CN103867185B - 抽油机专用气、液两相元流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抽油机专用气、液两相元流量计，包括缸体、缸盖、活塞、活塞杆连丝杠、电动机、主动齿轮、从动齿轮、气液两相元电子控制器，缸体底部设有进液口，活塞上设有单向阀门，缸盖上设有压力传感器和单向阀门动作传感器，缸盖上通过单向阀门动作传感器设有出液口，从动齿轮上设有转动周期传感器，压力传感器、单向阀门动作传感器、转动周期传感器和抽油机上的位置传感器信号连接气液两相元电子控制器。本发明的特点是体积小、结构简单、操作方便、运行可靠、造价低廉，是目前石油开采急需的一种计量设备，尤其是密闭积输的管道井，更是迫切需要这样的计量设备，用来计量单井的瞬时和累积产能，即，气流量和液流量。是一种实时在线测量。

Description

抽油机专用气、液两相元流量计

技术领域

本发明涉及原油开采生产计量技术领域，是一种对油井产能计量的抽油机专用气液两相元流量计。

背景技术

我国目前原油生产过程中的单井计量，仍处于技术落后于生产需要的尴尬局面。目前的主要计量手段是，计量站计量法：建一个站，安装一个大计量罐，十几口井通过管道、阀门与大罐连接，调整阀门与某口井接通，观察大罐流满时间，从而换算确定该井产量。流动计量车计量法：每隔一段时间，计量车巡回到某口井，在规定的时间内，将产气、液装入计量车车罐中，用气、液分离的方法将气、液分开，分别计量，然后算出单井产量。罐储尺子量深计量法：产液直接流入储存罐的生产井，用尺子测量产液深度，以确定产量。三种方法，除成本高、费工、费时外，这些计量方法都是间接计量，不能做到实时在线检测。尤其是气、液分别计量更是设备复杂，操作工艺烦锁。

发明内容

本发明的目的是提供一种完成在线测量抽油机瞬时和累积、气和液产量的抽油机专用气液两相元流量计。

本发明的技术解决方案是：一种抽油机专用气、液两相元流量计，包括缸体(1)、缸盖(2)、活塞(4)、活塞杆连丝杠(5)、电动机(17)、主动齿轮(10)、从动齿轮(11)和气液两相元电子控制器(12)，缸体(1)底部(3)设有进液口(19)，活塞(4)上设有单向阀门(6)，缸盖(2)上设有压力传感器(8)和单向阀门动作传感器(7)，缸盖(2)上通过单向阀门动作传感器(7)设有出液口(20)，电动机(17)连接主动齿轮(10)，主动齿轮(10)与从动齿轮(11)啮合，从动齿轮(11)与活塞杆连丝杠(5)连接，从动齿轮(11)上设有转动周期传感器(9)，压力传感器(8)、单向阀门动作传感器(7)、转动周期传感器(9)和抽油机上的位置传感器(13)信号连接气液两相元电子控制器(12)，气液两相元电子控制器(12)连接电动机(17)。

