CN108759969B - 气液两相流量计 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气液两相流量计，其包括：流体接入管；分流管，其中段与流体接入管的末端连接，并配置成使被测气液两相流体分离成从向上流动的第一流体和向下流动的第二流体；第一支路，与分流管的上端出口连接，供第一流体通过，并且第一支路上串接有流量调节阀以及第一流量计，其中流量调节阀用于通过自身开度调节第一流体的流量，以适配于被测气液两相流体的不同工况，第一流体流量用于测量第一流体的第一流量计；第二支路，与分流管的下端出口连接，供第二流体通过，并且第二支路上串接用于测量第二流体流量的第二流量计；汇流管使得第一流体和第二流体汇集以向下游管路供出。本计，测量准确，且测量范围宽，运行成本低。

Description

气液两相流量计

技术领域

本发明设计流体流量测量，特别是涉及一种气液两相流量、多相流流量计。

背景技术

多相流体是石油、化工、管道输送等领域中常见的流动工况。目前在石油天然气、页岩气、化工领域中，在线气液两相流量测量发展迅速，各种测量原理和结构层出不穷。

对于气液比较大、混合流量较大而液相较小的气液混合流体，准确地测量气液两相流量非常困难；现有的气液两相流量计一般测量范围较小，测量下限较高，在流量较小的情况下，无法测量。

另外，对于新油气井，初期产量比较高，流量较大；而中后期产量急剧下降，流量变小，导致流量变化范围很大，这些情况会迫使用户更换流量计，以适应不同流量的测量需要，造成生产成本上升。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种适用于各种流体工况的气液两相流量计。

本发明一个进一步的目的是要提高气液两相流量测量范围。

本发明一个进一步的目的是用分流气相流量的方法，降低气液比，解决气液两相流量测量中，特大气液比难以测量的难题。

本发明另一个进一步的目的是要工作可靠、维护方便的气液两相流量计。

特别地，本发明提供了一种气液两相流量计，其包括：

流体接入管，用于接入气液两相流体；

分流管，竖向设置，其中段与流体接入管的末端连接，配置成使被测气液两相流体分离成从向上流动的第一流体和向下流动的第二流体；

第一支路，与分流管的上端出口连接，供第一流体通过，并且第一支路上串接有流量调节阀以及第一流量计，其中流量调节阀用于通过自身开度调节第一流体的流量，以适配于被测气液混合总流量，在不同工况下均能测量，第一流体的第一流量计用于测量第一流体的第一流量；

第二支路，与分流管的下端出口连接，供第二流体通过，并且第二支路上串接用于测量第二流体流量的第二流量计；

汇流管，分别与第一支路和第二支路的末端连接，使得第一流体和第二流体汇集以向下游管路供出。

可选地，流量调节阀配置成：在被测气液两相流体的气液比大于一气液比设定值的工况下，其开度被调节为使得第一流体为纯气或湿气状态，并且第一流量计配置成可测纯气或湿气流量。

可选地，流量调节阀还配置成：在被测气液两相流体的流量大于一流量设定值的工况下，打开或增大自身开度，以利用所述第一支路进行分流，并且第一流量计配置成气液两相流量测量状态。

可选地，第一流量计设置于第一支路靠近于汇流管的管段上。

可选地，第一支路包括：横向管段，设置于分流管的上方，其首端与分流管的上端出口连接；竖向管段，从横向管段的末端向下延伸，并与汇流管相接，并且流量调节阀设置于横向管段上，第一流量计设置于竖向管段上。

可选地，流体接入管的轴向与分流管的轴向的夹角设置为10-90°，并且包括：连接法兰，用于连接流体接入管；扩径管段，与连接法兰相连，并从连接法兰起始管径渐阔；主管段，连接于扩径管段与分流管之间，其外管径与分流管的外管径相适配。

可选地，主管段的末端内部形成有导流部，导流部从主管段的首端至其末端呈逐渐凸出的楔块状，从而使得主管段与分流管的分相相接处收窄，从而使得被测气液两相流体沿分流管的管壁切向进入分流管，以在分流管内形成旋流。

