CN109141562A - 基于管内相分隔与相分离的天然气湿气测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
基于管内相分隔与相分离的天然气湿气测量装置和方法，该装置主要由气液粗分离系统、气液完全分离系统、集液管、文丘里式引流器、消旋器、U型液封管、气体流量计、液体流量计、温度传感器、压力传感器、液位计、调节阀、排污阀等组成；其方法是通过利用管内相分隔与相分离技术，结合气液粗分离系统，经过多个分离步骤实现天然气湿气的气液完全分离，然后分别利用单相流量计测量天然气湿气中气相和液相的流量。通过本发明能够显著高湿气中气液的分离效率，保证气液测量精度，同时也大幅度地减小了分离器的体积，增加了湿气测量的实时性。本发明非常适合在工程上推广应用，尤其是应用于天然气的井口测量。
Description
技术领域
本发明属于多相流流量测量技术领域，具体地，本发明涉及一种基于管内相分隔与相分离的天然气湿气测量装置，也涉及一种基于管内相分隔与相分离的天然气湿气测量方法。
背景技术
通常情况下，天然气由地下开采到地面时总是会携带一部分的液体，这些液体可能是地层中的原油、开采过程中由于温度和压力降低而产生的凝析油、地层水、注采水或者压裂返排液等。在油气工业中，将这种气井中采出的天然气与液相的混合物称为“湿气”，湿气中气体的体积含气率往往大于90％，大多数的气井的体积含气率在97％以上，而在美国机械工程师协会颁布的《湿气计量指南》中规定，洛-马数(Lockhart-Martinelli number)小于等于0.3时称为湿气。由此可见，湿气属于多相流的范畴，其实质是一种高体积含气率的多相流形态。海上油气田、页岩气田的采出物均为湿气。
目前随着对天然气需求的日益增大，对天然气的生产也提出了精细化管理的要求，而通过湿气测量获得单井产气量和产液量是实现气井监测、气藏管理、生产工艺优化和气井排水采气措施优选以及效果评价等的基础数据，不容缺失。从测量角度讲，天然气湿气测量作为多相流测量的一种特殊情况，气液相之间的速度滑移，管内相分布及流型的随机变化，温度压力等参数的不确定性都决定了湿气测量是一个复杂的多相流问题，并且由于液相所占比例非常小，对于测量误差特别敏感，往往会产生巨大的测量误差。因此，湿气一般不能直接应用传统的单相气体流量计进行测量，需要对其测量装置及方法开展专门的研究。
目前常用的湿气测量方法主要可分为气液不分离测量和气液分离测量两大类。气液不分离测量是直接利用单相气体流量计测量湿气，并利用经验公式对测量值进行修正或者同时采用两种传感器相组合的方法测量湿气流量和相含率。中国发明专利申请CN103353319A、CN105675070A、CN104266702A、CN105890689A、CN105157766A和CN106979808A等介绍的湿气测量方法都是属于气液不分离测量。如CN103353319A中利用气体超声波流量计测量湿气流量，并根据经验公式对虚高流量进行修正；CN105675070A中利用异形文丘里喷管结合多相流压差与流量和相含率的关系式来测量湿气流量；CN104266702A中利用V锥流量计测量湿气流量并用电容探针测量液相含率；CN105890689A中利用差压流量计测量湿气流量并于伽马射线传感器测量各相含率；CN105157766A利用文丘里流量计和纺锤体流量计相组合的方法测量湿气流量和相含率；CN106979808A利用超声波流量计和靶式流量计组合法测量湿气流量和相含率。此外，美国发明专利US7454981B2中介绍了一种声波流量计和伽马射线密度计相结合测量湿气流量和相含率的装置及方法；欧洲发明专利EP2775272A1中介绍了利用科氏力流量计和文丘里流量计的组合法测量湿气流量的装置及方法；国际发明专利WO2005040732A1中介绍了利用超声波流量计和差压流量计相结合的方法测量湿气流量。以上相关的发明专利中湿气都应用常规的气体流量计来进行测量，尽管这种方法具有体积小、便于仪表化安装应用的优点，但是这种测量方法需要依靠常规气体流量计的响应与湿气流量和各相含率的关系模型。由于多相流的复杂性和流场分布的随机性，目前为止对多相流的流动机理的理论研究还很不充分，没能在理论上建立可靠、普适的流动模型，因此往往这种多相流参数与仪表响应的关系模型是通过实验室数据拟合得到的。由于不同气井的流动工况不同，实验室数据得到的表达式缺乏普适性，而如果应用现场工况数据进行关系式的拟合，又受现场条件的限制缺少量值传递标准，基本无法实现。因此利用常规流量计测量气液共存的湿气流，本身的测量模型就有一定的局限性，只在很窄的参数范围内具有较高的测量精度，偏离该参数范围往往就会产生较大的、难以预测的测量误差。气液不分离情况下湿气中的液相含率一般应用电容探针法、γ射线衰减法、微波法等方法进行测量，由于湿气中液相含量极少，电容探针的分辨率很难达到测量要求，会导致较大的液相误差；而射线法和微波法测组分存在着辐射污染及安全问题，其应用会受到国家或地方相关政策法律的限制。
