CN104596591A

CN104596591A - 一种三相流体检测仪及三相流体的各自流量检测方法

Info

Publication number: CN104596591A
Application number: CN201510024757.9A
Authority: CN
Inventors: 田树梁
Original assignee: Dandong Pellet Connection Instrument Detection Technique Research Co Ltd
Current assignee: Dandong Pellet Connection Instrument Detection Technique Research Co Ltd
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2015-05-06

Abstract

本发明涉及石油、化工、环保处理等流体中存在气体、油、水三相流体的各自流量检测，尤其涉及一种三相流体检测仪及三相流体的各自流量检测方法。通过采样，测量流体的相对介电常数εr，测量的流体密度d，测量流体的温度t，测量流体的流量Q；建立方程数学模型：根据液体中含水的质量百分数、原油的质量百分数、天然气的质量百分数满足的条件建立公式；建立相对介电常数公式；立密度公式，通过矩阵解法求得液体中含水的百分数X、原油的百分数Y以及天然气的百分数Z，根据测量流体的流量Q得到水、液、气的流量。避开了牛顿力学体系，使其测量装置可以通过测量3各参数间接测量牛顿流体和非牛顿流体。测量方便准确。

Description

一种三相流体检测仪及三相流体的各自流量检测方法

技术领域

本发明涉及石油、化工、环保处理等流体中存在气体、油、水三相流体的各自流量检测，尤其涉及一种三相流体检测仪及三相流体的各自流量检测方法。

背景技术

石油、化工等领域的流动液体中大量存在着天然气、水和油，尤其是油田采油厂的采油液体更是如此。

由于三相流体的共存，给流量测量带来了很大的困难，针对采油液体由于采用聚合物等高分子注采物质，流体变成非牛顿或牛顿、非牛顿流体共存，从而使常规牛顿流体测量理论不适应测量该种流体，及牛顿力学的诸多定律已不能适应该种情况，给测量精度造成很大问题。

而流体的流动方式多变，例如存在喘流、段塞流、紊流并存现象，也给测量带来很大困难。

国外进口该种设备或国内代理的公司价格极高，同时由于采用放射线和核子等放射手段检测，不符合HSE标准要求，目前一直没有得到大量采用。

对于使用部门得到的计量数据特别重要，通过数据分析可以调整工艺参数以达到最优控制和其它作用，但该问题一直未得到解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种无需根据牛顿力学的测量精确，计算便捷的三相流体检测仪及三相流体的各自流量检测方法。

本发明是这样实现的，

一种三相流体的各自流量检测方法，包括如下步骤：

1)通过采样，测量流体的相对介电常数εr，测量的流体密度d，测量流体的温度t，测量流体的流量Q；

2)建立方程数学模型：

根据液体中含水的质量百分数、原油的质量百分数、天然气的质量百分数满足的条件建立公式(1)

X+Y+Z＝1 (1)

建立相对介电常数公式(2)

aX+2.2Y+Z＝εr (2)

建立密度公式：

1000X+865Y+0.717Z＝d (3)

式中：X、Y、Z分别设为液体中含水的质量百分数、原油的质量百分数、天然气的质量百分数；其中水的相对介电常数为ε_水＝a；水的介电常数随温度校正方程a＝88+0.36×(0-t)；εr为测量流体的相对介电常数；d为测量的流体密度，单位为千克/立方米；

3)采用矩阵法解步骤1)的液体中含水的百分数X、原油的百分数Y以及天然气的百分数Z，建立行列式：

D = |\begin{matrix} 1 & 1 & 1 \\ a & 2.2 & 1 \\ 1000 & 865 & 0.717 \end{matrix}|, D_{X} = |\begin{matrix} 1 & 1 & 1 \\ ϵ_{r} & 2.2 & 1 \\ d & 865 & 0.717 \end{matrix}|, D_{y} = |\begin{matrix} 1 & 1 & 1 \\ a & ϵ_{r} & 1 \\ 1000 & d & 0.717 \end{matrix}|,

D_{z} = |\begin{matrix} 1 & 1 & 1 \\ a & 2.2 & ϵ_{r} \\ 1000 & 865 & d \end{matrix}|;

