CN107882546B - 高含水低产气油井产液三相计量装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高含水低产气油井产液三相计量装置与方法，其中装置包括自下而上依次连接的一级旋流装置、气核取样管、二级旋流装置、疏水器、旋流式油水分离器、阻水滤网式除油器、滤水孔板、分离油缓冲罐，所述气核取样管中设置气液旋流分离器。本发明利用多级旋流装置，采用旋流强制流动的手段，增加了油田产出液分离适用范围，不仅适用于低流速下的分层流、波状分层流，还适用于高流速下的环状流和弹状流。还包括分离出气体温度传感器和压力传感器，主管道油水的温度和压力传感器，以获得温度值和压力值，对油气水三相流体的密度、体积参数进行校验。

Description

高含水低产气油井产液三相计量装置与方法

技术领域

本发明涉及油田三相流测量技术，具体地说是高含水低产气油井产液三相计量装置与方法。

背景技术

油田生产过程中，油井采出液主要含有原油、油田伴生气、水等，产出液在井下油管和地面管道中流动过程中，其流量和相含量的测量都属于典型多相流计量问题。由于多相流动的复杂性，油气水多相流量计的研制有较大的难度，目前存在多种多相流量计的研制技术路线。

在两相流测量技术中，分离法是最早应用于多相流测试方法，但是由于其分离困难、体积大，现场推广难度大。如中国专利ZL200710046862.8，ZL200810112558.3等都是采用大型容器作为油气水三相分离系统，然后在采用单相计量的方法。因为这种方法是把多相流体中油气水三相流体分离成单相气体和油和水后，再分别用单相流量计测量各相流量，因而避免流型变化和流动不稳定等因素对测量的影响。但是实际多相流体测量中，很多流体有时无法做到经济有效的完全分离，这个多相计量带来了很多的麻烦。在此基础上也产生了很多其它完全分离的形式，美国专利US5390547和US7311001公开了一种利用多相流体管道本身构成一种的分离系统测量系统，该系统放弃了传统的分离器，但采用外置式旋风分离方式，因此实质上它与传统的分离法并没有实质的区别。在此基础上，研究人员采用分相分离技术，如中国专利ZL98113068.2采用部分分离法，缩小分离器尺寸，但不是将全部三相流彻底分离成单相流，影响了计量精度。美国专利US6128962也采用了类似的一种分流分相式测量方法，但是当两相流中的液相或气相的流量很小(低含气率或高含水率)时，经过分流，从分离器流出的气相或油相流量就更小，无法代表整体，导致计量误差大。近年来，随着相关研究工作的进展，多相检测的新技术不断出现，以采用放射性的在线测试方式为主，也有采用电或磁的方式进行在线测量的，但由于放射性的原因，价格高、维护难，现场推广受限制。因此，目前完全分离方法依旧是最可靠和精度最高的多相流在线测试技术。

发明内容

本发明的目的在于提供高含水低产气油井产液三相计量装置与方法，利用多级旋流装置62，采用旋流强制流动的手段，增加了油田产出液分离适用范围，不仅适用于低流速下的分层流、波状分层流，还适用于高流速下的环状流和弹状流。还包括分离出气体温度传感器和压力传感器，主管道油水的温度和压力传感器，以获得温度值和压力值，对油气水三相流体的密度、体积参数进行校验。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，高含水低产气油井产液三相计量装置，包括自下而上依次连接的一级旋流装置、气核取样管、二级旋流装置、疏水器、旋流式油水分离器、阻水滤网式除油器、滤水孔板、分离油缓冲罐，所述气核取样管中设置气液旋流分离器。

所述气液旋流分离器下端连接油水排出管，上端连接气相排出管，所述气相排出管再连接在混合出管底端；所述疏水器下端口为油核取样口，所述疏水器侧边开口并通过第二分离水出管连接混合出管中部；分离油缓冲罐顶部通过油相出口连接混合出管。

所述混合出管上设置气相阻力件、气水阻力件，所述气相阻力件高于气相排出管和混合出管的连接口，低于第二分离水出管和混合出管的连接口，所述气水阻力件高于第二分离水出管和混合出管的连接口，低于油相出口和混合出管的连接口。

所述气核取样管和二级旋流装置之间为油水温压测量段，油水温压测量段设置温度传感器和压力传感器；所述气相排出管上设置气相流量计、气相温度计、气相压力计；所述第二分离水出管上设置水相流量计；所述油相出口上设置油相流量计。

