CN108254034B - 一种油气水分相流量在线计量装置及其计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型油气水分相流量在线计量装置，包括Y型过滤器、整流器、检测管、温压一体化传感器、节流机构、过渡管、高精度差压计、含水分析仪，该新型油气水分相流量在线计量装置，不采用分离计量，结构简单，占地面积小，安装方便，不使用伽马射线法算含气率，减小射线给环境带来的危害，该装置的寿命长，成本较低，将差压装置与含水仪以单独的模块集成在一个装置上，安装较为便捷，该新型油气水分相流量在线计量方法采用以传统的差压法来建立数学模型，理论性较强，技术成熟度较高，通过大量实验优化模型，计算油气水三相含率和分相流量精确度较高。

Description

一种油气水分相流量在线计量装置及其计量方法

技术领域

本发明属于多相流流量计量领域，尤其涉及一种新型油气水分相流量在线计量装置及计量方法。

背景技术

在原油开采过程中，为掌握油田的动态变化，需要对油井产出液中各组分的流量进行连续的计量，提供实时计量数据。

目前，原油计量方法主要分为人工计量和在线计量。人工法操作简单，但存在取样代表性差、连续性差且耗时等缺点，不能满足油田生产自动化管理的需要。在线测量方法能改善油田生产自动化水平，实现实时监测功能，但目前的产品大多存在适用性差，精度低等问题。

油田中使用较多的是传统的分离式多相流量计量装置，主要应用在计量间和计量站，分离过程需要较长的时间，无法提供流量的实时数据，且整体装置尺寸较大，需要足够的安装空间。从成本和装置结构来说都不适合单井计量。

在线不分离装置实现单井实时准确计量是目前的主流发展趋势，国内外对此也做了很多的研究，研发了很多种流量计量产品。利用传统差压式流量计实现气液两相流的测量一直是该领域的一个重要研究内容和目标。也是目前大部分计量产品采用的主流方式。Murdock、James、Chisholm、Smith、Lin、Steven和 Steven and Hall等对差压式流量计气液两相流的测量模型进行了理论和实验研究，获得了一系列的半经验测量模型，对于混合流量的计量有了很大提高，但模型往往依赖于气液两相流的另一个重要参数质量含气率，也就是分相计量中最重要的一部分，目前大部分厂商含气率的计量大多依赖于射线的方法，在油田应用现场，这种射线禁止使用，且这类产品造价高昂。

因此，研究一种新型的具有结构简单、计量精准、应用范围广，价格低等特点的油气水分相流量在线计量装置及其计量方法是一件十分必要且有意义的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型油气水分相流量在线计量装置及计量方法，该新型油气水分相流量在线计量装置及计量方法具有结构简单、计量精准、应用范围广的特点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种新型油气水分相流量在线计量装置，包括Y型过滤器、整流器、检测管、温压一体化传感器、节流机构、过渡管、高精度差压计、含水分析仪，所述的整流器位于Y型过滤器右侧，所述的整流器与Y型过滤器通过螺栓相连，所述的检测管位于整流器右侧，所述的检测管与整流器通过螺栓相连，所述的温压一体化传感器位于检测管上端左侧，所述的温压一体化传感器与检测管螺纹相连，所述的节流机构位于检测管右侧，所述的节流机构与检测管通过螺栓相连，所述的过渡管位于节流机构右侧，所述的过渡管与节流机构通过螺栓相连，所述的高精度差压计位于检测管右侧上端且位于过渡管上端，所述的高精度差压计分别与检测管和过渡管螺纹相连，所述的含水分析仪位于过渡管右侧，所述的含水分析仪与过渡管通过螺栓相连。

本发明进一步的改进如下：

进一步的，所述的节流机构还包括法兰、套管、喷嘴，所述的法兰数量为2 件，沿水平面平行布置，所述的套管位于两件平行布置的法兰之间，所述的套管与法兰焊接相连，所述的喷嘴位于套管内侧，所述的喷嘴与套管焊接相连。

