CN106706047A - 一种基于Ba133的水下多相流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水下生产系统油井计量的一种基于Ba133的水下多相流量计。该一种基于Ba133的水下多相流量计包括流量计本体、文丘里管组件、放射源组件、探测器组件、电子仓组件、温压传感组件和压差传感组件，文丘里管组件密封地设置于流量计本体的通道内，放射源组件、探测器组件、温压传感组件和压差传感组件均防水密封地连接于流量计本体上，电子仓组件防水密封地连接于探测器组件上。该多相流量计适于在水下直接使用测量多相流，可以设置于海洋井等水下环境中，适用于水下单井或多井油气生产系统的在线流量实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及水下生产系统测量技术领域，特别涉及一种多相流量计。
背景技术
地面多相流量计是一种较为常规的进行多相流在线实时测量的流量计。现有技术中，地面流量计主要依靠文丘里、互相关等技术测量混合流体的总流量，使用伽马传感器、超声传感器、电容电导含水仪、微波含水仪、差压密度计等测量流体的相分率，进而获得混合流体中各单相的流量。多相流量计无需对油气井产物进行分离就能进行在线实时测量，所得数据为连续的油、气井产出数据，可以作为油藏管理和生产优化的依据。
但是，地面多相流量计无法解决边远井的单井计量问题。而且，地面多相流量计在海洋油田开发过程中，只能安装在油田平台进行测量。对于小产量井和边远井来说，建设平台的成本太高，经济效益太低。如果将边远井产物通过汇管引到平台进行计量，就无法得到单井的产量数据，而如果将单井产物分别引到中心平台进行测量，成本又太高。
海洋油气田的开发成本很高，使用虚拟流量计是一种较为经济的计量方案。虚拟流量计是指，依据油气田生产系统中已有的主要仪表提供实时的生产参数，并以基础工艺参数(如组分、井身结构、导热系数、试井数据等)为依据，通过多相流动力及热力计算方法建立计算模型，最终实时计算得出各生产井的分相流量。
虚拟流量计的计量精度无法满足油气田生产的需要。虚拟流量计的计算精度主要取决于基础数据的准确性和算法模型的准确性。对水下生产系统来说，基础仪表或多或少存在测量误差，这种测量误差在之后模拟计算中不断传递和放大，最终导致较大的误差。另一方面，多相流是一种非常复杂的流动现象，关于多相流的理论研究仍然没有取得实质性的突破，目前仍没有可靠的理论模型能够描述多相流的流动现象。由此又引入了模型误差，使得虚拟流量计的测量可靠性大大降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适于在水下直接使用测量多相流的多相流量计。
本发明提供一种基于Ba133的水下多相流量计，包括流量计本体、文丘里管组件、放射源组件、探测器组件、电子仓组件、温压传感组件和压差传感组件，所述流量计本体包括通道和分别与所述通道连通的流量计进口端流量计出口端，所述文丘里管组件密封地设置于所述通道内，所述放射源组件、所述探测器组件、所述温压传感组件和所述压差传感组件均防水密封地连接于所述流量计本体上，所述电子仓组件防水密封地连接于所述探测器组件上。
进一步地，所述文丘里管组件包括文丘里管，所述文丘里管位于述通道内，所述文丘里管的出口端与所述通道通过第一文丘里管密封结构密封以在二者之间形成防水密封，所述文丘里管的进口端与所述通道通过第二文丘里管密封结构密封。
进一步地，所述文丘里管组件包括管部和一体形成于所述管部的出口端的端部法兰，所述流量计本体的出口端具有与所述端部法兰配合的凹口，所述管部位于所述流量计本体的出口端的所述通道内，所述端部法兰位于所述凹口内并与所述流量计本体通过螺纹连接件连接。
进一步地，所述第一文丘里管密封结构包括用于密封所述凹口与所述端部法兰之间的间隙的端部法兰密封结构。
进一步地，所述端部法兰的远离所述管部的端面设置有出口端密封环槽，在所述流量计本体的流量计出口端的端面上所述出口端密封环槽外周还设置有多个出口端螺纹孔。
进一步地，所述第一文丘里管密封结构还包括第一管端密封环，所述第一管端密封环设置于所述文丘里管的出口端处的管外壁与所述通道的通道壁之间。
进一步地，所述第二文丘里管密封结构包括第二管端密封环，所述第二管端密封环设置于所述文丘里管的进口端处的管外壁与所述通道的通道壁之间。
进一步地，所述文丘里管还包括设置于所述文丘里管上且位于所述第一文丘里管密封结构和所述第二文丘里管密封结构之间的第一取压口和第二取压口，所述第一取压口分别与所述温压传感组件的探头、所述压差传感组件的高压取压探头和所述文丘里管的进口端连通，所述第二取压口分别与所述压差传感组件的低压取压探头和所述文丘里管的喉部连通，所述文丘里管组件还包括第三文丘里管密封结构，所述第三文丘里管密封结构设置于所述管外壁与所述通道壁之间用于隔离所述第一取压口和所述第二取压口。
