CN111928911A - 一种多路宽范围流量测量装置及其测量方法 - Google Patents

一种多路宽范围流量测量装置及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多路宽范围流量测量装置及其测量方法，属于流量测量技术领域，解决了现有技术中由于各油气井的产量差异大，导致单台流量计的测量量程远不能满足测量范围需求的问题，本发明包括总管道，总管道设置有入口和出口，总管道的入口和出口之间设置有主路管道和至少三个支路管道，主路管道与支路管道均为并联连接，主路管道与支路管道上均设置有节流装置，主路管道的节流装置电性连接有流量计算机，支路管道上均设置有控制阀，总管道的出口处设置有温度传感器，温度传感器和控制阀均与流量计算机电性连接。本发明能减少大管路前后直管段、拓宽测量量程、大流量计量时压缩限制、降低多路宽范围流量测量装置成本，提高可靠性。

Description

一种多路宽范围流量测量装置及其测量方法
技术领域
本发明属于流量测量技术领域，具体涉及一种多路宽范围流量测量装置及其测量方法。
背景技术
目前，气液分离型多相流量装置在油气田上得到广泛应用，许多新开发的油田属于经济型边际油田，这种油田不能承担传统分离技术所引发的高昂的费用，而多相流量计可以节省很多费用，因为使用它就不需要安装分离器，或者几个油田共用处理装置。
在油井管理方面，气液分离型多相流量装置可以提供持续的数据输出，给出油井动态的有价值信息，这样可以及时地发现油井产生的问题或变化，以便尽早地做出决定，而采用传统的处理技术却要慢一些。
气液分离计量装置常用于计量站多井计量，通常一台计量设备用于十几口油气井的轮换计量，各油气井产量差异较大，这就要求流量计有非常大的测量范围和低压损，尤其是气相范围远大于单台流量计测量量程，在其他生产工艺中也发生过类似的问题。
发明内容
本发明的目的在于：
为解决现有技术中由于各油气井的产量差异大，导致单台流量计的测量量程远不能满足测量范围需求的问题，提供一种多路宽范围流量测量装置及其测量方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种多路宽范围流量测量装置，包括总管道，所述总管道设置有入口和出口，总管道的入口和出口之间设置有主路管道和至少三个支路管道，所述支路管道之间均为并联连接，所述主路管道与支路管道上均设置有节流装置，主路管道的主路节流装置电性连接有流量计算机，所述支路管道上均设置有控制阀，总管道的出口处设置有温度传感器，所述温度传感器和控制阀均与流量计算机电性连接，所述流量计算机由差压变送器、压力变送器、温度补偿器和中央处理器组成。
进一步地，所述总管道、主路管道和支路管道的管径大小范围为8mm-5000mm。
一种多路宽范围流量测量方法，将支路管道a2至an的控制阀F1至Fn-1全部打开，其中，支路管道a2的控制阀为F1，an的控制阀为Fn-1，通过中央处理器判断流量是否小于控制设定下限值，如结果为小于，则关闭控制阀Fn-1，继续判断流量与控制设定下限值的大小，如结果为小于，继续关闭控制阀Fn-2，重复步骤直到流量不小于控制设定下限值，开始测量流量，测量过程中若出现流量值大于设定上限值，则逐个开启支路管道控制阀F1至Fn-1直至流量值不大于设定上限值，若出现流量值小于设定下限值则逐个关闭控制阀F1至Fn-1，直至流量值不小于设定下限值，保持流量在正常测量范围内，并由流量计算机按实际的支路进行流量计算。
进一步地，所述流量计算机的流量计算方法包括如下步骤：
步骤a.根据流量公式
Figure 719128DEST_PATH_IMAGE002
和公式内各参数之间的换算关 系，将该公式中的系数值代入其中进行计算，得到简化后的公式Δω=（1-β 1.9）ΔP，其中β— 孔径比，C—流出系数，ε—可膨胀性系数，A0—开孔面积，ρ 1—介质工况密度，ΔP—仪表检测 差压，Q v—总流量值，Δω—压损，
Figure 541328DEST_PATH_IMAGE004
，其中S 开孔为节流件开孔面积，S 截面积 为管道截面积，S τ 为孔径比，各节流装置的S τ 值相等；
步骤b.根据步骤a中简化后的公式，设采用第n节流装置和第n+1节流装置对流量进行计算：
第n节流装置压损Δω 1 =（1-β 1 1.9）ΔP 1= P 2 -P 3，第n+1节流装置压损Δω 1 =（1-β 2 1.9）ΔP 2= P 1 -P 4，设P 1 -P 2=Δω，P 4 -P 3=Δω'，则P 1 -P 3=Δω+Δω 1=Δω'+Δω 2，在设计时保证P 1，P 2和P 3，P 4相同，即Δω'=Δω，则有Δω 1=Δω 2，其中P 2和P 3为第n节流装置两侧压力值，P 1和P 4为第n+1节流装置两侧的压力值，β 1为第n节流装置处的孔径比，β 2为第n+1节流装置处的孔径比，ρ 1为第n节流装置处的介质工况密度，ρ 2为第n+1节流装置处的介质工况密度；