被测量流体的流量计算公式如下：

(1)被测量流体是纯液体：

$Q_Z=\frac{D^2\mathrm{\π}}{4}*h;$

其中：Q_Z：总流量

D：缸内径

h：活塞行程

(2)被测量流体是纯气体：

$Q_{qc}=\left(\frac{1}{1-x}\right)*\frac{D^2\mathrm{\π}}{4}\mathrm{\Δ}h$

标准压力气体流量公式：

其中：Q_qc：压力气流量

Q_qb：标准气流量

p₂：出口阀打开时压力

p₁：标准压力

Δh：每周期活塞行程，

D：缸内径

$x=\frac{p_{\mathrm{\Δ}1}}{p_{\mathrm{\Δ}2}}$

p_Δ1：相邻前压力

p_Δ2：相邻后压力

(3)被测量流体是气、液两相混合流体：

出口压力气体流量公式：

标准压力气体流量公式：

液体流量公式：

总流量公式：

辅助公式：

其中：

Q_qc：压力气流量

Q_qb：标准气流量

Q_Z：总流量

Q_Y：液体流量

p_Δ1：相邻前压力

p_Δ2：相邻后压力

p₂：出口阀打开时压力

p₁：标准压力

Δh：每周期活塞行程，

h：活塞行程

D：缸内径。

本发明的特点是体积小、结构简单、操作方便、运行可靠、造价低廉，是目前石油开采急需的一种计量设备，尤其是密闭积输的管道井，更是迫切需要这样的计量设备，用来计量单井的瞬时和累积产能，即，气流量和液流量。是一种实时在线测量，同时还有其它工艺用途。

附图说明

附图为本发明结构示意图。

具体实施方式

本发明直接与井口的抽油机连接，一种抽油机专用气、液两相元流量计，包括缸体1、缸盖2、活塞4、活塞杆连丝杠5、电动机17、主动齿轮10、从动齿轮11、气液两相元电子控制器12，缸体1底部3设有进液口19，抽油机产生的气、液混合体由进液口19进入气、液流量计内，活塞4上设有单向阀门6，气、液混合体只能由活塞4的下端进入活塞4的上端，不能逆行，缸盖2上设有压力传感器8和单向阀门动作传感器7，缸盖2上通过单向阀门动作传感器7设有出液口20，当活塞4上行时，气、液混合体在缸内压缩，压缩时压力的动态变化和活塞4上位缸内体积变化，是判断气、液两相流各自体积的依据，电动机17连接主动齿轮10，主动齿轮10与从动齿轮11啮合，从动齿轮11与活塞杆连丝杠5连接，电动机17、主动齿轮10、从动齿轮11、活塞杆连丝杠5组成机械传动机构，为测量提供动力保证。从动齿轮11上设有转动周期传感器9，提供缸体1有效体积数据，压力传感器8、单向阀门动作传感器7、转动周期传感器9和抽油机上的位置传感器13信号连接气液两相元电子控制器12，气液两相元电子控制器12连接电动机17。

测量过程：气、液两相元流量计初始状态，活塞4处在缸体1最高位，这时，抽油机抽油杆开始上行，气、液混合体随着抽油杆的上行，从气、液两相元流量计缸体进液口19进入缸体内活塞4下端，当抽油杆上行到最顶端开始下行，这时气、液两相元流量计电动机17开始正转，电动机17带动主动齿轮10，从动齿轮11带动活塞杆连丝杠5，丝杠5拖动活塞4开始下行，一直运行到缸底3，在这个过程中，活塞4下端的气、液混合体，经过活塞4上的单向阀门6进入到活塞4上端，这时电动机17开始反转，活塞4开始上行，同时，安装在从动齿轮11上的转动周期传感器9开始计数，安装在缸盖2上的压力传感器8也开始按每个转动周期记录一个压力值。当活塞4运行到缸内压力超过管路压力加缸体出口单向阀压力时，出口单向阀打开，单向阀门动作传感器7工作，这时压力传感器8停止工作，转动周期传感器9继续工作，活塞4继续向上运行，直到最高点，然后电动机17停止工作，活塞4停止运动，等待下一个计量周期到来，重复上述动作。

测量原理：按照被测量流体三种状态分别叙述，(1)被测量流体是纯液体：当液体进入缸体1内后，随着活塞4的下行运动流体进入到活塞4上端，然后，活塞4上行，当液体充满活塞上缸内空间后，活塞4继续上行，充满液体的空间就产生压力，当压力大于缸体出口外压力时，单向阀打开，液体开始向外流出。这时测得活塞位置，从单向阀打开到液体全部从缸内流出，活塞4运行了多少距离。根据距离和已知缸径便知液体体积流量。

