CN102419194B - 高温高压油水两相计量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温高压油水两相计量装置，包括底板、恒温箱、微电脑、油水分离部分、带有玻璃视窗的高压视窗部分、带有扫描装置的油体积计量部分和总体积计量部分，其中油水分离部分、高压视窗部分和油体积计量部分依次一字排列，安装于底板上，并放置在恒温箱内，恒温箱外部紧连总体积计量部分，总体积计量部分的入口与高压视窗下端的三通接头用管道连接，总体积计量部分的入口与高压视窗部分底部三通中间串联有回压阀和冷却装置。本发明的高温高压油水两相计量装置，能够自动计量油水两相总体的瞬时流量和累计流量；能够自动计量其中油、水分相的瞬时流量和累计流量；能够承受高温高压，可与实验模型放置在同一温度场中，计量精度高、性能稳定可靠。

Description

高温高压油水两相计量装置

技术领域

本发明涉及一种高温高压油水两相计量装置，属于石油化工计量技术领域。

背景技术

在油田科研过程中，需要高精度的油水计量装置，现有的油水计量装置主要有以下两种，

第一种油水计量装置,如图4所示，其工作原理为：待测油水混合物进入计量管，排出预注入水，油留在管中计量。这种油水计量装置存在着以下不足之处：（A）玻璃管不承压；（B）刻度粗，只能人工读取油体积且油水界面不清；（C）总体积由天平称重计量须用密度换算成体积，天平对使用环境要求较高。

第二种油水计量装置,如图5所示，其工作原理为：待测油水混合物进入计

量管分离，电极判别油水界面，和油、水各相的高低点，油多了由油泵抽出（或电子天平称重），水多了由水泵抽出（或电子天平称重）。这种油水计量装置存在着以下不足之处：（A）玻璃管不承压；（B）电极易被油污，造成误判；（C）不能测定瞬时流量；（D）油水混合物从模型排出至油水计量装置，到被油、水泵吸出计量，管路太长。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种高温高压油水两相自动计量装置。

本发明的高温高压油水两相计量装置，包括底板、恒温箱、微电脑、油水分离部分、带有玻璃视窗的高压视窗部分、带有扫描装置的油体积计量部分和总体积计量部分，其中油水分离部分、高压视窗部分和油体积计量部分依次一字排列，安装于底板上，并放置在恒温箱内，恒温箱外部紧连总体积计量部分，总体积计量部分的入口与高压视窗下端的三通接头连接，总体积计量部分的入口与高压视窗部分底部三通中间串联有回压阀和冷却装置。

其中所说的油水分离部分包括计量管、连在计量管底部的放液阀、连在计量管中部一侧的水添加部分和待测液进口以及连在计量管顶部的油添加部分；

所说的高压视窗部分的上下端分别与油水分离部分的上下端用管道连接；

所说的油体积计量部分与高压视窗部分相邻，油体积计量部分的扫描装置、正对高压视窗部分的玻璃视窗。

优选地，

所说的计量管垂直放置、其轴线垂直于底板，所说的计量管下端连有水池，上端连有上帽。

所说的高压视窗部分垂直放置、其轴线垂直于底板，高压视窗部分的主体前后两侧，各嵌有玻璃，玻璃前后各一块压板紧压玻璃和主体，两块玻璃之间有一条间隙，与主体内部的长方槽，形成了上下高度方向的、可视透明的标准空间，主体的上下两端有接口，接口的小孔与标准空间连通。

所说的油体积计量部分垂直放置，有三根支撑杆，支撑杆的一端固定在底板上，其轴线与底板垂直，三根支撑杆的顶端有一块定位板，将三根支撑杆上部固定，支撑杆的中部有一块浮动板，浮动板上固定有扫描装置，浮动板的中央固定有滚珠丝杆副，滚珠丝杆副的下端连有减速机构、伺服电机和一对锥度轴承。

