CN108590626B - 一种油气水三相微量自动计量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种油气水三相微量自动计量装置，包括进液管、敞口针筒、烧杯、同心组合烧杯、称重支架、天平系统和电脑，同心组合烧杯放置在电子天平III上，同心组合烧杯由底部公用同圆心一大一小两烧杯组合而成，小烧杯高度低于大烧杯，敞口针筒一端敞口，其内设有活塞，敞口针筒上端连接在电子天平II，其下端悬空在小烧杯内，称重支架上端连接在电子天平I，称重支架下端设置有一托盘，托盘悬空挂在小烧杯下部，烧杯放置在托盘上，且敞口针筒位于烧杯的正上方，进液管的出口端设置在敞口针筒与烧杯中间，各电子天平和电脑连接进行自动读数。本装置结构简单，流体直接称重不受管径和流速影响，计量精度高，同时实现了计算机自动监测及计算，自动化程度高。

Description

一种油气水三相微量自动计量装置及方法
技术领域
本发明属于计量技术领域，具体涉及石油行业室内岩心驱替实验的一种油气水三相流体的分离计量装置和方法。
背景技术
石油与天然气开发过程中，室内岩心驱替实验是最基础的工作之一。岩心驱替实验能反应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、水三相混合物。为了研究多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单相流体体积微小的情况，为混合流体自动以及精确计量提出了更高的要求。
目前针对油水或气液两相计量的装置较多，而能同时进行油气水三相计量的装置较少。目前油气水三相实时计量装置通常需要在一个管径较大的计量管内使三相先进行分离，气相从计量管上部流出接入气体流量计进行计量，而油水分离后在密封的计量管内直接读出油水各自体积，或者采用连通器原理使油水混合物液面高度保持一定，利用照相、光电感应、电极感应、微压差测量等方法探测油水界面位置，然后对油水两相体积进行计算或者把油水分别转移后测量。油气水分离速度受管径和管壁影响较大，为了使得三相流体能够快速分离，该类装置用于分离的计量管径一般较大，且常常出现油水界面不够清晰的情况，使得油水计量精度不高。气体从分离端到气体流量计一般存在较大空间，使得微量气体很难被精确计量。另外，此类装置的计量精度往往受混合待测流体流量影响较大，各种传感器和油水转移的设计虽然提高了装置自动化程度，但由于未改变基本原理，装置和计算的复杂化会增加实验误差，同时会降低计量的同步性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单，操作方便，计量精度高，同步性好，自动化程度高的油气水三相微量计量装置及方法，解决目前技术自动化程度和计量精度不够的弊端。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下方式来实现：
一种油气水三相微量自动计量装置，包括进液管、敞口针筒、烧杯、同心组合烧杯、称重支架、天平系统和电脑，天平系统包括电子天平I、电子天平II和电子天平III，所述同心组合烧杯放置在电子天平III上，同心组合烧杯由底部公用同圆心一大一小两烧杯组合而成，且内部小烧杯高度低于大烧杯，小烧杯将容器分隔为中心空间和环形空间，所述敞口针筒一端敞口，其内设置有能使敞口针筒内吸满液体的活塞，敞口针筒上端连接在电子天平II，其下端悬空倒扣在同心组合烧杯的小烧杯内，所述称重支架上端连接在电子天平I，称重支架下端设置有一托盘，托盘悬空挂在同心组合烧杯的小烧杯下部，烧杯放置在托盘上，且敞口针筒位于烧杯的正上方，所述进液管的出口端设置在敞口针筒与烧杯中间，电子天平I、电子天平II与电子天平III和电脑连接进行自动读数。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本装置结构简单，流体的计量由直接称重而非测量体积确定，因此不受分离管径和流速影响，其计量精度高，同时计量装置直接和电脑相连，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是本发明计量装置的结构示意图。
图中各个标记分别为：1、进液管，2、敞口针筒，3、烧杯，4、同心组合烧杯，5、称重支架，6、电子天平I，7、电子天平II，8、电子天平III，9、电脑。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，一种油气水三相微量自动计量装置，包括进液管1、敞口针筒2、烧杯3、同心组合烧杯4、称重支架5、天平系统和电脑9，天平系统包括电子天平I 6、电子天平II 7和电子天平III 8，所述同心组合烧杯放置在电子天平III上，同心组合烧杯由底部公用同圆心一大一小两烧杯组合而成，且内部小烧杯高度低于大烧杯，小烧杯将容器分隔为中心空间和环形空间。
所述敞口针筒一端敞口，其内设置有能使敞口针筒内吸满液体的活塞，敞口针筒上端连接在电子天平II进行称重，其下端悬空倒扣在同心组合烧杯的小烧杯内，所述称重支架上端连接在电子天平I，称重支架下端设置有一托盘，托盘悬空挂在同心组合烧杯的小烧杯下部，烧杯放置在托盘上，且敞口针筒位于烧杯的正上方，所述进液管的出口端设置在敞口针筒与烧杯中间，且进液管不与装置内的固体物质接触，电子天平I、电子天平II与电子天平III和电脑连接进行自动读数。
本发明所述的油气水三相微量自动计量装置的计量过程具体包括如下步骤：
1)实验准备，首先将同心组合烧杯中心空间(小烧杯内)装满油相，敞口针筒内也通过活塞进行吸满油；其次将烧杯整体浸没在油相内并设置在天平I下方的托盘内悬浮在油相中；最后被测流体进入装置后油相会溢出，保持此中心空间内液面高度恒定，同时将电子天平I、电子天平II和电子天平III读数调零。
2)待测流体通过进液管进入装置后，通过电脑实时记录各个电子天平的重量，同时自动计算出实时累计油气水体积量。
流体置换称重法油水微量自动计量装置的原理如下：由于同心组合烧杯的中心空间油相液面高度恒定，烧杯与敞口针筒所受油相浮力不变。混合流体进入系统后由于空间很大，油气水三相快速分离，气相由于密度小向上运动聚集在敞口针筒上端，水相密度较大沉淀在烧杯底部，两者同时替换了原来油相，致使上端两个电子天平重量发生变化。同时，流入系统的混合流体都会转化为相等体积的油相溢出到环形空间内，致使最下端电子天平重量发生变化。根据上下三个天平重量与已知的油气水密度，就可以计算实时进入系统的油气水三相分别的体积。
本发明的油气水三相微量自动计量装置具体方法是：
假设待测流体t时刻进入装置的油气水三相的累计体积分别为Vo、Vg、Vw，此时电子天平I、电子天平II与电子天平III读数分别为G1、G2和G3，
混合流体进入系统后，水相与油相分离后由于密度较大沉淀在烧杯底部，置换了底部原有的油相，致使上端电子天平I重量发生变化，此时有
G1＝(ρw-ρo)Vw (1)
上式中ρo、ρw分别为油、水密度，为已知参数。
由公式(1)可以计算进入系统的水相体积为
Figure BDA0001643419820000031
同时，气相分离后由于密度较小上浮集聚在敞口针筒上部，置换了上部原有的油相，致使上端电子天平II重量发生变化，此时有
G2＝(ρo-ρg)Vg (3)
上式中ρg气相密度，ρg≈0。
由公式(3)可以计算进入系统的气相体积为
Figure BDA0001643419820000041
同时，进入系统的流体总体积都转化为油相体积被溢出到同心组合烧杯的环形空间内，电子天平III的重量增加，此时有
G3＝(Vo+Vg+Vw)ρo (5)
公式(2)、(4)带入上式，可以计算在t时刻进入系统中油相体积为
Figure BDA0001643419820000042
因此，本发明提供的流体置换称重法油气水三相微量自动计量装置及方法，可根据三个电子天平的实时重量，计算出进入系统的三相分别的实时累计体积。
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 (2)