湿气的气液分离测量方法是将湿气进行气液分离后再分别应用单相气体流量计和液体流量计进行计量。该测量方法由于气液进行了完全分离，因此用单相流量计测量湿气的各分离相的流量具有较高的测量精度，但是这也对气液分离装置提出了更高的要求。中国发明专利申请CN105020585A、CN106996289A，实用新型专利CN206414929U，以及国际发明专利WO2017044538A1等中介绍的湿气测量方法都属于该种类型。这些专利中所涉及的气液分离器依靠旋流分离或者重力分离的方式，对于湿气来说，由于气速较高、液量少，液体随气流流动的跟随性较强，为了完成气液的完全分离，需要增大分离器直径以减小气速，增加分离器的高度以增大湿气在分离器的滞留时间，且往往需要在分离器内部设置一些强化气液分离的结构，因此分离器的体积较大，结构复杂，不便于气井井口测量。此外，大直径的气液分离器属于压力容器，制造成本高，对生产工艺和操作环境都有着要求的较高。
综上所述，现有的湿气气液不分离测量方法尽管装置体积小，但是过于依赖经验的多相测量模型，因此具有测量精度低、适用范围窄的缺点；而现有的气液分离后再测量的方法尽管测量精度较高，但是存在着分离器体积大、结构复杂、制造成本高、工艺及操作要求高、不便于井口安装的缺点。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种基于管内相分隔与相分离的天然气湿气测量装置和方法。
管内相分隔与相分离技术(Phase isolation and separation in pipe，PISP)，包括多相流管内相分隔与管内相分离两个过程。多相流管内相分隔是在管道内施加各种外在力将随机分散的流体各相分别集中起来，实现多相流体相与相之间的隔离，理想的多相流管内相分隔状态可以达到相与相之间在管内具有唯一且完整的界面，每一相分别占据管内一个特定的连续空间，两相之间具有相对规则和清晰的分界面，最终形成几束在管内并行平稳流动的单相流体，并能维持一定的长度。管内相分离技术是在多相流管内相分隔状态下，在相界面附近通过人为手段进行流道分隔，将圆管流动变为套管流动，实现多相流相与相之间的分离，由于相分离是在管道内流动过程中进行，流速高、离心力大，能够强化相分离，因此分离器的体积大大减小。
本发明通过管内相分隔与相分离技术，结合气液粗分离系统，经过多个分离步骤实现天然气湿气的气、液完全分离，然后分别利用单相流量计测量天然气湿气中气相和液相的流量。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一目的是提供一种基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置，基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置，包括垂直管线、水平管线，其特征在于，还包括气液粗分离系统、第一文丘里式引流器、气液完全分离系统、气计量系统、液计量系统和第二文丘里式引流器；所述气液粗分离系统与垂直管线上端连通；所述第一文丘里式引流器、气液完全分离系统、气计量系统依次布置在垂直管线上；所述第二文丘里式引流器布置在和垂直管线连通的水平管线上；所述液计量系统并联在第一文丘里式引流器和第二文丘里式引流器之间；
所述气液粗分离系统包括进口T型三通、主气管、主液管、连通管和初级导液管；所述主气管与进口T型三通上出口连通；所述主液管一端封闭；所述主液管与进口T型三通下出口连通；所述连通管连通主气管和和主液管；所述初级导液管连通主液管和集液管；
所述气计量系统包括消旋器、压力传感器、温度传感器、气体流量计；所述消旋器、压力传感器、温度传感器、气体流量计依次布置在垂直管线上；
所述液计量系统包括集液管、导气管、U型液封管、气体电动阀、液体电动阀、液位计、垂直降液管、液体流量计；所述导气管、集液管、U型液封管、垂直降液管依次连接；所述气体电动阀安装在导气管上；所述液位计安装在集液管上；所述液体电动阀安装在U型液封管和垂直降液管之间；所述液体流量计安装在垂直降液管上；所述气体电动阀、液位计和液体电动阀之间通过控制线相连接；有一级导液管和二级导液管连通集液管和气液完全分离系统；所述导气管与第一文丘里式引流器连通；所述垂直降液管与第二文丘里式引流器连通。
进一步的，所述主液管向下倾斜10°～15°；所述连通管最少为两根。
进一步的，所述垂直管线、水平管线通过三通连接；所述三通的垂直出口连接排污阀。
进一步的，所述气液完全分离系统包括一级旋流器、二级旋流器、一级导气T型管、二级导气T型管；所述一级旋流器安装在直管段内；所述二级旋流器安装在第一薄壁相分隔管内；所述一级导气T型管在第一薄壁相分隔管上部；所述二级导气T型管在第二薄壁相分隔管上部；所述第一薄壁相分隔管位于一级气液相分离管内部；所述第二薄壁相分隔管位于二级气液相分离管内部。
进一步的，所述一级旋流器和二级旋流器由四～八个螺旋叶片或直叶片圆周布置，叶片外缘与管内壁紧密接触。
进一步的，所述第一薄壁相分隔管外径小于直管段内径，两者之间形成了第一液膜环缝；所述一级气液相分离管内壁与第一薄壁相分隔管的外壁构成了第一环形排液腔；所述第一环形排液腔的底部布置有一级导液管；所述一级导气T型管的出口向下且位于第一薄壁相分隔管的中心处；所述第二薄壁相分隔管外径小于第一薄壁相分隔管内径，两者之间形成了第二液膜环缝，；所述二级气液相分离管内壁与第二薄壁相分隔管的外壁构成了第二环形排液腔；所述第二环形排液腔的底部布置有二级导液管；所述二级导气T型管的出口向下且位于第二薄壁相分隔管的中心处。
