CN111720740B - 一种气液两相流集输管汇偏流控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气液两相流集输管汇偏流控制装置及方法，其特征在于，包括空气压缩机、水箱、第一管汇、第二管汇、汇管、气液多级预分离装置、风速检测仪、摄像机、控制柜和计算机；空气压缩机通过气体流量计经第一阀门连接第一管汇的一端；水箱通过液体流量计经第二阀门连接第二管汇的一端，第一管汇和第二管汇的另一端通过笛形管连接汇管的一端；汇管的另一端连接气液多级预分离装置的入口，气液多级预分离装置的出口处设置有风速检测仪，风速检测仪还连接集水箱；计算机分别连接所述气体流量计、液体流量计、风速检测仪和控制柜，控制柜分别连接空气压缩机、水箱和摄像机，本发明可以广泛应用于油气集输技术领域中。

Description

一种气液两相流集输管汇偏流控制装置及方法
技术领域
本发明是关于一种气液两相流集输管汇偏流控制装置及方法，属于油气集输技术领域。
背景技术
在油气开采与天然气生产过程中，管汇用于汇集与分配各井口采出物。管汇系统进行流量分配时，流型、惯性力和重力等因素将导致各引出管流量分配不均，影响集输工艺系统运行的经济性与安全性。然而，气液两相流在钻采施工和气液混输过程中极其容易出现偏流问题，同时液体对管线长时间的冲刷和侵蚀，会对油气安全造成最大威胁。另一方面，压力分布不均、湍流和惯性力是造成单相流管汇系统偏流的主要原因。
现有技术主要通过在并联管路中安装调节阀，以控制气液两相流集输管汇偏流现象，但是，这种方法一般只适用于单相流动管汇，并不适用于气液两相流动管汇。因此，为最大程度地利用油气集输能力，以及为了油气田开发的安全性与经济性，迫切需要能够有效控制油气集输过程中由于气液分配不均而出现的偏流现象。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够有效控制油气集输过程中由于气液分配不均出现的偏流现象的气液两相流集输管汇偏流控制装置及方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种气液两相流集输管汇偏流控制装置，包括空气压缩机、水箱、第一管汇、第二管汇、汇管、气液多级预分离装置、风速检测仪、摄像机、控制柜和计算机；所述空气压缩机通过气体流量计经第一阀门连接所述第一管汇的一端，所述空气压缩机用于对所述第一管汇内的气体进行压缩以及调节不同气液比工况下的气体流量；所述水箱通过液体流量计经第二阀门连接所述第二管汇的一端，所述第一管汇和第二管汇的另一端通过笛形管连接所述汇管的一端；所述汇管的另一端连接所述气液多级预分离装置的入口，所述气液多级预分离装置用于将所述汇管中的气液两相流进行分离后再分别分配，并将分配后的气液两相进行汇合，在消除流型的基础上实现流量均匀分配，所述气液多级预分离装置的出口处设置有所述风速检测仪，所述风速检测仪还连接集水箱，所述风速检测仪用于检测所述气液多级预分离装置出口处气体的风速，所述集水箱用于获取并称重流出所述气液多级预分离装置的液体；所述计算机分别连接所述气体流量计、液体流量计、风速检测仪和控制柜，所述控制柜分别连接所述空气压缩机、水箱和摄像机，所述摄像机用于获取所述气液多级预分离装置处的图像。
进一步地，所述汇管上设置有第一压力传感器和第一温度传感器，所述气液多级预分离装置的入口处设置有第二压力传感器，所述气液多级预分离装置的出口处依次设置有第二温度传感器、第三压力传感器和所述风速检测仪，所述第一～第三压力传感器用于采集对应管道处的压力，所述第一～第二温度传感器用于采集对应管道处的温度；所述计算机分别电连接所述第一～第三压力传感器和第一～第二温度传感器。