可选地，第二流量计为气液两相流量计，该气液两相流量计可以选用气液两相质量流量计、节流式气液两相流量计、一体型涡街节流式气液两相流量计。其中一体型涡街节流式气液两相流量计包括：节流件，设置于第二支路内部，以收缩第二支路的流路；涡街挡体，设置于节流件的流路内；涡街和温度复合传感器，设置于涡街挡体的下游；正压室导管，与节流件的上游连通；负压室导管，与节流件的下游连通；差压和压力复合传感器，分别与正压室导管以及负压室导管相连；以及流量计算器，分别与涡街和温度复合传感器以及差压和压力复合传感器连接，以根据涡街和温度复合传感器以及差压和压力复合传感器的测量结果计算得出第二流体的气液两相流量。

可选地，涡街挡体形状为以下任一种：圆柱体、三角柱体、橄榄柱体、水滴柱体，并且第二支路在节流件所在位置的管壁上开有挡体快拆口，挡体快拆口处设置有密封螺丝，密封螺丝利用顶柱将涡街挡体设置于节流件的流路内。

本发明的气液两相流量计，利用分流管将被测气液两相流体分离成从向上流动的第一流体和向下流动的第二流体，利用第一支路中的第一流量计和第二支路中的第二流量计来分别测量第一流体和第二流体的流量，以得出被测气液两相流量的总流量，并且通过第一支路上串接的流量调节阀来调节第一流体的流量，从而适配于被测气液混合总流量在不同工况下均能测量。

进一步地，本发明的气液两相流量计，在气液比较大的工况下，使第一支路流经纯气或湿气状态的流体，解决了对高气液比流体测量气液两相流量难的问题；在大流量工况下，流量调节阀调到适当开度，第一流量计和第二流量计同时进行气液两相流量测量，满足了大流量测量的要求；在小流量工况下，可以使流量调节阀关闭，仅用第二流量计进行测量，从而满足了小流量测量。

更进一步地，本发明的气液两相流量计，还改进了被测流体的进入结构，使流体沿分离管的管壁切向进入，减小对管壁的磨损。

更进一步地，本发明的气液两相流量计，可选用第二流量计中的改进一体型涡街节流式气液两相流量计，可以方便地更换涡街挡体，避免了因涡街挡体磨损大，造成的测量误差增大。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的气液两相流量计的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的气液两相流量计中分流管与流体接入管的示意图；

图3是根据本发明另一实施例的气液两相流量计中分流管与流体接入管的示意图；

图4是图3中的流体接入管的剖切线A-A截取的示意性剖视图；

图5是图4中的流体接入管沿剖切线B-B截取的示意性剖视图；

图6是根据本发明一个实施例的气液两相流量计中第二流量计的示意图；以及

图7是根据本发明一个实施例的本实施例的气液两相流量计中第二流量计的剖面示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的气液两相流量计10的示意图。该气液两相流量计10主要设置在开采出段，确定对开采的流体的流量趋势，其具体可以包括：流体接入管200、分流管300、第一支路500、第二支路400、汇流管600。

在上述部件中，流体接入管200，用于接入气液流体。流体接入管200可以包括：连接法兰210、扩径管段220、主管段230。连接法兰210用于连接流体输入管，其与流体输入管相适配。扩径管段220与连接法兰210相连，并从连接法兰210起始管径渐阔。主管段230连接于扩径管段220与分流管300之间，其外管径与分流管300的外管径相适配。

图2是根据本发明一个实施例的气液两相流量计10中分流管300与流体接入管200的示意图，图3是根据本发明另一实施例的气液两相流量计10中分流管300与流体接入管200的示意图，图2与图3所示的方案区别在于流体接入管200相对于分流管300的夹角不同。图4是图3中的流体接入管200的剖切线A-A截取的示意性剖视图，图5是图4中的流体接入管沿剖切线B-B截取的示意性剖视图,。流体接入管200的轴向与分流管300的轴向的夹角θ设置范围可以为10°～90°。具体的夹角可以根据被测气液两相流体的工况进行一次性设计。在一些实施例中，流体接入管200的轴向与分流管300上部的轴向夹角可以设置为锐角，也即流体接入管200斜向下方连接至分流管300，使得被测气液两相流体主要向下方流动。

流体接入管200中主管段230的末端内部形成有导流部240，导流部240配置成使得被测气液两相流体沿分流管300的管壁切向进入分流管300，以在分流管300内形成旋流。