进一步地，在所述文丘里管的管外壁和所述通道的通道壁之间设置有第一环形腔，所述第一环形腔位于所述第一文丘里管密封结构和所述第三文丘里管密封结构之间，所述温压传感组件的探头、所述压差传感组件的高压取压探头通过所述第一环形腔与所述第一取压口连通。
进一步地，在所述文丘里管的管外壁和所述通道的通道壁之间设置有第二环形腔，所述第二环形腔位于所述第二文丘里管密封结构和所述第三文丘里管密封结构之间，所述压差传感组件的低压取压探头通过所述第二环形腔与所述第二取压口连通。
进一步地，所述文丘里管组件还包括第四文丘里管密封结构，所述第四文丘里管密封结构设置于所述管外壁与所述通道壁之间并位于所述第二取压口与所述第一管端密封结构之间。
进一步地，所述流量计本体包括放射源安装部，所述放射源安装部包括与所述通道连通的放射源安装腔，所述放射源组件包括放射源护罩、放射源装置、第一放射源密封结构、第二密封结构和放射源连接结构，所述放射源装置设置于所述放射源安装腔内，所述放射源护罩盖设于所述放射源安装腔上以将所述放射源装置罩于所述放射源安装腔内，所述放射源连接结构将放射源护罩连接于所述流量计本体上以将所述放射源组件连接于所述流量计本体上，所述第一放射源密封结构设置于所述放射源装置与所述流量计本体之间以隔离所述通道与所述放射源安装腔，所述第二放射源密封结构设置于所述放射源护罩与所述流量计本体之间以在二者之间形成防水密封。
进一步地，所述第一放射源密封结构包括第一陶瓷密封组件。
进一步地，所述第一陶瓷密封组件包括第一陶瓷密封垫、第一金属密封环和第一密封环，所述第一金属密封环在所述第一陶瓷密封垫和所述流量计本体之间形成端面密封，所述第一密封环在所述第一陶瓷密封垫和所述流量计本体之间形成径向密封。
进一步地，所述第二放射源密封结构包括设置于所述放射源护罩与所述流量计本体之间的护罩密封环。
进一步地，所述流量计本体包括探头安装部，所述探头安装部包括与所述通道连通的探头安装腔，所述探测器组件包括探测器壳体、探头、隔热结构、第一探头密封结构、第二探头密封结构和探头连接结构，所述放射源探头设置于所述探测器壳体内且具有凸出于所述探测器壳体并与所述放射源组件的放射源装置相对的头部，所述隔热结构设置于所述头部外周且与所述头部共同处于所述探头安装腔内，所述探头连接结构将所述探测器壳体连接于所述流量计本体上以将所述探测器组件连接于所述流量计本体上，所述第一探头密封结构设置于所述隔热结构与所述流量计本体之间以隔离所述通道与所述控头安装腔，所述第二探头密封结构设置于所述流量计本体和所述探测器壳体之间以在二者之间形成防水密封。
进一步地，所述第一探头密封结构包括第二陶瓷密封组件。
进一步地，所述第二陶瓷密封组件包括第二陶瓷密封垫、第二金属密封环和第二密封环，所述第二金属密封环在所述第二陶瓷密封垫和所述流量计本体之间形成端面密封，所述第二密封环在所述第二陶瓷密封垫和所述流量计本体之间形成径向密封。
进一步地，所述第二探头密封结构包括探测器壳体密封环。
进一步地，所述电子仓组件包括仓体、电子元件、仓体密封结构和电子仓连接结构，所述电子元件设置在所述仓体内，并与所述探测器组件、所述温压传感组件和所述压差传感组件分别耦合，所述电子仓连接结构将所述仓体所述探测器组件的探测器壳体上以将怕述电子仓组件连接于所述探测器组件上，所述仓体密封结构设置于所述仓体与所述探测器壳体之间以在二者之间形成防水密封。
进一步地，所述仓体密封结构包括第三金属密封环和第三塑料密封环，所述第三金属密封环在所述仓体与所述探测器壳体之间形成端面密封，所述第三塑料密封环在所述仓体与所述探测器壳体之间形成径向密封。
进一步地，所述压差传感组件与所述流量计本体通过第六金属密封环和第六塑料密封环密封以在二者之间形成防水密封。
进一步地，所述流量计本体的流量计进口端的端面上设置有进口端密封环槽和设置于所述进口端密封环槽外周的多个进口端螺纹孔。
基于本发明提供的本实施例的一种基于Ba133的水下多相流量计、多井油气生产系统及其在线监测方法，该多相流量计的通过流量计本体、文丘里管组件、放射源组件、探测器组件、电子仓组件、温压传感组件和压差传感组件之间的连接关系实现防水密封，从而能够有效地实现防水，因此，本实施例的多相流量计适于在水下直接使用测量多相流，可以设置于海洋井等水下环境中，尤其适用于水下多井油气生产系统的在线流量监测。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的一种基于Ba133的水下多相流量计的分解结构示意图；
图2为图1所示实施例的流量计本体的剖视结构示意图；
图3为图2的俯视结构示意图；
图4为图1所示实施例中文丘里管组件与流量计本体的分解结构示意图；
图5为图1所示实施例中文丘里管组件与流量计本体的装配结构示意图；
图6为图1所示实施例中放射源组件与流量计本体的分解结构示意图；
图7为图1所示实施例中探测器组件与流量计本体的分解结构示意图；
图8为图1所示实施例中放射源组件、探测器组件的部分结构与流量计本体的装配结构示意图；
图9为图1所示实施例中探测器组件的部分结构与电子仓组件的分解结构示意图；
