CN110424940B - 多相流量快速分离计量装置 - Google Patents

Abstract

一种多相流量快速分离计量装置，涉及油田设备技术领域，它包括分离罐、液位控制罐和控制箱，分离罐底端设有装置架，装置架环绕设有环形管，环形管一侧与进料口连通，环形管上设有分离机构，分离机构盘绕在分离罐外，分离机构与环形管和分离罐内部连通，分离罐顶端通过管道一与液位控制罐顶端连接，分离罐底端通过管道四与液位控制罐底端连接，液位控制罐顶端通过管道二与管道六连通，液位控制罐上部通过管道三与管道六连通，液位控制罐下部通过管道五与管道六连通，液位控制罐罐体上设有液位计。本多相流量快速分离计量装置达到了多相流量快读分离连续计量的目的。

Description

多相流量快速分离计量装置

技术领域：

本发明涉及油田设备技术领域，具体涉及多相流量快速分离计量装置。

背景技术：

原油单井计量便于掌握油田地下油藏分布总况，以及石油生产管理具有十分重要的意义。单井产液是呈多相，间歇脉冲流，不规则不稳定，故原油单井分离并计量一直是一个急需解决又难于解决的问题。

现有的单井计量一般有玻璃管计量、软件计量等等，玻璃管计量是国内油田普遍采用的传统方法，采用容积法间歇量油的方式来折算产量，由于单井产量不规则不稳定，需要多次重复测量取平均值,特别是气液比低的油井，测量周期长，相对费时，更为严重的是，经过一段时间使用后，分离器内发生结垢、结淤现象，致使测量容积变小，测量结果就会变大，容积法量油也就失去了依据，而软件量油相对计量精度较差，以往也有一些应用于油田的在线连续计量装置，由于单井产出物是呈多相间歇脉冲流特点，气液两相流量并非理想状态下均匀混合，流态不规则不稳定，经常会出现间断出液出气现象，且气液流量忽大忽小，如果没有有效的控制与处理的话，就无法保证进入流量计的介质满足流量计精度测量的前提。在上述工况条件下一定会出现在某个时段气、液两相介质相互串相（即气体串入液体管线；液体串入气体管线）；还有在流量忽大忽小，间断流的情况下也无法保证流量计的测量精度，一定要做缓冲处理，让进入流量计介质流速在某个时段呈递增或递减或相对平稳。在上述两种工况下均无法让流量计正常工作，固现有应用于油田的很多在线连续计量装置由于在前端并未真正做到满足流量计的精度测量前提，同时，针对混输泵站来液量大的情况，也无法做到快速气液分离，所以测量效果并不理想，并未真正解决在线多相流的精度测量。

发明内容：

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供多相流量快速分离计量装置，它实现油、气、水在线智能连续计量，完成了数据自动测量、自动采集、自动统计和自动分析的工作，解决了单井多相流计量精度差的问题，达到了多相流在线快速分离，连续计量及分析的目的。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用如下技术方案：包括分离罐、液位控制罐和控制箱，分离罐底端设有装置架，装置架环绕设有环形管，环形管一侧与进料口连通，环形管上设有分离机构，分离机构盘绕在分离罐外，分离机构与环形管和分离罐内部连通，分离罐顶端通过管道一与液位控制罐顶端连接，分离罐底端通过管道四与液位控制罐底端连接，液位控制罐顶端通过管道二与管道六连通，液位控制罐上部通过管道三与管道六连通，液位控制罐下部通过管道五与管道六连通，液位控制罐罐体上设有液位计。

所述的分离机构包括螺旋盘管和下盘旋管，螺旋盘管和下盘旋管个数均为若干个且个数相等，螺旋盘管由下至上盘绕在分离罐外，螺旋盘管底端均与环形管连通，且螺旋盘管底端端口均等分布在环形管顶端圆周面上，螺旋盘管顶端端口汇入分离罐内与分离罐内部连通，所述的下盘旋管由上至下依次盘旋在分离罐外且与螺旋盘管相交相通，下盘旋管与螺旋盘管形成若干个交汇点。