进一步的，所述的检测管还设有第一引流管，所述的第一引流管插入检测管内，所述的第一引流管与检测管焊接相连，所述第一引流管的轴线与检测管的轴线之间形成45°夹角。

进一步的，所述的过渡管还设有第二引流管，所述的第二引流管插入过渡管内，所述第二引流管的轴线与过渡管的轴线之间形成45°夹角。

一种新型油气水分相流量在线计量方法，该方法包括以下步骤：

1)采集高精度差压计的瞬时差压值△Pt；

2)设差压的瞬时值与差压的时均值之差为差压的脉动振幅，引入变量脉动振幅的均方差δP，表示为：

3)定义无量纲参数R＝δP/△Pt；

4)采集含水分析仪测量的含水率HS；

5)计算混合液体的密度为：ρl＝ρw*HS+ρo*(1-HS)；

6)由于R的值受流体密度的影响，因此引入修正项Z，表示为：

Z＝R(1000ρg/ρl)m

其中：m的值通过实验数据拟合获得；

7)采用多项式对气相体积含率μ测量模型进行逼近：

μ＝a*Z1+b*Z2+c*Z3+d*Z4+e*Z5+f*Z6+g*Z7

通过实验数据进行回归确定a、b、c、d、e、f、g系数，对于不同的喷嘴内径都要在出厂前进行修正和标定；

8)利用多相流分相模型进行总流量的计算：

其中：

9)油水两相分相流量为：

Ql＝Qa*(1-μ)

Qo＝Qa*(1-μ)*HS

Qw＝Ql-Q0

10)对于气体流量，需要考虑在工况压力下气体的压缩比，并将其换算成大气压下的体积：

Qg＝k*Qa*μ

k值代表气体在工况下的体积压缩比，根据工况下温度和压力进行计算。

与现有技术相比，该新型油气水分相流量在线计量装置，不采用分离计量，结构简单，占地面积小，安装方便。不使用伽马射线法算含气率，减小射线给环境带来的危害。该装置的寿命长，成本较低。将差压装置与含水仪以单独的模块集成在一个装置上，安装较为便捷，该新型油气水分相流量在线计量方法采用以传统的差压法来建立数学模型，理论性较强，技术成熟度较高，通过大量实验优化模型，计算油气水三相含率和分相流量精确度较高。

附图说明

图1示出本发明新型油气水分相流量在线计量装置结构示意图

图2示出本发明节流机构结构示意图

图中：Y型过滤器1、整流器2、检测管3、温压一体化传感器4、节流机构5、过渡管6、高精度差压计7、含水分析仪8、第一引流管401、法兰501、套管502、喷嘴503、第二引流管601。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种新型油气水分相流量在线计量装置，包括Y型过滤器1、整流器2、检测管3、温压一体化传感器4、节流机构5、过渡管6、高精度差压计7、含水分析仪8，所述的整流器2位于Y型过滤器1右侧，所述的整流器2与Y型过滤器1通过螺栓相连，所述的检测管3位于整流器2右侧，所述的检测管3与整流器2通过螺栓相连，所述的温压一体化传感器4位于检测管3上端左侧，所述的温压一体化传感器4与检测管3螺纹相连，所述的节流机构5位于检测管3右侧，所述的节流机构5与检测管3通过螺栓相连，所述的过渡管6位于节流机构5右侧，所述的过渡管6与节流机构5通过螺栓相连，所述的高精度差压计7位于检测管3右侧上端且位于过渡管6上端，所述的高精度差压计7分别与检测管3和过渡管6螺纹相连，所述的含水分析仪8 位于过渡管6右侧，所述的含水分析仪8与过渡管6通过螺栓相连，所述的节流机构5还包括法兰501、套管502、喷嘴503，所述的法兰501数量为2件，沿水平面平行布置，所述的套管502位于两件平行布置的法兰501之间，所述的套管502与法兰501焊接相连，所述的喷嘴503位于套管502内侧，所述的喷嘴503与套管502焊接相连，所述的检测管3还设有第一引流管301，所述的第一引流管301插入检测管3内，所述的第一引流管301与检测管3焊接相连，所述第一引流管301的轴线与检测管3的轴线之间形成45°夹角，所述的过渡管6还设有第二引流管601，所述的第二引流管601插入过渡管6内，所述第二引流管601的轴线与过渡管6的轴线之间形成45°夹角。

一种新型油气水分相流量在线计量方法，该方法包括以下步骤：

1)采集高精度差压计的瞬时差压值△Pt；

2)设差压的瞬时值与差压的时均值之差为差压的脉动振幅，引入变量脉动振幅的均方差δP，表示为：

3)定义无量纲参数R＝δP/△Pt；

4)采集含水分析仪测量的含水率HS；

5)计算混合液体的密度为：ρl＝ρw*HS+ρo*(1-HS)；

6)由于R的值受流体密度的影响，因此引入修正项Z，表示为：

Z＝R(1000ρg/ρl)m

其中：m的值通过实验数据拟合获得；

7)采用多项式对气相体积含率μ测量模型进行逼近：

μ＝a*Z1+b*Z2+c*Z3+d*Z4+e*Z5+f*Z6+g*Z7

通过实验数据进行回归确定a、b、c、d、e、f、g系数，对于不同的喷嘴内径都要在出厂前进行修正和标定；

8)利用多相流分相模型进行总流量的计算：

其中：

9)油水两相分相流量为：

Ql＝Qa*(1-μ)

Qo＝Qa*(1-μ)*HS

Qw＝Ql-Q0

10)对于气体流量，需要考虑在工况压力下气体的压缩比，并将其换算成大气压下的体积：

Qg＝k*Qa*μ

k值代表气体在工况下的体积压缩比，根据工况下温度和压力进行计算。

该新型油气水分相流量在线计量装置，Y型过滤器用于过滤混合流体中的砂及杂质，温压一体化传感器测量混合流体的温度和压力，整流器使气液两相进行了简单混合，减少出现段塞流，节流机构采用法兰对夹式连接，便于更换喷嘴，高精度差压计测量流体通过节流件产生的压差，含水分析仪是属于单独的模块，实现单独含水的功能，安装和拆卸不影响装置的其他功能，由于不采用分离计量，使得该装置结构简单，占地面积小，安装方便。不使用伽马射线法算含气率，减小射线给环境带来的危害。该装置的寿命长，成本较低。将差压装置与含水仪以单独的模块集成在一个装置上，安装较为便捷，该新型油气水分相流量在线计量方法采用以传统的差压法来建立数学模型，理论性较强，技术成熟度较高，通过大量实验优化模型，计算油气水三相含率和分相流量精确度较高。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种油气水分相流量在线计量装置，其特征在于包括Y型过滤器、整流器、检测管、温压一体化传感器、节流机构、过渡管、高精度差压计、含水分析仪，所述的整流器位于Y型过滤器右侧，所述的整流器与Y型过滤器通过螺栓相连，所述的检测管位于整流器右侧，所述的检测管与整流器通过螺栓相连，所述的温压一体化传感器位于检测管上端左侧，所述的温压一体化传感器与检测管螺纹相连，所述的节流机构位于检测管右侧，所述的节流机构与检测管通过螺栓相连，所述的过渡管位于节流机构右侧，所述的过渡管与节流机构通过螺栓相连，所述的高精度差压计位于检测管右侧上端且位于过渡管上端，所述的高精度差压计分别与检测管和过渡管螺纹相连，所述的含水分析仪位于过渡管右侧，所述的含水分析仪与过渡管通过螺栓相连。

2.如权利要求1所述的油气水分相流量在线计量装置，其特征在于所述的节流机构还包括法兰、套管、喷嘴，所述的法兰数量为2件，沿水平面平行布置，所述的套管位于两件平行布置的法兰之间，所述的套管与法兰焊接相连，所述的喷嘴位于套管内侧，所述的喷嘴与套管焊接相连。

3.如权利要求1所述的油气水分相流量在线计量装置，其特征在于所述的检测管还设有第一引流管，所述的第一引流管插入检测管内，所述的第一引流管与检测管焊接相连，所述第一引流管的轴线与检测管的轴线之间形成45°夹角。

4.如权利要求1所述的油气水分相流量在线计量装置，其特征在于所述的过渡管还设有第二引流管，所述的第二引流管插入过渡管内，所述第二引流管的轴线与过渡管的轴线之间形成45°夹角。

5.一种油气水分相流量在线计量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)采集高精度差压计的瞬时差压值△P_t；

2)设差压的瞬时值与差压的时均值之差为差压的脉动振幅，引入变量脉动振幅的均方差δP，表示为：

3)定义无量纲参数R＝δP/△Pt；

4)采集含水分析仪测量的含水率HS；

5)计算混合液体的密度为：ρ_l＝ρ_w*HS+ρ_o*(1-HS)；

6)由于R的值受流体密度的影响，因此引入修正项Z，表示为：

Z＝R(1000ρ_g/ρ_l)^m

其中：m的值通过实验数据拟合获得；

7)采用多项式对气相体积含率μ测量模型进行逼近：

μ＝a*Z1+b*Z2+c*Z3+d*Z4+e*Z5+f*Z6+g*Z7

通过实验数据进行回归确定a,b,c,d,e,f,g系数，对于不同的喷嘴内径都要在出厂前进行修正和标定；

8)利用多相流分相模型进行总流量的计算：

其中：

9)油水两相分相流量为：

Q_l＝Q_a*(1-μ)

Q_o＝Q_a*(1-μ)*HS

Q_w＝Q_l-Q₀

10)对于气体流量，需要考虑在工况压力下气体的压缩比，并将其换算成大气压下的体积：

Qg＝k*Q_a*μ

k值代表气体在工况下的体积压缩比，根据工况下温度和压力进行计算。

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