CN108760569A - 油水混合液密度及纯油流量测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种油水混合液密度及纯油流量测量装置及方法，包括：管路单元，管路单元包括依次连接的第一水平管道和第一竖直管道；差压测量单元，差压测量单元包括第一差压计和第二差压计，第一差压计通过第一水平取压孔和第二水平取压孔与第一水平管道相连接，第二差压计通过第一竖直取压孔和第二竖直取压孔与第一竖直管道相连接；根据测得的第一压差值和第二压差值计算出混合液密度，再根据混合液密度计算出纯油流量；解决了被测介质密度变化及摩擦力对密度测量准确性的影响，及管线内通过测量混合液密度计算油水比例的问题。
Description
技术领域
本发明属于测量技术领域，更具体地，涉及一种油水混合液密度及纯油流量测量装置及方法。
背景技术
在现有的油气生产中，需要对油水混合液的密度及各组分流量进行测量，测量值作为生产工艺中的重要参数，因此对油水混合液的密度测量和混合液中纯油流量的测量有着广泛的技术需求。但在实际油气生产中，由于油水混合液中油水混合比例的不断变化导致油水混合液的密度不断变化，使密度测量值不准确；由于油水混合液的密度不断变化及流体与管壁之间的摩擦力，使传统的压差式流量计测得的数值与实际值产生偏差。综上所述，虽然对油水混合液的密度测量和混合液中纯油流量的测量有着广泛的技术需求，但针对油水混合液密度及纯油流量测量的装置及方法仍处于待开发阶段。
因此，期望开发一种可快速准确测量油水混合液密度及纯油流量值的装置。
发明内容
本发明的目的是解决被测介质密度变化及摩擦力对密度测量准确性的影响，及管线内通过测量混合液密度计算油水比例的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种油水混合液密度及纯油流量测量装置，包括：
管路单元，所述管路单元包括依次连接的第一水平管道和第一竖直管道；
差压测量单元，所述差压测量单元包括第一差压计和第二差压计，所述第一差压计通过第一水平取压孔和第二水平取压孔与所述第一水平管道相连接，所述第二差压计通过第一竖直取压孔和第二竖直取压孔与所述第一竖直管道相连接；
流量计，所述流量计用于测量通过所述管路单元的流量。
优选地，所述第一水平取压孔和第二水平取压孔之间的距离等于所述第一竖直取压孔和第二竖直取压孔之间的距离。
优选地，还包括第二水平管道、第二竖直管道和第三水平管道，所述第一水平管道、第一竖直管道、第二水平管道、第二竖直管道、第三水平管道依次连接。
优选地，所述流量计设于所述第三水平管道上。
优选地，还包括温度测量元件，所述温度测量元件设于所述第一水平管道、第一竖直管道、第二水平管道、第二竖直管道或第三水平管道内。
优选地，所述第一水平管道和第一竖直管道的内表面光洁度达到水力光滑。
优选地，所述第一竖直管道与所述第二竖直管道长度相等。
根据本发明的另一方面，提出一种油水混合液密度及纯油流量测量方法，包括：
计算单元，所述计算单元根据所述第一差压计测得的第一压差值和所述第二差压计测得的第二压差值计算所述油水混合液密度，并根据所述油水混合液密度和所述流量计测得的流量计算所述纯油流量。
优选地，所述计算单元根据公式(1)计算所述油水混合液密度ρH：
ρH＝(ΔP2-ΔP1)/gh (1)
其中，ρH表示油水混合液密度，ΔP2表示第二差压计测得的第二压差值，ΔP1表示第一差压计测得的第一压差值，g表示重力加速度，h表示第一水平取压孔和第二水平取压孔之间的距离或第一竖直取压孔和第二竖直取压孔之间的距离。
优选地，所述计算单元根据公式(2)计算所述纯油流量QY：
QY＝Q-Q*(ρH-ρY)/(ρW-ρY) (2)
其中，QY表示纯油流量，Q表示流量计测得的流量，ρW表示水的密度，ρY表示油的密度。
本发明的有益效果在于：
1、管路单元中设置第一水平管道和第二竖直管道，并在第一水平管道和第一竖直管道上分别设置第一差压计和第二差压计，利用第一压差计和第二压差计测得压差即可计算混合液的密度，解决了使用重力差压法测量密度时，由于流体与管壁之间的摩擦力产生的差压对密度测量准确性补偿的问题，同时解决了由于被测介质密度变化对差压式流量计测量准确性的影响。
2、设置温度测量元件，得到不同温度环境下混合液密度的变化，不再需要通过温度系数修正混合液密度，使计算更简单。
3、管道内表面达到水力光滑，则混合液与管道内壁之间的摩擦阻力不受管道内壁粗糙度的影响，只与雷诺数有关，使计算得到的由重力产生的压差值更准确。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的油水混合液密度及纯油流量测量装置的示意性结构图。