所述的下盘旋管的顶端端口与分离罐顶部相通，下盘旋管底端端口伸入分离罐内与分离罐内部连通，下盘旋管底端端口位于分离罐中上部。

所述的下盘旋管的管径大于螺旋盘管的管径。

所述的液位控制罐包括罐体和浮筒，罐体顶端和底端分别设有气出口和液出口，罐体内设有浮筒，浮筒顶端和底端分别设有流量调节管，流量调节管管壁上设有方形通孔，流量调节管分别伸入气出口和液出口内且与气出口和液出口间隙配合，流量调节管外壁通过弹簧分别与气出口和液出口外壁连接，流量调节管与浮筒连接处均设有密封台，密封台的外径与气出口和液出口内径相吻合。

所述的分离罐与液位控制罐之间的管道四上设有排污阀。

所述的管道二上设有阀门和气体流量计。

所述的管道三上设有差压开启阀。

所述的管道五上设有液体流量计。

所述的液位计、液体流量计、阀门和气体流量计均通过导线与控制箱连接。

本发明的有益效果是结构简单，使用方便：

1）利用螺旋盘管，使混合介质在离心力和重力作用下，达到气、液流体快速分离的目的；

2）利用螺旋盘管和下盘旋管形成的交汇点，使流体达到多级分流的效果；

3）采用液位控制罐，将液位控制在罐体中心上下200mm的范围内，有效缓冲柱塞流、脉冲流，使气、液两相不串相，保障了气、液流量计的精准测量；

4）在线实时连续计量，计量精度高，液体利用质量流量计计量，实现油、水两相同时测量及含水分析的工作，与现有容积法计量有本质的区别；

5）量程比宽，适合气液比变化大，脉冲间歇流等复杂工况下的测量，分离罐结垢结淤及气含量的大小对计量结果没有影响；

6）结构紧凑，占地空间小，配有排污阀，便于日常清洗维护；

7）通过控制箱，实现对单井产量数据的自动采集、只能分析等功能，对油井管理，油藏分布具有十分重要的意义。

附图说明：

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明液位控制罐结构图；

图3是本发明液位控制罐状态一图；

图4是本发明液位控制罐状态二图。

具体实施方式：

参照各图，本发明具体采用如下实施方式：包括分离罐1、液位控制罐9和控制箱16，分离罐1底端设有装置架，装置架环绕设有环形管6，环形管6一侧与进料口7连通，环形管6上设有分离机构，分离机构盘绕在分离罐1外，分离机构与环形管6和分离罐1内部连通，分离罐1顶端通过管道一8与液位控制罐9顶端连接，分离罐1底端通过管道四19与液位控制罐9底端连接，液位控制罐9顶端通过管道二4与管道六14连通，液位控制罐9上部通过管道三10与管道六14连通，液位控制罐9下部通过管道五20与管道六14连通，液位控制罐9罐体上设有液位计17。所述的分离机构包括螺旋盘管5和下盘旋管3，螺旋盘管5和下盘旋管3个数均为若干个且个数相等，螺旋盘管5由下至上盘绕在分离罐1外，螺旋盘管5底端均与环形管6连通，且螺旋盘管5底端端口均等分布在环形管6顶端圆周面上，螺旋盘管5顶端端口汇入分离罐1内与分离罐1内部连通，所述的下盘旋管3由上至下依次盘旋在分离罐1外且与螺旋盘管5相交相通，下盘旋管3与螺旋盘管5形成若干个交汇点2。所述的下盘旋管3的顶端端口与分离罐1顶部相通，下盘旋管3底端端口伸入分离罐1内与分离罐1内部连通，下盘旋管3底端端口位于分离罐1中上部。所述的下盘旋管3的管径大于螺旋盘管5的管径。所述的液位控制罐9包括罐体和浮筒904，罐体顶端和底端分别设有气出口901和液出口905，罐体内设有浮筒904，浮筒904顶端和底端分别设有流量调节管906，流量调节管906管壁上设有方形通孔907，流量调节管906分别伸入气出口901和液出口905内且与气出口901和液出口905间隙配合，流量调节管906外壁通过弹簧902分别与气出口901和液出口905外壁间隙连接，流量调节管906与浮筒904连接处均设有密封台903，密封台903的外径与气出口901和液出口905内径相吻合。所述的分离罐1与液位控制罐9之间的管道四19上设有排污阀18。所述的管道二4上设有阀门11和气体流量计13。所述的管道三10上设有差压开启阀12。所述的管道五20上设有液体流量计15。所述的液位计17、液体流量计15、阀门11和气体流量计13均通过导线与控制箱16连接。

