CN104662405B - 用于产生与流体粘度成比例的压力变化的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于产生与流体粘度成比例的压力变化的系统和方法。该系统可包括第一引导流(103a)、第二引导流(103b)、以及压力传感设备(107)，压力传感设备(107)读取第一引导流(103a)上的第一结合点(106a)与第二引导流(103b)上的第二结合点(106b)之间的压差。第一结合点(103a)位于第一部分(104a)与第二部分(105a)之间，第一部分(104a)具有第一主要压力损失特性，第二部分(105a)具有第二主要压力损失特性。类似地，第二结合点(106b)可以位于第三部分(105b)与第四部分(104b)之间，第三部分(105b)具有第三主要压力损失特性，第四部分(104b)具有第四压力损失特性。

Description

用于产生与流体粘度成比例的压力变化的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种系统和方法，用于产生与流体粘度成比例的压力变化。本发明进一步涉及压力变化如何被用来根据系统内流动的材料的粘度来控制系统。
背景技术
为了本发明的这个目的，讨论了不同实施例，以及这些不同实施例是用来产生与粘度成比例的压力变化的系统和方法的各种示例。然而，这些实施例的上述讨论仅仅是示例性的而非限制性的。
控制进程与流动系统的控制系统和方法已经随着时间的流逝显著改变，趋向于以自动控制代替手工控制。控制系统的演化示例包括：许多种基于压力、温度或液体水平的开关变成由可编程逻辑控制器控制的自动阀门。简言之，目前的趋势是为了控制系统能够识别其系统属性以适应变化的运行条件。
目前，井下油气疏散面临的一个问题是，调节油气井完井内的油相、水相和气相的流入或流体流中不同相的分离。通常，不同的粘度与流体流中的不同相相关联，然而该流体流的压力受到粘度变化的影响不大。由于这个原因，连接自动阀的压力开关还没有直接用来根据相或材料来分离或控制流体。
因此，具有用来产生与流体粘度成比例的压力变化的改善的系统和方法将是有益的。
发明内容
本发明涉及一种用于产生与流体粘度成比例的压力变化的系统和方法。具体地，本发明讨论了一种粘度依赖压差系统。该系统可包括第一引导流、第二引导流以及压力传感设备，压力传感设备读取第一引导流上的第一结合点与第二引导流上的第二结合点之间的压差。第一结合点位于第一部分与第二部分之间，第一部分具有第一主要压力损失特性，第二部分具有第二主要压力损失特性。类似地，第二结合点可以位于第三部分与第四部分之间，第三部分具有第三主要压力损失特性，第四部分具有第四压力损失特性。
此外，本发明讨论了一种利用压差确定粘度的方法。所述方法可以包括测量第一结合点与第二结合点之间的压差的步骤。所述第一结合点位于第一引导流的具有第一主要压力损失特性的第一部分与具有第二主要压力损失特性的第二部分之间。所述第二结合点位于第二引导流的具有第三主要压力损失特性的第三部分与第二引导流的具有第四主要压力损失特性的第四部分之间。
附图简要说明
图1示出用来产生与流体粘度成比例的压力变化的系统。
图2示出曲线图，该曲线图显示各种材料在结合点106a和106b之间在总压力损失上的压差(y轴)与引导回路间的总压力损失之比。
图3示出包括多个压差的VDPD系统，V0-1和V0-2通过第一压力传感设备和第二压力传感设备测量。
具体实施方式
本文描述了一种用于产生与粘度成比例的压力变化的系统和方法。下文的描述被呈现以使所属领域的任何技术人员能够制造和使用所要求保护的本发明并以下文讨论的具体实施例提供，这些实施例的变化对本领域的技术人员来说是明显的。为了清楚起见，本说明书中没有描述实际实施的所有特征。应理解的是，在任何这种实际实施的开发中(如在任何开发项目)，必须做出设计决定以实现设计者的特定目标(例如，遵从系统和商业相关的限制)，并且这些目标在一种实施中和另一种实施中不同。还应理解，这种开发努力可能是复杂和费时的，但是对于适当技术领域的普通技术人员来说在得到本公开的益处后不过是例行任务。因此，所附的权利要求并不旨在由所公开的实施例限制，而是应被赋予与本文所揭示的原理和特征及其最宽的范围相一致。
图1示出示例性粘度依赖压差(VDPD)系统100，其连接到管道上，其中主流流过该管道。在一个实施例中，VDPD系统100可以包括预引导流102，预引导流102通过预引导管从主流101侧面引出。在所述实施例中，预引导流102可以分成多个引导流管，每一个引导流管都具有引导流103，如图1中所示的引导流103a和引导流103b。在另一个实施例中，未设预引导流102，两个或更多的引导流可以直接从主流101流出。在另一个实施例中，主流101可以分成两个或更多的引导流103。
