CN104763408B - 一种高精度石油三相自动计量装置及其计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度石油三相自动计量装置，油井产出液通过溢流杯、分离伞及分离伞下沿四周的溢流孔的分离作用，可对油井产出液进行充分的气、液分离，分离效果好，对分离气进行计量；利用液位计、测力传感器、电磁阀及测控电路，实现油、水不分离的情况下两者的精确计量；计量装置结构紧凑、简单，传感器及测控电路实现容易，成本低，计量装置自动化程度高，安全可靠。可直接接入目前的建设的“数字化油田系统”之中，实现对生产油井产量的实时、精准的监测。与现有技术相比，本发明结构紧凑、简单，计量装置自动化程度高，安全可靠，可直接接入目前的建设的“数字化油田系统”之中，实现对生产油井产量的实时、精准的监测。

Description

一种高精度石油三相自动计量装置及其计量方法

技术领域

本发明涉及石油工程技术领域，具体涉及一种高精度石油三相自动计量装置。

背景技术

计量工作在油田开发过程中起着至关重要的作用。目前，油井产出液主要采用的计量设备或手段有玻璃管量油、翻斗量油、示功图量油软件等。其中，玻璃管量油时，需要先将油、水混合液分离后在进行计量，存在计量精度低、工人的劳动强度大、应用装置多、工艺流程复杂，难以适应地面系统简化优化要求等问题；翻斗量油技术设备简单，但只是对初步气、液分离的油、水混合物进行计量，同时，量斗翻转时混合液会抛洒，造成测量误差；采用示功图量油软件法通过采集大量抽油机井的井口数据、抽油机工况分析等数据通过解波动方程，由地面示功图得到泵示功图，实现对原油的计量，但采集分析过程复杂，人为因素作用大，而且其中的阻尼系数确定方法不同，使计量结果误差大，尤其是稠油油井，阻尼系数较大，实际应用时计量精度难以保证。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种高精度石油三相自动计量装置，该装置可对气、液(油和水)进行充分分离并对其进行计量，在油、水无需分离的情况下对油和水同时进行精确计量，从而实现对油井产出液的油、水、气三相的精确计量。

本发明的另一目的是提供一种高精度石油三相自动计量装置的计量方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高精度石油三相自动计量装置，包括一罐体，所述罐体包括上罐体和下罐体，所述上罐体和下罐体通过紧固件连接，所述上罐体侧壁分别设有入口管道和电子仓，所述电子仓外部设有电子仓盖，内部设有测控电路，所述上罐体上部分别设有连接端和排气管道，其中所述连接端连接有气压平衡阀，所述排气管道连接有气体计量器，所述上罐体内部分别设有气压平衡管、分离伞、中间隔板及导线引出管，所述气压平衡管穿过所述分离伞与所述中间隔板相连，所述分离伞上设有溢流杯，所述中间隔板上方设有温度传感器，下方分别设有压力传感器和连接端，所述连接端连接有上端电磁阀；所述下罐体侧壁设有支架，下部分别设有出口管道和排污管道，所述下罐体内部设有量罐托架，所述量罐托架一侧设有连接端，所述连接端连接有下端电磁阀，所述量罐托架上固定有多个测力传感器，所述测力传感器顶端设有量罐，所述量罐外壁连接有液位计，且所述液位计测量端与所述量罐内壁相通，所述量罐四周设有限位挡块，所述限位挡块固定于所述量罐托架上；所述分离伞、所述中间隔板及所述量罐托架将所述罐体分割成第一容积区、第二容积区、第三容积区及第四容积区；所述测力传感器、所述温度传感器、所述压力传感器、所述上端电磁阀、所述下端电磁阀及所述液位计的导线均从所述罐体内部通过所述导线引出管进入所述电子仓与所述测控电路相连，所述气体计量器的导线从所述罐体外部进入所述电子仓与所述测控电路相连。

