气体经气液分离器分离后向上经气体分离伞流出用气体流量计计量。单井的产液设有单独的单井出口，其余油井的气液混合体通过多通阀在罐体内经密闭管道直接走汇管出口，这样可以避免单井的产气与其余油井产气的混合。计量罐底部液面上放一浮子调节器以控制液面。浮子阀的作用是控制液位始终高于单井液体出口，避免气体从底部排出。气体流量计及压力控制系统装在气体的出口，实现了单井产液量、产气量的同时计量。

本发明采用特殊的翻斗设计。为了在无动力的情况下完成翻斗装油、称重、卸油的自动过程，采用两个翻斗轮流翻转计量。翻斗的结构原理如图4所示。本发明设计的翻斗结构能够便于油料的排出，支点A位于两个翻斗底部中间位置，B、C分别为两个翻斗的重心位置。由于支点A在两个翻斗重心的下部，因此左右两个翻斗永远不会位于同一水平面上，从而它们将轮流接纳来自集料斗的油料。当满足m₂g×l₂＞m₁g×l₁条件时翻斗翻转，其中m₁为翻斗1及其所盛液体的质量，m₂为翻斗2及其所盛液体的质量，l₁为支点A到翻斗1的重心B所在垂线的垂直距离，l₂为支点A到翻斗2的重心C所在垂线的垂直距离。

本发明采用附加补偿算法简称G法对液体进行称重，其称重流程如图5所示，其过程为判断翻斗是否翻转，如果“是”则读称重传感器重量信号，否则返回继续判断翻斗是否翻转，然后计算上次残留液体重量信号G_t-1和本次翻斗接液量G_t；再对当前时间之前的G_t-G_t-1进行积分运算；计算满量翻转系数K＝G_tf_max/(24×3600V)；使G＝kG′；最后输出显示油井当前产量G。由于稠油粘度大，残留液量变化很大，因此称重是一个动态的过程。经过称重传感器检测得到的是一条重量随时间变化的曲线。如果没有残留液体，通过对该条曲线积分运算即可得到累计产液量。如果有残留液体，通过积分运算不能直接得到累计产液量。它将受到残留液量多少和满量翻转系数的影响。

G法主要解决残留油量的修正问题，基于杠杆原理，在翻转的瞬间，称重传感器将翻转的重量信号传入计算机，根据这一数值及翻斗翻转条件，既可知道翻斗的当前接液量G_t与上次残留液量G_t-1，二者相减得到一条与时间有关的产液量曲线，通过对该条曲线积分运算即可得到累计产液量 $G^{\′}={\∫}_{t_0}^t(G_t-G_{t-1})\mathrm{dt},$ t₀为计量起始时刻。

由于受温度和石油粘稠度的影响，残留油量在不断变化，因此需对G′加以修正。设f_max为系统最大机械频率，V为翻斗体积，G_t为当前接液量，翻斗满量翻转系数k为：k＝G_tf_max/(24×3600V)，则油井当前产液量的G为：G＝kG′。

本发明控制电路原理图如图6所示，L、N与220V交流电源相接，其中N为零线。SA为电源启动开关，继电器线圈KM11的两端分别与零线和PLC的输出相接。当PLC输出高电平时，KM11得电，其相应的触点KM1闭合，单相异步电动机旋转；输出低电平时，KM11失电，其相应的触点KM1断开，电动机停止。通过微机输入井号，电动机旋转表示正在选井，电动机停止表示按照输入的井号已经选到欲计量的油井。

本发明的选井控制流程如图7所示，通过微机输入欲计量的油井号i，然后读入光电编码器返回的位置信号j，判断i与j是否相等，即判断多通阀选井当前所处位置，若相等，说明多通阀当前所处位置就是欲计量的油井，电机不必旋转；若不等，说明多通阀当前所处位置不是欲计量的油井，PLC需输出信号使继电器线圈得电，继电器相应触点闭合，电机旋转，同时读入光电编码器返回的位置信号j，判断i与j是否相等，若相等，说明多通阀当前所处位置就是欲计量的油井，电机停止旋转。

Claims (3)

1、一种全自动称重式气液两相油井计量装置，包括计量罐和控制电路，计量罐包括罐体、气液分离器、集料斗、翻斗、称重传感器、单井液体出口、加热器和浮子阀，气液分离器的下面设有集料斗，集料斗的出口处设有两个对称的翻斗，翻斗通过转动轴固定在一起，翻斗底部设有称重传感器，气液分离器、集料斗和翻斗都通过支架固定在罐体内，加热器通过支架固定在罐体底部，同时在单井液体出口的上面安装有浮子阀，浮子阀的浮子端浮在罐底液体上，阀端安装在单井液体出口处；其特征在于所述的计量罐还包括单井气液混合体出口、多井气液混合体出口、多通阀、多路油井接口、花键轴、光电编码器和单相异步电动机，以及气体分离伞、单井气体出口、气体流量计；罐体内上部设有单井气液混合体出口，单井气液混合体出口下面设有气液分离器，罐体顶部开有单井气体出口，单井气体出口末端设有气体流量计，单井气体出口的前面设有气体分离伞，该气体分离伞通过支架固定在罐体内；在罐体一侧的下方设有单井液体出口和多井气液混合体出口，多井气液混合体出口的另一端直接与多通阀连接，多通阀通过螺栓固定后焊接在罐体的另一侧，多通阀上设有多路油井接口，多通阀内设有光电编码器；控制电路包括单相异步电动机、可编程控制器PLC，单相异步电动机通过花键轴与多通阀连接，单相异步电动机控制线路与PLC相联，PLC控制电机启停使多通阀单路导通；在控制电路PLC中嵌入了称重算法软件及选井控制软件。

2、如权利要求1所述的一种全自动称重式气液两相油井计量装置，其特征在于所述称重过程为判断翻斗是否翻转，如果“是”则读称重传感器重量信号，否则返回继续判断翻斗是否翻转，然后计算上次残留液体重量信号G_t-1和本次翻斗接液量G_t；再对当前时间之前的G_t-G_t-1进行积分运算；计算满量翻转系数K＝G_tf_max/(24×3600V)；使G＝kG′；最后输出显示油井当前产量G，f_max为系统最大机械频率，G′为累计产液量，V为翻斗体积。

3、如权利要求1所述的一种全自动称重式气液两相油井计量装置，其特征在于所述选井控制过程为：通过微机输入欲计量的油井号，然后读入光电编码器返回的位置信号，判断油井号与位置信号是否相等，即判断多通阀选井当前所处位置，若相等，说明多通阀当前所处位置就是欲计量的油井，电机不必旋转；若不等，说明多通阀当前所处位置不是欲计量的油井，PLC需输出信号使继电器线圈得电，继电器相应触点闭合，电机旋转，同时读入光电编码器返回的位置信号，判断油井号与位置信号是否相等，若相等，说明多通阀当前所处位置就是欲计量的油井，电机停止旋转。

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