CN104568082B - 超临界co2流量计标定装置及其标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超临界CO₂流量计标定装置及其标定方法，用于超临界CO₂流量计标定。计量罐安装在称重装置上面，用管线依次连接储气罐、倒液泵、计量罐、阀门一、喂液泵、增压泵、换热器、稳压罐、阀门三、夹持器、节流喷嘴、调节阀二和废气排空装置；阀门二一端连接储气罐，另一端连接在阀门一和喂液泵之间。其标定方法是：关闭阀门，调整调节阀，安装流量计；调整气嘴；运行换热器；从储气罐中向计量罐中注入液态CO₂；打开阀门二，运行喂液泵和增压泵，调整流量，当压力达到设计值时打开阀门三；调整调节阀二使压力达到标定值；关闭阀门二，打开阀门一，记录计量罐的质量和时间，计算质量流量。该装置实现了超临界环境下CO₂流量标定。

Description

超临界CO2流量计标定装置及其标定方法

技术领域

本发明涉及流量计标定技术领域，特别是涉及超临界CO₂流量计标定装置及标定方法。

背景技术

当前，通过向地层注入CO₂来驱油越来越受到业界重视，一方面是油田开发的需要，另一方面是温室气体减排的需要。CO₂驱油技术已经发展了很多年，目前的注气技术主要还是全井合注。由于地层吸气能力存在差异，通过分层注气的方式会取得更好的驱油效果。为了计量分层的注气量，需要使用井下流量计，然而，目前使用的井下流量计都不适用计量CO₂的流量，因此需要研制专门用于测量CO₂的流量计。按照CO₂的相态图，当温度超过30.95℃，压力超过7.39MPa时，CO₂即处于超临界状态，井下流量计工作环境下的CO₂一般是处于这种超临界状态的环境。研制测量CO₂流量计必然需要标定装置，标定装置也需要满足超临界环境的标定条件，然而，目前的标定装置都不能满足这样的要求。

中国专利，申请号201410131086.1，申请日2014.04.03，专利名称“气体流量孔板标定装置”，公开了一种用于标定孔板流量计的装置，该装置用管线依次连接了工作气体容器、稳压罐、孔板盒、调整容器和收料容器以及真空泵。该专利装置应用于标定超临CO₂流量计存在三个问题，一是没有温度调节机构，达不到超临界CO₂的温度条件；二是不能长时间稳定在一个压力下实验，该装置使用稳压罐提供气体，使用收料容器和调整容器来回收气体，而孔板两端的容器中的压力一降一升而不能保持稳定；三，CO₂一般是液态储存的，在气源容器后如不设增压泵是不能获得所需标定压力的。

中国专利，申请号201310135827.9，申请日2013.04.19，专利名称“一种流量检定系统及其检定方法”，公开了一种利用电子称称重方法计量流量，具有温度和压力控制系统的标定装置，该装置应用于标定超临CO₂流量计也存在以下问题：一，这是一个闭环循环装置，用水作标定介质是没问题的，但CO₂储罐中是液体，而标定完成后的CO₂是气体，不能再循环利用；二，该装置的稳压系统是在水容器的上部设置了气体空间，通过气泵来调节水容器中的压力，而CO₂本身也是气体，两种气体相遇就会混合，因此也不适用于CO₂标定装置的稳压；三，该装置的恒压装置只是产生了稳定的流量，水从水容器中流出后在流量计的位置就基本变为了常压，而CO₂流量计处需要超临界压力，因此这个装置也不能实现。

以上两个公开的专利所采用的标准计量方法都是在被标定流量计后收集流体并称重，因为超临界CO2难以回收，因此上述称重方式也不适用于CO₂流量标定装置。

发明内容

为解决上述技术问题，发明了超临界CO₂流量计标定装置及其标定方法，该装置解决了CO₂的流量计量、稳压、超临界标定环境问题，满足了超临界CO₂流量计标定需求。

本发明采用了如下的技术方案：

超临界CO₂流量计标定装置，计量罐安装在称重装置上面，用管线依次连接储气罐、倒液泵、计量罐、阀门一、喂液泵、增压泵、换热器、稳压罐、阀门三、夹持器、节流喷嘴、调节阀二和废气排空装置；阀门二一端连接储气罐，另一端连接在阀门一和喂液泵之间，压力温度计三设置在稳压罐和阀门三之间的管线上。