1.一种油气水三相微量自动计量装置，其特征在于：包括进液管、敞口针筒、烧杯、同心组合烧杯、称重支架、天平系统和电脑，天平系统包括电子天平I、电子天平II和电子天平III，所述同心组合烧杯放置在电子天平III上，同心组合烧杯由底部公用同圆心一大一小两烧杯组合而成，且内部小烧杯高度低于大烧杯，小烧杯将容器分隔为中心空间和环形空间，所述敞口针筒一端敞口，其内设置有能使敞口针筒内吸满液体的活塞，敞口针筒上端连接在电子天平II，其下端悬空倒扣在同心组合烧杯的小烧杯内，所述称重支架上端连接在电子天平I，称重支架下端设置有一托盘，托盘悬空挂在同心组合烧杯的小烧杯下部，烧杯放置在托盘上，且敞口针筒位于烧杯的正上方，所述进液管的出口端设置在敞口针筒与烧杯中间，电子天平I、电子天平II与电子天平III和电脑连接进行自动读数。
2.一种如权利要求1所述装置的油气水三相微量自动计量方法，其特征在于：
待测流体t时刻进入装置的油气水三相的累计体积分别为Vo、Vg、Vw，电子天平I、电子天平II与电子天平III读数分别为G1、G2和G3，
待测流体进入系统后，水相与油相分离后由于密度较大沉淀在烧杯底部，置换了底部原有的油相，致使上端电子天平I重量发生变化，此时有
G1＝(ρw-ρo)Vw (1)
上式中ρo、ρw分别为油、水密度，为已知参数；
由公式(1)可以计算进入系统的水相体积为
Figure FDA0003016915860000011
同时，气相分离后由于密度较小上浮集聚在敞口针筒上部，置换了上部原有的油相，致使上端电子天平II重量发生变化，此时有
G2＝(ρo-ρg)Vg (3)
上式中ρg气相密度，ρg≈0；
由公式(3)可以计算进入系统的气相体积为
Figure FDA0003016915860000012
同时，进入系统的流体总体积都转化为油相体积被溢出到同心组合烧杯的环形空间内，电子天平III的重量增加，此时有
G3＝(Vo+Vg+Vw)ρo (5)
公式(2)、(4)带入上式，可以计算在t时刻进入系统中油相体积为
Figure FDA0003016915860000013
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