CN106121625B - 抽油机专用气、油、水三相流流量计及流量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抽油机专用气、油、水三相流流量计及流量计算方法，包括单向阀、双三通阀、容积式流量计、压力传感器、电涡流传感器、油水比例传感器、控制器，单向阀连接双三通阀，双三通阀的A口与容积式流量计的C口相连接，双三通阀的B口与容积式流量计的D口相连接，电涡流传感器与单向阀相连接，容积式流量计分别与电涡流传感器、压力传感器、油水比例传感器相连接，控制器分别与电涡流传感器、压力传感器、油水比例传感器连接。本发明实现独特地气、油、水三相流流量的测量和计算，本发明配合智能控制器和远传后台系统，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实时在线测量的计量仪。

Description

抽油机专用气、油、水三相流流量计及流量计算方法

技术领域

本发明涉及一种新型抽油机专用气、油、水三相流流量计及流量计算方法。

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。这三种方法除成本高、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，操作工艺繁锁。

发明内容

本发明的目的是提供一种抽油机专用气、油、水三相流流量计及流量计算方法，可以完成其它计量设备不能实现的，在线测量的抽油机专用气流量和液流量以及油水比例的计量。

本发明的技术解决方案是：一种抽油机专用气、油、水三相流流量计，包括单向阀(1)、进入管(14)、隔板(8)、输出管(15)、双三通阀(2)、电磁铁(6、7)、容积式流量计(3)、压力传感器(12)、电涡流传感器(9、10、11)、油水比例传感器(13)、控制器(5)，单向阀(1)与进入管(14)相连接，进入管(14)连接双三通阀(2)入口，双三通阀(2)出口与输出管(15)相连接，进入管(14)和输出管(15)之间设有隔板(8)，双三通阀(2)的A口与容积式流量计(3)的C口相连接，双三通阀(2)的B口与容积式流量计(3)的D口相连接，双三通阀(2)两侧分别与电磁铁(6、7)相连接，电涡流传感器(9)与单向阀(1)相连接，容积式流量计(3)的油缸内设有活塞(4)，容积式流量计(3)两端分别与电涡流传感器(10、11)相连接，压力传感器(12)与容积式流量计(3)相连接，油水比例传感器(13)与容积式流量计(3)相连接，控制器(5)分别与电涡流传感器(9、10、11)、压力传感器(12)、油水比例传感器(13)连接。

抽油机专用气、油、水三相流流量计的计量方法：

T总＝总有效体积流量

D＝油缸内径

L＝活塞有效运动距离，即油缸长度。

原油从油井中被抽油机提升到井口，进入抽油机专用气、油、水三相流流量计进口，冲开单向阀(1)阀门，进入进入管(14)，从进入管(14)到达双三通阀(2)，通过电磁铁(6、7)操作阀口，打开A口或B口，进而到达容积式流量计(3)的C口或D口，假设打开B口，原油推动活塞(4)从D口向C口方向运动，当活塞(4)到达C口时，电涡流传感器(10)感应到信号，将信号传送给控制器(5)，控制器(5)不急于发送控制指令，继续放入确定的脉冲当量的原油流量Δ_t进来，进来前后都要通过压力传感器(12)测量压力，值为p₁和p₂，然后控制器(5)发送电磁铁动作控制指令，令电磁铁(6)动作，关闭B口，接通A口，原油继续进入，活塞(4)从C口向D口方向运动，到达D口时，电涡流传感器(11)感应到信号，将信号传送到控制器(5)，控制器(5)记录一个容积值，不急于发送控制指令，继续放入确定的脉冲当量的原油流量Δ_t进来，进来前后都要通过压力传感器(12)测量压力，值为p₁和p₂，然后发送电磁铁动作控制指令，电磁铁(7)动作，关闭A口，打开B口，活塞(4)从D口向C口方向运动，到达C口时，电涡流传感器(10)感应到信号，将信号传送给控制器(5)，控制器(5)将容积值加一，并令电磁铁(6)动作，打开A口，关闭B口，以上动作往复循环，从而达到无动力容积式流量计的自动计量工作；

T总＝T气+T液

p₂＝液体确定增加量注入后压力

p₁＝液体确定增加量注入前压力

Δ_t＝液体确定增加量为已知测量值

T气＝气体体积流量

T液＝液体体积流量

T总＝总有效体积流量为已知

配合油水比例传感器，可以测量得到油水比例值，液体体积流量值×水比例百分数＝水产量；液体体积流量值×油比例百分数＝油产量。

本发明实现独特地气、油、水三相流流量的测量和计算，本发明配合智能控制器和远传后台系统，体积小、结构简单、操作方便、运行可靠、造价低廉，与目前已有的有动力气、油、水三相流流量计相比以上优点更为显现。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，用来计量单井的产能，即，气流量和液流量以及油水比率。是一种实时在线测量的计量仪，同时还有其它工艺用途。