本流量控制装置使用时，混合介质通过进料口进入环形管内，再由环形管线分流成若干根螺旋盘管（如环形管为DN100的管线，那么DN100的环形管的流通能力等于四根管线DN50管线流通能力，即环形管上安装四根螺旋盘管），螺旋盘管像龙一样盘旋至分离罐的罐顶，当螺旋盘管汇入主罐顶端时再由略粗于螺旋盘管的下盘旋管下旋至分离罐中部，混合介质进入螺旋盘管往上盘升，使混合介质在一定流速（一定流速根据实际工况计算设定）下产生较强的离心力，由于气体和液体的密度的差距很大，因此混合介质在离心力、重力的作用下能快速分离，当混合介质顺螺旋盘管往上攀升，会经过螺旋盘管与下盘旋管相交的第一个交汇点，进行一次分流，部分液体会在交汇点顺着下盘旋管往下流进入分离罐内，在惯性的作用下剩余混合介质将顺着螺旋盘管继续攀升，经过第二个交汇点，进行二次分流，混着少量液体的气体则继续盘升，液体会通过下盘旋管流至分离罐内，然后经过第三个交汇点，第四个交汇点等等，以此类推，每经过一个交汇点，进行一次分流，最后一个交汇点时，液体与气体完全分离，即产生多级分流效果。由于惯性的作用，进入分离罐内的液体保持着盘旋状，顺着分离罐内壁盘旋向下。采用该结构能达到快速分离的效果，且进入分离罐的流体最大限度的保持原有的流态，液体旋入分离罐内不易产生气泡，且压损小。

为了防止液体将气体气泡憋在下盘旋管内，进而下盘旋管的管径大于螺旋盘管的管径，给下盘旋管内的气体跑出的空间。

下盘旋管底端端口位置高于分离罐罐体中间位置，位于分离罐的中上部，防止下盘旋管直接伸入液体内，而留存在液体内的气体无法跑出。即液体内留存气体，在液体进入分离罐内，盘旋向下时，气体也有时间和空间跑出。

当第一步完成气液充分分离后，液体、气体分别由分离罐的底部、顶部分别汇入液位控制罐，液位控制罐有内置的气、液流量控制装置，对气、液流量进行精准的测量。通过液位控制罐内液位的变化驱动浮筒上下移动。在浮力、重力，弹簧弹力的相互作用下使上下气液出口（阀位）的开度与设定液位移动范围成比例关系。从而达到完美的调节控制效果。

在液位控制罐内安装浮控装置，上下分别于气出口、液出口相连，参照图3，为浮筒在最低位，液出口完全关闭（通过密封台与液出口紧密连接，达到液出口关闭），气出口完全打开；图2为浮筒在罐中心位置，气、液出口各开1/2；图4为浮筒在最高位，气出口完全关闭，液出口全部打开；参照图2，本浮控装置（浮筒+与浮筒相连的上下气液阀口（即流量调节管）总重量=总浮力的1/2）以此保证当液位到达液位控制罐中心位置时浮筒也处于罐中心位置，气液阀位出口开度一样（1/2开度），如图2所示。

由于液位的浮动与阀位上下移动同步，浮筒气、液阀位开度上下行程很小，固液位只能在很小的范围内（等同于阀位上下的总行程） 控制上下气液阀位的开度，形成气、液阀位频繁开关，无法有效过滤前端柱塞流等不规则出液、出气现象，虽然可以做到气液两相流量不串相，但在控制上并未做到比例调节控制，接近于开关控制，使进入气、液流量计的流体走走停停，流速忽快忽慢，无法保障流量计精度测量的前提条件。因此为了避免上述的情况发生，保证液位上下浮动的范围比例控制气液阀位的开度大小，在上下气液阀位中加入一定弹力的弹簧。弹簧弹力的大小需根据浮力、重力、液位控制范围计算。当液位从设置最低位开始持续升高时下阀口从关闭状态按比例增大，上阀口按比例缩小，当液位到达最高设定值时，下出口全开，上出口全闭。