X＝D_x/D，Y＝D_Y/D，Z＝D_z/D；将步骤1)中所测量的数据带入得到液体中含水的质量百分数、原油的质量百分数、天然气的质量百分数；

4)各种流体流量计算：通过流量计测量瞬时液体总流量Q，瞬时水流量Q_水＝Q×X；瞬时油流量Q_油＝Q×Y；瞬时天然气流量Q_气＝Q×Z。

步骤1中采用主体采用同直径钢管焊接而成，呈门字型的检测仪进行测量，门字型主体的一侧立管下端液体入口处上装有温度传感器；另一侧立管上安装密度传感器和液体介质传感器，在主体的横管上安装涡轮流量传感器。

采样时间的确定：

立管总高度为h，单位为米，钢管有效直径为D`，单位为米：流速V＝Q_低/S，式中Q_低为最低流量，单位为立方米/每小时，S为管面积，单位为平方米；V为流速，单位为米/每秒，从管低端到管高端需要时间为主体总长为L，一次采样总时间T选为T＝tL秒钟。

本发明还提供了一种三相流体流体检测仪，该检测仪的主体采用同直径钢管焊接而成，呈门字型，以便产生高度差和液体稳流，门字型主体的一侧立管下端液体入口处上装有温度传感器；另一侧立管上安装密度传感器和液体介质传感器，在主体的横管上安装涡轮流量传感器。

进一步地，在门字型主体的门内空间安装电气连接板，各传感器的连线均连入电气连接板的电路中。

进一步地，在电气连接板上还具有微处理器，温度传感器、密度传感器、液体介质传感器以及涡轮流量传感器将采集的数据传递至微处理器，微处理器进行数据的处理。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

1避开了牛顿力学体系，使其测量装置可以通过测量3各参数间接测量牛顿流体和非牛顿流体。需要测量的是三个物质流量的比例，列出3变量线性方程组，通过解出未知量间接测量3个数值。解决了混合流体中气、水、油三相流量测量、各自含量比例的测量、计量问题；非牛顿力学体系变量的测量、数据处理、解方程等方法测出。

2可以使用单一仪表箱与多个传感器体结合状况下进行检测，实际上是体系检测精度、监测范围、数据处理等相互很小误差的结果适应了上述1仪表箱与多个传感器体的需要；

3首次建立起混合三相流体的气、水和油对流量、温度、介质、密度四变量解析数学模型；计算精确度高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的设备结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电气连接板中电路的结构练级框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1结合图2，本发明提供了一种三相流体流体检测仪，该检测仪的主体6用同直径钢管焊接而成，呈门字型，以便产生高度差和液体稳流，门字型主体6的一侧立管下端液体入口处上装有温度传感器1；另一侧立管上安装密度传感器7和液体介质传感器8，在主体6的横管上安装涡轮流量传感器5。在门字型主体的门内空间安装电气连接板2，各传感器的连线4均连入电气连接板2的电路中。电气连接板2上设置有连接插头3。在电气连接板3上还具有微处理器，温度传感器、密度传感器、液体介质传感器以及涡轮流量传感器将采集的数据传递至微处理器，微处理器进行数据的处理。其中液体介质传感器输出端连接变送器，温度传感器、密度传感器、涡轮流量传感器的输出端直接连接在微处理器上，变送器将液体介质传感器信号转换成1-5V稳定直流信号，变送器的输出端连接微处理器，直流信号传递至微处理器，通过微处理器连接的液晶显示器12进行显示。变送器以及微处理器通过连接电源稳压器供电，电源稳压器连接锂铁电池供电。

本实施例中，微处理器使用美国产12位字长C8051F微处理器，片内24位AD转换器，通过软件进行数据处理，传口输出数据驱动彩色触摸液晶显示器予以显示文字、图片和数据。液晶显示器采用台湾产7英寸中文彩色触摸液晶显示器，工作温度范围为-10-50°，通过显示屏上的触摸键盘予以控制和显示数据，做到人机界面友善、美观。电源采用锂铁电池供电，通过使用220VAC对电池进行控制充电，电路板上装有集成稳压器，将24VDC电供给传感器、显示器和微处理器，其中微处理器使用稳压的3.3VDC。

本发明还提供了一种三相流体的各自流量检测方法，首先对技术参数进行介绍：

一、常用参数：

真空中介电常数为ε0＝8.86×10-¹²次幂(F/M)；

水的相对介电常数为ε_水＝a(需通过温度校正)；

水的相对介电常数随温度校正方程a＝88+0.36×(0-t)

式中：t为温度(摄氏度)