步骤c.在相同工况测量环境下，温压补偿计算可得介质工况密度相等，ε、A0、C参数通过计算机查表计算所得，设计时使S τ1= S τ2，S τ1为第n节流装置处的孔径比、S τ2为第n+1节流装置处的孔径比，由于S τ =β，则有β 1=β 2，代入公式可得ΔP 1=ΔP 2，即检测第n节流装置差压ΔP 1，得出第n+1节流装置差压ΔP 2，将检测差压ΔP代入公式即可计算出各管路流量。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的装置主要用于油气田的计量站或其它生产工艺中非交接计量场合，并对支路节流装置的流量做非线性修正补偿，能减少大管路前后直管段、拓宽测量量程、大流量计量时压缩限制、降低多路宽范围流量测量装置成本，提高可靠性。
本发明的流量测量方法，可以灵活直观地快速调节流量的测量范围，使装置可适用于不同的油气井的计量，具有测量范围宽、测量精度高、压力损失小的优点。
附图说明
图1为本发明流量测量装置结构示意图；
图2为本发明的测量原理示意图。
图中标记：
a1-主路管道，a2至an-支路管道，b1-主路节流装置，b2至bn-支路节流装置，F1至Fn-1-支路控制阀；
1-流量计算机，2-温度传感器，3-中央处理器，4-总管道，5-入口，6-出口，7-第n节流装置，8-第n+1节流装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种多路宽范围流量测量装置，如图1所示，包括总管道4，所述总管道4设置有入口5和出口6，总管道4的入口5和出口6之间设置有主路管道a1和至少三个支路管道，所述支路管道之间均为并联连接，所述主路管道a1与支路管道上均设置有节流装置，主路管道a1的主路节流装置b1电性连接有流量计算机1，所述支路管道上均设置有控制阀，总管道4的出口6处设置有温度传感器2，所述温度传感器2和控制阀均与流量计算机1电性连接，所述流量计算机1由差压变送器、压力变送器、温度补偿器和中央处理器3组成。
优选地，所述总管道4、主路管道a1和支路管道的管径大小范围为8mm-5000mm。
一种多路宽范围流量测量方法，首先将支路管道a2至an的控制阀F1至Fn-1全部打开，其中，支路管道a2的控制阀为F1，an的控制阀为Fn-1，通过中央处理器3判断流量是否小于控制设定下限值，如结果为小于，则关闭控制阀Fn-1，继续判断流量与控制设定下限值的大小，如结果为小于，继续关闭控制阀Fn-2，重复步骤直到流量不小于控制设定下限值，开始测量流量，测量过程中若出现流量值大于设定上限值，则逐个开启支路管道控制阀F1至Fn-1直至流量值不大于设定上限值，若出现流量值小于设定下限值则逐个关闭控制阀F1至Fn-1，直至流量值不小于设定下限值，保持流量在正常测量范围内，并由流量计算机1按实际的支路进行流量计算。
优选地，所述流量计算机1的流量计算方法包括如下步骤：
步骤a.根据流量公式
Figure 586644DEST_PATH_IMAGE002
和公式内各参数之间的换算关 系，将该公式中的系数值代入其中进行计算，得到简化后的公式Δω=（1-β 1.9）ΔP，其中β— 孔径比，C—流出系数，ε—可膨胀性系数，A0—开孔面积，ρ 1—介质工况密度，ΔP—仪表检测 差压，Q v—总流量值，Δω—压损，
Figure 513012DEST_PATH_IMAGE004
，其中S 开孔为节流件开孔面积，S 截面积 为管道截面积，S τ 为孔径比，各节流装置的S τ 值相等；
步骤b.根据步骤a中简化后的公式，设采用第n节流装置7和第n+1节流装置8对流量进行计算：
第n节流装置7压损Δω 1 =（1-β 1 1.9）ΔP 1= P 2 -P 3，第n+1节流装置8压损Δω 1 =（1-β 2 1.9）ΔP 2= P 1 -P 4，设P 1 -P 2=Δω，P 4 -P 3=Δω'，则P 1 -P 3=Δω+Δω 1=Δω'+Δω 2，在设计时保证P 1，P 2和P 3，P 4相同，即Δω'=Δω，则有Δω 1=Δω 2，其中P 2和P 3为第n节流装置7两侧压力值，P 1和P 4为第n+1节流装置8两侧的压力值，β 1为第n节流装置7处的孔径比，β 2为第n+1节流装置8处的孔径比，ρ 1为第n节流装置7处的介质工况密度，ρ 2为第n+1节流装置8处的介质工况密度；