所述温度传感器、压力传感器、气相流量计、气相温度计、气相压力计、水相流量计、油相流量计均与数据采集及计量系统连接。

所述气液旋流分离器和二级旋流装置之间设置油水混合阻力件。

所述气液旋流分离器用支撑板一支撑，所述疏水器用支撑板二支撑。

为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，高含水低产气油井产液三相计量方法，其特征在于，油井产出液通过竖直安装的产液入口段流入，产液流过旋流装置后，来流被整流成气核和油水混合物的外环贴壁流体，其中气核被安置在主管道中心由按等动能原理取样的气核取样管取出，此时全部气核和油水混合物通过气核取样管和气液旋流分离器的夹壁空间切向气液旋流分离器入口，然后高速旋转进入气液旋流分离器中依靠旋转产生的离心力和重力实现气液的有效分离；分离出的油水通过油水排出管重新流入主管道中，分离出的气相通过气相排出管流入混合出管；气相排出管上设置的气相流量计、气相温度计、气相压力计对分离出的气体的温度、压力和体积流量进行准确计量并进行物性运算；

除去气体后的油水混合物流过气液旋流分离器后继续沿着主管道流动，此时温度传感器和压力传感器，采集主管内的油水混合物的温度和压力数据，为后续的物性计算提供实时数据；

然后油水混合物与气液旋流器分离出来的油水混合物混合后通过第一分离水出管流出，流出的流体经过缓冲段后流入二级旋流装置，将存在密度差的油水混合物进行管道内的强力旋转，将密度差0.1-0.2之间的油水进行旋流分隔，形成内环为油核而外环为水环的标准环状流量，利用等动能取样管的原理对其中的油核在油核取样口进行取样，带水的油核通过旋流式油水分离器将其中的少量水进行旋流分离，其中主要利用旋流原理、重力分离原理配合阻水滤网式除油器及滤水孔板将少量水分离出来，并通过疏水器将分离出的水分出与主管道中的水混合并通过第一分离水出管流出到混合出管，第一分离水出管上设置的水相流量计进行在线水相流量计量；

上部分离出的原油通过上部的分离油缓冲罐和油相出口流出到混合出管，油相出口上设置的油相流量计进行在线油相流量计量。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明利用多级旋流装置，采用旋流强制流动的手段，增加了油田产出液分离适用范围，不仅适用于低流速下的分层流、波状分层流，还适用于高流速下的环状流和弹状流。

通过多级旋流装置将流型复杂的油气水产出液分部整理成想要的环状流，同时采用非常规水力旋流方法在管道内分离气相、水相和油相,缩小了分离装置，保证了测试的精度。

还包括分离出气体温度传感器和压力传感器，主管道油水的温度和压力传感器，以获得温度值和压力值，对油气水三相流体的密度、体积参数进行校验。

附图说明

图1为本发明高含水低产气油井产液三相计量装置的结构示意图；

图2为旋流装置示意图；

图3为旋流装置旋流后的流型图；

图3-1为图3的A-A剖面图；

图3-2为图3的B-B剖面图；

图4为图1的C-C剖面图；

图5为疏水器结构图。

图中：1、产液入口段；2、一级旋流装置；3、气核取样管；4、气液旋流分离器；5、支撑板一；6、油水排出管；7、气相排出管；8、气相温压测量段；9、气相流量计；10、油水温压测量段；11、油水混合阻力件；12、第一分离水出管；13、二级旋流装置；14、油核取样口；15、水相流量计；16、支撑板二；17、第二分离水出管；18、疏水器；19、旋流式油水分离器；20、阻水滤网式除油器；21、滤水孔板；22、分离油缓冲罐；23、油相流量计；24、油相出口；25、数据采集及计量系统；26、气相阻力件；27、气水阻力件；28、混合出管；61、产出液普通流型；62、旋流装置；63、环状流型。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

根据图1至5，其中图3为油田产出液在垂直圆形管道内不同流型通过旋转装置后转化为气液或油水的环状流的流型示意图；图3-1为管道截面显示的分层流，图3-2为管道截面显示的环状流。

高含水低产气油井产液三相计量装置，包括自下而上依次连接的一级旋流装置2、气核取样管3、二级旋流装置13、疏水器18、旋流式油水分离器19、阻水滤网式除油器20、滤水孔板21、分离油缓冲罐22，所述气核取样管3中设置气液旋流分离器4。

所述气液旋流分离器下端连接油水排出管6，上端连接气相排出管，所述气相排出管7再连接在混合出管28底端；所述疏水器下端口为油核取样口14，所述疏水器侧边开口并通过第二分离水出管17连接混合出管中部；分离油缓冲罐22顶部通过油相出口24连接混合出管。