附图标记说明
1、第一差压计；2、第二差压计；3、流量计；4、温度测量元件；5、计算单元；6、第一水平管道；7、第一竖直管道；8、第二水平管道；9、第二竖直管道；10、第三水平管道；
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明的一种油水混合液密度及纯油流量测量装置，包括：
管路单元，管路单元包括依次连接的第一水平管道和第一竖直管道；
差压测量单元，差压测量单元包括第一差压计和第二差压计，第一差压计通过第一水平取压孔和第二水平取压孔与第一水平管道相连接，第二差压计通过第一竖直取压孔和第二竖直取压孔与第一竖直管道相连接；
流量计，流量计用于测量通过管路单元的流量。
具体地，管路单元中设置第一水平管道和第二竖直管道，并在第一水平管道和第一竖直管道上分别设置第一差压计和第二差压计，则第一压差计测得的压差为摩擦力作用产生的，第二压差计测得压差为摩擦力与重力共同作用产生的，管路单元中设置流量计用于测量油水混合液的流量。利用第一压差计和第二压差计测得压差即可计算混合液的密度，再根据混合液密度即可计算出纯油流量，解决了使用重力差压法测量密度时，由于流体与管壁之间的摩擦力产生的差压对密度测量准确性补偿的问题，同时解决了由于被测介质密度变化对差压式流量计测量准确性的影响。
作为优选方案，第一水平取压孔和第二水平取压孔之间的距离等于所述第一竖直取压孔和第二竖直取压孔之间的距离。
具体地，差压计的取压孔之间的距离相等则第一水平管道和第一竖直管道上由摩擦力产生的压差相等，则可根据第一压差计测得的压差值抵消第一竖直管道内流体与管壁之间的摩擦力对压差的影响，得到由重力产生的压差值。
作为优选方案，还包括第二水平管道、第二竖直管道和第三水平管道，所述第一水平管道、第一竖直管道、第二水平管道、第二竖直管道、第三水平管道依次连接。
具体地，这样设置不会因测量需要而导致管路走向发生改变，不会使管道铺设路径复杂化。
作为优选方案，流量计设于所述第三水平管道上。
作为优选方案，还包括温度测量元件，所述温度测量元件设于所述第一水平管道、第一竖直管道、第二水平管道、第二竖直管道或第三水平管道内。
具体地，设置温度测量元件可测得到不同温度环境下混合液密度的变化，不再需要通过温度系数修正混合液密度，计算更加简便。
作为优选方案，第一水平管道和第一竖直管道的内表面光洁度达到水力光滑。
具体地，管道的内表面达到水力光滑，则混合液与管道内壁之间的摩擦阻力不受管道内壁粗糙度的影响，只与雷诺数有关，使计算得到的由重力产生的压差值更准确，进而使油水混合液的密度值更准确。
作为优选方案，第一竖直管道与第二竖直管道长度相等。
优选地，油水混合液密度及纯油流量测量装置还包括：
计算单元，计算单元根据第一差压计测得的第一压差值和第二差压计测得的第二压差值计算油水混合液密度，并根据油水混合液密度和流量计测得的流量计算纯油流量。
作为优选方案，计算单元根据公式(1)计算油水混合液密度ρH：
ρH＝(ΔP2-ΔP1)/gh (1)
其中，ρH表示油水混合液密度，ΔP2表示第二差压计测得的第二压差值，ΔP1表示第一差压计测得的第一压差值，g表示重力加速度，h表示第一水平取压孔和第二水平取压孔之间的距离或第一竖直取压孔和第二竖直取压孔之间的距离。
具体地，油水混合液流经第一水平管道上的第一压差计，由于粘性摩擦的作用，会产生一个差压ΔP1，这个信号送入计算单元；
随后，油水混合液流经第一竖直管道上的第二压差计，在重力与摩擦力合成作用下产生差压ΔP2，该信号被送入计算单元，ΔP2＝ρgh+ΔP3，ΔP3为混合液流经竖直管道时摩擦产生的压差；
由于第一水平管道与第一竖直管道的内表面光洁度同样达到水力光滑且第一差压计和第二压差计的取压孔距离相等，则ΔP3＝ΔP1，所以ΔP2＝ρH*gh+ΔP1，则ρH＝(ΔP2-ΔP1)/gh。
作为优选方案，计算单元根据公式(2)计算纯油流量QY：
QY＝Q-Q*(ρH-ρY)/(ρW-ρY) (2)
其中，QY表示纯油流量，表示流量计测得的流量，ρW表示水的密度，ρY表示油的密度。
具体地，混合液流经流量计，测量管线内混合液的流量Q；
由于VH＝VY+VW，mH＝mY+mW，
其中，VH为油水混合液体积，VY为纯油体积，VW为纯水体积，mH为油水混合液质量，mY为纯油质量，mW为纯水质量。
且VH＝mH/ρH，VY＝mY/ρY，VW＝mW/ρW，