进一步的，所述第二文丘里式引流器由上游收缩段、下游扩散段和平直的喉部组成；所述喉部的内壁与外壁之间有一环形空腔；所述环形空腔的外侧通过喉部外壁上的孔与垂直降液管相连通，内侧通过与喉部内壁上的孔与文丘里喉部流道相连通；所述喉部内壁上的孔沿周向等间距分布，至少布置一圈，每圈至少布置有三个孔。
进一步的，所述集液管的最大内径不大于湿气流输气管道内径。
本发明的第二目的是提供基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，初步粗分离：
天然气湿气流在装置进口处T型三通的对冲作用下，湿气中大部分的液相或者段塞流型中的液弹会流入主液管中，而绝大多数的气相会携带少量的液进入主气管中；流动过程中由于重力作用，主液管中的气会通过连通管进入主气管中，主气管中的部分液体也会通过连通管流入主液管中；主液管中液体通过初级导液管进入集液管；
第二步，气液的完全相分离：
由主气管中来的湿气流经过第一文丘里式引流器后进入气液完全分离系统，首先在一级旋流器的作用下，绝大多数的液相以液膜的形式贴直管段的管壁流动，而气相在管道中间流动，实现了气液两相流的管内相分隔状态；经一级旋流器后形成的液膜和少量的气相经第一液膜环缝落入第一环形排液腔中，液相经一级导液管进入集液管中，而进入第一环形排液腔的少量气体则通过一级导气T型管排入第一薄壁相分隔管中与主气流汇合，这样就完成了管内的一级气液相分离；第一薄壁相分隔管中的气流流经二级旋流器，在进一步的离心力作用下，将粒径更小的液滴从气流中脱离出来，使其以液膜的形式沿第一薄壁相分隔管的内壁流动；第一薄壁相分隔管的内壁上的液膜随同少量的气体经第二液膜环缝落入第二环形排液腔中，液相经二级导液管进入集液管，而第二环形排液腔中的气体则通过一级导气T型管排入第二薄壁相分隔管中与主气流汇合；
第三步，气计量：
从第二薄壁相分隔管中出来的干气经消旋器的消旋作用后，流经气体流量计进行计量，气流的压力和温度则分别通过压力传感器和温度传感器进行测量；砂子等杂质通过排污阀排出；经过计量以后的气流经过三通后进入第二文丘里式引流器；
第四步，液计量：
液相及少量气体由初级导液管、一级导液管和二级导液管切向进入集液管中；气液相在集液管中由于离心力和重力的作用，进一步的实现气液分离，气相在第一文丘里式引流器喉部产生的低压作用下通过导气管进入第一文丘里式引流器与主湿气流混合；而液相在第二文丘里式引流器的喉部的低压作用下依次流经U型液封管、液体电动阀通过垂直降液管上的液体流量计计量后进入第二文丘里式引流器；
第五步，气液混合：
经过计量以后的气流进入第二文丘里式引流器，在喉部产生低压；计量以后的液体在气流产生的喉部低压作用下流入第二文丘里式引流器中，气液两相重新混合后经出口管流出测量装置。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)湿气测量精度高。由于采用了基于管内相分隔与相分离技术，并结合气液粗分离系统，能够实现气液的完全分离，保证了单相流量计测量的精度。
(2)分离器体积小，装置结构紧凑。基于管内相分隔与相分离技术的气液分离效率高，分离器直径与管道直径相同或略大于管道直径，与传统的气液分离罐相比体积大大减小，结构也更加的紧凑，占地面积小，非常适用于对气井的井口计量。
(3)适用范围广。装置的粗分离系统考虑了湿气流的段塞流动情况，能够将液弹消除，而基于管内相分隔与相分离技术能够将气体携带的液滴脱离出来，实现气液完全分离，因此本发明所涉及的装置和方法对多相流动工况的适用范围更广。
(4)安全性能好。本发明所涉及的装置的气液分离器直径小，耐压能力强，操作安全性能高；无需采用微波或伽马射线等方法测量相含率，也不存着辐射安全问题。
(5)经济性好。采用紧凑的管道式气液分离结构，装置不属于压力容器，对加工工艺和生产要求较低；同时与传统大型气液分离器相比，结构也更加简单，生产制造成本较低。
附图说明
图1为本发明所涉及的基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置的结构示意图。
图2为基于管内相分隔与相分离技术的气液完全分离系统的局部结构示意图，其中箭头表示流体的流动方向。
图3为第二文丘里式引流器22的结构示意图，其中箭头表示流体的流动方向。
其中：1、T型三通；2、主气管；3、主液管；31、初级导液管；4、连通管；5、第一文丘里式引流器；6、气液完全分离系统；7、消旋器；8、压力传感器；9、温度传感器；10、气体流量计；11、集液管；12、导气管；13、U型液封管；14、气体电动阀；15、液体电动阀；16、液位计；17、控制线；18、垂直降液管；19、液体流量计；20、三通；21、排污阀；22、第二文丘里式引流器；23、出口管；601、一级旋流器；602、直管段；603、一级气液相分离管；604、第一薄壁相分隔管；605、第一液膜环缝；606、第一环形排液腔；607、一级导液管；608、一级导气T型管；609、二级旋流器；610、二级气液相分离管；611、第二薄壁相分隔管；612、第二液膜环缝；613、第二环形排液腔；614、二级导液管；615、二级导气T型管。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例，同时通过说明本发明将变得更加清楚和容易理解。
