CN101408444B - 油井三相流计量装置 - Google Patents

Abstract

油井三相流计量装置，涉及油井三相流计量装置，需要克服计量效果差及污染环境的问题，本发明通过法兰与管线将分离控制罐、质量流量计、气体流量计、气液缓冲罐、液体阀、气体阀、止回阀连接组成，其特征是分离控制罐上中部有环形阶梯状跌落式气液分离器；分离控制罐中部有滑道杆，气液控制阀阀副安装在滑道上；分离控制罐顶部与气体出口管道相连，气体管路上装气体出口阀、带温压补偿的气体流量计、气体流量调节阀和气液缓冲罐；分离控制罐的液体出口管路装有液体出口阀、带温补质量流量计、液体流量调节阀，经管路与气液缓冲罐下部气体管路汇合并成汇管，汇管连接到生产管线上。本发明用于油、气、水自动分相在线计量。

Description

油井三相流计量装置

技术领域：

本发明涉及油井三相流计量装置。

背景技术

当前，国内油田的油井产量计量主要采用玻璃管量油、翻斗量油、软件仪量油、两相分离密度法和三相分离计量方法。随着技术的进步和油田开采形式的变化，需要计量精度较高、自动化程度高的计量设备，以降低工人劳动强度、提高生产效率和油田的管理水平。虽然已有许多机构在研究、完善三相流计量装置，但在目前油井计量技术中，尚存在使用不方便，有的在现场使用效果差，有的采用同位素测量原理存在污染环境等不足之处。

发明内容

本发明为克服现有装置使用不方便、在实际工况计量效果差、污染环境的问题，提供一种不污染环境的油井三相流自动计量装置。

本发明的技术方案是通过法兰与管线将分离控制罐、质量流量计、气体流量计、气液缓冲罐、液体阀门、气体阀门、止回阀联接组成的装置；其特征是分离控制罐顶部设有气体出口控制阀阀座孔与气体出口管路相连，罐盖与罐体为法兰密封联接，罐上侧设置油、气、水进口切向通往环形阶梯状跌落式气液分离器，罐下部中间设置液体控制阀阀座孔与液体出口相通从下侧和液体管路相连，罐内设置2～3道滑道杆，罐的中心部位设置浮球控制阀阀副；分离控制罐底部设置排沙口和阀门；气体出口管线上装有气体出口阀门、带温压补偿的气体流量计、流量调节阀和气液缓冲罐；液体出口管线上装有液体出口阀带温补的质量流量计、流量调节阀门；气液汇管上装有止回阀。

本发明所采用的各传感器的原理没有污染环境因素；在分离控制罐内设置了液体出口控制阀，避免了当油井产气甚多且压力波动很大的情况下，可能因气体管路阻流因素使气体流量受到限制、罐内气体占容积极多，当井口继续出现很大的波动压力时，有可能排出由汇管高度形成流阻的液体，出现下部液体出口管走气的现象，因此本装置控气、液流向可靠。本装置的气液分离器的阶梯渠道的流通面积大于气液进口管的流通面积，当气液流量甚大时，压力损失小；当气液流量甚小时，由于气液液体要流经跌落渠道，气液分离效果较好。该计量装置结构简单、体积小，并可现场显示三相流分相计量数值、也可将三相流分相计量数值远传到中心计算机；压力损失小；适用于单井、气液混输的油、气、水自动分相在线计量，尤其适用于撬装式测量和海洋平台的多相流流量测量。分相测量准确度可达±1～2％。

附图说明

图1是油井三相流量装置图。

图2是跌落式环形阶梯状气液分离器图。

图3是罐盖上的气体出口控制阀阀副图。

图4是罐下部液体出口控制阀阀副图。

图5是浮球控制阀阀副图。

具体实施方式

本发明是通过法兰与管线将分离控制罐1、质量流量计10、气体流量计4、气液缓冲罐5、液体阀门、气体阀门、止回阀7联接组成的装置。

分离控制罐1(图1)由筒体法兰17.1(图3)、筒体、底部封头、罐盖17.2、气液分离器15、滑道14、上下滑道支撑板16、12、上下控制阀阀座17、11、气体出口管、液体出口管、排渣阀9和支脚组成；分离控制罐盖17.2用螺栓与罐体法兰密封联接。