图10为图1所示实施例探测器组件的部分结构与电子仓组件的分解结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
如图1到图10所示，本发明实施例提供一种基于Ba133的水下多相流量计。该多相流量计包括流量计本体100、文丘里管组件200、放射源组件300、探测器组件400、电子仓组件500、温压传感组件600和压差传感组件700。流量计本体100包括通道110、流量计进口端和流量计出口端。流量计进口端和流量计出口端分别与通道110连通。文丘里管组件200与通道110的通道壁之间密封地设置于通道110内。放射源组件300、探测器组件400、温压传感组件600和压差传感组件700均防水密封地连接于流量计本体100上。电子仓组件500防水密封地连接于探测器组件400上。
本实施例的多相流量计，通过流量计本体100、文丘里管组件200、放射源组件300、探测器组件400、电子仓组件500、温压传感组件600和压差传感组件700之间的连接关系实现防水密封，从而能够有效地实现防水，因此，本实施例的多相流量计适于在水下直接使用测量多相流，可以设置于海洋井等水下环境中，尤其适用于水下多井油气生产系统的在线流量监测。
如图2和图3所示，本实施例中，流量计本体100包括通道110、放射源安装部101、探头安装部102、文丘里管安装部103、温压传感组件安装部104和压差传感组件安装部105。各组件安装于流量计本体100的相应安装部处，电子仓组件500安装于探测器组件400上。
实际使用中，可以使流量计进口端在下、出口端在上地与外部设备连接。
其中，文丘里管安装部103为通道110的通道出口一端的部分通道段。
如图4和图5所示，文丘里管组件200包括文丘里管210，文丘里管210包括管部211和一体形成于管部211的出口端的端部法兰212。
管部211位于述通道110内。文丘里管210的出口端与通道110通过第一文丘里管密封结构密封。文丘里管210的进口端与通道110通过第二文丘里管密封结构201密封。本实施例中，流量计进口端和文丘里管210的进口端均为图4和图5中所示的左端，流量计出口端和文丘里管210的出口端均为图4和图5中所示的右端。
如图4和图5所示，流量计出口端具有与端部法兰212配合的凹口，管部211位于流量计本体100的出口端的通道110内，端部法兰212位于凹口内并与流量计本体100通过端部法兰螺纹连接件206连接。
本实施例中，前述第一文丘里管密封结构包括用于密封凹口与端部法兰212之间的间隙的端部法兰密封结构。端部法兰密封结构用以实现文丘里管210与通道110之间的防水密封。
如图4和图5所示，端部法兰密封结构包括设置于端部法兰212和凹口的底面之间的端部法兰密封环205。优选地，端部法兰密封环205设置于管部211与端部法兰212的连接处和通道110与凹槽的连接处之间。其中，端部法兰密封环205可以为C型金属密封环。
如图4和图5所示，端部法兰212的远离管部211的端面设置有出口端密封环槽2121。另外，流量计出口端的端面上，在端部法兰212上的出口端密封环槽2121外周还设置有多个出口端螺纹孔2122。从而，在流量计出口端，流量计本体100的端面结构与文丘里管210的端部法兰上的出口端密封环槽2121一起形成为法兰接口，优选地形成SPO法兰接口。在多相流量计与外部设备如油管法兰连接时，可以通过双头螺柱等螺纹连接件直接将外部设备与流量计出口端相连，且在外部设备与端部法兰密封环槽之间设置配套的密封环，即可实现流量计本体100与外部设备的密封连接，而无需设置配套连接结构，使该多相流量计安装方便快捷。
另外优选地，流量计本体100的流量计进口端设置有进口端密封环槽106和设置在进口端密封环槽106外周的多个进口端螺纹孔。从而，在流量计进口端，流量计本体100的端面结构也形成为法兰接口，例如SPO法兰接口。该流量计本体100可以直接与外部设备如油管法兰通过双头螺柱等螺纹连接件连接，并通过设置于进口端密封环槽内的密封环密封外部法兰与流量计进口端的间隙。
因此，多相流量计的两端均可通过双头螺柱等螺纹连接件同油管法兰等外部设备连接。文丘里管210密封地安装于流量计本体100内，在流量计出口端及文丘里管210的出口端即文丘里管的扩散端，对应于图4和图5中的右端融入法兰接口设计，在进行差压测量的同时，实现了流量计本体100同外部设备的密封连接。
如图4和图5所示，第一文丘里管密封结构密封还包括第一管端密封环204，第一管端密封环204设置于管部211的出口端处的管外壁与通道110的通道壁之间。
本实施例中，第一端部法兰密封结构采用两道密封，可以有效防止水通过文丘里管210和通道110之间的间隙进入多相流量计内部。
第一管端密封环204和端部法兰密封环205的预紧力均可以由端部法兰螺纹连接件206的旋紧时形成的压力提供。