天然气的相对介电常数不随温度变化，相对介电常数为ε_气＝1；

原油的相对介电常数不随温度变化，相对介电常数为ε_油＝2.2；

二、各传感器输出、供电技术参数：

1、三相含量比例传感器：

100％气：流体介质传感器输出为1443mV时εr＝1

100％油：流体介质传感器输出为1467mVDC时εr＝2.2

100％水：流体介质传感器输出为2840mVDC时εr＝81

注：两区间按线性关系处理；输出电压可以调整，但区间差值保持不变，尤其是第一区间；εr表示测量流体的相对介电常数，

2、校正用温度传感器：5V供电，采用数字输出18B20温度传感器；

3、密度传感器：供电24V，两线制输出4-20毫安代表0-5KP压力差；

4、流量传感器：采用涡轮式流量传感器，24VDC供电，输出4-20毫安模拟量代表瞬时流量范围为2-20立方米/每小时；(在公式中，)瞬时总流量Q。

具体的方法步骤包括：

2)建立方程数学模型：

X+Y+Z＝1 (1)

建立相对介电常数公式(2)

aX+2.2Y+Z＝εr (2)

建立密度公式：

1000X+865Y+0.717Z＝d (3)

D = |\begin{matrix} 1 & 1 & 1 \\ a & 2.2 & 1 \\ 1000 & 865 & 0.717 \end{matrix}|, D_{X} = |\begin{matrix} 1 & 1 & 1 \\ ϵ_{r} & 2.2 & 1 \\ d & 865 & 0.717 \end{matrix}|, D_{y} = |\begin{matrix} 1 & 1 & 1 \\ a & ϵ_{r} & 1 \\ 1000 & d & 0.717 \end{matrix}|,

D_{z} = |\begin{matrix} 1 & 1 & 1 \\ a & 2.2 & ϵ_{r} \\ 1000 & 865 & d \end{matrix}|;

采样时间的确定：

在一个具体的实施例中，立管总高度：523mm，管有效直径：50mm；流速V＝Q_低/S式中Q_低为最低流量：立方米/每小时，S为管面积：平方米，V为流速：米/每秒，V＝2/0.00196＝0.283米/每秒，从管低端到管高端需要时间为t＝0.523/0。283＝1.84秒，一次采样总时间选为3秒钟，采样间隔为10毫秒，采样数量为300次，平均计算为采样数值进行计算。

该产品样机通过使用配套试验台进行标定试验，精度误差为1-5％，达到了标准规定。

该产品样机分别在大庆油田、辽河油田进行实际使用试验，精度误差为2-5％，达到了标准规定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种三相流体的各自流量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2)建立方程数学模型：

X+Y+Z＝1 (1)

建立相对介电常数公式(2)

aX+2.2Y+Z＝εr (2)

建立密度公式：

1000X+865Y+0.717Z＝d (3)

D = |\begin{matrix} 1 & 1 & 1 \\ a & 2.2 & 1 \\ 1000 & 865 & 0.717 \end{matrix}|,

D_{X} = |\begin{matrix} 1 & 1 & 1 \\ ϵ_{r} & 2.2 & 1 \\ d & 865 & 0.717 \end{matrix}|,

D_{Y} = |\begin{matrix} 1 & 1 & 1 \\ a & ϵ_{r} & 1 \\ 1000 & d & 0.717 \end{matrix}|,

D_{z} = |\begin{matrix} 1 & 1 & 1 \\ a & 2.2 & ϵ_{r} \\ 1000 & 865 & d \end{matrix}|;

2.如权利要求1所述的三相流体的各自流量检测方法，其特征在于，步骤1中采用主体采用同直径钢管焊接而成，呈门字型的检测仪进行测量，门字型主体的一侧立管下端液体入口处上装有温度传感器；另一侧立管上安装密度传感器和液体介质传感器，在主体的横管上安装涡轮流量传感器。

3.如权利要求2所述的三相流体的各自流量检测方法，其特征在于，采样时间的确定：

4.一种三相流体流体检测仪，其特征在于，该检测仪的主体采用同直径钢管焊接而成，呈门字型，以便产生高度差和液体稳流，门字型主体的一侧立管下端液体入口处上装有温度传感器；另一侧立管上安装密度传感器和液体介质传感器，在主体的横管上安装涡轮流量传感器。

5.如权利要求4所述的三相流体流体检测仪，其特征在于，在门字型主体的门内空间安装电气连接板，各传感器的连线均连入电气连接板的电路中。

6.如权利要求5所述的三相流体流体检测仪，其特征在于，在电气连接板上还具有微处理器，温度传感器、密度传感器、液体介质传感器以及涡轮流量传感器将采集的数据传递至微处理器，微处理器进行数据的处理。