优选地，调节阀一两端分别连接在增压泵的两端。

优选地，所述的节流喷嘴是多级气嘴串联安装。

应用于超临界CO₂流量计标定装置的标定方法，其步骤是，

a、关闭阀门一、阀门二、阀门三，调节阀一关到最小状态，调节阀二开到最大状态；被标定流量计安装在夹持器中；

b、调整气嘴的数量和大小；

c、运行换热器使其达到所需标定温度；

d、运行倒液泵，从储气罐中向计量罐中注入液态CO₂；

e、打开阀门二，运行喂液泵和增压泵，调整增压泵的流量使之达到设计标定值；当压力温度计三的显示压力达到设计标定值时打开阀门三；

f、调整调节阀二使压力温度计三的显示压力达到设计标定值；

g、关闭阀门二，打开阀门一，当压力稳定时，通过称重装置记录计量罐的质量为W₁，经过时间t后，记录计量罐的质量为W₂；

h、通过下式：

Q＝（W₁ -W₂）/t

计算装置的质量流量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，一方面，由于本标定实验使用的CO₂量多，难以在标定装置出口端设置回收瓶来实现气体的称量，通过设置一个小的计量罐和称重装置解决了质量流量的计量问题，并保证了计量精度；另一方面，在被标定流量计后设置节流喷嘴和调节阀实现了被标定流量计处的高压环境和所需要的不同标定实验压力；三是，在换热器前后，CO₂由液态变为了超临界状态，通过在换热器后设置一个稳压罐，稳定了因增压泵排出的流量波动所造成的压力波动问题。

附图说明

前面简单地描述了本发明，接下来参考描述本发明的以下具体实施例的图纸进一步、详细地叙述本发明。这些图纸只描述了该发明的一些典型的实施例，因此不能认为是限制本发明的范围。在这些图纸中：

图1是超临界CO₂流量计标定装置的流程示意图。

图2是换热器的结构示意图。

图3是节流喷嘴的结构示意图。

具体实施方式

用于分层注CO2气井井下测量的流量计的工作状态是高温高压环境，其温度一般在50～150℃之间，压力一般在10MPa以上，这个区间是CO2的超临界状态。商业购买的CO2是液态罐装的，温度约为-20℃～-30℃，罐内压力一般约2MPa。根据这种条件，为把液态的CO2变为超临界状态，实验装置需要对液态CO2升温升压。

参见图1超临界CO₂流量计标定装置流程示意图，计量罐3安装在称重装置4上面，用管线13依次连接储气罐1、倒液泵2、计量罐3、阀门一5、喂液泵8、增压泵10、换热器14、稳压罐15、阀门三17、夹持器18、节流喷嘴20、调节阀二41和废气排空装置42；阀门二6一端连接储气罐1，另一端连接在阀门一5和喂液泵8之间；压力温度计三16设置在稳压罐15和阀门三17之间的管线上。

装置中使用了多台泵、压力温度计、阀门、调节阀等，在示意图中使用了相同的图例，但由于其功能或作用不同，对其名称进行了区分。

一般说来，在相同测量精度的条件下，量程越大的仪表，其测量的绝对误差值越大，为了提高本发明装置的测量精度，减少标定实验时间，在储气罐1后又设置了一个小的计量罐3，把称重装置4安装在计量罐3下面，这样在短的测量时间内所测得的质量流量与其误差的比值就较小，从而保证了装置的标定精度。

设置阀门二6的作用是在标定实验开始录取数据前使用储气罐1中的CO₂进行系统的流量、温度和压力调节，使之达到标定参数要求，这可能需要一个较长的过程，计量罐3的容积较小，满足不了这个调节过程对容量的要求。

为了达到较精确的标定要求，在装置流程的各处管线13上设置了多个压力温度计，如压力温度计一7、压力温度计二12，压力温度计还可以在管线上增加设计，其作用是通过温度与压力的测量和计算，获得沿程管线中的流体的容积或质量的变化，用于校正测量结果。

增压泵10是一种可变流量泵，但其调节总有一个范围，当流量达不到标定要求时，在增压泵10的侧面并联一个调节阀一9。调节阀一9两端分别连接在增压泵10的两端。通过调整调节阀一9来达到所需标定流量。

为便于及时获得流量的参考值，还可以在增压泵10之后的管线上安装一台流量计11。

因为气源CO₂是液态的，容易泵送和增压，因此，在流程中在增压泵10之后设置了换热器14，见图2所示。换热器14的外壳21内灌装导热油22，在外壳21内下部设电加热管24，换热管23位于电加热管24的上面。当然电加热管24和换热管23还可以分开设置在两个容器中，中间使用管线连接。通过在导热油中设置温度传感器25并通过电源26来控制其温度，传感器25、电源26和电加热管24之间用电缆27连接。

在换热器后设置稳压罐15，其目的是减小因增压泵排出的流量波动所造成的压力波动问题。把稳压罐15设置在此处，是充分利用了超临界气体的可压缩性。一般的稳压罐内是有一个气液界面的，上边部分通常充有氮气，而本装置的稳压罐15内是没有气液界面的。