管部211的管外壁的出口端处包括第一管外壁台阶面，通道壁包括与第一管外壁台阶面配合的第一通道壁台阶面，第一管端密封环204位于第一管外壁台阶面和第一通道壁台阶面之间。第一管端密封环204例如可以为金属密封环。第一管端密封环可以与端部法兰密封结构共同实现多相流量计外部的流体与内部流体之间的密封，由于采用多道密封，密封可靠严密，可以防止水通过文丘里管组件200与流量计本体100的接口进入多相流量计。
如图4和图5所示，第二文丘里管密封结构201包括第二管端密封环，第二管端密封环设置于管部211的进口端处的管外壁与通道110的通道壁之间。第二管端密封环例如可以为塑料密封环。第二管端密封环可以防止通道110内流体从通道壁与管部111的管外壁之间泄漏。
如图4和图5所示，管部211还包括设置于文丘里管210上且位于第一文丘里管密封结构和第二文丘里管密封结构201之间的第一取压口2111和第二取压口2112。第一取压口2111分别与温压传感组件600的探头、压差传感组件700的高压取压探头和文丘里管210的进口端连通。第二取压口2112分别与压差传感组件700的低压取压探头和文丘里管210的喉部连通。文丘里管组件200还包括第三文丘里管密封结构202，第三文丘里管密封结构202设置于管外壁与通道壁之间用于隔离第一取压口2111和第二取压口2112。第三文丘里管密封结构202例如可以为塑料密封环。
在管部211的管外壁和通道110的通道壁之间设置第一环形腔207，第一环形腔207位于第一文丘里管密封结构和第三文丘里管密封结构202之间，温压传感组件600的探头、压差传感组件700的高压取压探头通过第一环形腔207与第一取压口2111连通。第一环形腔207可以形成均压，使各对应探头获取的压力较为稳定。
本实施例中，管部211的管外壁包括第二管外壁台阶面，通道110的通道壁包括第二通道壁台阶面，第二管外壁台阶面与第二通道壁台阶面之间间隔设置以在管部211的管外壁和通道110的通道壁之间形成第一环形腔207，第一取压口2111与第一环形腔207连通。
在管部211的管外壁和通道110的通道壁之间设置有第二环形腔208，第二环形腔208位于第二文丘里管密封结构201和第三文丘里管密封结构202之间，压差传感组件700的低压取压探头通过第二环形腔208与第二取压口2112连通。
本实施例中，管外壁包括与第二取压口2112连通的环槽，环槽与通道110的通道壁形成第二环形腔208。
如图4和图5所示，文丘里管组件200还包括第四文丘里管密封结构203。第四文丘里管密封结构203设置于管外壁与通道壁之间并位于第二取压口2112与第一管端密封结构之间。第四文丘里管密封结构203例如可以为金属密封环。第四文丘里管密封结构203可以实现文丘里管210的喉部至出口端较长缝隙的密封，可以防止气体积累影响测量精度。
如图6和图8所示，放射源安装部101包括与通道110连通的放射源安装腔。放射源组件300包括放射源护罩302、放射源装置、第一放射源密封结构第二放射源密封结构和放射源连接结构。放射源装置设置于放射源安装腔内。放射源护罩302盖设于放射源安装腔上以将放射源装置罩于放射源安装腔内。放射源连接结构将放射源护罩302连接于流量计本体100上从而将放射源组件300连接于流量计本体100上。第一放射源密封结构设置于放射源装置和流量计本体100之间以隔离通道110与放射源安装腔。第二放射源密封结构设置于放射源护罩302与流量计本体100之间以在二者之间形成防水密封。
如图6和图8所示，第一放射源密封结构包括第一陶瓷密封组件。第一陶瓷密封组件可以实现放射源安装腔与通道110之间的密封，防止通道110内的流体进入放射源安装腔。具体地，第一陶瓷密封组件包括第一陶瓷密封垫307、第一金属密封环309和第一密封环308。
第一金属密封环309位于第一陶瓷密封垫307的轴向端面与流量计本体100之间，构成一道端面密封；第一密封环308位于第一陶瓷密封垫307的径向外侧与流量计本体100之间构成一道径向密封。
所述第一密封环和第二密封环可为NHA密封环，NHA密封环为具有弹簧激发和PTFE外壳的密封环。其中第一陶瓷密封垫307与第一金属密封环309承担主要密封功能，第一密封环承担辅助密封功能。
本实施例中，放射源装置包括放射源305和准直芯306。准直芯306设置于放射源305和第一陶瓷密封组件之间。如图6和图8所示，准直芯306中间有一轴向通孔，该轴向通孔与放射源305正对，用于射线通过。准直芯306上还设有多个螺钉孔，第一陶瓷密封组件设置于准直芯306与流量计本体100之间，可以通过多个螺钉将准直芯306连接于流量计本体100上同时将第一陶瓷密封组件压紧于流量计本体100，从而实现隔离通道110和放射源安装腔的目的。
第一金属密封环309的预紧力以及第一陶瓷密封垫307的安装限位通过连接准直芯306和流量计本体100的螺钉实现。
本实施例中，第二放射源密封结构包括设置于放射源护罩302与流量计本体100之间的护罩密封环303。第二放射源密封结构的设置可以防止水进入放射源安装腔内。