则体积含水率VW/VH即为(mW/ρW)/(mH/ρH)＝mWρH/mHρW
再由mH/ρH＝mY/ρY+mW/ρW，
mH/ρH＝(mH-mW)/ρY+mW/ρW，得
VW/VH＝mWρH/mHρW＝(ρH-ρY)/(ρW-ρY)
则纯油流量QY＝Q-Q*(ρH-ρY)/(ρW-ρY)。
实施例
如图1所示，该油水混合液密度及纯油流量测量装置包括：依次连接的第一水平管道6、第一竖直管道7、第二水平管道8、第二竖直管道9和第三水平管道10，第一竖直管道7与第二竖直管道9长度相等；第一差压计1通过第一水平取压孔和第二水平取压孔与第一水平管道6相连接，第二差压计2通过第一竖直取压孔和第二竖直取压孔与第一竖直管道7相连接，第一水平取压孔和第二水平取压孔之间的距离等于第一竖直取压孔和第二竖直取压孔之间的距离，流量计3设于第三水平管道10上，温度测量元件4设于第二竖直管道9内。
其中，第一水平管道6和第一竖直管道7的内表面光洁度达到水力光滑。
计算单元根据第一差压计测得的第一压差值和第二差压计测得的第二压差值计算油水混合液密度，并根据油水混合液密度和流量计测得的流量计算纯油流量。
计算单元根据公式(1)计算油水混合液密度ρH：
ρH＝(ΔP2-ΔP1)/gh (1)
其中，ρH表示油水混合液密度，ΔP2表示第二差压计测得的第二压差值，ΔP1表示第一差压计测得的第一压差值，g表示重力加速度，h表示第一水平取压孔和第二水平取压孔之间的距离或第一竖直取压孔和第二竖直取压孔之间的距离。
计算单元根据公式(2)计算纯油流量QY：
QY＝Q-Q*(ρH-ρY)/(ρW-ρY) (2)
其中，QY表示纯油流量，Q表示流量计测得的流量，ρW表示水的密度，ρY表示油的密度。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种油水混合液密度及纯油流量测量装置，其特征在于，包括：
管路单元，所述管路单元包括依次连接的第一水平管道和第一竖直管道；
差压测量单元，所述差压测量单元包括第一差压计和第二差压计，所述第一差压计通过第一水平取压孔和第二水平取压孔与所述第一水平管道相连接，所述第二差压计通过第一竖直取压孔和第二竖直取压孔与所述第一竖直管道相连接；
流量计，所述流量计用于测量通过所述管路单元的流量。
2.根据权利要求1所述的油水混合液密度及纯油流量测量装置，其特征在于，所述第一水平取压孔和第二水平取压孔之间的距离等于所述第一竖直取压孔和第二竖直取压孔之间的距离。
3.根据权利要求1所述的油水混合液密度及纯油流量测量装置，其特征在于，还包括第二水平管道、第二竖直管道和第三水平管道，所述第一水平管道、第一竖直管道、第二水平管道、第二竖直管道、第三水平管道依次连接。
4.根据权利要求3所述的油水混合液密度及纯油流量测量装置，其特征在于，所述流量计设于所述第三水平管道上。
5.根据权利要求3所述的油水混合液密度及纯油流量测量装置，其特征在于，还包括温度测量元件，所述温度测量元件设于所述第一水平管道、第一竖直管道、第二水平管道、第二竖直管道或第三水平管道内。
6.根据权利要求1所述的油水混合液密度及纯油流量测量装置，其特征在于，所述第一水平管道和第一竖直管道的内表面光洁度达到水力光滑。
7.根据权利要求3所述的油水混合液密度及纯油流量测量装置，其特征在于，所述第一竖直管道与所述第二竖直管道长度相等。
8.根据权利要求2所述的油水混合液密度及纯油流量测量装置，其特征在于，还包括：
计算单元，所述计算单元根据所述第一差压计测得的第一压差值和所述第二差压计测得的第二压差值计算所述油水混合液密度，并根据所述油水混合液密度和所述流量计测得的流量计算所述纯油流量。
9.根据权利要求8所述的油水混合液密度及纯油流量测量装置，其特征在于，所述计算单元根据公式(1)计算所述油水混合液密度ρH：
ρH＝(ΔP2-ΔP1)/gh(1)
其中，ρH表示油水混合液密度，ΔP2表示第二差压计测得的第二压差值，ΔP1表示第一差压计测得的第一压差值，g表示重力加速度，h表示第一水平取压孔和第二水平取压孔之间的距离或第一竖直取压孔和第二竖直取压孔之间的距离。
10.根据权利要求9所述的油水混合液密度及纯油流量测量装置，其特征在于，所述计算单元根据公式(2)计算所述纯油流量QY：
QY＝Q-Q*(ρH-ρY)/(ρW-ρY)(2)
其中，QY表示纯油流量，Q表示流量计测得的流量，ρW表示水的密度，ρY表示油的密度。
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