一种可选的结构为，导流部240为从主管段230的首端至其末端呈逐渐凸出的楔块状，从而使得主管段230与分流管300的分相相接处收窄。可替换地，导流部240也可以为与楔块形状相似的导流板。导流部240相对于流体接入管200的轴线的倾斜角度可以设置为α，α的取值范围可以为0～90°，其中优选的取值范围可以为10°～60°，更加优选的范围为25°～45°，尽量使得被测气液两相流体的流向沿分流管300的管壁的切线方向。

导流部240以至少遮挡流体接入管200与分流管300相接界面的一半以上，也即如图4所示，开口H的长度小于主管段230的内管径半径。从而使得被测气液两相流体尽量沿分流管300的管壁切向进入分流管300，沿切向进入分流管300的气液流体旋转，由于被测气液两相流体中可能含砂，高速气相携载砂粒直接垂直冲击管壁会造成分流管300快速磨损，本实施例的气液两相流量计10通过改变被测气液两相流体的流入方向，避免了这一问题。

导流部240使得流体接入管200与分流管300相接界面呈圆缺状、月牙状等，在一些可选实施例中，可以优选设置为圆缺状。

被测气液两相流体在分流管300内形成高速旋流。旋流中心部分为气相，由液和砂形成的环状层贴靠于管壁，砂在最靠近管壁，水在砂和气相之间，由于气和液、砂快速分离，使得液携砂旋转速度大大减慢，形成的旋转液砂层保护了后续进入的高速气相携载砂粒直接冲击管壁。

分流管300，竖向设置，其中段与流体接入管200的末端连接，配置成使被测气液两相流体分离成从向上流动的第一流体和向下流动的第二流体。优选地，分流管300可以呈基本竖直，例如竖直设置，或者相对于竖直方向稍有倾斜，在压力作用下，部分气液流体向上流动形成第一流体，被测气液两相流体中大部分气相成分会作为第一流体，向上流动。大部分气液流体会在压力以及重力的作用下向下流动形成第二流体。

第一支路500，与分流管300的上端出口连接，供第一流体通过，并且第一支路500上串接有流量调节阀540以及第一流量计550，其中流量调节阀540用于通过自身开度调节第一流体的流量，以适配于被测气液两相流体的不同工况，第一流体流量用于测量第一流体的第一流量计550，第一流量计550可以优先设置于第一支路500靠近于汇流管600的管段上。第一流量计550可以采用纯气流量计或湿气流量计。

第一支路500可以包括：横向管段510以及竖向管段520。其中横向管段510设置于分流管300的上方，其首端与分流管300的上端出口连接；竖向管段520从横向管段510的末端向下延伸，并与汇流管600相接，并且流量调节阀540设置于横向管段510上，第一流量计550设置于竖向管段520上。

第二支路400，与分流管300的下端出口连接，供第二流体通过，并且第二支路400上串接用于测量第二流体流量的第二流量计410。第一流量计550和第二流量计410分别测量的流量进行累加可以得到被测流体的总流量。

汇流管600，分别与第一支路500和第二支路400的末端连接，使得第一流体和第二流体汇集以向下游管路供出。

流量调节阀540可以通过调节第一流体的流量使得本实施例的气液两相流量计10适配于被测气液两相流体的不同工况，增大了气液两相流量计10的测量范围。

流量调节阀540在被测气液两相流体的气液比大于一气液比设定值的工况(高气液比工况)下，其开度被调节为使得第一流体为纯气状态或湿气状态，并且第一流量计550配置成可测纯气和湿气流量(也即能够满足纯气测量要求和满足湿气测量要求)。通过将气相分离，降低了第二流体的气液比，使得第二流量计410测量气液两相流量误差大大降低。

流量调节阀540在被测气液两相流体的流量大于一流量设定值的工况(高流量工况，常见于油气开发的初期阶段)下，增大开度，以利用所述第一支路进行分流，减小第二支路400的气相流量，从而降低第二支路400内流体的气液比，并且第二流量计410配置成气液两相流量计。利用第一支路500的分流，降低通过第二支路400的流量，避免大流量测量偏差。

随着开采时间增长，被测气液两相流体的流量逐渐降低，流量调节阀540在被测气液两相流体的流量较低的工况下，可以关闭，仅利用第二流量计410进行测量，从而满足了小流量测量的要求。

本实施例的气液两相流量计10，利用流量调节阀540实现了根据流体工况的测量调节，满足了不同工况的测量要求，相比于现有技术中更换测量设备的方式，运行成本大大降低，而且保证了测量精度。流量调节阀540可以操作人员手动调节，也由第二流量计410的测量参数，通过自动调节阀实现自动调节。