如图6和图8所示，放射源护罩302设计有密封环槽和螺钉孔，从而形成法兰接口。流量计本体100的放射源安装部也设计有密封环槽和螺钉孔，从而形成法兰接口。护罩密封环303的轴向两端分别位于放射源护罩302的密封环槽和流量计本体100对应的密封环槽内，通过作为放射源连接结构的螺钉301可以将放射源护罩302和护罩密封环303连接于流量计本体100上，并在放射源组件300和流量计本体100之间形成防水密封。
如图7和图8所示，探头安装部102包括与通道110连通的探头安装腔。探测器组件400包括探测器壳体420、探头410、隔热结构、第一探头密封结构、第二探头密封结构和探头连接结构。放射源探头410设置于探测器壳体420内且具有凸出于探测器壳体420并与放射源组件300的放射源装置相对的头部。隔热结构设置于头部外周与头部共同处于探头安装腔内，探头连接结构将探测器壳体420连接于流量计本体100上以将探测器组件400连接于流量计本体100上。第一探头密封结构设置于隔热结构与流量计本体100之间以隔离通道110与控头安装腔。第二探头密封结构设置于流量计本体和探测器壳体420之间以在二者之间形成防水密封。
第一探头密封结构包括第二陶瓷密封组件。第二陶瓷密封组件可以实现探头安装腔与通道110之间的密封，防止通道110内的流体进入探头安装腔。
本实施例中，第二陶瓷密封组件包括第二陶瓷密封垫403、第二金属密封环401和第二密封环402。第二金属密封环401位于第二陶瓷密封垫403的轴向端面与流量计本体100之间，构成一道端面密封。第二密封环402位于第二陶瓷密封垫403的径向外侧与流量计本体100之间构成一道径向密封。
第二陶瓷密封垫403与第二金属密封环401承担主要密封功能，第二密封环402承担辅助密封功能。
本实施例中，隔热结构包括隔热套406和设置于隔热套406和第二陶瓷密封组件之间的压螺404。压螺404具有锥形通孔。该锥形通孔朝向探头410的一端的截面面积大于朝向放射源305的一端的截面面积。该锥形通孔与准直芯306的轴向通孔正对，用于放射源305的射线通过。压螺404上还设置有多个螺钉孔，第二陶瓷密封组件设置于压螺404与流量计本体100之间，可以通过多个螺钉将压螺404连接于流量计本体100上同时将第二陶瓷密封组件压紧于流量计本体100上，从而实现隔离通道110和探头安装腔的目的。
第二金属密封环401的预紧力以及第二陶瓷密封垫403的安装限位通过连接压螺404和流量计本体100的螺钉实现。
在一个变形例中，前述的放射源陶瓷密封组件和探头陶瓷密封组件均可以用塑料密封结构代替。例如，可以采用塑料密封垫代替陶瓷密封垫，塑料密封垫的材料例如可以为PEEK材料。同时，在塑料密封垫与流量计本体之间通过一道设置于塑料密封垫的径向外端与流量计本体之间的塑料密封环和一道设置于塑料密封垫的端面与流量计本体之间的塑料密封环来实现密封。
第二探头密封结构包括探测器壳体密封环407。第二探头密封结构的设置可以防止水进入放射源安装腔内。
本实施例中，探测器壳体420包括底座421和焊接于底座421上的底座法兰422。如图7所示，流量计本体100的探测器安装部102设计为法兰接口，具有密封环槽和多个螺钉孔，底座法兰422上也对应设置有密封环槽和多个螺钉孔，探测器壳体密封环407的轴向两端分别设置于底座法兰422的密封环槽与流量计本体100对应的密封环槽内，通过作为探头连接结构的螺钉408将底座法兰422连接于流量计本体100上，从而通过探测器壳体密封环407实现将探测器组件400防水密封地连接于流量计本体100上。
本实施例中，放射源组件300的放射源305为基于Ba133的伽马射线发射装置；对应地，探测器组件400的探头410为伽马射线探测装置。伽马射线发射装置与伽马射线探测装置正对，流体流经伽马射线发射装置和伽马射线探测装置时，通过伽马射线探测装置测量伽马射线强度，从而获取流体相分率。Ba133安装在放射源305的源仓固定锥体内。由于源仓固定锥体的材料为钨合金，重量极重，为了安装方便，其设计为带有锥度的结构，对应的放射源安装腔也设计为锥形腔。
本实施例中，放射源组件300的放射源护罩302具有SPO法兰接口，固定压紧在流量计本体100上来实现防水密封。
本实施例中，伽马射线探测装置同流量计本体100之间设有一个隔热套406，同时又与底座法兰422之间紧密配合，并可以通过涂抹导热硅油，在工作中对探头410起到控制温度的作用。本实施例中，底座法兰422为SPO焊颈法兰。
如图9所示，探测器组件400还包括探头压紧装置、注铅盒417、设置在探头410和探头压紧装置之间的压紧弹簧411。探头压紧装置和压紧弹簧411用于将探头410压紧于隔热套406的顶端。探头压紧装置通过螺钉418固定至底座421上。注铅盒417固定设置于探头压紧装置远离压紧弹簧411的一侧。探头压紧装置及其上的注铅盒417通过连接螺钉509与电子仓组件500的电子元件510连接。注铅盒417用于屏蔽射线。
