CN109506739A - 油井单井罐在线计量装置及其油气水分相流量的计量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于油井在线计量技术领域，具体涉及一种油井单井罐在线计量装置及其油气水分相流量的计量方法，所述的计量装置包括第一不锈钢管，所述第一不锈钢管的上端固定有智能表头、下端固定有压力传感器，所述压力传感器的信号输出线置于第一不锈钢管内并与智能表头内的控制电路连接；所述第一不锈钢管的上端还固定有超声波传感器，所述的超声波传感器包括超声波发射器和超声波接收器，且所述超声波传感器与智能表头内的控制电路连接；本发明提供计量装置，结构简单，安装使用方便，超声波传感器可以实时测量出单井罐内的原油液面高度，同时结合罐底处压力和油罐的具体尺寸，可以计算出油罐内原油的含水率和油井的产油量。

Description

油井单井罐在线计量装置及其油气水分相流量的计量方法
技术领域
本发明属于油井在线计量技术领域，具体涉及一种油井单井罐在线计量装置及其油气水分相流量的计量方法。
背景技术
在油田的各类油井中存在一类油井，其单井产量低，间歇出油，井口断流，流动不连续，冬季结蜡严重；对于该类油井，目前主要采用的集输方式是单井罐集油，即通过在井口放置一个固定大小的油罐，将油井采上来的原油流入该油罐中，待油罐满，使用油罐车拉油。为了降低油井生产回压和冬季原油保温的需要，一般将单井罐埋地。
对于这类油井，目前产液量的计量方式为人工计量，将钢尺放入单井罐内，通过测量液位的方式折算产液量。含水率的计量采用人工在出油口取样，然后送样化验。人工单井计量方式，无法及时了解油井、油藏的动态变化情况，不能获得连续记录，难以满足油藏动态管理的需求。
在其他工业领域有储罐计量装置的应用，包括浮子计量计和连通管计量器；浮子计量计的原理是将浮子置于储罐内部，根据液面的高度上下起伏将不同的电信号输出，并进一步根据该电信号计算液位高度，由于浮子长时间浸渍于油液内，会导致浮动不灵敏，测量不准确。连通管计量器的原理是在罐体的外部设置一个带有刻度的计量管，该计量管与罐体内部相连通，实现罐内的油量的检测，但对于地下罐，则不具备安装条件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种油井单井罐在线计量装置，该计量装置具有结构简单，计量精确，适用性强的优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种油井单井罐在线计量装置，包括第一不锈钢管，所述第一不锈钢管的上端固定有智能表头、下端固定有压力传感器，所述压力传感器的信号输出线置于第一不锈钢管内并与智能表头内的控制电路连接；
所述第一不锈钢管的上端还固定有超声波传感器，所述的超声波传感器包括超声波发射器和超声波接收器，且所述超声波传感器与智能表头内的控制电路连接。
本发明提供的在线计量装置的工作原理为：
设置在第一不锈钢管上端的超声波发射器向单井罐内的原油液面上发射固定频率的超声波探测信号，超声波以速度v在空气中传播，在到达被测原油液面后反射，反射回的超声波被超声波接收器接收，超声波的往返时间为t，所述的超声波传感器距离单井罐的罐底距离为H，如此可以计算得到单井罐内原油液面高度h，h＝H-v·t/2；
其中，超声波在空气中的传播速度v，超声波的往返时间t以及超声波传感器距离单井罐的罐底距离H均是已知的，因此可以实时得知单井罐内原油液面高度h。
将压力传感器置于单井罐的罐底位置，压力传感器可实时测量得到罐底处的压力值，记为p；单井罐内原油的密度设为ρ，则根据压强公式有：ρ·g＝p/h；
又设纯水的密度为ρw，纯油密度为ρo，单井罐中原油的含水率为x；则原油的密度ρ＝xρw+(1-x)ρo；