弹簧的弹力的计算方法如下：

如液位控制罐内面总高度为80cm,内径20cm, 浮筒总长60cm,外径10cm, 气出口（气液阀口）总行程4cm,设定控制液位范围为罐中心上下20cm，由于浮筒+与浮筒相连的上下气液阀口总重量=总浮力的1/2，使液位到达罐中心位置时浮筒也处于罐中心位置，气液阀位出口开度一样（4cm*1/2=2cm开度）,当在此种状态下液位从罐中心往上升高20 cm到达液位上限时，浮筒上浮2cm，上阀口完全关闭，此时浮筒上增加的浮力为等同于浮筒直径的18cm的液柱重力：3.14*5*5*（20-2)*g/cm3,以水的密度1g/cm3来计算得：F浮=1.413kgf,而此时上弹簧压缩2cm，下弹簧升长2cm,即增加的浮力等于4cm弹簧压缩的力，即弹簧弹力应设定为每压缩1cm产生1.413kgf/4=0.35325kgf。

通过弹簧弹力与浮力、重力的相互作用，能准确的控制液位上下浮动的范围（＜浮筒的长度），通过液位的变化比例调控上下阀口的大小，达到完美的控制效果。

当液位处在液位控制罐下限时，此时油井应处于间断出气状态，由于在液位下限时液体阀位完全关闭，液体出不去，液位就会停止下移，气体从气管线持续输出，气体流量计正常工作，液体流量计瞬时流量为0，当前端油井过了间断出气阶段，液体进入液位控制罐使罐体液位逐渐升高，当液位升高的过程中，液出口逐渐加大气出口逐渐减小，当液位到达液位控制罐上限时气出口关闭，气体出不去，随着罐顶气压的增大，液体流速会加快，使进、出液量逐渐趋于平衡。在正常情况下，液位很少会在上下限位置，在液位上下移动的过程中比例调控气、液阀位的大小，使进出流量趋于平衡，从而使进入流量计的介质流速在某一时段呈递增或递减或相对平衡状态，满足流量计最佳测量效果的条件，保证了测量精度。真正意义上解决多相流在线连续计量。

本装置类似于自力式控制的方式通过液位高低的变化，自动控制气、液流量的大小，已达到进出气、液量的平衡，即前端进液量大，后段出液量也大，进气量大，出气量也大，液位控制罐罐内的液位始终保持在罐体的中心上下200mm的范围内，保证了气液两相互不串相，液体经过液体流量计时始终处于满管状态，气体进入气体流量计时不含液体，保证了气、液流量计的精准测量。

本装置不仅适用于单井的计量，还适用于大流量混合介质的计量，使用范围非常广。

本装置采用玻璃管液位计，便于观察液位控制罐内的液位变化情况，方便快捷。

其中，气出口、液出口和流量调节管均采用防腐材质，根据混合介质的不同，选用材质的型号不同，优选316L不锈钢材质，使用寿命长。

设计了差压开启阀，当液位控制罐的气出口和液出口同时堵塞时，液位控制罐内的压力值与差压开启阀后的压力差超过差压开启阀的设定值时，差压开启阀自动开启并报警，避免了装置憋压的现象发生。

气体流量计和液体流量计等仪表把流量、液位、压力等数据传输给控制箱，系统可根据用户需求自动采集、自动分析，也可以搭成不同的软件实现数据共享、远程控制等功能，顺应未来数字化油田建设的发展趋势。