被标定流量计19安装在夹持器18内，此处所称夹持器是一个通俗的叫法，流量计的安装方式可以是夹持，也可以是螺纹联接。

为了标定实验安全和操作方便，阀门一5、阀门二6和阀门三17可以是自动开关阀，使用气动开关球阀更易操作。同样地，调节阀一9和调节阀二41也可以是自动调节阀。

节流喷嘴20是多级气嘴串联安装，见图3所示，气嘴33安装在嘴座32上并用压帽34压紧，多级嘴座32串联在一起，前端连接盲堵30，后端连接嘴头35，形成气嘴串，气嘴串安装在套管31内。每级嘴座32可以安装多个气嘴33。实际标定实验中，根据所需压降和流量，计算所需的每级气嘴大小、数量和级数。

本发明的超临界CO₂流量计标定装置的标定方法，其步骤是：

a、关闭阀门一5、阀门二6、阀门三17，调节阀一9关到最小状态，调节阀二41开到最大状态；被标定流量计19安装在夹持器18中；

b、调整气嘴33的数量和大小；

c、运行换热器14使其达到所需标定温度；

d、运行倒液泵2，从储气罐1中向计量罐3中注入液态CO₂；

e、打开阀门二6，运行喂液泵8和增压泵10，调整增压泵10的流量使之达到设计标定值；当压力温度计三16的显示压力达到设计标定值时打开阀门三17；

f、调整调节阀二41使压力温度计三16的显示压力达到设计标定值；

g、关闭阀门二6，打开阀门一5，当压力稳定时，通过称重装置4记录计量罐3的质量为W₁，经过时间t后，记录计量罐3的质量为W₂；

h、通过下式：

Q＝（W₁ -W₂）/t

计算装置的质量流量。

本文所述的实施例仅仅为典型实施例，但不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。本文所公开的方案可能存在很多变更、组合和修改，且都在本发明的范围内，因此，保护范围不仅限于上文的说明，而是根据权利要求来定义，保护范围包括权利要求的标的的所有等价物。

Claims (9)

1.超临界CO₂流量计标定装置，计量罐（3）安装在称重装置（4）上面，其特征在于，用管线（13）依次连接储气罐（1）、倒液泵（2）、计量罐（3）、阀门一（5）、喂液泵（8）、增压泵（10）、换热器（14）、稳压罐（15）、阀门三（17）、夹持器（18）、节流喷嘴（20）、调节阀二（41）和废气排空装置（42）；阀门二（6）一端连接储气罐（1），另一端连接在阀门一（5）和喂液泵（8）之间；压力温度计三（16）设置在稳压罐（15）和阀门三（17）之间的管线上。

2.根据权利要求1所述的超临界CO₂流量计标定装置，其特征在于，调节阀一（9）两端分别连接在增压泵（10）的两端。

3.根据权利要求1所述的超临界CO₂流量计标定装置，其特征在于，所述的节流喷嘴（20）是多级气嘴（33）串联安装。

4.根据权利要求1所述的超临界CO₂流量计标定装置，其特征在于，所述的阀门一（5）、阀门二（6）和阀门三（17）是自动开关阀。

5.根据权利要求4所述的超临界CO₂流量计标定装置，其特征在于，所述的自动开关阀是气动开关球阀。

6.根据权利要求1所述的超临界CO₂流量计标定装置，其特征在于，所述的调节阀一（9）和调节阀二（41）是自动调节阀。

7.根据权利要求1所述的超临界CO₂流量计标定装置，其特征在于，所述的增压泵（10）是可变流量泵。

8.根据权利要求1所述的超临界CO₂流量计标定装置，其特征在于，所述的换热器（14）的外壳（21）内灌装导热油（22），在外壳（21）内下部设电加热管（24），换热管（23）位于电加热管（24）的上面。

9.权利要求1所述的超临界CO₂流量计标定装置的标定方法，其步骤是，

a、关闭阀门一（5）、阀门二（6）、阀门三（17），调节阀一（9）关到最小状态，调节阀二（41）开到最大状态；被标定流量计（19）安装在夹持器（18）中；

b、调整气嘴（33）的数量和大小；

c、运行换热器（14）使其达到所需标定温度；

d、运行倒液泵（2），从储气罐（1）中向计量罐（3）中注入液态CO₂；

e、打开阀门二（6），运行喂液泵（8）和增压泵（10），调整增压泵（10）的流量使之达到设计标定值；当压力温度计三（16）的显示压力达到设计标定值时打开阀门三（17）；

f、调整调节阀二（41）使压力温度计三（16）的显示压力达到设计标定值；

g、关闭阀门二（6），打开阀门一（5），当压力稳定时，通过称重装置（4）记录计量罐（3）的质量为W₁，经过时间t后，记录计量罐（3）的质量为W₂；

h、通过下式：

Q＝（W₁ -W₂）/t

计算装置的质量流量。