第二支路400作为被测流体的主要流通路径，第二流量计410对气液两相流量计10的测量精度影响较大，第二流量计410可以选用气液两相质量流量计、涡街节流式气液两相流量计、文丘里管气液两相流量计等。其中涡街节流式气液两相流量计根据卡门涡街原理测量气液体的流量，其特点为压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。但是涡街节流式气液两相流量计中的涡街挡体遇到含砂流体的情况下，磨损较快，会造成测量误差增大。针对这一问题，本实施例的本实施例的气液两相流量计10还对第二流量计410进行了改进。

图6是根据本发明一个实施例的本实施例的气液两相流量计10中第二流量计410的示意图，以及图7是根据本发明一个实施例的本实施例的气液两相流量计10中第二流量计410的剖面示意图。在该实施例中第二流量计410为一体型涡街节流式气液两相流量计其包括：节流件411、涡街挡体412、涡街和温度复合传感器413、正压室导管414、负压室导管415、差压和压力复合传感器(由于被遮挡，图中未能示出)、流量计算器416、密封螺丝417、顶柱418。

节流件411设置于第二支路400内部，以收缩第二支路400的流路。涡街挡体412设置于节流件411的流路内，其形状为以下任一种：圆柱体、三角柱体、橄榄柱体、水滴柱体，可以根据流量计的测量要求设置涡街挡体412的具体形状和规格。为了方便进行更换，本实施例中，第二支路400在节流件411所在位置的管壁上开有挡体快拆口，挡体快拆口处设置有密封螺丝418，密封螺丝417利用顶柱418将涡街挡体412设置于节流件411的流路内。在需要更换时，仅需要将密封螺丝417旋下，更换涡街挡体412后，重新固定密封螺丝417即可。通过更换解决了涡街挡体412磨损的问题。涡街和温度复合传感器413，设置于涡街挡体412的下游，感测第二流体的温度和频率。

正压室导管414，与节流件411的上游连通；负压室导管415与节流件411的下游连通。正压室导管414和负压室导管415上还可以分别设置有开关阀。

差压和压力复合传感器，分别与正压室导管414和负压室导管415相连，从而感测第二流体在节流件411前后的压差，在图5中由于被流量计算器416所遮挡未能示出。

流量计算器416分别与涡街和温度复合传感器413以及差压和压力复合传感器连接，以根据涡街和温度复合传感器413以及差压和压力复合传感器的测量结果计算得出第二流体的流量。涡街和温度复合传感器413可以通过数据线直接与流量计算器416连接，涡街和温度复合传感器413也可以与设置在第二支路400上的多路数据采集器直接连接，多路数据采集器通过数据线与流量计算器416连接，差压和压力复合传感器与流量计算器416的外壳通过螺纹直接连接，

当第二流体流经第二支路400时，通过节流件411、差压和压力复合传感器通过正负压室导管414、415得到流体的压差和压力，通过涡街和温度复合传感器413内的温度传感器得到流体的温度，通过涡街挡体412、涡街和温度复合传感器413内的涡街传感器得到流量和频率，将这些数据信号输入流量计算器416计算出气液混合流体的密度，根据数学模型软件和数据库软件以及输入的工况参数和差压噪音，即可计算出第二流体的气液两相流量。

本实施例的气液两相流量计10，利用分流管300将被测气液两相流体分离成从向上流动的第一流体和向下流动的第二流体，利用第一支路500中的第一流量计550和第二支路400中的第二流量计410来分别测量第一流体和第二流体的流量，以得出被测气液两相流体的总流量，并且通过第一支路500上串接的流量调节阀540来调节第一流体的流量，从而适配于被测气液两相流体的不同工况。

在气液比较大的工况下，第一支路500流经纯气状态的流体，分流了第二支路400中的气体流量，降低了第二支路400中的气液比，解决了对高气液比流体测量不准的难题；而在大流量工况下，适当调节流量调节阀540的开度，同时利用第一流量计550和第二流量计410进行气液两相流量测量，并使它们都工作在合适的测量范围，这就满足了大流量测量的要求；另外，在小流量工况下，可以使流量调节阀540关闭，仅利用第二流量计410进行测量，从而满足了小流量测量的要求。