引导流103a可以经过两流路：惯性变化路径104a和摩擦路径105a，惯性变化路径104a和摩擦路径105a连接形成完整路径。惯性变化路径104a和摩擦路径105a可以在结合点106a处连接。引导流103a首先流过惯性变化路径104a，然后流过摩擦路径105a。引导流103b也经过两流路，惯性变化路径104b和摩擦路径105b，惯性变化路径104b和摩擦路径105b连接形成完整路径。惯性变化路径104b和摩擦路径105b在结合点处106b连接。引导流103b首先流过摩擦路径105b，然后流过惯性变化路径104b。
通常，当流体流过路径时，由于各种原因其可能会经历压力损失。压力损失的类型包括静水压力损失、摩擦压力损失以及惯性压力损失。静水压力损失和摩擦压力损失主要取决于流体密度，并且可以根据流动路径的几何形状而变化。例如，经历高度上变化的流动路径将会经历静水压力损失。此外，方向变化或诸如孔口的流路的急剧缩窄引起惯性压力损失。然而，摩擦压力损失由壁面剪切引起，并在很大程度上取决于流体的粘度。由于这些区别，可以将摩擦压力损失与其他类型的压力损失独立出来的系统和方法可以用来将材料的粘度与压差读数相关联。
将这些信息与图1中的例子关联起来，当引导流103a经过惯性变化路径104a时，引导流103a将经历引导分开点与结合点106a之间的较高水平的惯性压力损失。
接下来，当引导流103a经过摩擦路径105a时，引导流103a主要经历摩擦压力损失。类似地，但是顺序相反，当引导流103b经过摩擦路径105b时，引导流103b将主要经历引导分开点与结合点106b之间的摩擦压力损失。接下来，当引导流103b经过惯性变化路径104b时，引导流103b经历高水平的惯性压力损失。只要惯性变化路径104a和惯性变化路径104b相同，以及摩擦路径105a和摩擦路径105b相同，引导流103b的总压力损失就与引导流103a的总压力损失基本相等。然而，在结合点106a和结合点106b之间将存在压差。该压差将根据材料的粘度变化。在一个实施例中，流路内的点106a和106b之间的压差可以通过压差传感器直接测量，该压差传感器可以位于引导流103内。在另一个实施例中，压差可以通过引导流103的壁测量。然而，测量压力方式并不限于本公开。
对于VDPD系统100，特定的流体粘度可以产生等于零的压差(该压差通过压力传感设备107测量)。为了方便，该粘度在下文将用V0表示。在另一VDPD系统100中，V0可以为正压差或负压差。具有大于Vo的粘度的材料将产生大于Vo的压差。这种压差将用V+表示。具有小于Vo的粘度的材料将产生小于Vo的压差。这种压差将用V-表示。通过改变系统的特性，例如孔的尺寸或直管的长度，VDPD系统100的设计者可以调整该V0。
在一种情况下，主流101可能在任何时间都有两种已知化学品(化学品A或化学品B)中的一种流过其。然而，在任何时间点上，什么化学品流过其并不容易或立即被系统操作者得知。这些压差可以实时地确定是什么穿过主流101。如果两种化学品都是已知的，操作者可以知道化学品A和化学品B的粘度，分别用VA和VB表示。假设VA>VB，则操作者可以调整VDPD系统100使得VB<V0<VA。在这样的系统中，VA将为V+而VB+将为V-。也就是说，当化学品A流过主流101时，化学品A能够在VDPD系统100中产生大于V0的压差107，而当化学品B流过主流101时，化学品B能够在VDPD系统100产生小于V0的压差107。
一旦在系统级别决定了粘度信息，将根据该粘度信息使用本领域公知的压力控制驱动器来执行流动及其他系统进程的的控制。在图1中，VDPD系统100可以连接到压力控制流量阀，该压力控制流量阀用来控制主流101的流量。
图2示出曲线图，该曲线图显示了结合点106a和106b之间在总压力损失上的压差(y轴)与引导回路间的总压力损失(x轴)之比，即V-201,V0 202,以及V+203。如图2所示，该比值可以是粘度的强函数和总压力损失的弱函数。因此，结合点之间的压差与各流之间的总压差之比可以用作在各流之间的总压差范围上的粘度测量。通过了解VDPD系统100以及压差的特性，操作员和/或智能系统可以知道粘度以及据此知道流过管道的材料。
图3示出VDPD系统100，VDPD系统100包括多个压差：V0-1和V0-2，V0-1和V0-2由第一压力传感设备107a和第二压力传感设备107b测量。在一种情况下，主流101在任何时间都可能具有多种已知化学品中的一种(在本实施例中，为化学品A、化学品B或化学品C)流过其。然而，在任何时间点，哪一种化学品流过其并不容易或立即被系统操作者得知。这种压差可以实时地确定是什么穿过主流101。因为所有化学品都是已知的，操作者可以知道化学品A的粘度、化学品B的粘度以及化学品C的粘度，分别用VA、VB和VC表示。假设VA>VB>VC，操作者可以为VDPD系统100创建三个引导流：第一引导流103a、第二引导流103b和第三引导流103c。在一个实施例中，操作员可以这样调整VDPD系统100：VC<V0-2、VB<V0-1<VA，其中V0-2是第一引导流103a与第二引导流103b之间的零压差粘度，而V0-1是第一引导流103a与第三引导流103c之间的零压差粘度。在此系统中，对于V0-1和V0-2，化学品A将产生正压差。对于V0-2，化学品B将产生正压差，但对于V0-1将产生负压差。对于V0-1和V0-2，化学品C将产生负压差。当化学品B流过主流101时，化学品B将在VDPD系统100中产生负压差。
此外预引导流103可以被分成两个或多个引导流。一个或多个分开引导流106可以根据粘度的布置而反向，以及独立引导流可以因此引起与粘度相反的压力反应。此外，结合点104的压差可以与流过流动路径的流体粘度相关。在一个实施例中，一个或多个压差传感器可以被用于分开引导流106。如此，压差传感器可以放置在引导流的不同区域，从而更长久的校准以及实现更高精度的压力读取。
VDPD系统100还可以包括驱动器。可以通过机械或电子驱动器来使用压差和/或压差与总压力损失之比，从而移动(诸如通过移动用于VDPD系统100的驱动器)而影响控制。如此，VDPD系统100可以用来控制主流101的流体流。此外，主流101可以根据流体粘度和流体相打开或关闭。
在不脱离以下权利要求的范围对所说明的操作方法的细节的各种改变都是可能的。一些实施例可与本文描述为独立步骤的活动组合。类似地，根据实施该方法的具体操作环境，可以省略所描述的一个或多个步骤。但是应理解的是，上面的描述旨在是说明性的，而非限制性的。例如，上述实施例可相互组合使用。在阅读了上面的描述后，对于本领域的技术人员来说，许多其它实施例将是显而易见的。因此，本发明的范围应参考所附的权利要求，以及与这些权利要求等效的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“在其中”被用作对应术语“包含”“其中”的简单英等同词。

Claims (6)

1.一种粘度依赖压差系统，其特征在于，所述粘度依赖压差系统包括：
能够与主流连接的第一引导流，该第一引导流包括：
第一入口，该第一入口连接到所述主流；
第一部分，该第一部分连接到所述第一入口并包括第一主要压力损
失特性；
第一结合点，该第一结合点连接到所述第一部分；
第二部分，该第二部分连接到所述第一结合点并包括第二主要压力
损失特性；以及
第一出口，该第一出口连接到所述第二部分和所述主流；
能够与主流连接的第二引导流，所述第二引导流包括：
第二入口，该第二入口连接到所述主流；
第三部分，该第三部分连接到所述第二入口并包括第三主要压力损失特性；
第二结合点，该第二结合点连接到所述第三部分；
第四部分，该第四部分连接到所述第二结合点并包括第四主要压力损失特性；以及
第二出口，该第二出口能够连接到所述第四部分和所述主流；以及
压力传感设备，所述压力传感设备连接读取所述第一结合点和所述第二结合点之间的压差；其中
所述第一主要压力损失特性和所述第四主要压力损失特性是摩擦损失，以及
所述第二主要压力损失特性和所述第三主要压力损失特性是惯性损失。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二入口是所述第一入口。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
能够连接到主流的第三引导流，所述第三引导流包括：
第三入口，该第三入口连接到所述主流；
第五部分，该第五部分包括第五主要压力损失特性并连接到所述第三入口；
第三结合点，该第三结合点连接到所述第五部分；
第六部分，该第六部分包括第六主要压力损失特性并连接到所述第三结合点；以及
第三出口，该第三出口连接到所述第六部分和所述主流。
4.一种测量压差的方法，其特征在于，所述方法包括：
测量第一结合点和第二结合点之间的压差，所述第一结合点位于第一引导流的具有第一主要压力损失特性的第一部分与具有第二主要压力损失特性的第二部分之间，所述第二结合点位于第二引导流的具有第三主要压力损失特性的第三部分与第二引导流的具有第四主要压力损失特性的第四部分之间；其中
所述第一主要压力损失特性和所述第四主要压力损失特性是摩擦损失，以及
所述第二主要压力损失特性和所述第三主要压力损失特性是惯性损失。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括根据所述压差的值控制过程的附加步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述过程包括驱动阀门。
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