如此，可以得到原油的含水率x＝(ρ-ρo)/(ρw-ρo)；
需要说明是的，若所述的单井罐为规则的形状，根据原油液面高度h可以直接得出单井罐内原油液量。例如，所述的单井罐为规则的圆柱状，其罐底面积为s，单井罐内的液量为q，则q＝s·h；
在进一步的技术方案中，所述第一不锈钢管的旁侧还设有第二不锈钢管，所述第二不锈钢管的一端连接智能表头，另一端连接在超声波传感器上，所述超声波传感器的电线置于所述第二不锈钢管内。
在进一步的技术方案中，所述的超声波传感器经由卡箍卡接固定在第一不锈钢管上。
在进一步的技术方案中，所述的压力传感器为温压一体化传感器；
所述温压一体化传感器的下端设有不锈钢保护套，所述不锈钢保护套上设有贯穿的通孔且在不锈钢保护套的内侧设有金属过滤网。
在进一步的技术方案中，所述超声波传感器与压力传感器的距离大于单井罐的盛油深度。
本发明还提供了一种采用上述计量装置进行油气水分相流量的计量方法，所述的计量方法包括以下步骤：
S1：将所述的计量装置放置在单井罐内，使压力传感器位于罐底位置；
S2：利用超声波传感器检测单井罐内液位高度，记为h；
S3：利用位于单井罐罐底的压力传感器检测罐底压力，记为p；
则单井罐内原油的含水率为：x＝((p/g·h)-ρo)/(ρw-ρo)；
其中，g为重力加速度，ρo为纯油密度，ρw为纯水密度；
所述单井罐内液量为：q＝s·h；
其中s为单井罐罐底面积。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的油井单井罐在线计量装置，结构简单，安装使用方便，只要在油罐计量口将表头固定，将超声波传感器、第一不锈钢管保持自由垂直状态即可；超声波传感器可以实时测量出单井罐内的原油液面高度，同时结合罐底处压力和油罐的具体尺寸，可以计算出油罐内原油的含水率和油井的产油量。
附图说明
图1为本发明提供的油井单井罐在线计量装置的示意图；
图2为本发明提供的油井单井罐在线计量装置置于油井单井罐内的示意图；
图中标号说明：1-单井罐，10-第一不锈钢管，20-智能表头，30-压力传感器，40-超声波传感器，41-卡箍，50-第二不锈钢管，60-不锈钢保护套，61-通孔。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐明本发明。
结合图1、2所示，本发明提供了一种油井单井罐在线计量装置，包括第一不锈钢管10，所述第一不锈钢管10的上端固定有智能表头20、下端固定有压力传感器30，所述压力传感器30的信号输出线置于第一不锈钢管10内并与智能表头20内的控制电路连接；
所述第一不锈钢管10的上端还固定有超声波传感器40，所述的超声波传感器40包括超声波发射器和超声波接收器，且所述超声波传感器40与智能表头20内的控制电路连接。
本发明中，所述的油井单井罐在线计量装置吊挂在单井罐内，呈垂直状态，压力传感器30位于单井罐1的罐底位置，使其能够实时监测罐底处的压力值；超声波传感器40实时监测单井罐1内的原油液面高度。上述监测设备与智能表头20内部的控制电路相连接，从而将检测，以及实时换算出的结果通过显示屏显示出来；所述的智能表头20内设置有电池安装槽供电池安装，电池箱智能表头20内的控制电路以及超声波传感器40进行供电。
在本发明的一个具体的实施方式中，所述的第一不锈钢管10的上端与智能表头20之间螺纹连接，下端与压力传感器30之间螺纹连接。
进一步的，根据本发明，所述第一不锈钢管10的旁侧还设有第二不锈钢管50，所述第二不锈钢管50的一端连接智能表头20，另一端连接在超声波传感器40上，所述超声波传感器40的电线置于所述第二不锈钢管50内。如此，可以确保超声波传感器40的电线得以保护。在本发明的一个具体的实施方式中，所述的第二不锈钢管50的上端与智能表头20之间螺纹连接，下端与超声波传感器40之间螺纹连接。