本实施例中具体地，探头压紧装置包括焊接在底座421内的弹簧压紧座。弹簧压紧座朝向弹簧的一面设置有弹簧套筒。弹簧套筒内设有穿线孔，穿线孔允许探测器组件400的探测器线缆穿过。
如图9和图10所示，电子仓组件500包括仓体501、电子元件510、仓体密封结构和电子仓连接结构。电子元件510设置在仓体501内，并与探测器组件400、温压传感组件600和压差传感组件700耦合。电子仓组件500的仓体501通过电子仓连接结构连接于探测器组件400的探测器壳体420上，从而将电子仓组件500连接于探测器组件400上。仓体密封结构在探测器壳体420与仓体501之间形成防水密封。仓体密封结构可以防止水通过仓体501与探测器壳体420之间的间隙进入探测器组件400内部或电子仓组件500内部。
如图9所示，仓体密封结构包括第三金属密封环505和第三塑料密封环506。如图10所示，探测器壳体420的底座421与仓体501连接的连接部形成带有凸环状止口的法兰接口。仓体501与底座421连接的一端设置有仓体法兰511。底座421与仓体法兰511通过作为电子仓连接结构的螺钉512连接。第三金属密封环505设置于底座421的法兰接口的端面与仓体法兰511的端面之间，形成一道端面密封，承担主要密封功能；第三塑料密封环506设置于前述凸环状止口的径向外端与仓体法兰511的径向内端之间，形成一道径向密封，承担辅助密封功能。因此，仓体密封结构可以实现仓体501与探测器壳体420之间的防水密封。第三金属密封环优选地为C形金属密封环。
底座421上设计有密封测试孔以测试仓体密封结构的密封性能。
如图9所示，电子元件510的一端通过连接螺钉509与探头压紧装置及其上的注铅盒417固定连接，另一端通过圆盘结构限制圆周方向的摆动。
电子元件510包括数据采集装置和流体计算机。数据采集装置分别与探头410、温压传感组件600和压差传感模块700耦合以接收相分率、温度、压力、文丘里管进口端与喉部的压差等相关信号。流体计算机与数据采集单元耦合，用于根据相分率信号、压力信号、温度信号和压差信号计算出各相流量，并通过电接头发送至控制平台。
底座421还焊接有布线管道接口，温压传感组件600和压差传感组件700的各传感器线缆铺设在不锈钢管道内，汇集至底座421上的布线管道接口并连接至电子元件510的数据采集装置进行数据采集和处理。
电接头安装孔旁侧开有压力补偿孔，通过该压力补偿孔向仓体501内部注入干燥的氮气，实现对仓体501内部元件的保护作用。与备用电接头安装孔类似的，仓体501上可以设置备用压力补偿孔，实现冗余设计。
温压传感组件600安装于流量计本体100中部且位于文丘里管210的进口端处。温压传感组件600通过压力传感器和温度传感器进行文丘里管210的进口端处的压力和温度监测，获取压力信号和温度信号。温压传感组件600测得的压力信号和温度信号参与计算多相流流量的PVT运算，实现流体体积和密度的工标况转换。
本实施例中，温压传感组件600同流量计本体间通过API标准法兰进行连接并形成防水密封。温压传感组件600为双压力双温度型，自身带有冗余功能，实现冗余设计。
本实施例中，压差传感组件700带有适用于流量计本体100的压差传感组件安装部的结构的安装底座。
具体地，压差传感组件700通过第六金属密封环和第六塑料密封环两道密封进行密封连接。其中，第六金属密封环在流量计本体100与压差传感组件700的传感器本体之间形成端面密封，承担主要密封功能，第六塑料密封环在流量计本体100与压差传感组件700的传感器本体之间形成径向密封，承担辅助密封功能，以此来实现压差传感组件700与流量计本体100之间的防水密封。本实施例中，压差传感组件700进行了冗余设计。
以下说明通过本实施例的多相流量计测量多相流量的原理。
被测流体通过管汇等设备输送至多相流量计，流体从多相流量计进口端流入多相流量计，流经伽马射线发射装置及伽马射线探测装置，伽马射线探测装置测量伽马射线强度，并通过变送器传送至电子仓组件500的数据采集装置和流体计算机进行数据处理。流体紧接着流入文丘里管210，温压传感组件600对被测流体进行初始温度和压力的测量，将测得的压力信号和温度信号传输至电子仓组件500的数据采集装置和流体计算机进行数据处理。压差传感组件700在第一环形腔207内取压获取文丘里管210的进口端的高压压力信号，在第二环形腔208内取压获取文丘里管210的喉部的低压压力信号，从而获取差压信号，并将压差信号传输至电子仓组件500的数据采集装置和流体计算机进行数据处理。最后，电子元件510将数据处理结果通过电子仓组件500的电接头传输至控制平台。被测流体则通过文丘里管210的扩散端流出，通过管道连接流回原主流道如管汇上。
可见，本实施例利用文丘里管测量多相流混合流量，利用基于Ba133的伽马射线吸收技术测量多相流体的相分率，然后用总流量乘以相分率得到各单相的流量。
本发明实施例还提供一种多井油气生产系统。该多井油气生产系统包括多个油井、与多个油井对应设置的多个多相流量计和控制平台，其中，至少一个多相流量计为前述的多相流量计，至少一个多相流量计直接设置于水下对应的油井的井口或管汇处以直接测量对应油井的多相流量信号，并能将对应油井的多相流量信号输送至控制平台。