如图1所示，基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气在线测量装置，包括垂直管线、水平管线，其特征在于：还包括气液粗分离系统、第一文丘里式引流器5、气液完全分离系统6、气计量系统、液计量系统和第二文丘里式引流器22；所述气液粗分离系统与垂直管线上端连通；所述第一文丘里式引流器5、气液完全分离系统6、气计量系统依次布置在垂直管线上；所述第二文丘里式引流器22布置在和垂直管线连通的水平管线上；所述液计量系统并联在第一文丘里式引流器5和第二文丘里式引流器22之间。
所述气液粗分离系统包括进口T型三通1、主气管2、主液管3、连通管4和初级导液管31；所述主气管2与进口T型三通1上出口连通；所述主液管3一端封闭；所述主液管3与进口T型三通1下出口连通；所述连通管4连通主气管2和和主液管3；所述初级导液管31连通主液管3和集液管11。
所述气计量系统包括消旋器7、压力传感器8、温度传感器9、气体流量计10；所述消旋器7、压力传感器8、温度传感器9、气体流量计10依次布置在垂直管线上。
所述液计量系统包括集液管11、导气管12、U型液封管13、气体电动阀14、液体电动阀15、液位计16、垂直降液管18、液体流量计19；所述导气管12、集液管11、U型液封管13、垂直降液管18依次连接；所述气体电动阀14安装在导气管12上；所述液位计16安装在集液管11上；所述液体电动阀15安装在U型液封管13和垂直降液管18之间；所述液体流量计19安装在垂直降液管18上；所述气体电动阀14、液位计16和液体电动阀15之间通过控制线17相连接；有一级导液管607和二级导液管614连通集液管11和气液完全分离系统6；所述导气管12与第一文丘里式引流器5连通；所述垂直降液管18与第二文丘里式引流器22连通。
所述主液管3向下倾斜10°～15°；所述连通管4最少为两根。
所述垂直管线、水平管线通过三通20连接；所述三通20的垂直出口连接排污阀21。
如图2所示，所述基于管内相分隔与相分离技术的气液完全分离系统6，包括一级旋流器601、二级旋流器609、一级导气T型管608、二级导气T型管615；所述一级旋流器601安装在直管段602内；所述二级旋流器609安装在第一薄壁相分隔管604内；所述一级导气T型管608在第一薄壁相分隔管604上部；所述二级导气T型管615在第二薄壁相分隔管611上部；所述第一薄壁相分隔管604位于一级气液相分离管603内部；所述第二薄壁相分隔管611位于二级气液相分离管610内部。
所述一级旋流器601和二级旋流器609由四～八个螺旋叶片或直叶片圆周布置，旋流器中心可以有中心轴也可以没有中心轴；叶片外缘与管内壁紧密接触，没有间隙。
所述直管段602的长度为15～40mm，内径与进口输气管道直径相等；所述第一薄壁相分隔管604外径小于直管段602内径，其进口伸入直管段602中5～8mm，两者之间形成了第一液膜环缝605；所述第一液膜环缝605缝宽为1～3mm；所述一级气液相分离管603的内直径大于或等于管道内直径，且两者之间的差值不大于8mm；所述一级气液相分离管603内壁与第一薄壁相分隔管604的外壁构成了第一环形排液腔606；所述第一环形排液腔606的底部布置有一级导液管607；所述一级导气T型管608的出口向下且位于第一薄壁相分隔管604的中心处；所述二级旋流器609出口与第二薄壁相分隔管611进口之间的距离为15～40mm；所述二级气液相分离管610内径等于管道内径；所述第二薄壁相分隔管611外径小于第一薄壁相分隔管604内径，其进口伸入第一薄壁相分隔管604中5～8mm，两者之间形成了第二液膜环缝612，第二液膜环缝612缝宽为1～1.5mm；所述二级气液相分离管610内壁与第二薄壁相分隔管611的外壁构成了第二环形排液腔613；所述第二环形排液腔613的底部布置有二级导液管614；所述二级导气T型管615的出口向下且位于第二薄壁相分隔管611的中心处。
如图3所示，所述第二文丘里式引流器22由上游收缩段221、下游扩散段222和平直的喉部223组成；所述喉部223的内壁与外壁之间有一环形空腔224；所述环形空腔224的外侧通过喉部223外壁上的孔225与垂直降液管18相连通，内侧通过与喉部223内壁上的孔226与文丘里喉部流道相连通；所述喉部223内壁上的孔226沿周向等间距分布，至少布置一圈，每圈至少布置有三个孔；所述第一文丘里式引流器5和第二文丘里式引流器22结构相似，但第一文丘里式引流器5的喉部直径大于第二文丘里式引流器22喉部直径。
所述气体流量计10可为常规的单相气体流量计，如涡街流量计、差压流量计、热式质量流量计、超声波流量计等；所述液体流量计17可为常规的单相液体流量计，如涡街流量计、差压流量计、科氏力流量计、超声波流量计、电磁流量计等。