综上所述，本多相流量快速分离计量装置结构简单，使用方便，利用螺旋盘管，使混合介质在离心力和重力作用下，达到气、液流体快速分离的目的；利用螺旋盘管和下盘旋管形成的交汇点，使流体达到多级分流的效果；采用液位控制罐，将液位控制在罐体中心上下200mm的范围内（可设定），有效缓冲柱塞流、脉冲流，使气、液两相不串相，保障了气、液流量计的精准测量；在线实时连续计量，计量精度高，利用质量计量，实现油、水两相同时测量及含水分析的工作，与现有容积法计量有本质的区别；量程比宽，适合气液比变化大，脉冲间歇流等复杂工况下的测量，分离罐结垢结淤及气含量的大小对计量结果没有影响；结构紧凑，占地空间小，配有排污阀，便于日常清洗维护；通过控制箱，实现对单井产量数据的自动采集、只能分析等功能，对油井管理，油藏分布具有十分重要的意义。

Claims (8)

1.一种多相流量快速分离计量装置，包括分离罐(1)、液位控制罐(9)和控制箱(16)，所述的分离罐(1)底端设有装置架，装置架环绕设有环形管(6)，环形管(6)一侧与进料口(7)连通，所述的液位控制罐(9)顶端通过管道二(4)与管道六(14)连通，液位控制罐(9)上部通过管道三(10)与管道六(14)连通，液位控制罐(9)下部通过管道五(20)与管道六(14)连通，液位控制罐(9)罐体上设有液位计(17)，其特征在于：所述的环形管(6)上设有分离机构，分离机构盘绕在分离罐(1)外，分离机构与环形管(6)和分离罐(1)内部连通，分离罐(1)顶端通过管道一(8)与液位控制罐(9)顶端连接，分离罐(1)底端通过管道四(19)与液位控制罐(9)底端连接，所述的分离机构包括螺旋盘管(5)和下盘旋管(3)，螺旋盘管(5)和下盘旋管(3)个数均为若干个且个数相等，螺旋盘管(5)由下至上盘绕在分离罐(1)外，螺旋盘管(5)底端均与环形管(6)连通，且螺旋盘管(5)底端端口均等分布在环形管(6)顶端圆周面上，螺旋盘管(5)顶端端口汇入分离罐(1)内与分离罐(1)内部连通，所述的下盘旋管(3)由上至下依次盘旋在分离罐(1)外且与螺旋盘管(5)相交相通，下盘旋管(3)与螺旋盘管(5)形成若干个交汇点(2)；所述的液位控制罐(9)包括罐体和浮筒(904)，罐体顶端和底端分别设有气出口(901)和液出口(905)，罐体内设有浮筒(904)，浮筒(904)顶端和底端分别设有流量调节管(906)，流量调节管(906)管壁上设有方形通孔(907)，流量调节管(906)分别伸入气出口(901)和液出口(905)内且与气出口(901)和液出口(905)间隙配合，流量调节管(906)外壁通过弹簧(902)分别与气出口(901)和液出口(905)外壁连接，流量调节管(906)与浮筒(904)连接处均设有密封台(903)，密封台(903)的外径与气出口(901)和液出口(905)内径相吻合。

2.根据权利要求1所述的多相流量快速分离计量装置，其特征在于：所述的下盘旋管(3)的顶端端口与分离罐(1)顶部相通，下盘旋管(3)底端端口伸入分离罐(1)内与分离罐(1)内部连通，下盘旋管(3)底端端口位于分离罐(1)中上部。

3.根据权利要求1所述的多相流量快速分离计量装置，其特征在于：所述的下盘旋管(3)的管径大于螺旋盘管(5)的管径。

4.根据权利要求1所述的多相流量快速分离计量装置，其特征在于：所述的分离罐(1)与液位控制罐(9)之间的管道四(19)上设有排污阀(18)。

5.根据权利要求1所述的多相流量快速分离计量装置，其特征在于：所述的管道二(4)上设有阀门(11)和气体流量计(13)。

6.根据权利要求1所述的多相流量快速分离计量装置，其特征在于：所述的管道三(10)上设有差压开启阀(12)。

7.根据权利要求1所述的多相流量快速分离计量装置，其特征在于：所述的管道五(20)上设有液体流量计(15)。

8.根据权利要求1、5或7所述的多相流量快速分离计量装置，其特征在于：液位计(17)、液体流量计(15)、阀门(11)和气体流量计(13)均通过导线与控制箱(16)连接。

Images