本实施例的多井油气生产系统在水下井口或管汇处计量多相流，然后将多口井的产量汇合后通过一条管线输送至控制平台。由于可以直接进行水下测量，使用本实施例的多相流量计能够达到节省成本，提高油田管理和优化能力的目的。
本发明实施例还提供一种多井油气生产系统的在线监测方法，包括采用前述的多相流量计在水下直接测量对应油井的多相流量，并将对应油井的多相流量测量信号输送至控制平台。
根据以上描述可知，本发明以上各实施例至少具有如下技术效果之一：
可设置于水下直接测量多相流流量。
将多相流量计用于油田井流测量，节省边际油田开发成本。
实现多相流在线连续、实施计量，大量的实时数据可以提高油藏的理解和管理，为油藏管理和生产优化提供依据，达到优化生产和延长油田寿命的目的。
由于没有单独的测井系统，不再需要回接到上部处理设施的测试管线和测试分离器，同时节省了上部浮体的空间。与测试管线和测试分离器得到的离线测试结果相比，不需要等待流体达到稳定状态，便可以得到有效的测试结果。
水下多相流量计安装在水下，可减小平台空间占用。
一口井配置一个多相流量计而不是多个共用一个时，能够实时监控每口井的生产数据，从而能够及时地监测到可能出现的问题，如段塞和气举效率低下等，并做出快速反应。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种基于Ba133的水下多相流量计，其特征在于，包括流量计本体(100)、文丘里管组件(200)、放射源组件(300)、探测器组件(400)、电子仓组件(500)、温压传感组件(600)和压差传感组件(700)，所述流量计本体(100)包括通道(110)和分别与所述通道(110)连通的流量计进口端流量计出口端，所述文丘里管组件(200)密封地设置于所述通道(110)内，所述放射源组件(300)、所述探测器组件(400)、所述温压传感组件(600)和所述压差传感组件(700)均防水密封地连接于所述流量计本体(100)上，所述电子仓组件(500)防水密封地连接于所述探测器组件(400)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于Ba133的水下多相流量计，其特征在于，所述文丘里管组件(200)包括文丘里管(210)，所述文丘里管(210)位于所述通道(110)内，所述文丘里管(210)的出口端与所述通道(110)通过第一文丘里管密封结构密封以在二者之间形成防水密封，所述文丘里管(210)的进口端与所述通道(110)通过第二文丘里管密封结构(201)密封；
所述文丘里管组件(200)包括管部(211)和一体形成于所述管部(211)的出口端的端部法兰(212)，所述流量计本体(100)的出口端具有与所述端部法兰(212)配合的凹口，所述管部(211)位于所述流量计本体(100)的出口端的所述通道(110)内，所述端部法兰(212)位于所述凹口内并与所述流量计本体(100)通过螺纹连接件(206)连接；
所述第一文丘里管密封结构包括用于密封所述凹口与所述端部法兰(212)之间的间隙的端部法兰密封结构；
所述端部法兰(212)的远离所述管部(211)的端面设置有出口端密封环槽(2121)，在所述流量计本体(100)的流量计出口端的端面上所述出口端密封环槽(2121)外周还设置有多个出口端螺纹孔(2122)。
3.根据权利要求2所述的一种基于Ba133的水下多相流量计，其特征在于，所述第一文丘里管密封结构还包括第一管端密封环(204)，所述第一管端密封环(204)设置于所述文丘里管(210)的出口端处的管外壁与所述通道(110)的通道壁之间；
所述第二文丘里管密封结构(201)包括第二管端密封环，所述第二管端密封环设置于所述文丘里管(210)的进口端处的管外壁与所述通道(110)的通道壁之间。
4.根据权利要求3所述的一种基于Ba133的水下多相流量计，其特征在于，所述文丘里管(210)还包括设置于所述文丘里管(210)上且位于所述第一文丘里管密封结构和所述第二文丘里管密封结构(201)之间的第一取压口(2111)和第二取压口(2112)，所述第一取压口(2111)分别与所述温压传感组件(600)的探头、所述压差传感组件(700)的高压取压探头和所述文丘里管的进口端连通，所述第二取压口(2112)分别与所述压差传感组件(700)的低压取压探头和所述文丘里管(210)的喉部连通，所述文丘里管组件(200)还包括第三文丘里管密封结构(202)，所述第三文丘里管密封结构(202)设置于所述管外壁与所述通道壁之间用于隔离所述第一取压口(2111)和所述第二取压口(2112)；
在所述文丘里管(210)的管外壁和所述通道(110)的通道壁之间设置有第一环形腔(207)，所述第一环形腔(207)位于所述第一文丘里管密封结构和所述第三文丘里管密封结构(202)之间，所述温压传感组件(600)的探头、所述压差传感组件(700)的高压取压探头通过所述第一环形腔(207)与所述第一取压口(2111)连通。