所述集液管11的最大内径不大于湿气流输气管道内径，且初级导液管31、一级导液管607和二级导液管614与集液管11切向相连通。
基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，初步粗分离：
天然气湿气流在装置进口处T型三通1的对冲作用下，湿气中大部分的液相或者段塞流型中的液弹会流入主液管3中，而绝大多数的气相会携带少量的液进入主气管2中；流动过程中由于重力作用，主液管3中的气会通过连通管4进入主气管2中，主气管3中的部分液体也会通过连通管4流入主液管3中；主液管3中液体通过初级导液管31进入集液管11；
第二步，气液的完全相分离：
由主气管2中来的湿气流经过第一文丘里式引流器5后进入气液完全分离系统6，首先在一级旋流器601的作用下，绝大多数的液相以液膜的形式贴直管段602的管壁流动，而气相在管道中间流动，实现了气液两相流的管内相分隔状态；经一级旋流器601后形成的液膜和少量的气相经第一液膜环缝605落入第一环形排液腔606中，液相经一级导液管607进入集液管11中，而进入第一环形排液腔606的少量气体则通过一级导气T型管608排入第一薄壁相分隔管604中与主气流汇合，这样就完成了管内的一级气液相分离；第一薄壁相分隔管604中的气流流经二级旋流器609，在进一步的离心力作用下，将粒径更小的液滴从气流中脱离出来，使其以液膜的形式沿第一薄壁相分隔管604的内壁流动；第一薄壁相分隔管604的内壁上的液膜随同少量的气体经第二液膜环缝612落入第二环形排液腔613中，液相经二级导液管614进入集液管11，而第二环形排液腔613中的气体则通过一级导气T型管615排入第二薄壁相分隔管611中与主气流汇合；
第三步，气计量：
从第二薄壁相分隔管611中出来的干气经消旋器7的消旋作用后，流经气体流量计10进行计量，气流的压力和温度则分别通过压力传感器8和温度传感器9进行测量；砂子等杂质通过排污阀21排出；经过计量以后的气流经过三通20后进入第二文丘里式引流器22；
第四步，液计量：
液相及少量气体由初级导液管31、一级导液管607和二级导液管614切向进入集液管11中；气液相在集液管11中由于离心力和重力的作用，进一步的实现气液分离，气相在第一文丘里式引流器5喉部产生的低压作用下通过导气管12进入第一文丘里式引流器5与主湿气流混合；而液相在第二文丘里式引流器22的喉部223的低压作用下依次流经U型液封管13、液体电动阀15通过垂直降液管18上的液体流量计19计量后进入第二文丘里式引流器22；
第五步，气液混合：
经过计量以后的气流进入第二文丘里式引流器22，在喉部产生低压；计量以后的液体在气流产生的喉部低压作用下流入第二文丘里式引流器22中，气液两相重新混合后经出口管23流出测量装置。
所述集液管(11)的液位由液位计(16)来监测，当液位偏离设定范围时发送指令给气体电动阀(14)和液体电动阀(15)来调节气液路阻力以维持液位在合理范围内，以防止气相串入液路或者大量的液体进人气路；而所述U型液封管(13)的设置可以降低集液管(11)中的液位波动幅度，提高液位的稳定性，并且可以在间歇流型时防止突然增大的气相进入液路。
本发明采用了基于管内相分隔与相分离技术，并结合气液粗分离系统，能显著高湿气中气液的分离效率，实现气液的完全分离，进而保证了用单相流量计测量气液各相流量的测量精度。同时分离器的体积也大大减小，增加了湿气测量的实时性。此外，本发明所涉及的湿气测量装置和方法还具有适用流动参数范围广、安全性能高、生产制造成本低的优点，非常适合在工程上推广应用，尤其是应用于石油与天然气工程领域的天然气井口测量。当然在其他工程领域，当涉及到高体积含气率的多相流动问题时，也可以采用本发明所述装置和方法对其各相流量进行测量。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置，包括垂直管线、水平管线，其特征在于：还包括气液粗分离系统、第一文丘里式引流器(5)、气液完全分离系统(6)、气计量系统、液计量系统和第二文丘里式引流器(22)；所述气液粗分离系统与垂直管线上端连通；所述第一文丘里式引流器(5)、气液完全分离系统(6)、气计量系统依次布置在垂直管线上；所述第二文丘里式引流器(22)布置在和垂直管线连通的水平管线上；所述液计量系统并联在第一文丘里式引流器(5)和第二文丘里式引流器(22)之间；
所述气液粗分离系统包括进口T型三通(1)、主气管(2)、主液管(3)、连通管(4)和初级导液管(31)；所述主气管(2)与进口T型三通(1)上出口连通；所述主液管(3)一端封闭；所述主液管(3)与进口T型三通(1)下出口连通；所述连通管(4)连通主气管(2)和和主液管(3)；所述初级导液管(31)连通主液管(3)和集液管(11)；
所述气计量系统包括消旋器(7)、压力传感器(8)、温度传感器(9)、气体流量计(10)；所述消旋器(7)、压力传感器(8)、温度传感器(9)、气体流量计(10)依次布置在垂直管线上；