进一步地，所述气液多级预分离装置包括第一水平环形管、第二水平环形管、垂直引入管、L型引入管、弧线形引出管和L型引出管；所述第一水平环形管与所述第二水平环形管之间通过若干所述垂直引入管固定连接，所述第一水平环形管的一侧固定连接所述汇管，所述第二水平环形管的一侧固定连接所述L型引入管的一端，所述L型引入管的另一端固定连接所述汇管；两所述垂直引入上均设置有所述第二压力传感器；所述第一水平环形管的另一侧间隔设置有两所述弧线形引出管，所述第二水平环形管的另一侧间隔设置有两所述L型引出管，两所述L型引出管的另一端固定连接对应所述弧线形引出管的中部，两所述弧线形引出管的出口处均依次设置有所述第二温度传感器、第三压力传感器和风速检测仪。
进一步地，所述L型引入管为单管，管内径为4cm，长度为1.4m，且所述L型引入管与所述汇管的中部连接。
进一步地，所述汇管为单管，管内径为4cm，长度为2.8m，且所述汇管与所述第一管汇、第二管汇和引入管的连接均为尺寸相同的接口。
进一步地，所述笛形管的管内径为2cm，长度为2.8m。
进一步地，所述笛形管采用全可视化且抗压1MPa的亚克力材料。
一种气液两相流集输管汇偏流控制方法，包括以下内容：1)人工开启摄像机、控制柜和计算机，通过控制柜启动空气压缩机和水箱；2)空气压缩机对第一管汇内的气体进行压缩，并通过第一阀门调节气体的流量，通过气体流量计采集流经第一管汇的气体流量；3)通过第二阀门调节水箱内流入第二管汇中液体的流量，通过液体流量计采集流经第二管汇的液体流量，第一管汇内的气体与第二管汇内的液体通过笛形管汇合后进入汇管；4)汇合后的气液两相通过汇管进入气液多级预分离装置，气液多级预分离装置将汇管中的气液两相流进行分离后再分别分配，并将分配后的气液两相进行汇合，在消除流型的基础上实现流量均匀分配；5)摄像机实时获取气液多级预分离装置处的图像；6)均匀分配后的气液两相通过风速检测仪进入集水箱，风速检测仪检测气液两相中气体的风速，集水箱获取并称重气液两相中的液体，根据液体的重量、风速数据和高清摄像机获取的图像，人工判断由于气液分配不均出现的偏流现象是否已被控制。
进一步地，所述步骤4)的具体过程为：4.1)汇合后的气液两相通过汇管进入气液多级预分离装置，气液两相到达气液多级预分离装置入口处时，气体在第一水平环形管内流动，液体通过垂直引入管向下流动进入第二水平环形管，达到气液分离；4.2)第一水平环形管内的气体进入两弧线形引出管进行均匀分配，第二水平环形管内的液体进入两L型引出管进行均匀分配，完成分离后气液两相的流量分配；4.3)分配后的气液两相在气液预分离装置的出口处汇合，在消除流型的基础上实现流量均匀分配。
进一步地，在偏流控制过程中，计算机实时记录第一～第三压力传感器以及第一～第二温度传感器采集的数据，将汇管的入口压力和入口温度与气液预分离装置的入口压力、出口压力和出口温度进行对比，在不同流型、不同气液比工况下进行偏流测试，确定入口压力、气液流量、出口速度和出口压力对偏流实验的影响。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明由于设置有气液多级预分离装置，能够根据水平管、垂直管道气液两相流流态模拟准则，预计算实验需求流态发育情况，采用几何结构调整、压力分布调整、流型调整、气液两相预分离和多级分配五种偏流控制方法，能够降低管汇偏流程度，从而有效控制气液两相流动过程中由于气液分配比不均而导致的偏流现象，为后期有效地控制油气集输系统中气液两相流出现的偏流现象提供理论基础和技术支撑。
2、在油气集输系统中，由于气液两相流在分配不均而出现偏流现象，本发明通过气液多级预分离装置对气液两相流先分离再分配，能够有效地消除气液两相流流型对集输管汇内气液两相流量分配不均而出现的偏流现象，结构简单、性能可靠且操作方便。
3、本发明由于设置有风速测速仪，能够快速测量弧线形引出管内气体的含量以及流速。
4、本发明由于设置有气体流量计和液体流量计，可以计量气体和液体的量，进而确定不同的气液分配比。
5、本发明通过在第一管汇和第二管汇的一端引入笛形管，能够模拟气液两相流测试在不同流态下、不同气液比的条件下对偏流程度的影响。