进一步的，根据本发明，所述的超声波传感器40经由卡箍41卡接固定在第一不锈钢管10上。
根据本发明，所述的压力传感器30为温压一体化传感器；
所述温压一体化传感器的下端设有不锈钢保护套60，所述不锈钢保护套60上设有贯穿的通孔61且在不锈钢保护套60的内侧设有金属过滤网。
在本发明的一个具体的实施方式中，所述的不锈钢保护套60为整体呈上大下小的倒置圆台状结构，其外壁上设有贯穿的通孔61供压力传感器30测量油罐罐底的压力值，所述不锈钢保护套60的内侧还设置有金属过滤网，防止因被测介质中的砂蜡等沉积附着降低传感器的精度与寿命。
进一步的，根据本发明，所述超声波传感器40与压力传感器30的距离大于单井罐的盛油深度。如此，确保超声波传感器40能够测量到原油液面的高度。
本发明还提供了一种油气水分相流量的计量方法，包括以下步骤：
S1：将所述的计量装置放置在单井罐1内，使压力传感器30位于罐底位置；
S2：利用超声波传感器40检测单井罐内液位高度，记为h；
S3：利用位于单井罐罐底的压力传感器检测罐底压力，记为p；
则单井罐内原油的含水率为：x＝((p/g·h)-ρo)/(ρw-ρo)；
其中，g为重力加速度，ρo为纯油密度，ρw为纯水密度；
所述单井罐内液量为：q＝s·h；
其中s为单井罐罐底面积。
本发明提供的油井单井罐在线计量装置整体结构简单，采用电池供电，插入式安装即可，不需要改变现有的工艺流程，安装方便，与油液接触的部件均采用不锈钢管，耐腐蚀，与油液接触的传感器外设置带有金属过滤网不锈钢保护套，防止因被测介质中的砂蜡等沉积附着降低传感器的精度与寿命。将压力传感器与超声波法相结合搭建数学模型，实现单井罐内的液位、液量和含水率计量，具有广泛的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种油井单井罐在线计量装置，其特征在于：包括第一不锈钢管，所述第一不锈钢管的上端固定有智能表头、下端固定有压力传感器，所述压力传感器的信号输出线置于第一不锈钢管内并与智能表头内的控制电路连接；
所述第一不锈钢管的上端还固定有超声波传感器，所述的超声波传感器包括超声波发射器和超声波接收器，且所述超声波传感器与智能表头内的控制电路连接。
2.根据权利要求1所述的油井单井罐在线计量装置，其特征在于：所述第一不锈钢管的旁侧还设有第二不锈钢管，所述第二不锈钢管的一端连接智能表头，另一端连接在超声波传感器上，所述超声波传感器的电线置于所述第二不锈钢管内。
3.根据权利要求1所述的油井单井罐在线计量装置，其特征在于：所述的超声波传感器经由卡箍卡接固定在第一不锈钢管上。
4.根据权利要求1所述的油井单井罐在线计量装置，其特征在于：所述的压力传感器为温压一体化传感器；
所述温压一体化传感器的下端设有不锈钢保护套，所述不锈钢保护套上设有贯穿的通孔且在不锈钢保护套的内侧设有金属过滤网。
5.根据权利要求1所述的油井单井罐在线计量装置，其特征在于：所述超声波传感器与压力传感器的距离大于单井罐的盛油深度。
6.一种油气水分相流量的计量方法，其特征在于：所述的计量方法采用如权利要求1～5任意一项所述的计量装置进行在线计量，包括以下步骤：
S1：将所述的计量装置放置在单井罐内，使压力传感器位于罐底位置；
S2：利用超声波传感器检测单井罐内液位高度，记为h；
S3：利用位于单井罐罐底的压力传感器检测罐底压力，记为p；
则单井罐内原油的含水率为：x＝((p/g·h)-ρo)/(ρw-ρo)；
其中，g为重力加速度，ρo为纯油密度，ρw为纯水密度；
所述单井罐内液量为：q＝s·h；
其中s为单井罐罐底面积。
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