所述液计量系统包括集液管(11)、导气管(12)、U型液封管(13)、气体电动阀(14)、液体电动阀(15)、液位计(16)、垂直降液管(18)、液体流量计(19)；所述导气管(12)、集液管(11)、U型液封管(13)、垂直降液管(18)依次连接；所述气体电动阀(14)安装在导气管(12)上；所述液位计(16)安装在集液管(11)上；所述液体电动阀(15)安装在U型液封管(13)和垂直降液管(18)之间；所述液体流量计(19)安装在垂直降液管(18)上；所述气体电动阀(14)、液位计(16)和液体电动阀(15)之间通过控制线(17)相连接；有一级导液管(607)和二级导液管(614)连通集液管(11)和气液完全分离系统(6)；所述导气管(12)与第一文丘里式引流器(5)连通；所述垂直降液管(18)与第二文丘里式引流器(22)连通。
2.根据权利要求1所述的基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置，其特征在于：所述主液管(3)向下倾斜10°～15°；所述连通管(4)最少为两根。
3.根据权利要求1或2所述的基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置，其特征在于：所述垂直管线、水平管线通过三通(20)连接；所述三通(20)的垂直出口连接排污阀(21)。
4.根据权利要求1所述的基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置，其特征在于：所述气液完全分离系统(6)包括一级旋流器(601)、二级旋流器(609)、一级导气T型管(608)、二级导气T型管(615)；所述一级旋流器(601)安装在直管段(602)内；所述二级旋流器(609)安装在第一薄壁相分隔管(604)内；所述一级导气T型管(608)在第一薄壁相分隔管(604)上部；所述二级导气T型管(615)在第二薄壁相分隔管(611)上部；所述第一薄壁相分隔管(604)位于一级气液相分离管(603)内部；所述第二薄壁相分隔管(611)位于二级气液相分离管(610)内部。
5.根据权利要求1所述的基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置，其特征在于：所述一级旋流器(601)和二级旋流器(609)由四～八个螺旋叶片或直叶片圆周布置，叶片外缘与管内壁紧密接触。
6.根据权利要求1所述的基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置，其特征在于：所述第一薄壁相分隔管(604)外径小于直管段(602)内径，两者之间形成了第一液膜环缝(605)；所述一级气液相分离管(603)内壁与第一薄壁相分隔管(604)的外壁构成了第一环形排液腔(606)；所述第一环形排液腔(606)的底部布置有一级导液管(607)；所述一级导气T型管(608)的出口向下且位于第一薄壁相分隔管(604)的中心处；所述第二薄壁相分隔管(611)外径小于第一薄壁相分隔管(604)内径，两者之间形成了第二液膜环缝(612)，；所述二级气液相分离管(610)内壁与第二薄壁相分隔管(611)的外壁构成了第二环形排液腔(613)；所述第二环形排液腔(613)的底部布置有二级导液管(614)；所述二级导气T型管(615)的出口向下且位于第二薄壁相分隔管(611)的中心处。
7.根据权利要求1所述的基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置，其特征在于：所述第二文丘里式引流器(22)由上游收缩段(221)、下游扩散段(222)和平直的喉部(223)组成；所述喉部(223)的内壁与外壁之间有一环形空腔(224)；所述环形空腔(224)的外侧通过喉部(223)外壁上的孔(225)与垂直降液管(18)相连通，内侧通过与喉部(223)内壁上的孔(226)与文丘里喉部流道相连通；所述喉部(223)内壁上的孔(226)沿周向等间距分布，至少布置一圈，每圈至少布置有三个孔。
8.根据权利要求1所述的基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置，其特征在于：所述集液管(11)的最大内径不大于湿气流输气管道内径。
9.采用权利要求1～8中任一权利要求所述的基于管内相分隔与相分离技术的天然气湿气测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，初步粗分离：
天然气湿气流在装置进口处T型三通(1)的对冲作用下，湿气中大部分的液相或者段塞流型中的液弹会流入主液管(3)中，而绝大多数的气相会携带少量的液进入主气管(2)中；流动过程中由于重力作用，主液管(3)中的气会通过连通管(4)进入主气管(2)中，主气管(3)中的部分液体也会通过连通管(4)流入主液管(3)中；主液管(3)中液体通过初级导液管(31)进入集液管(11)；
第二步，气液的完全相分离：