所述混合出管上设置气相阻力件26、气水阻力件27，所述气相阻力件高于气相排出管和混合出管的连接口，低于第二分离水出管17和混合出管的连接口，所述气水阻力件高于第二分离水出管17和混合出管的连接口，低于油相出口和混合出管的连接口。

所述气核取样管和二级旋流装置之间为油水温压测量段10，油水温压测量段设置温度传感器和压力传感器；所述气相排出管上设置气相流量计9、气相温度计、气相压力计，其中气相温度计、气相压力计所处的气相排出管上的位置为气相温压测量段8；所述第二分离水出管17上设置水相流量计15；所述油相出口24上设置油相流量计23。

所述温度传感器、压力传感器、气相流量计、气相温度计、气相压力计、水相流量计、油相流量计均与数据采集及计量系统25连接。

所述气液旋流分离器和二级旋流装置之间设置油水混合阻力件11。

所述气液旋流分离器用支撑板一5支撑，所述疏水器用支撑板二16支撑。

数据采集及计量系统：成熟技术，原理及加工可借鉴，数据采集电路可借鉴胜利油田东胜公司，型号：XDY，也可以借鉴，文章：SXL—1型油气水三相流量计量仪的研究，杂志，管道技术与设备，1996；

气液旋流分离器：成熟技术，原理及加工可借鉴，具体结构可借鉴CN200820026737.0，制造商，梅科阀业，型号QF；

旋流式油水分离器：成熟技术，原理及加工可借鉴，具体结构可借鉴CN201210110617.X，鑫海水力旋流器，型号XCIIF150；

阻水滤网式除油器：成熟技术，原理及加工可借鉴，制造商为瑞玛科宝，型号R150914。

高含水低产气的油井产出液的油气水三相分离及计量系统，其核心是采用多级管内旋流装置将高含水的油气水三相产出液整流成标准的气核和油水混合液环的流型，然后利用管道内的紧凑型气液水力旋流分离器将产出液的气相和油水液相进行分离，分离出的气体由专门管道引出，并采用差压或者热式质量流量计等进行气体准确体积或质量计量。从气相分离出的油水混合液体通过分离器底端的出口引回到主管道内阻力件后、接着采用优化设计的二级旋流装置将存在密度差的油水混合物进行管道内的强力旋转，将密度差0.1-0.2之间的油水进行旋流分隔，形成内环为油核而外环为水环的标准环状流量，利用等动能取样管的原理对其中的油核进行取样，其中取出的油核中不可避免会含有少部分水，这时携带部分水相的油流通过管内小型的分离系统，利用旋流原理、重力分离原理配合和阻水滤网式除油器及滤孔将少量水分离出来，并通过疏水器将分离出的水分出与主管中的水混合并通过第一分离水出管流出，其中装有单相的压差或电磁流量计进行在线水相计量。而上部分离出的原油通过油相出口流出，其中装有单相的压差流量计，可以计量单相原油的体积流量。单相计量后的气体、水和油安装从下到上的流程依次通过阻力件进行混合，保证各相分离后的流体混合并不影响原先主管内的等动能原理。

实施例1：

油井产出液通过竖直安装的产液入口段1流入本发明的油井油气水三相自动计量系统中去，产液流过一级旋流装置2后，来流被整流成气核和油水混合物的外环贴壁流体，其中的气核被安置在管道中心按等动能原理取样的气核取样管3取出，其中还包括少量的油水流体，此时全部气核和部分液体通过气核取样管3和气液旋流分离器4的夹壁空间切向入口，然后高速旋转进入气液旋流分离器4中依靠旋转产生的离心力和重力实现气液的有效分离。气液旋流分离器4通过支撑板一5进行支撑，分离出的油水通过油水排出管6重新流入到主管道流体中去，分离出的气相通过气液旋流分离器4顶部的出口，穿出主管道通过气相排出管7并通过专门的气相体积流量计9和气相温压测量段8对分离出的气体的温度、压力和体积流量进行准确计量并进行物性运算而得到质量流量和累计流量等。除去气体后的油水混合物流过气液旋流分离器4后继续沿着主管道流动，并流过安装在主管道内的气相温压测量段8，采集主管内的油水混合物的温度和压力数据，为后续的物性计算提供实时数据。接着通过阻力件11后，与气液旋流器分离出来的油水混合物混合后通过第一分离水出管12流出，流出的流体经过缓冲段后，通过优化设计的二级旋流装置13，将存在密度差的油水混合物进行管道内的强力旋转，将密度差0.1-0.2之间的油水进行旋流分隔，形成内环为油核而外环为水环的标准环状流量，利用等动能取样管的原理对其中的油核在油核取样口14进行取样，带水的油核通过旋流式油水分离器19将其中的少量水进行旋流分离，其中主要利用旋流原理、重力分离原理配合和阻水滤网式除油器20及滤水孔板21将少量水分离出来，并通过疏水器18将分离出的水分出与主管中的水混合并通过第二分离水出管17流出，其中装有单相的压差或电磁流量计进行在线水相流量计15计量。上部分离出的原油通过上部的分离油缓冲罐22和油相出口24流出，其中装有单相的压差式的油相流量计23计量。通过具有数据线将采集到气相流量、气相温度和压力，主管的温度和压力，水的流量和油的流量电信号传输到数据采集及计量系统25进行运算、显示和存储。单相计量后的气体、水和油安装从下到上的流程依次通过气相阻力件26和气水阻力件27后进行混合，阻力件的作用是与主管形成配套的压力系统，保证各相分离后的流体混合并不影响原先主管内的等动能原理，从而完成油井产液的三相自动计量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (3)