分离控制罐1顶部气体出口控制阀的阀座孔17(图3)置于罐盖17.2顶部内侧中心，孔径与气液进口管18内径相同，孔口为内锥形，锥度为40°～60°。气体出口阀阀座口与气体出口管相通。

分离控制罐1下部中间设置液体出口控制阀阀座口，液体出口控制阀阀座孔11置在隔板中心位置，分离控制罐中部由此口与下部相通，阀座孔11内径与气液进口管18内径相同，孔口内锥形锥度为40°～60°。

分离控制罐1下部设置液体出口管从罐侧面引出与液体管道相连。分离控制罐底部设置排渣阀9。

分离控制罐1中部设置2～3条导向滑道14，滑道为圆柱杆，由上下支撑板16、12与罐1连接支撑滑道杆，滑道杆安装中心圆与液体控制阀阀座孔11、气体控制阀阀座孔17同心；分离控制罐1内中部设置浮球控制阀阀副15顺滑道14上下随罐1内的液面升降而上下滑动，实现开启、关闭气体出口阀座孔17和液体出口阀座孔11。

气液分离器15为圆环阶梯状跌落式结构(见图2)，气液分离器15由支撑板15.1、内筒15.4、外筒15.3和阶梯板15.2组成；竖直置于分离控制罐1内的中上部，且中心对称。气液进口管18切向通往圆环阶梯状跌落式矩形渠道，渠道环行二圈，上圈渠道阶梯板不置流液孔，下圈阶梯板置多个流液孔15.6，气液分离器外筒5.3侧壁上置多个气孔15.5，由支撑板的四点竖直的与分离控制罐1内的中上部相接。渠道矩形流通面积大于气液进口管的流通面积，目的是当气液混合流量小时，混合流体经多次跌落撞击，有很好的气液分离效果；当气液混合流量大时也有良好气液分离效果并不产生较大的压力损失。气液进口管18与设置在分离控制罐1内上中部的环形阶梯状跌落式气液分离器15入口以切向方式联接，气液混合流体由气液进口管18切向进入环形阶梯状跌落式气液分离器15，气液经过分离器上圈阶梯板多次跌落撞击实现初步分离，接着经过分离器下圈带流液孔15.6的阶梯继续跌落撞击筛液分离，液体顺着分离器内筒锥边15.4下落，气体顺阶梯渠道外筒上部的孔15.5集聚到分离控制罐上部内腔中，由气液进口18来的气液混合流体中的游离气可达到完全分离以及大部分孵化气分离。

浮球控制阀阀副13(图5，)由下阀芯13.1、管子13.2、浮球13.3、滑道环13.4、管子13.5和上阀芯13.6组成，上下管子一端与浮球两端同心联接，上下管子不穿过浮球中心，上下管子另一端与上下阀芯联接，阀芯的圆锥度为40°～60°；浮球为长腰形空心球，两端为椭圆球形，中间为圆柱形，浮球外壁侧上下各设置2～3个滑道环。浮球控制阀阀副与罐顶部气体出口阀座孔和罐下部中间液体出口阀座孔组成本装置的浮球上下控制阀。浮球控制阀阀副的浮球延罐内2～3条滑道上下滑动，来实现开启和关闭气体出口阀座孔和液体出口阀座孔。