由主气管(2)中来的湿气流经过第一文丘里式引流器(5)后进入气液完全分离系统(6)，首先在一级旋流器(601)的作用下，绝大多数的液相以液膜的形式贴直管段(602)的管壁流动，而气相在管道中间流动，实现了气液两相流的管内相分隔状态；经一级旋流器(601)后形成的液膜和少量的气相经第一液膜环缝(605)落入第一环形排液腔(606)中，液相经一级导液管(607)进入集液管(11)中，而进入第一环形排液腔(606)的少量气体则通过一级导气T型管(608)排入第一薄壁相分隔管(604)中与主气流汇合，这样就完成了管内的一级气液相分离；第一薄壁相分隔管(604)中的气流流经二级旋流器(609)，在进一步的离心力作用下，将粒径更小的液滴从气流中脱离出来，使其以液膜的形式沿第一薄壁相分隔管(604)的内壁流动；第一薄壁相分隔管(604)的内壁上的液膜随同少量的气体经第二液膜环缝(612)落入第二环形排液腔(613)中，液相经二级导液管(614)进入集液管(11)，而第二环形排液腔(613)中的气体则通过一级导气T型管(615)排入第二薄壁相分隔管(611)中与主气流汇合；
第三步，气计量：
从第二薄壁相分隔管(611)中出来的干气经消旋器(7)的消旋作用后，流经气体流量计(10)进行计量，气流的压力和温度则分别通过压力传感器(8)和温度传感器(9)进行测量；砂子等杂质通过排污阀(21)排出；经过计量以后的气流经过三通(20)后进入第二文丘里式引流器(22)；
第四步，液计量：
液相及少量气体由初级导液管(31)、一级导液管(607)和二级导液管(614)切向进入集液管(11)中；气液相在集液管(11)中由于离心力和重力的作用，进一步的实现气液分离，气相在第一文丘里式引流器(5)喉部产生的低压作用下通过导气管(12)进入第一文丘里式引流器(5)与主湿气流混合；而液相在第二文丘里式引流器(22)的喉部(223)的低压作用下依次流经U型液封管(13)、液体电动阀(15)通过垂直降液管(18)上的液体流量计(19)计量后进入第二文丘里式引流器(22)；
第五步，气液混合：
经过计量以后的气流进入第二文丘里式引流器(22)，在喉部产生低压；计量以后的液体在气流产生的喉部低压作用下流入第二文丘里式引流器(22)中，气液两相重新混合后经出口管(23)流出测量装置。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111608642A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-01 | 中国石油天然气集团公司 | 基于glcc的多管束分离计量监控装置 |
| CN113405616A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-17 | 深圳市联恒星科技有限公司 | 一种基于立管差压的多相流流体测量系统 |
| TWI797474B (zh) * | 2019-09-10 | 2023-04-01 | 大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司 | 電漿處理裝置中實現氣體流量驗證的系統及方法 |
| WO2023110304A1 (de) * | 2021-12-14 | 2023-06-22 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Vorrichtung zum bestimmen einer eigenschaft eines flüssiganteils eines gasbeladenen mediums |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040035294A1 (en) * | 2000-08-23 | 2004-02-26 | Atkinson David Ian Heaton | Device for diverting fluid from a pipeline |
| CN101017105A (zh) * | 2006-02-07 | 2007-08-15 | 俞洪燕 | 气液多相流分离整流装置及其测量装置 |
| CN202129034U (zh) * | 2011-04-29 | 2012-02-01 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种气液混合器 |
| CN104075766A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-10-01 | 西安交通大学 | 管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置及方法 |
| CN205850620U (zh) * | 2016-08-15 | 2017-01-04 | 中石化炼化工程（集团）股份有限公司 | 微气泡发生器 |
| CN106582121A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-04-26 | 南京宇行环保科技有限公司 | 一种带有液体收集的管束式除尘除雾装置 |
| CN106643945A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-05-10 | 西安电子科技大学 | 一种同质气液混合介质质量流量测试装置及方法 |