所说的总体积计量部分包括活塞，所说的活塞是由上下活塞杆旋合而成，活塞的外径上有密封组件，活塞的外面套着缸体，缸体的上下两端分别有堵头、密封组件和压帽，活塞的两端与上下活塞杆的交界处分别开小孔，与活塞杆内部的小孔连通，上下活塞杆的端部出口，分别连接有三通、吸入阀和排出阀，活塞杆的外径和缸体内径之间有个标准环形夹缝，与活塞的两端平台，及缸体的两堵头内腔之间，形成了两个空腔，即A腔和B腔，与活塞杆的轴线相平行有四根拉杆和直线位移传感器，通过上下两端固定板进行固定。

本发明的高温高压油水两相计量装置具有如下技术效果：

1、本装置解决了油田科研实验过程中的油水混合物的分相计量问题，特别

是解决了在高温高压条件下、在线测定油水混合物的总体积的瞬时流量和累计量，测定其中油水各单相的瞬时流量和累积流量的问题。可以将本装置和前端实验模型放置于同一温度场中，最大限度地缩短计量装置和实验模型之间的距离，为更精确、更及时地反映模型中油、水的动态提供了可靠手段。

2、本装置采用了分体式结构，便于加工制造，提高了加工精度，便于维护、

清洗、保养。

3、本装置采取了分体式计量管，并采用了不锈钢材料制作。通过精密的机

械加工，其内径形状和尺寸精度极高，为油体积的精确计量和自动计量奠定了基础，改变了原玻璃管因内孔直径上下不一致，内孔形状上下不一致，一定要用人工肉眼标定刻度，靠人工来读取数据，且不能承受高压的状况。

4、本装置采用了分体式的高压视窗，解决了可视部分的承压问题、视窗内

部便于加工，形状、尺寸精度极高，为油的精密计量提供了基础。内部截面尺寸大小只有4×4mm，所有内部空隙相加只有7ml左右，可以减少预加油的量，最大限度的增加预加水的量。

5、油体积计量部分采用了伺服系统、谐波减速机构和滚珠丝杆付，采用了

扫描装置作油水界面扫描检测，使竖直方向位移量的测量精度达百分之一毫米。解决了高温下的自动扫描跟踪、自动计量问题。使油的计量精度有了质的飞跃。

6、总体积计量部分采用了体积计量法。由微机控制，由直线位移传感器计量缸体的位移量，因此本装置获得了极高的总体积计量精度，解决了用体积计量法自动计量的难题，改变了过去使用电子天平称重、用密度换算成体积量的方法。

附图说明

图1是本发明的高温高压油水两相计量装置的结构示意图；

图2是本发明的高温高压油水两相计量装置的油体积计量部分和总体积计量部分的运动位置示意图；

图3是本发明的高温高压油水两相计量装置的油体积计量部分和总体积计量部分的运动位置示意图；

图4是现有的第一种油水计量装置的结构示意图；

图5是现有的第二种油水计量装置的结构示意图。

其中，1为底板，2为恒温箱，3为计量管，4为放液阀，5为水添加部分，6为油添加部分，7为上帽，8为水池，9为高压视窗部分的主体，10为玻璃，11为压板，12为支撑杆，13为定位板，14为浮动板，15为扫描装置，16为滚珠丝杠副，17为三通接头，18为轴承，19为减速机构，20为伺服电机，21为回压阀，22为冷却装置，23为活塞，24为缸体，25为密封组件，26为堵头，27为压帽，28为上活塞杆，29为下活塞杆，30为吸入阀，31为排出阀，32为A腔，33为B腔，34为固定板，35为直线位移传感器，36为拉杆，37为微电脑，38为天平，39为玻璃计量管，40为玻璃加强筋，41为电极，42为光电开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式来对本发明作进一步地详细说明。

本发明的高温高压油水两相计量装置，其特征在于，包括底板1、恒温箱2、微电脑37、油水分离部分、带有玻璃视窗的高压视窗部分、带有扫描装置15的油体积计量部分和总体积计量部分，其中油水分离部分、高压视窗部分和油体积计量部分依次一字排列，安装于底板1上，并放置在恒温箱2内，恒温箱外部紧连总体积计量部分，总体积计量部分的入口与高压视窗下端的三通接头17连接，总体积计量部分的入口与高压视窗部分底部三通中间串联有回压阀21和冷却装置22；

其中油水分离部分包括计量管3、连在计量管3底部的放液阀4、连在计量管底部中部一侧的水添加部分5和待测液进口以及连在计量管顶部的油添加部分6；计量管3用不锈钢材料制造，垂直放置、其轴线垂直于底板1，计量管下端通过螺纹连有水池8，上端通过螺纹连有上帽7。

高压视窗部分的上下端通过管线分别与油水分离部分的上下端连接；高压视窗部分垂直放置、其轴线垂直于底板1，高压视窗部分的主体9前后两侧，各嵌有玻璃10，玻璃10前后各一块压板11紧压玻璃10和主体9，两块玻璃10之间有一条间隙，与主体9内部的长方槽，形成了上下高度方向的可视透明标准空间，主体的上下两端有接口，接口的小孔与标准空间连通。

油体积计量部分与高压视窗部分相邻，油体积计量部分的扫描装置15正对高压视窗部分的玻璃视窗。油体积计量部分垂直放置，有三根支撑杆12，支撑杆12的一端固定在底板1上，其轴线与底板垂直，三根支撑杆12的顶端有一块定位板13，将三根支撑杆12上部固定，支撑杆12的中部有一块浮动板14，浮动板14上固定有扫描装置15，浮动板14的中央固定有滚珠丝杆副16，滚珠丝杆副16的下端连有减速机构19、伺服电机20和一对锥度轴承18。

总体积计量部分包括活塞23，所说的活塞23是由上下活塞杆28、29旋合而成，活塞23的外径上有密封组件25，活塞23的外面套着缸体24，缸体24的上下两端分别有堵头26、密封组件25和压帽27，活塞23的两端与上下活塞杆28、29的交界处分别开小孔，与活塞杆内部的小孔连通，上下活塞杆的端部出口，分别连接有三通、吸入阀30和排出阀31，活塞杆的外径和缸体内径之间有个标准环形夹缝，与活塞的两端平台，及缸体的两堵头内腔之间，形成了两个空腔，即A腔32和B腔33，与活塞杆的轴线相平行有四根拉杆36和直线位移传感器35，通过上下两端固定板34进行固定。

本发明的高温高压油水两相计量装置的工作过程如下：

1）向装置内预添加与实验中使用的相同密度的油和水（先加水，后加油，加满并排尽空气），油和水的界面为可视窗可视最高点向下10mm。因油水分离部分和高压视窗部分的上部是联通的，所以可视窗的油水界面与计量管内油水界面在同一水平面上。

2）设定回压阀工作压力，回压阀是一种阀前式压力调节装置，它可以保证

其阀前压力在一个恒定值，阀前压力如果超过了这个值，多余的介质将被自动溢出阀后。

3）油计量部分的伺服电机接受微机的指令旋转，带动滚珠丝杆旋转，至浮

动板及扫描装置作竖直方向位移，这个位移的量又由伺服系统传送给微机，在向高温高压油水两相计量装置、预添加油水完成后，油计量部分的浮动板及扫描装置、从最高点向下扫描，寻找油水界面原点，微机记录这个点。

4）总体积计量部分活塞杆的外径、和缸体内径之间有个标准环形夹缝，与

活塞的两端平台，及缸体的两堵头内腔之间，形成了两个空腔，即A腔和B腔，回压阀溢出的水，经吸入阀进入腔体，设A腔为当前吸入腔，A腔体积不断增大，推动缸体位移，使B腔体积变小，迫使B腔体内的原有介质经排出阀排出，缸体发生位移、带动直线位移传感器的磁环在磁尺上位移，直线位移传感器将这一位移信息传送给微机。当缸体运动至两端极限位置时，光电开关发出信号，微机指令上下活塞杆端部的两对吸入阀和排出阀门切换，使原来的吸入腔变成排出腔，使原来的排出腔变成吸入腔，通过上述不断切换，形成了总体积计量部分无限循环的工作链。在油体积计量部分寻找到油水界面原点的同一时间，微机采集并记录总体积计量部分的直线位移传感器磁环所在位置，并确认这个位置为总体积的“零”点。