进一步地，所述入口管道连接有石油输送管道。

所述出口管道连接有石油输出管道。

所述分离伞底部下沿设有多个溢流孔。

所述测控电路在所述罐体外部连接有自动测控装置，所述自动测控装置具有数据实时显示、存储及传输功能。

一种高精度石油三相自动计量装置的计量方法，其特征在于包括以下步骤：

1)石油经过该高精度石油三相自动计量装置的入口管道流入所述溢流杯，待填满所述溢流杯后，从其上沿溢流流出，实现气、液初步分离，再流经所述分离伞的伞面实现气、液的再次分离，最后经所述溢流孔流入所述第二容积区，实现气、液的三次分离，从而得到油水混合液；

2)所述油水混合液经所述上端电磁阀的控制从第二容积区流入所述量罐，此时所述上端电磁阀处于开启状态,所述下端电磁阀处于关闭状态，当所述量罐的液位达到所述液位计设置的上位H₁时，所述测控电路给出三个控制信号：关闭所述上端电磁阀、记录所述测力传感器测得的所述量罐的总重量G₁及开启所述下端电磁阀，此时所述量罐中的油水混合液经所述下端电磁阀的控制进入第四容积区，再经所述排出管道流出所述罐体进入所述石油输出管道中；

3)当所述量罐的液位达到所述液位计设置的低位H₂时，所述测控电路同样给出三个控制信号：关闭下端电磁阀、记录所述测力传感器测得的此时的量罐的总重量G₂及开启上端电磁阀，此时所述油水混合液经所述上端电磁阀的控制从第二容积区流入所述量罐进行下一个计量循环周期，设定所述量罐内壁截面积为A,则计量一次量罐中排出的油水混合液的体积为：

V＝A(H₁-H₂)，重量则为G＝G₁-G₂，设每次量罐16中油的体积为V_o，水的体积为V_w，则有：

上式中，ρ_o、ρ_w分别为油和水的密度，在特定的温度和压力下是已知的，通过求解以上方程组，即可得到计量一次的油和水的体积，将每次计量进行累加，即可实现在油、水不分离的情况下对两者的精确计量。

本发明的有益效果是：石油通过溢流杯、分离伞及分离伞下沿四周的溢流孔的分离作用，可对油井产出液进行充分的气、液分离，分离效果好；利用液位计、测力传感器、电磁阀及测控电路，实现在油、水不分离情况下两者的精确计量。

与现有技术相比，本发明结构紧凑、简单，传感器及测控电路属于常规器件和技术，实现容易，成本低，计量装置自动化程度高，安全可靠，可直接接入目前的建设的“数字化油田系统”之中，实现对生产油井产量的实时、精准的监测。

附图说明

下面结合附图及实施例，对本发明的结构及特征做进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明电路部分的方框原理图。

图1中，1.支架，2.下罐体，3.紧固件，4.上罐体，5.入口管道，6.连接端，7.排气管道，8.气压平衡管，9.溢流杯，10.分离伞，11.电子仓，12.电子仓盖，13.中间隔板，14.导线引出管，16.量罐，17.限位挡块，18.测力传感器，19.量罐托架，21.出口管道，22.排污管道，23.气压平衡阀，24.气体计量器，25.温度传感器，26.压力传感器，27.上端电磁阀，28.液位计，29.下端电磁阀，30.测控电路，31.第一容积区，32.第二容积区，33.第三容积区，34.第四容积区。

具体实施方式

参看附图1及图2，一种高精度石油三相自动计量装置，包括一罐体，所述罐体包括上罐体4和下罐体2，所述上罐体4和下罐体2通过紧固件3连接，所述上罐体4侧壁分别设有入口管道5和电子仓11，所述电子仓11外部设有电子仓盖12，内部设有测控电路30，所述上罐体4上部分别设有连接端6和排气管道7，其中所述连接端6连接有气压平衡阀23，保证罐体内气压处于安全状态，所述排气管道7连接有气体计量器24，所述气体计量器24对分离气体体积计量后接入输气管道向后输送，所述上罐体4内部分别设有气压平衡管8、分离伞10、中间隔板13及导线引出管14，所述气压平衡管8穿过所述分离伞10与所述中间隔板13相连，所述分离伞10上设有溢流杯9，所述分离伞底10部下沿设有多个溢流孔，所述中间隔板13上方设有温度传感器25，所述中间隔板13下方分别设有压力传感器26和连接端6，所述压力传感器26用于测量罐体内的压力，所述连接端6连接有上端电磁阀27；所述下罐体2侧壁设有支架1，下部分别设有出口管道21和排污管道22，所述下罐体2内部设有量罐托架19，所述量罐托架19一侧设有连接端6，所述连接端6连接有下端电磁阀29，所述量罐托架19上固定有多个测力传感器18，所述测力传感器18顶端设有量罐16，可测得量罐16及其流入其中的油水混合物的总重量，所述量罐16外壁连接有液位计28，且所述液位计28测量端与所述量罐16内壁相通，用于测量量罐16中的液位高度，所述量罐16四周设有限位挡块17，所述限位挡块17固定于所述量罐托架19上；所述分离伞10、所述中间隔板13及所述量罐托架19将所述罐体分割成第一容积区31、第二容积区32、第三容积区33及第四容积区34，因所述气压平衡管8穿过所述分离伞10与所述中间隔板13相连，故所述第一容积区31、第二容积区32、第三容积区33及第四容积区34压力相同，所述温度传感器25测温敏感部分位于第二容积区Ⅱ，用于测量油水混合物的温度；所述测力传感器18、所述温度传感器25、所述压力传感器26、所述上端电磁阀27、所述下端电磁阀29及所述液位计28的导线均从所述罐体内部通过所述导线引出管14进入所述电子仓11与所述测控电路30相连，所述气体计量器24的导线从所述罐体外部进入所述电子仓11与所述测控电路30相连。

所述的入口管道5通过与输送管道连接，油井产出液进入计量装置开始计量。

所述的出口管道21通过与输油管道连接，计量后的油水混合液由此进入石油输出管道。

所述上端电磁阀27，在测控电路30的控制下，可以控制第二容积区32的油水混合液间歇地流入量罐16。

所述下端电磁阀29，在测控电路30的控制下，可以控制量罐16间歇释放其中的混合液至第四容积区34。

参照附图1及附图2，本发明在使用时，先进行气、液分离，油井产出液流入所述溢流杯9中后，待填满所述溢流杯9后，从其上沿溢流流出，实现气、液初步分离，再流经所述分离伞10的伞面实现气、液的二再次分离，最后经所述分离伞10下沿四周的溢流孔流入所述第二容积区32，实现气、液的三次分离，分离效果好。

再进行油、水混合精确计量，开始时所述上端电磁阀27处于开启状态,所述下端电磁阀29处于关闭状态；经气、液充分分离后的油水混合液经所述上端电磁阀27从第二容积区32流入所述量罐16中，当所述量罐16中的液位达到所述液位计28所设置的上位H₁时，所述测控电路30给出三个控制信号：关闭所述上端电磁阀27、记录所述测力传感器18测得的所述量罐16的总重量G₁、开启所述下端电磁阀29，这时，所述量罐16中的油水混合液经所述下端电磁阀29进入第四容积区34，再经所述排出管道21流出罐体进入石油输出管道中。

当所述量罐16中的液位达到所述液位计28所设置的低位H₂时，所述测控电路30同样给出三个控制信号：关闭下端电磁阀29、记录所述测力传感器18测得的此时的量罐16的总重量G₂、开启上端电磁阀27。此时所述油水混合液经所述上端电磁阀27的控制从第二容积区32流入所述量罐16进行下一个计量循环周期。设定量罐16内壁截面积为A,则计量一次量罐16中排出的油水混合液的体积为

V＝A(H₁-H₂)，重量则为G＝G₁-G₂。设每次量罐16中油的体积为V_o，水的体积为V_w，则有：

上式中，ρ_o、ρ_w分别为油和水的密度，在特定的温度和压力下是已知的，通过求解以上方程组，即可得到计量一次的油和水的体积。将每次计量进行累加，即可实现在油、水不分离的情况下对两者的精确计量。

另外，所述测控电路30连接的自动测控装置可对量罐16的每次充液及排液时间进行记录，同时结合量罐16内液位处于高、低两个位置的量罐16的总重量，可以判断出电磁阀、液位计28的正常工作与否，可以给出及时报修信号；温度传感器25，压力传感器26实时监测罐体内的温度及压力变化，当压力达到预先设定的上限值时，气压平衡阀23将自动打开泄压并发出警告信号，避免出现事故；实现计量过程的自动循环完成的同时，可以实现数据实时显示、存储及传输功能。

以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种高精度石油三相自动计量装置，包括一罐体，其特征在于：所述罐体包括上罐体和下罐体，所述上罐体和下罐体通过紧固件连接，所述上罐体侧壁分别设有入口管道和电子仓，所述入口管道连接有石油输送管道，所述电子仓外部设有电子仓盖，内部设有测控电路，所述上罐体上部分别设有连接端和排气管道，其中所述连接端连接有气压平衡阀，所述排气管道连接有气体计量器，所述上罐体内部分别设有气压平衡管、分离伞、中间隔板及导线引出管，所述气压平衡管穿过所述分离伞与所述中间隔板相连，所述分离伞上设有溢流杯，所述中间隔板上方设有温度传感器，下方分别设有压力传感器和连接端，所述连接端连接有上端电磁阀；所述下罐体侧壁设有支架，下部分别设有出口管道和排污管道，所述出口管道连接有石油输出管道，所述下罐体内部设有量罐托架，所述量罐托架一侧设有连接端，所述连接端连接有下端电磁阀，所述量罐托架上固定有多个测力传感器，所述测力传感器顶端设有量罐，所述量罐外壁连接有液位计，且所述液位计测量端与所述量罐内壁相通，所述量罐四周设有限位挡块，所述限位挡块固定于所述量罐托架上；所述分离伞、所述中间隔板及所述量罐托架将所述罐体分割成第一容积区、第二容积区、第三容积区及第四容积区，所述分离伞底部下沿设有多个溢流孔；所述测力传感器、所述温度传感器、所述压力传感器、所述上端电磁阀、所述下端电磁阀及所述液位计的导线均从所述罐体内部通过所述导线引出管进入所述电子仓与测控电路相连，所述气体计量器的导线从所述罐体外部进入所述电子仓与所述测控电路相连，所述测控电路在所述罐体外部连接有自动测控装置，所述自动测控装置具有数据实时显示、存储及传输功能。

2.根据权利要求1所述的高精度石油三相自动计量装置的计量方法，其特征在于包括以下步骤：

1)石油经过所述高精度石油三相自动计量装置的入口管道流入所述溢流杯，待填满所述溢流杯后，从其上沿溢流流出，实现气、液初步分离，再流经所述分离伞的伞面实现气、液的再次分离，最后经所述溢流孔流入所述第二容积区，实现气、液的三次分离，从而得到油水混合液；

2)所述油水混合液经所述上端电磁阀的控制从第二容积区流入所述量罐，此时所述上端电磁阀处于开启状态,所述下端电磁阀处于关闭状态，当所述量罐的液位达到所述液位计设置的上位H₁时，所述测控电路给出三个控制信号：关闭所述上端电磁阀、记录所述测力传感器测得的所述量罐的总重量G₁及开启所述下端电磁阀，此时所述量罐中的油水混合液经所述下端电磁阀的控制进入第四容积区，再经所述排出管道流出所述罐体进入所述石油输出管道中；

3)当所述量罐的液位达到所述液位计设置的低位H₂时，所述测控电路同样给出三个控制信号：关闭下端电磁阀、记录所述测力传感器测得的此时的量罐的总重量G₂及开启上端电磁阀，此时所述油水混合液经所述上端电磁阀的控制从第二容积区流入所述量罐进行下一个计量循环周期，设定所述量罐内壁截面积为A,则计量一次量罐中排出的油水混合液的体积为：

V＝A(H₁-H₂)，重量则为G＝G₁-G₂，设每次量罐中油的体积为V_o，水的体积为V_w，则有：

上式中，ρ_o、ρ_w分别为油和水的密度，在特定的温度和压力下是已知的，通过求解以上方程组，即可得到计量一次的油和水的体积，将每次计量进行累加，即可实现在油、水不分离的情况下对两者的精确计量。