| CN106958439A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-07-18 | 中国石油大学(北京) | 油气井测试放喷用双锥排液型气液分离器 |
| CN106964200A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-07-21 | 中国海洋石油总公司 | 一种带预分离管路的水下分离装置及方法 |
| CN209387075U (zh) * | 2018-09-30 | 2019-09-13 | 长江大学 | 基于管内相分隔与相分离的天然气湿气测量装置 |
-
2018
- 2018-09-30 CN CN201811155136.4A patent/CN109141562B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040035294A1 (en) * | 2000-08-23 | 2004-02-26 | Atkinson David Ian Heaton | Device for diverting fluid from a pipeline |
| CN101017105A (zh) * | 2006-02-07 | 2007-08-15 | 俞洪燕 | 气液多相流分离整流装置及其测量装置 |
| CN202129034U (zh) * | 2011-04-29 | 2012-02-01 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种气液混合器 |
| CN104075766A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-10-01 | 西安交通大学 | 管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置及方法 |
| CN205850620U (zh) * | 2016-08-15 | 2017-01-04 | 中石化炼化工程（集团）股份有限公司 | 微气泡发生器 |
| CN106643945A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-05-10 | 西安电子科技大学 | 一种同质气液混合介质质量流量测试装置及方法 |
| CN106582121A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-04-26 | 南京宇行环保科技有限公司 | 一种带有液体收集的管束式除尘除雾装置 |
| CN106958439A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-07-18 | 中国石油大学(北京) | 油气井测试放喷用双锥排液型气液分离器 |
| CN106964200A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-07-21 | 中国海洋石油总公司 | 一种带预分离管路的水下分离装置及方法 |
| CN209387075U (zh) * | 2018-09-30 | 2019-09-13 | 长江大学 | 基于管内相分隔与相分离的天然气湿气测量装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI797474B (zh) * | 2019-09-10 | 2023-04-01 | 大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司 | 電漿處理裝置中實現氣體流量驗證的系統及方法 |
| CN111608642A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-01 | 中国石油天然气集团公司 | 基于glcc的多管束分离计量监控装置 |
| CN111608642B (zh) * | 2020-05-29 | 2023-05-12 | 中国石油天然气集团公司 | 基于glcc的多管束分离计量监控装置 |
| CN113405616A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-17 | 深圳市联恒星科技有限公司 | 一种基于立管差压的多相流流体测量系统 |
| WO2023110304A1 (de) * | 2021-12-14 | 2023-06-22 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Vorrichtung zum bestimmen einer eigenschaft eines flüssiganteils eines gasbeladenen mediums |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |