CN108225462B - 正反向排驱法两相流体微量计量装置及方法 - Google Patents

Abstract

正反向排驱法两相流体微量计量装置，包括待测混合流体入口端、微管路、平流泵、电子天平I和电子天平II，电子天平I上设置有储存混合流体的锥形烧瓶I，电子天平II上设置有储存水的锥形烧瓶II，电子天平之间由电脑控制连接，微管路一端通过三通阀分别与待测混合流体入口端和烧瓶I相通，其另一端分成两个管道，一管道出口通过两通阀与烧瓶II相通，且管道伸入烧瓶II内部瓶底处，另一管道连接有平流泵的出口，平流泵的入口连接在两通阀与烧瓶II间的管路上。本装置适用范围广，能有效避免常规方法中被测流体速度及两相分离速度对计量的影响，同时应用于发生乳化等不可分离现象发生时的两相计量，实现了计算机自动监测及计算，自动化程度高。

Description

正反向排驱法两相流体微量计量装置及方法

技术领域

本发明属于计量技术领域，具体涉及到一种适用于对岩心驱替实验过程中产生的互不相溶、且存在一定密度差的两相流体(如气液，或油水)进行微量计量的装置及方法。

背景技术

油气工业中常常进行室内岩心驱替模拟实验，以研究油气在储层中的流动规律，为准确掌握油气井生产动态、制定开发方案及挖潜措施等提供科学依据。在此类驱替实验中，产出流体常常为油、气、水其中的两相混合流体。为了研究两相流体在岩心中的渗流规律，需要在出口端实时计量每一相流体的产出情况。实验中常常出现其中的一相体积微小，或者两者形成乳状液，分离困难等现象，为两相流体精确计量提出了更高的要求。目前的油水或气液计量装置都需要将两相流体先进行分离，然后分别计量。该类装置受混合液流动速度和分离速度的影响较大，导致计量精度低，对于分离困难的两相微体积流体(如乳化液)，目前还没有有效的手段对其进行分别计量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种正反向排驱法两相流体微量计量装置及方法，适用于气液或油水计量，由于不需要对混相流体进行分离，解决了乳化液的计量困难的问题，且该装置不受流速影响，实现了两相流体的高精度计量。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下方式来实现：

一种正反向排驱法两相流体微量计量装置，包括待测混合流体入口端、微管路、平流泵、电子天平I和电子天平II，所述电子天平I上设置有储存混合流体的锥形烧瓶I，电子天平II上设置有储存水的锥形烧瓶II，且电子天平I与天子天平II之间由电脑控制连接，所述微管路一端通过三通阀分别与待测混合流体入口端和烧瓶I相通，其另一端分成两个管道出口，一管道出口通过两通阀与烧瓶II相通，且管道伸入烧瓶II内部瓶底处，另一管道出口连接有平流泵的出口，平流泵的入口连接在两通阀与烧瓶II间的管路上。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本装置既可用于具有密度差的液-液混合流体实时计量，也可用于气-液混合流体实时计量，适用范围广；能够有效避免常规方法混合液流速以及两相分离速度对计量的影响，同时应用于发生乳化等不可分离现象发生时的两相计量。本发明适应范围更广，实现了计算机自动监测及计算，自动化程度高。

附图说明

图1为本发明计量装置的结构示意图。

图中各个标记分别为：1、待测混合流体入口端；2、三通阀；3、微管路；4、两通阀；5、平流泵；6、烧瓶I，7、烧瓶II，8、电子天平I，9、电子天平II，10、电脑。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，一种正反向排驱法两相流体微量计量装置，包括待测混合流体入口端1、微管路3、平流泵5、电子天平I 8和电子天平II 9，所述电子天平I上设置有储存混合流体的锥形烧瓶I 6，电子天平II上设置有储存水的锥形烧瓶II 7，且电子天平I与天子天平II之间由电脑10控制连接，所述微管路一端通过三通阀2分别与待测混合流体入口端和烧瓶I相通，其另一端分成两个管道，一管道出口通过两通阀4与烧瓶II相通，且管道伸入烧瓶II内部瓶底处，另一管道连接有平流泵的出口，平流泵的入口连接在两通阀与烧瓶II间的管路上。

其中：三通阀为玻璃材质，微管路为内径3～6mm的不锈钢或玻璃材质管线，微管路的管壁光滑，避免混合流体在微管路流动过程中两相流体间相互滑动，且微管路内部体积大于被测混合流体的总体积；电子天平的精度为千分位以上，平流泵的流速为正向驱替时混合流体的平均流速。

一种利用正反向排驱法两相流体微量计量装置的方法，其具体包括如下步骤：

1)前期准备，烧瓶II 7中装满水，关闭两通阀4，将三通阀2旋转至微管路3与烧瓶I6连通状态，启动平流泵5，使整个微管路3中全部充满水；

2)正向排水驱替，待步骤1)完成后，将三通阀旋转至待测混合流体入口端1与微管路连通状态，并打开两通阀，调整电子天平II的读数归0，待测混合流体开始以一定速度排驱微管路中的水至电子天平II中，设定任意时间间隔Δt，记录电子天平II中不同累计时间t_i下的重量G₁(t_i)，i＝0，1,2…m，直至所有待测混合流体均已进入微管路中，停止正向排水驱替。实验过程中累计时间t_i＝i·Δt，电子天平II初始的记录点为G₁(t₀)＝0，最后的记录点为G₁(t_m)；