5.根据权利要求4所述的一种基于Ba133的水下多相流量计，其特征在于，在所述文丘里管(210)的管外壁和所述通道(110)的通道壁之间设置有第二环形腔(208)，所述第二环形腔(208)位于所述第二文丘里管密封结构(201)和所述第三文丘里管密封结构(202)之间，所述压差传感组件(700)的低压取压探头通过所述第二环形腔(208)与所述第二取压口(2112)连通；
所述文丘里管组件(200)还包括第四文丘里管密封结构(203)，所述第四文丘里管密封结构(203)设置于所述管外壁与所述通道壁之间并位于所述第二取压口(2112)与所述第一管端密封结构之间。
6.根据权利要求5所述的一种基于Ba133的水下多相流量计，其特征在于，所述流量计本体(100)包括放射源安装部(101)，所述放射源安装部(101)包括与所述通道(110)连通的放射源安装腔，所述放射源组件(300)包括放射源护罩(302)、放射源装置、第一放射源密封结构、第二密封结构和放射源连接结构，所述放射源装置设置于所述放射源安装腔内，所述放射源护罩(302)盖设于所述放射源安装腔上以将所述放射源装置罩于所述放射源安装腔内，所述放射源连接结构将放射源护罩(302)连接于所述流量计本体(100)上以将所述放射源组件(300)连接于所述流量计本体(100)上，所述第一放射源密封结构设置于所述放射源装置与所述流量计本体(100)之间以隔离所述通道(110)与所述放射源安装腔，所述第二放射源密封结构设置于所述放射源护罩(302)与所述流量计本体(100)之间以在二者之间形成防水密封。
7.根据权利要求6所述的一种基于Ba133的水下多相流量计，其特征在于，所述第一放射源密封结构包括第一陶瓷密封组件；
所述第一陶瓷密封组件包括第一陶瓷密封垫(307)、第一金属密封环(309)和第一密封环(308)，所述第一金属密封环(309)在所述第一陶瓷密封垫(307)和所述流量计本体(100)之间形成端面密封，所述第一密封环(308)在所述第一陶瓷密封垫(307)和所述流量计本体(100)之间形成径向密封；
所述第二放射源密封结构包括设置于所述放射源护罩(302)与所述流量计本体(100)之间的护罩密封环(303)。
8.根据权利要求7所述的一种基于Ba133的水下多相流量计，其特征在于，所述流量计本体(100)包括探头安装部(102)，所述探头安装部(102)包括与所述通道(110)连通的探头安装腔，所述探测器组件(400)包括探测器壳体(420)、探头(410)、隔热结构、第一探头密封结构、第二探头密封结构和探头连接结构，所述放射源探头(410)设置于所述探测器壳体(420)内且具有凸出于所述探测器壳体(420)并与所述放射源组件(300)的放射源装置相对的头部，所述隔热结构设置于所述头部外周且与所述头部共同处于所述探头安装腔内，所述探头连接结构将所述探测器壳体(420)连接于所述流量计本体(100)上以将所述探测器组件(400)连接于所述流量计本体(100)上，所述第一探头密封结构设置于所述隔热结构与所述流量计本体(100)之间以隔离所述通道(110)与所述控头安装腔，所述第二探头密封结构设置于所述流量计本体和所述探测器壳体(420)之间以在二者之间形成防水密封。
9.根据权利要求8所述的一种基于Ba133的水下多相流量计，其特征在于，所述第一探头密封结构包括第二陶瓷密封组件；
所述第二陶瓷密封组件包括第二陶瓷密封垫(403)、第二金属密封环(401)和第二密封环(402)，所述第二金属密封环(401)在所述第二陶瓷密封垫(403)和所述流量计本体(100)之间形成端面密封，所述第二密封环(402)在所述第二陶瓷密封垫(403)和所述流量计本体(100)之间形成径向密封；
所述第二探头密封结构包括探测器壳体密封环(407)。
10.根据权利要求9所述的一种基于Ba133的水下多相流量计，其特征在于，所述电子仓组件(500)包括仓体(501)、电子元件(510)、仓体密封结构和电子仓连接结构，所述电子元件(510)设置在所述仓体(501)内，并与所述探测器组件(400)、所述温压传感组件(600)和所述压差传感组件分别耦合，所述电子仓连接结构将所述仓体(501)所述探测器组件(400)的探测器壳体(420)上以将怕述电子仓组件(500)连接于所述探测器组件(400)上，所述仓体密封结构设置于所述仓体(501)与所述探测器壳体(420)之间以在二者之间形成防水密封；
所述仓体密封结构包括第三金属密封环和第三塑料密封环，所述第三金属密封环在所述仓体(501)与所述探测器壳体(420)之间形成端面密封，所述第三塑料密封环在所述仓体(501)与所述探测器壳体(420)之间形成径向密封。
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