其公式为：公式1

$Q_Z=\frac{D^2\mathrm{\π}}{4}*h;$

其中：Q_Z：总流量

D：缸内径

h：活塞行程

(2)被测量流体是纯气体：测量过程同上。只是在出口单向阀打开的同时，记录当时的压力。出口压力的气体体积与液体相同，换算成标准压力的气体体积时，出口压力除以标准压力乘以出口压力时的气体体积，就是标准压力气体体积。计量结果要的是标准压力气体体积。

其公式为：公式2

$Q_{qc}=\left(\frac{1}{1-x}\right)*\frac{D^2\mathrm{\π}}{4}\mathrm{\Δ}h$

标准压力气体流量公式：

其中：Q_qc：压力气流量

Q_qb：标准气流量

p₂：出口阀打开时压力

p₁：标准压力

Δh：每周期活塞行程，

D：缸内径

$x=\frac{p_{\mathrm{\Δ}1}}{p_{\mathrm{\Δ}2}}$

p_Δ1：相邻前压力

p_Δ2：相邻后压力

(3)被测量流体是气、液两相混合流体：气、液两相混合流体时，测量过程同上。只是活塞4上行时，每个运动周期，也就是丝杠每转一周，压力传感器8记录一个压力值。气、液总体积的计算与公式1同。气体体积计算是，取出在出口单向阀打开前两个活塞运动周期的压力值，比较两值的倍率，计算气体体积流量。公式如下：

出口压力气体流量公式：

标准压力气体流量公式：

液体流量公式：

总流量公式：

辅助公式：

其中：

Q_qc：压力气流量

Q_qb：标准气流量

Q_Z：总流量

Q_Y：液体流量

p_Δ1：相邻前压力

p_Δ2：相邻后压力

p₂：出口阀打开时压力

p₁：标准压力

Δh：每周期活塞行程，

h：活塞行程

D：缸内径。

Claims (1)

1.一种抽油机专用气、液两相元流量计，包括缸体(1)、缸盖(2)、活塞(4)、活塞杆连丝杠(5)、电动机(17)、主动齿轮(10)、从动齿轮(11)和气液两相元电子控制器(12)，缸体(1)底部(3)设有进液口(19)，活塞(4)上设有单向阀门(6)，缸盖(2)上设有压力传感器(8)和单向阀门动作传感器(7)，缸盖(2)上通过单向阀门动作传感器(7)设有出液口(20)，电动机(17)连接主动齿轮(10)，主动齿轮(10)与从动齿轮(11)啮合，从动齿轮(11)与活塞杆连丝杠(5)连接，从动齿轮(11)上设有转动周期传感器(9)，压力传感器(8)、单向阀门动作传感器(7)、转动周期传感器(9)和抽油机上的位置传感器(13)信号连接气液两相元电子控制器(12)，气液两相元电子控制器(12)连接电动机(17)，其特征在于：被测量流体的流量计算公式如下：

(1)被测量流体是纯液体：

$Q_Z=\frac{D^2\mathrm{\π}}{4}*h;$

其中：Q_Z：总流量

D：缸内径

h：活塞行程

(2)被测量流体是纯气体：

$Q_{qc}=\left(\frac{1}{1-x}\right)*\frac{D^2\mathrm{\π}}{4}\mathrm{\Δ}h$

标准压力气体流量公式：

其中：Q_qc：压力气流量

Q_qb：标准气流量

p₂：单向阀打开时压力

p₁：标准压力

Δh：每周期活塞行程，

D：缸内径

$x=\frac{p_{\mathrm{\Δ}1}}{p_{\mathrm{\Δ}2}}$

p_Δ1：相邻前压力

p_Δ2：相邻后压力

(3)被测量流体是气、液两相混合流体：

出口压力气体流量公式：

标准压力气体流量公式：

液体流量公式：

总流量公式：

辅助公式：

其中：

Q_qc：压力气流量

Q_qb：标准气流量

Q_Z：总流量

Q_Y：液体流量

p_Δ1：相邻前压力

p_Δ2：相邻后压力

p₂：单向阀打开时压力

p₁：标准压力

Δh：每周期活塞行程，

h：活塞行程

D：缸内径。