3)反向排水驱替，待步骤2)完成后，调整电子天平I的读数归0，将两通阀旋至关闭，三通阀旋转至微管路与烧瓶I连通状态，再打开平流泵，以一定速度将烧瓶II中的水再反向驱替进入微管路中，此过程中电子天平II重量(记为G₂)从G₁(t_m)逐步减小。当电子天平II重量返回到G₁(t_i)时，即G₂(j)＝G₁(t_m-j)，j＝0,1,2…m，记录电子天平I中重量G₃(j)，直到电子天平II中重量减少至正向排水驱替前的重量，记录此时电子天平I的重量为G₃(m)，结束实验；

4)计算结果，根据无论是正向排水驱替还是反向排水驱替，进入系统的液体体积等于流出系统的液体体积，因此在正向排水驱替时，待测混合流体在不同时间t_i下的累计体积量V_a+b为：

其中：ρ_w为水的密度。

在反向排水驱时，电子天平I的重量增量为：

ΔG₃(j)＝G₃(j)-G₃(j-1)j＝1,2…m(2)

对公式(2)中重量增量按照j从大到小的顺序进行累加，得到正向排水驱替在t＝t_i时刻，进入系统的待测混合流体重量G_a+b(t_i)：

根据公式(1)和公式(3)，可以得到正向驱阶段t＝t_i时刻，混合流体流进系统的体积和重量，假设此时两相流体体积分别为V_a(t_i)，V_b(t_i)，可以得到以下方程组：

式中ρ_a、ρ_b分别为a、b两相流体密度，为已知参数。

由公式(4)可得t＝t_i时刻流出的两相流体的体积：

特别的，若b相流体为气相，则有ρ_b≈0，在反向排水驱替时气体逸散到空气中，此时电子天平I中计量的重量为a相液体重量，则有G_a+b(t_i)＝G_a(t_i)，上式可简化为

本发明技术原理是：利用正反向排水驱替相结合的方法，根据流体流进与流出系统体积守恒的原理，实现两相混合流体分别计量。其具体为待测混合流体正向驱替通过系统微管路排驱水，由于进入系统的混合流体体积等于流出系统的水体积，通过计量流出水在不同时间下的累计体积，即可得到待测流体流入系统的实时体积；直至所有待测流体进入微管路后，反向排水驱替待测流体从之前的系统入口端流出，测量驱替进入系统的累计水体积，即可得到流出待测混合流体体积，同时测量流出的混合流体累计重量，根据以上正反向排驱过程中测量的参数即可实现对待测流体的实时分别计量。

以上所述仅是本发明的实施方式，再次声明，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进，这些改进也列入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.正反向排驱法两相流体微量计量装置，其特征在于：包括待测混合流体入口端、微管路、平流泵、电子天平I和电子天平II，所述电子天平I上设置有储存混合流体的锥形烧瓶I，电子天平II上设置有储存水的锥形烧瓶II，且电子天平I与天子天平II之间由电脑控制连接，所述微管路一端通过三通阀分别与待测混合流体入口端和烧瓶I相通，其另一端分成两个管道，一管道出口通过两通阀与烧瓶II相通，且管道伸入烧瓶II内部瓶底处，另一管道连接有平流泵的出口，平流泵的进口连接在两通阀与烧瓶II间的管路上，所述微管路为直径3～6mm的不锈钢或玻璃材质管路；所述正反向排驱法两相流体微量计量装置的方法，具体包括如下步骤：

1)前期准备，烧瓶II中装满水，关闭两通阀，将三通阀旋转至微管路与烧瓶I连通状态，启动平流泵，使整个微管路中全部充满水；

2)正向排水驱替，待步骤1)完成后，将三通阀旋转至待测混合流体入口端与微管路连通状态，并打开两通阀，调整电子天平II的读数归0，待测混合流体开始以一定速度排驱微管路中的水至电子天平II中，设定任意时间间隔Δt，记录电子天平II中不同累计时间t_i下的重量G₁(t_i)，i＝0，1,2…m，直至所有需要待测混合流体均已进入微管路中，停止正向排水驱替，实验过程中累计时间t_i＝i·Δt，电子天平II初始记录点为G₁(t₀)＝0，最后记录点为G₁(t_m)；

3)反向排水驱替，待步骤2)完成后，调整电子天平I的读数归0，将两通阀旋至关闭，三通阀旋转至微管路与烧瓶I连通状态，再打开平流泵，以一定速度将烧瓶II中的水再反向驱替进入微管路中，此过程中电子天平II重量从G₁(t_m)逐步减小，当电子天平II重量返回到G₁(t_i)时，即G₂(j)＝G₁(t_m-j)，j＝0,1,2…m，记录电子天平I中重量G₃(j)，直到电子天平II中重量减少至正向排水驱替前的重量，记录此时电子天平I的重量为G₃(m)，结束实验；

4)计算结果，根据无论是正向排水驱替还是反向排水驱替，进入系统的液体体积等于流出系统的液体体积，因此在正向排水驱替时，待测混合流体在不同时间t_i下的累计体积量V_a+b为：

其中：ρ_w为水的密度，

在反向排水驱时，电子天平I的重量增量为：

ΔG₃(j)＝G₃(j)-G₃(j-1) j＝1,2…m (2)

对公式(2)中重量增量按照j从大到小的顺序进行累加，得到正向排水驱替在t＝t_i时刻，进入系统的待测混合流体重量G_a+b(t_i)：

根据公式(1)和公式(3)，可以得到正向驱阶段t＝t_i时刻，混合流体流进系统的体积和重量，假设此时两相流体体积分别为V_a(t_i)，V_b(t_i)，可以得到以下方程组：

式中ρ_a、ρ_b分别为a、b两相流体密度，为已知参数；

由公式(4)可得t＝t_i时刻流出的两相流体的体积：

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