5）打开待测液进口阀门，待测油水混合液进入计量管分离，由于混合液的

密度大于油，小于水，因此计量管顶部的部分油被压入高压视窗内，使视窗内原油水界面下移，这个新的油水界面与计量管内的新的油水界面仍在同一水平面上。计量管的内径和高压视窗的内部是经过精密加工的，内部尺寸是已知的，因此只要测出油水界面原点和油水界面新点间的距离，便得出了油的增量体积，如果从打开待测液进口阀开始计时，这个体积便是这一时间段的增量体积。

6）由于待测油水混合液进入了计量管分离，计量管内的原有的水、由水池

下口挤出，经回压阀、冷却装置、进入总体积计量部分计量。计量管排出的水量、等于待测油水混合液进入计量管的量。总体积计量部分的缸体内腔吸入这部分的排出水，缸体发生同步位移，当微机在接受到油体积计量部分扫描到新的油水界面的同时、采集并记录了直线位移传感器当前所在位置，得出了直线位移传感器从“零”点至现在点的位移量，得出了油水混合液进入高温高压油水两相计量装置的总量。

7）从待测液进入油水计量管开始，微机便开始计时，每隔一个时间点，油

计量部分寻找一个新的油水界面，得出老界面与新界面之间的距离，微机采集这个时间点、记录上述距离，通过数据处理，得出油相的瞬时流量和累积流量。微机在上述各时间点，同时采集总体积计量部分直线位移传感器“零”点至当前点的位移量，通过数据处理，微机便可反映出油水混合液在这一时段、进入高温高压油水两相计量装置的总体的瞬时流量和累积流量。同时计算出了水相在上述各时间点的瞬时流量和累积流量。

Claims (1)

1.高温高压油水两相计量装置，其特征在于，包括底板、恒温箱、微电脑、油水分离部分、带有玻璃视窗的高压视窗部分、带有扫描装置的油体积计量部分和总体积计量部分，其中油水分离部分、高压视窗部分和油体积计量部分依次一字排列，安装于底板上，并放置在恒温箱内，恒温箱外部紧连总体积计量部分，总体积计量部分的入口与高压视窗部分下端的三通接头用管道连接，总体积计量部分的入口与高压视窗部分下端的三通接头中间串联有回压阀和冷却装置，

其中所说的油水分离部分包括计量管、连在计量管底部的放液阀、连在计量管中部一侧的水添加部分和待测液进口以及连在计量管顶部的油添加部分；

所说的高压视窗部分的上下端分别与油水分离部分的上下端用管道连接；

所说的油体积计量部分与高压视窗部分相邻，油体积计量部分的扫描装置正对高压视窗部分的玻璃视窗；

所说的计量管垂直放置，其轴线垂直于底板，所说的计量管下端连有水池，上端连有上帽；

所说的油体积计量部分垂直放置，其轴线与底板垂直，有三根支撑杆，三根支撑杆的一端固定在底板上，三根支撑杆的顶端有一块定位板，将三根支撑杆上部固定，三根支撑杆的中部有一块浮动板，浮动板上固定有扫描装置，浮动板的中央固定有滚珠丝杆副，滚珠丝杆副的下端连有减速机构、伺服电机和一对锥度轴承；

所说的总体积计量部分包括活塞，所说的活塞是由上下活塞杆旋合而成，活塞的外径上有密封组件，活塞的外面套着缸体，缸体的上下两端分别有堵头、密封组件和压帽，活塞的两端与上下活塞杆的交界处分别开小孔，与上下活塞杆内部的小孔连通，上下活塞杆的端部出口，分别连接有三通、吸入阀和排出阀，上下活塞杆的外径和缸体内径之间有个标准环形夹缝，与活塞的两端平台，及缸体的两堵头内腔之间，形成了两个空腔，即A腔和B腔，与上下活塞杆的轴线相平行有四根拉杆和直线位移传感器，通过上下两端固定板进行固定。

Images