1.高含水低产气油井产液三相计量装置，其特征在于，包括自下而上依次连接的一级旋流装置、气核取样管、二级旋流装置、疏水器、旋流式油水分离器、阻水滤网式除油器、滤水孔板、分离油缓冲罐，所述气核取样管中设置气液旋流分离器；

所述气液旋流分离器下端连接油水排出管，上端连接气相排出管，所述气相排出管再连接在混合出管底端；所述疏水器下端口为油核取样口，所述疏水器侧边开口并通过第二分离水出管连接混合出管中部；分离油缓冲罐顶部通过油相出口连接混合出管；在混合出管上设置气相阻力件、气水阻力件，所述气相阻力件高于气相排出管和混合出管的连接口，低于第二分离水出管和混合出管的连接口，所述气水阻力件高于第二分离水出管和混合出管的连接口，低于油相出口和混合出管的连接口；在气核取样管和二级旋流装置之间为油水温压测量段，油水温压测量段设置温度传感器和压力传感器；所述气相排出管上设置气相流量计、气相温度计、气相压力计；所述第二分离水出管上设置水相流量计；所述油相出口上设置油相流量计；在气液旋流分离器和二级旋流装置之间设置油水混合阻力件；气液旋流分离器用支撑板一支撑，所述疏水器用支撑板二支撑。

2.根据权利要求1所述的高含水低产气油井产液三相计量装置，其特征在于，所述温度传感器、压力传感器、气相流量计、气相温度计、气相压力计、水相流量计、油相流量计均与数据采集及计量系统连接。

3.使用权利要求1所述高含水低产气油井产液三相计量装置的计量方法，其特征在于，油井产出液通过竖直安装的产液入口段流入，产液流过一级旋流装置后，来流被整流成气核和油水混合物的外环贴壁流体，其中气核被安置在主管道中心由按等动能原理取样的气核取样管取出，此时全部气核和油水混合物通过气核取样管和气液旋流分离器的夹壁空间切向气液旋流分离器入口，然后高速旋转进入气液旋流分离器中依靠旋转产生的离心力和重力实现气液的有效分离；分离出的油水通过油水排出管重新流入主管道中，分离出的气相通过气相排出管流入混合出管；气相排出管上设置的气相流量计、气相温度计、气相压力计对分离出的气体的温度、压力和体积流量进行准确计量并进行物性运算；

除去气体后的油水混合物流过气液旋流分离器后继续沿着主管道流动，此时温度传感器和压力传感器，采集主管内的油水混合物的温度和压力数据，为后续的物性计算提供实时数据；

然后油水混合物与气液旋流器分离出来的油水混合物混合后通过第一分离水出管流出，流出的流体经过缓冲段后流入二级旋流装置，将存在密度差的油水混合物进行管道内的强力旋转，将密度差0.1-0.2之间的油水进行旋流分隔，形成内环为油核而外环为水环的标准环状流量，利用等动能取样管的原理对其中的油核在油核取样口进行取样，带水的油核通过旋流式油水分离器将其中的少量水进行旋流分离，其中主要利用旋流原理、重力分离原理配合阻水滤网式除油器及滤水孔板将少量水分离出来，并通过疏水器将分离出的水分出与主管道中的水混合并通过第二分离水出管流出到混合出管，第二分离水出管上设置的水相流量计进行在线水相流量计量；

上部分离出的原油通过上部的分离油缓冲罐和油相出口流出到混合出管，油相出口上设置的油相流量计进行在线油相流量计量。

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