附图说明

图1为本发明抽油机专用气、油、水三相流流量计结构示意图。

图2为控制器连接结构示意图。

具体实施方式

如图所示：一种抽油机专用气、油、水三相流流量机，包括单向阀1、进入管14、隔板8、输出管15、双三通阀2、电磁铁6、7、容积式流量计3、压力传感器12、电涡流传感器9、10、11、油水比率传感器13、控制器5，单向阀1与进入管14相连接，进入管14连接双三通阀2入口，双三通阀2出口与输出管15相连接，进入管14和输出管15之间设有隔板8，双三通阀2的A口与容积式流量计3的C口相连接，双三通阀2的B口与容积式流量计3的D口相连接，双三通阀2两侧分别与电磁铁6、7相连接，电涡流传感器9与单向阀2相连接，容积式流量计3的油缸内设有活塞4，容积式流量计3两端分别与电涡流传感器10、11相连接，压力传感器12与容积式流量计3相连接，油水比率传感器13与与容积式流量计3相连接，控制器5分别与电涡流传感器9、10、11、压力传感器12、油水比率传感器13连接。以上是抽油机专用气、油、水三相流流量计的连接结构。

工作过程：

不加外动力的自动计量：原油(流体)从油井中被抽油机提升到井口，进入抽油机专用气、油、水三相流流量计进口，冲开单向阀1阀门，进入进入管14，从进入管14到达双三通阀2，通过电磁铁6、7操作阀口，分配到A口或B口，进而到达容积式流量计3的C口或D口，假设打开B口，原油(流体)推动活塞4从D口向C口方向运动，当活塞4到达C口时，电涡流传感器10感应到信号，将信号传送给控制器5，控制器5不急于发送控制指令，继续放入确定的脉冲当量的原油流量Δ_t进来，进来前后都要通过压力传感器12测量压力，值为p₁和p₂，然后控制器5发送电磁铁动作控制指令，令电磁铁6动作，关闭B口，接通A口，原油(流体)继续进入，活塞4从C口向D口方向运动，到达D口时，电涡流传感器11感应到信号，将信号传送到控制器5，控制器5记录一个容积值，不急于发送控制指令，继续放入确定的脉冲当量的原油流量Δ_t进来，进来前后都要通过压力传感器12测量压力，值为p₁和p₂，然后发送电磁铁动作指令，电磁铁7动作，关闭A口，打开B口，活塞4从D口向C口方向运动，到达C口时，电涡流传感器10感应到信号，将信号传送给控制器5，控制器5将容积值加一，并令电磁铁6动作，打开A口，关闭B口，以上动作往复循环，从而达到无动力容积式流量计的自动计量工作。

容积式流量计测量的是，气、液混合体，如何知道气含量和液含量，也就是气、液比例呢？那就必须让容积式流量计自身具备这样的功能。

计算方法：

T总＝总有效体积流量

D＝油缸内径

L＝活塞有效运动距离，即油缸长度

容积式流量计单个行程，容积内盛满了一个容积的混合液体，也就是在活塞4运行到D口端时，控制器5不急于发控制电磁铁7的指令，这时让容器内继续注入原油(流体)，但是，从现在开始到换向(操作电磁铁)止，记录单向阀开门时间，——有几个单位时间，如，一毫秒为一个单位时间或一个脉冲。——在这之前要算出，原油(流体)满容积的单向阀开门脉冲数，每个脉冲对应的流体数，也就是流量，——例如，容积的总容量是100毫升，单向阀开门时间100个脉冲，每个脉冲相当一毫升流体，这就是单向阀的流量值。——同时还要测量原油(流体)刚满容积时的容积内压力和开始操作电磁铁时的容积内压力，根据以上时间点的测量数据，便可算出气、液比例值，计算方法：总体积(参与体积)＝气体体积+液体体积总体积是已知数，液体体积是未知数，气体体积是未知数。

当液体体积增加一个确定量，气体体积或者说气体所占的空间，就减少了一个液体体积增加的确定量。但是，气体压力增加了一个可测量确定量。假设液体确定增加量注入后，压力增加了一倍，气体所占的空间就缩小一倍。液体确定增加量注入前，气体所占的空间是2倍的液体确定增加量，液体确定增加量注入后，气体所占的空间是液体确定增加量。(依据莫尔定理)

T总＝T气+T液

p₂＝液体确定增加量注入后压力

p₁＝液体确定增加量注入前压力

Δ_t＝液体确定增加量

T气＝气体体积流量

T液＝液体体积流量

T总＝总有效体积流量

如何让容积式流量计同时又是气、液比例传感器呢？是这样完成的：在活塞的一个单程里，计算节流件上单向阀的开门时间，——一定时间的脉冲数。——计算出，每个脉冲对应的流量值。记住，当活塞到达装有压力传感器的那一端顶点时，不要急于换向，测量这时的压力，p₁记录在案，然后再放几个或几十个脉冲的流体进来，Δ_t记录在案。根据

计算气体所占体积，当然液体体积也就知道了，气、液比例也知道了。

到此，气、液两相元已经完成。不要忘了换向。

配合油水比例传感器，可以测量得到油水比例值，液体体积流量值×水比例百分数＝水产量；液体体积流量值×油比例百分数＝油产量。计算实例：

1，总体积，例如：容积式流量计，缸体内径D＝10cm，缸体长L＝30cm,

代入后总体积＝2356cm³。

2，气体体积，例如：气液混合体满缸后，测得压力p₁＝0.1mp,加入Δ_t＝100cm³，测得压力p₂＝0.2mp，

代入后气体体积＝100cm³。

3，液体体积：总体积减去气体体积是液体体积，2356cm³-100cm³＝2256cm³.

油体体积：例如，测得油水比率值，油百分之三十，水油百分之七十。

油体体积＝2256cm³×0.3＝676.8cm³。

4，水体体积：水体体积＝2256cm³×0.7＝1579.2cm³。

Claims (1)

1.一种抽油机专用气、油、水三相流流量计的计量方法，其特征在于：所述的抽油机专用气、油、水三相流流量计，包括单向阀(1)、进入管(14)、隔板(8)、输出管(15)、双三通阀(2)、第一电磁铁(6)与第二电磁铁(7)、容积式流量计(3)、压力传感器(12)、第一、第二、第三电涡流传感器(9、10、11)、油水比例传感器(13)、控制器(5)，单向阀(1)与进入管(14)相连接，进入管(14)连接双三通阀(2)入口，双三通阀(2)出口与输出管(15)相连接，进入管(14)和输出管(15)之间设有隔板(8)，双三通阀(2)的A口与容积式流量计(3)的C口相连接，双三通阀(2)的B口与容积式流量计(3)的D口相连接，双三通阀(2)两侧分别与第一电磁铁(6)和第二电磁铁(7)相连接，第一电涡流传感器(9)与单向阀(1)相连接，容积式流量计(3)的油缸内设有活塞(4)，容积式流量计(3)两端分别与第二、第三电涡流传感器(10、11)相连接，压力传感器(12)与容积式流量计(3)相连接，油水比例传感器(13)与容积式流量计(3)相连接，控制器(5)分别与第一、第二、第三电涡流传感器(9、10、11)、压力传感器(12)、油水比例传感器(13)连接；

当原油从油井中被抽油机提升到井口，进入抽油机专用气、油、水三相流流量计进口，冲开单向阀(1)阀门，进入进入管(14)，从进入管(14)到达双三通阀(2)，通过第一电磁铁(6)和第二电磁铁(7)操作阀口，打开A口或B口，进而到达容积式流量计(3)的C口或D口；容积式流量计(3)为定容积，

T总＝总有效体积流量

D＝容积式流量计(3)的内径

L＝活塞有效运动距离，即容积式流量计(3)的长度；

假设打开B口，原油推动活塞(4)从D口向C口方向运动，当活塞(4)到达C口时，第二电涡流传感器(10)感应到信号，将信号传送给控制器(5)，控制器(5)不急于发送控制指令，继续放入确定的脉冲当量的原油流量Δ_t进来，进来前后都要通过压力传感器(12)测量压力，值为p₁和p₂，然后控制器(5)发送电磁铁动作控制指令，令第一电磁铁(6)动作，关闭B口，接通A口，原油继续进入，活塞(4)从C口向D口方向运动，到达D口时，第三电涡流传感器(11)感应到信号，将信号传送到控制器(5)，控制器(5)记录一个容积值，不急于发送控制指令，继续放入确定的脉冲当量的原油流量Δ_t进来，进来前后都要通过压力传感器(12)测量压力，值为p₁和p₂，依据气体方程可推算出压缩前的气体体积：

而容积式流量计(3)为定容积故：

T总＝T气+T液

故液体体积为：

p₂＝液体确定增加量注入后压力

p₁＝液体确定增加量注入前压力

Δ_t＝液体确定增加量为已知测量值

T气＝气体体积流量

T液＝液体体积流量

T总＝总有效体积流量为已知

然后控制器(5)发送电磁铁动作控制指令，第二电磁铁(7)动作，关闭A口，打开B口，活塞(4)从D口向C口方向运动，到达C口时，第二电涡流传感器(10)感应到信号，将信号传送给控制器(5)，控制器(5)将容积值加一，并令第一电磁铁(6)动作，打开A口，关闭B口；

以上动作往复循环，从而达到无动力容积式流量计的自动计量工作；

配合油水比例传感器，可以测量得到油水比例值，液体体积流量值×水比例百分数＝水产量；液体体积流量值×油比例百分数＝油产量。

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