本实施例的气液两相流量计10，还改进了被测流体的进入结构，使流体沿分离管300的管壁切向进入，减小对管壁的磨损，并且可选用改进的一体型涡街节流式气液两相流量计作为第二流量计410，可以方便地更换涡街挡体，避免了因涡街挡体磨损大，造成的测量误差增大。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (6)

1.一种气液两相流量计，包括：

流体接入管，用于接入被测气液两相流体；

分流管，竖向设置，其中段与所述流体接入管的末端连接，配置成使被测气液两相流体分离成从向上流动的第一流体和向下流动的第二流体；

第一支路，与所述分流管的上端出口连接，供所述第一流体通过，并且所述第一支路上串接有流量调节阀以及第一流量计，其中所述流量调节阀用于通过自身开度调节所述第一流体的流量，以适配于所述被测气液混合总流体的不同工况，所述第一流体的第一流量计用于测量第一流体流量；

第二支路，与所述分流管的下端出口连接，供所述第二流体通过，并且所述第二支路上串接用于测量所述第二流体流量的第二流量计；

汇流管，分别与所述第一支路和所述第二支路的末端连接，使得所述第一流体和第二流体汇集以向下游管路供出；

所述流量调节阀配置成：在所述被测气液两相流体的气液比大于一气液比设定值的工况下，其开度被调节为使得所述第一流体为纯气或湿气状态，并且所述第一流量计配置成可测纯气或湿气流量，

所述流量调节阀还配置成：在所述被测气液两相流体的流量大于一流量设定值的工况下，增大自身开度，以利用所述第一支路进行分流，并且所述第一流量计配置成气液两相流量测量状态；

所述流量调节阀还配置成：在所述被测气液两相流体的流量较低的工况下关闭，仅利用所述第二流量计进行测量；

所述第二流量计为气液两相流量计；

所述第一流量计设置于所述第一支路靠近于所述汇流管的管段上，并且所述第一支路包括：

横向管段，设置于所述分流管的上方，其首端与所述分流管的上端出口连接；

竖向管段，从所述横向管段的末端向下延伸，并与所述汇流管相接，并且所述流量调节阀设置于所述横向管段上，所述第一流量计设置于所述竖向管段上，使得所述第一流量计相对于所述流量调节阀位于流向的下游。

2.根据权利要求1所述的气液两相流量计，其中所述流体接入管的轴向与所述分流管的轴向的夹角设置为10°至90°，并且包括：

连接法兰，用于连接流体接入管；

扩径管段，与所述连接法兰相连，并从所述连接法兰起始管径渐阔；

主管段，连接于所述扩径管段与所述分流管之间，其外管径与所述分流管的外管径相适配。

3.根据权利要求2所述的气液两相流量计，其中

所述主管段的末端内部形成有导流部，所述导流部从所述主管段的首端至其末端呈逐渐凸出的楔块状，从而使得所述主管段与所述分流管的分相相接处收窄，从而使得被测气液两相流体沿所述分流管的管壁切向进入所述分流管，以在所述分流管内形成旋流。

4.根据权利要求1所述的气液两相流量计，其中，所述气液两相流量计采用以下任一种：一体型涡街节流式气液两相流量计、气液两相质量流量计、节流式气液两相流量计。

5.根据权利要求4所述的气液两相流量计，其中所述第二流量计为一体型涡街节流式气液两相流量计，并包括：

节流件，设置于所述第二支路内部，以收缩所述第二支路的流路；

涡街挡体，设置于所述节流件的流路内；

涡街和温度复合传感器，设置于所述涡街挡体的下游；

正压室导管，与所述节流件的上游连通；

负压室导管，与所述节流件的下游连通；

差压和压力复合传感器，分别与所述正压室导管以及所述负压室导管相连；以及

流量计算器，分别与所述涡街和温度复合传感器以及差压和压力复合传感器连接，以根据所述涡街和温度复合传感器以及所述差压和压力复合传感器的测量结果计算得出所述第二流体的气液两相流量。

6.根据权利要求5所述的气液两相流量计，其中

涡街挡体形状为以下任一种：圆柱体、三角柱体、橄榄柱体、水滴柱体，并且

所述第二支路在所述节流件所在位置的管壁上开有挡体快拆口，所述挡体快拆口处设置有密封螺丝，所述密封螺丝利用顶柱将所述涡街挡体设置于所述节流件的流路内。