在正常工作情况下，排气控制阀和排液控制阀为常开状态。在分离控制罐1设置控制阀的目的在于避免当油井产气甚多且压力波动很大的情况下，可能因气体管路阻流因素使气体流量受到限制，罐内气体占容积甚多，此时再出现很大的气压波动，有可能排出由汇流管高度形成流阻的液体，出现下部液体出口管走气的现象。因此本装置自动控制气、液流向可靠。分离控制罐1的气体出口管与气体出口阀3.1(注：全开状态，维修气表时关闭)、带温压补偿的气体流量计4、气体流量调节阀3.2(注：开气表时，从关闭状态逐开至全开)、气液缓冲罐5、气液汇管6相连。分离控制罐1中下部设置液体出口管与液体出口阀9.1(注：全开状态，维修质量流量计时关闭)、质量流量计10、液体流量调节阀9.2(注：开表时，从关闭状态逐渐开至全开)和气液汇管相连。

油、气、水三相流流量计量装置应用质量流量计的方法：

在一个采样时间内流经质量流量计10的液体整量设的数值1，在这一时间内液体含水的比例为X，含油的比例为Y，则有X+Y＝1，又对油井实际油、水抽样分析出某一温度时油、水(注：少量含沙，沙的密度计在水内)的实际密度ρ_油1、ρ_水1，查表算出油井常用温度范围的ρ_油1、ρ_水1，将其输入质量流量计，质量流量计按其内的温度传感器测出的温度去采集此温度的油、水密度ρ_油1、ρ_水1，建立方程组：X+Y＝1

X·β_水t+Y·β_油t＝ρ

解得：X＝(ρ-ρ_油t)/(ρ_水t-ρ_油t)

X＝(ρ_水t-ρ)/(ρ_水t-ρ_油t)

便有：X·ρ_水t·ΔT＝m水-水的质量流量

Y·ρ_油t·ΔT＝m油-油的质量流量

式中ρ为质量流量计测量出当时液体的密度，ΔT为采样时间。

质量流量计便可分别显示出累积Σm水、Σm油。

Claims (4)

1.油井三相流计量装置，是通过法兰与管线将分离控制罐、带温补的质量流量计、带温压补偿的气体流量计、气液缓冲罐、液体出口阀、气体出口阀、止回阀联接组成的装置，其特征是分离控制罐顶部设气体出口阀阀座孔与气体出口管路相连，分离控制罐的罐盖与罐体为法兰密封联接，分离控制罐上侧设置一个油、气、水的气液进口管，所述的气液进口管切向通往环形阶梯状跌落式气液分离器，环形阶梯状跌落式气液分离器由支撑板与分离控制罐内的中上部相接且中心对称；气液分离器的内筒、外筒和阶梯板构成二层阶梯渠道，下圈阶梯板有多个流液孔，分离控制罐下部中间设置液体出口阀阀座孔与液体出口相通，分离控制罐从下侧和液体管路相连，分离控制罐内设置2～3道滑道杆，分离控制罐的中心部位设置分离控制阀阀副，该分离控制阀阀副为浮球控制阀阀副；分离控制罐底部设排沙口和阀门；气体出口管线上装气体出口阀、带温压补偿的气体流量计、流量调节阀和气液缓冲罐；液体出口管线上装液体出口阀、带温补的质量流量计和流量调节阀；气液汇管上装止回阀。

2.根据权利要求1所述的油井三相流计量装置，其特征是分离控制罐顶部气体出口阀的阀座孔置于分离控制罐罐盖顶部内侧中心，孔口为内锥形，锥度为40°～60°。

3.根据权利要求1所述的油井三相流计量装置，其特征是分离控制罐下部中间液体出口阀阀座孔口内锥形锥度为40°～60°。

4.根据权利要求1或2或3所述的油井三相流计量装置，其特征是浮球控制阀阀副的浮球为长腰形空心球，两端为椭圆球形，中间为圆柱形，浮球上下两端中心位置各连接一段管子与上下阀芯联结，二管子不穿过浮球内部，浮球外径侧上下各设置2～3个滑道环；上下阀芯为外圆锥形，锥度为40°～60°，上下阀芯的中心圆、上下管子的中心圆、滑道环孔的中心圆均与浮球同心。

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