6、本发明由于设置有高清摄像机，能够直观地观察不同气液流量、不同气液比条件下的流态转换点和偏流程度等结果，可以广泛应用于油气集输技术领域中。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明装置中气液多级预分离装置的局部结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明提供的气液两相流集输管汇偏流控制装置包括空气压缩机1、水箱2、气体流量计3、液体流量计4、第一管汇5、第二管汇6、笛形管7、汇管8、气液多级预分离装置9、第一～第三压力传感器10～12、第一～第二温度传感器13～14、风速检测仪15、集水箱、高清摄像机16、控制柜17、计算机18和第一～第三阀门19～21，其中，集水箱为密封结构。
空气压缩机1通过气体流量计3经第一阀门19连接第一管汇5的一端，空气压缩机1用于对第一管汇5内的气体进行压缩以及调节不同气液比工况下的气体流量，以通过气液占比来调节分层流、段塞流、环状流等不同流型的出现，气体流量计3用于采集流经第一管汇5的气体流量，第一阀门19用于控制气相流量。水箱2通过液体流量计4经第二阀门20连接第二管汇6的一端，液体流量计4用于采集流经第二管汇6的液体流量，第二阀门20用于控制液相流量。第一管汇5和第二管汇6的另一端通过笛形管7连接汇管8的一端，笛形管7用于充分混合第一管汇5和第二管汇6汇合后的气液两相，汇管8上设置有第一压力传感器10和第一温度传感器13，汇管8的另一端连接气液多级预分离装置9的入口，气液多级预分离装置9用于将汇管8中的气液两相流进行分离后再分别分配，并将分配后的气液两相进行汇合，在消除流型的基础上实现流量均匀分配。气液多级预分离装置9的入口处设置有第二压力传感器11，气液多级预分离装置9的出口处依次设置有第二温度传感器14、第三压力传感器12和风速检测仪15，风速检测仪15还连接集水箱，第一～第三压力传感器12用于采集对应管道处的压力，第一～第二温度传感器14用于采集对应管道处的温度，风速检测仪15用于检测气液多级预分离装置9出口处气体的风速，集水箱用于获取并称重流出气液多级预分离装置9的液体。
控制柜17分别连接空气压缩机1和高清摄像机16，控制柜17还通过第三阀门21连接水箱2，高清摄像机16用于实时获取气液多级预分离装置9处的图像，以观察不同气液流量、不同气液比条件下的流态转换点和偏流程度等，控制柜17用于控制空气压缩机1、水箱2和高清摄像机16的工作，第三阀门21用于控制水箱2液位。计算机18分别连接气体流量计3、液体流量计4、第一～第三压力传感器10～12、第一～第二温度传感器13～14、风速检测仪15和控制柜17，计算机18用于实时记录第一～第三压力传感器10～12以及第一～第二温度传感器13～14采集的数据。
在一个优选的实施例中，如图2所示，气液多级预分离装置9包括第一水平环形管9-1、第二水平环形管9-2、垂直引入管9-3、L型引入管9-4、弧线形引出管9-5和L型引出管9-6。
第一水平环形管9-1与第二水平环形管9-2之间通过若干垂直引入管9-3固定连接，第一水平环形管9-1的一侧固定连接汇管8，第二水平环形管9-2的一侧固定连接L型引入管9-4的一端，L型引入管9-4的另一端固定连接汇管8，每一引入管上均设置有第二压力传感器11。第一水平环形管9-1的另一侧间隔设置有两弧线形引出管9-5，第二水平环形管9-2的另一侧间隔设置有两L型引出管9-6，两L型引出管9-6的另一端固定连接对应弧线形引出管9-5的中部，两弧线形引出管9-5的出口处均依次设置有第二温度传感器14、第三压力传感器12、风速检测仪15和集水箱。
在一个优选的实施例中，L型引入管9-4为单管，管内径为4cm，长度为1.4m，且L型引入管9-4与汇管8的中部连接。
在一个优选的实施例中，笛形管7的管内径为2cm，长度为2.8m。
在一个优选的实施例中，笛形管7可以采用全可视化且抗压1MPa的亚克力材料。
在一个优选的实施例中，汇管8为单管，管内径为4cm，长度为2.8m，且汇管8与第一管汇5、第二管汇6和引入管的连接均为尺寸相同的接口。
在一个优选的实施例中，高清摄像机16的分辨率至少为4860×2480。
基于上述气液两相流集输管汇偏流控制装置，本发明还提供一种气液两相流集输管汇偏流控制方法：
1)人工开启高清摄像机16、控制柜17和计算机18，通过控制柜17启动空气压缩机1和水箱2。
2)空气压缩机1对第一管汇5内的气体进行压缩，并通过第一阀门19调节气体流量，通过气体流量计3采集流经第一管汇5的气体流量。
3)通过第二阀门20调节水箱2内流入第二管汇6中液体的流量，通过液体流量计4采集流经第二管汇6的液体流量，第一管汇5内的气体与第二管汇6内的液体通过笛形管7汇合后进入汇管8，由于不同气液的占比使得水平的汇管8中出现分层流、段塞流和环状流等不同的流型。
4)汇合后的气液两相通过汇管8进入气液多级预分离装置9，气液多级预分离装置9将汇管8中的气液两相流进行分离后再分别分配，并将分配后的气液两相进行汇合，在消除流型的基础上实现流量均匀分配，具体为：
4.1)汇合后的气液两相通过汇管8进入气液多级预分离装置9，气液两相到达气液多级预分离装置9入口处时，气体在第一水平环形管9-1内流动，液体通过垂直引入管9-3向下流动进入第二水平环形管9-2，达到气液分离。
4.2)第一水平环形管9-1内的气体进入两弧线形引出管9-5进行均匀分配，第二水平环形管9-2内的液体进入两L型引出管9-6进行均匀分配，完成分离后气液两相的流量分配。
4.3)分配后的气液两相在气液预分离装置的出口处汇合，在消除流型的基础上实现流量均匀分配。
5)高清摄像机16实时获取气液多级预分离装置9处的图像。
6)均匀分配后的气液两相通过风速检测仪15进入集水箱，风速检测仪15检测气液两相中气体的风速，集水箱获取并称重气液两相中的液体，根据液体的重量、风速数据和高清摄像机16获取的图像，人工判断由于气液分配不均出现的偏流现象是否已被有效地控制。
7)在偏流控制过程中，计算机18实时记录第一～第三压力传感器12以及第一～第二温度传感器14采集的数据，将汇管8的入口压力和入口温度与气液预分离装置的入口压力、出口压力和出口温度进行对比，在不同流型、不同气液比工况下进行偏流测试，确定入口压力、气液流量、出口速度和出口压力对偏流实验的影响。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种气液两相流集输管汇偏流控制装置，其特征在于，包括空气压缩机、水箱、第一管汇、第二管汇、汇管、气液多级预分离装置、风速检测仪、摄像机、控制柜和计算机；
所述空气压缩机通过气体流量计经第一阀门连接所述第一管汇的一端，所述空气压缩机用于对所述第一管汇内的气体进行压缩以及调节不同气液比工况下的气体流量；所述水箱通过液体流量计经第二阀门连接所述第二管汇的一端，所述第一管汇和第二管汇的另一端通过笛形管连接所述汇管的一端；
所述汇管的另一端连接所述气液多级预分离装置的入口，所述气液多级预分离装置用于将所述汇管中的气液两相流进行分离后再分别分配，并将分配后的气液两相进行汇合，在消除流型的基础上实现流量均匀分配，所述气液多级预分离装置的出口处设置有所述风速检测仪，所述风速检测仪还连接集水箱，所述风速检测仪用于检测所述气液多级预分离装置出口处气体的风速，所述集水箱用于获取并称重流出所述气液多级预分离装置的液体；
所述计算机分别连接所述气体流量计、液体流量计、风速检测仪和控制柜，所述控制柜分别连接所述空气压缩机、水箱和摄像机，所述摄像机用于获取所述气液多级预分离装置处的图像；
所述汇管上设置有第一压力传感器和第一温度传感器，所述气液多级预分离装置的入口处设置有第二压力传感器，所述气液多级预分离装置的出口处依次设置有第二温度传感器、第三压力传感器和所述风速检测仪，所述第一～第三压力传感器用于采集对应管道处的压力，所述第一～第二温度传感器用于采集对应管道处的温度；
所述计算机分别电连接所述第一～第三压力传感器和第一～第二温度传感器；
所述气液多级预分离装置包括第一水平环形管、第二水平环形管、垂直引入管、L型引入管、弧线形引出管和L型引出管；
所述第一水平环形管与所述第二水平环形管之间通过若干所述垂直引入管固定连接，所述第一水平环形管的一侧固定连接所述汇管，所述第二水平环形管的一侧固定连接所述L型引入管的一端，所述L型引入管的另一端固定连接所述汇管；两所述垂直引入管上均设置有所述第二压力传感器；
所述第一水平环形管的另一侧间隔设置有两所述弧线形引出管，所述第二水平环形管的另一侧间隔设置有两所述L型引出管，两所述L型引出管的另一端固定连接对应所述弧线形引出管的中部，两所述弧线形引出管的出口处均依次设置有所述第二温度传感器、第三压力传感器和风速检测仪。
2.如权利要求1所述的一种气液两相流集输管汇偏流控制装置，其特征在于，所述L型引入管为单管，管内径为4cm，长度为1.4m，且所述L型引入管与所述汇管的中部连接。
3.如权利要求1所述的一种气液两相流集输管汇偏流控制装置，其特征在于，所述汇管为单管，管内径为4cm，长度为2.8m，且所述汇管与所述第一管汇、第二管汇和L型引入管的连接均为尺寸相同的接口。
4.如权利要求1所述的一种气液两相流集输管汇偏流控制装置，其特征在于，所述笛形管的管内径为2cm，长度为2.8m。
5.如权利要求1所述的一种气液两相流集输管汇偏流控制装置，其特征在于，所述笛形管采用全可视化且抗压1MPa的亚克力材料。
6.一种基于权利要求1至5任一项所述的气液两相流集输管汇偏流控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下内容：
1）人工开启摄像机、控制柜和计算机，通过控制柜启动空气压缩机和水箱；
2）空气压缩机对第一管汇内的气体进行压缩，并通过第一阀门调节气体的流量，通过气体流量计采集流经第一管汇的气体流量；
3）通过第二阀门调节水箱内流入第二管汇中液体的流量，通过液体流量计采集流经第二管汇的液体流量，第一管汇内的气体与第二管汇内的液体通过笛形管汇合后进入汇管；
4）汇合后的气液两相通过汇管进入气液多级预分离装置，气液多级预分离装置将汇管中的气液两相流进行分离后再分别分配，并将分配后的气液两相进行汇合，在消除流型的基础上实现流量均匀分配；
5）摄像机实时获取气液多级预分离装置处的图像；
6）均匀分配后的气液两相通过风速检测仪进入集水箱，风速检测仪检测气液两相中气体的风速，集水箱获取并称重气液两相中的液体，根据液体的重量、风速数据和高清摄像机获取的图像，人工判断由于气液分配不均出现的偏流现象是否已被控制。
7.如权利要求6所述的一种气液两相流集输管汇偏流控制装置的控制方法，其特征在于，所述步骤4）的具体过程为：
4.1）汇合后的气液两相通过汇管进入气液多级预分离装置，气液两相到达气液多级预分离装置入口处时，气体在第一水平环形管内流动，液体通过垂直引入管向下流动进入第二水平环形管，达到气液分离；
4.2）第一水平环形管内的气体进入两弧线形引出管进行均匀分配，第二水平环形管内的液体进入两L型引出管进行均匀分配，完成分离后气液两相的流量分配；
4.3）分配后的气液两相在气液预分离装置的出口处汇合，在消除流型的基础上实现流量均匀分配。
8.如权利要求6所述的一种气液两相流集输管汇偏流控制装置的控制方法，其特征在于，在偏流控制过程中，计算机实时记录第一～第三压力传感器以及第一～第二温度传感器采集的数据，将汇管的入口压力和入口温度与气液预分离装置的入口压力、出口压力和出口温度进行对比，在不同流型、不同气液比工况下进行偏流测试，确定入口压力、气液流量、出口速度和出口压力对偏流实验的影响。
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