步骤c.在相同工况测量环境下，温压补偿计算可得介质工况密度相等，ε、A0、C参数通过计算机查表计算所得，设计时使S τ1= S τ2，S τ1为第n节流装置7处的孔径比、S τ2为第n+1节流装置8处的孔径比，由于S τ =β，则有β 1=β 2，代入公式可得ΔP 1=ΔP 2，即检测第n节流装置7差压ΔP 1，得出第n+1节流装置8差压ΔP 2，将检测差压ΔP代入公式即可计算出各管路流量。
作为其中一个实施例：如图2所示，测定第七节流装置和第八节流装置的流量，根据步骤a、步骤b得到的公式对流量进行计算：
第七节流装置压损
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，第八节流装置压损
Figure 265068DEST_PATH_IMAGE006
，设
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 759634DEST_PATH_IMAGE008
，则
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，在设计时保证
Figure 433192DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 68310DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
相同，即
Figure 533927DEST_PATH_IMAGE014
，则有
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，其中
Figure 199394DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 219303DEST_PATH_IMAGE012
为第七节流装置两侧压力值，
Figure 362839DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 417383DEST_PATH_IMAGE016
为第八节流装置两侧的压力值；在相同工况测量环境下，温压补偿计算可得
Figure DEST_PATH_IMAGE017
相等，
Figure 519331DEST_PATH_IMAGE018
、A0、C参数通过计算机查表计算所得，设计时使
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，则有
Figure 931596DEST_PATH_IMAGE020
，代入公式可得
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，即检测第七节流装置差压
Figure 878823DEST_PATH_IMAGE022
，即可推出第八节流装置差压
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，将检测差压
Figure 319032DEST_PATH_IMAGE024
代入公式即可计算出各管路流量。
本发明的操作流程如下：
如图1 所示，首先打开主路管道a1和主路节流装置b1，为保证管路的流通能力，首先将支路管道a2至an的控制阀F1至Fn-1全部打开，再打开支路节流装置b2至bn，其中，支路管道a2的控制阀为F1，an的控制阀为Fn-1，通过中央处理器判断流量是否小于控制设定下限值，如结果为小于，则关闭控制阀Fn-1，继续判断流量与控制设定下限值的大小，如结果为小于，继续关闭控制阀Fn-2，重复步骤直到流量不小于控制设定下限值，开始测量流量，测量过程中若出现流量值大于设定上限值，则逐个开启支路管道控制阀F1至Fn-1直至流量值不大于设定上限值，若出现流量值小于设定下限值则逐个关闭控制阀F1至Fn-1，直至流量值不小于设定下限值，保持流量在正常测量范围内，并由流量计算机按实际的支路进行流量计算。
优选地，流量计算机的中央处理器可集成于流量计算机内，也可以单独设置，流量计算机通过主路计算流量，且温度、压力均通过主路检测。
流量测量原理：根据ISO5167标准，以孔板为例：
根据流量公式
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，其中β—孔径比，C—流出系数，ε—可膨胀性系数，A0—开孔面积，ρ1—介质工况密度，
Figure 326302DEST_PATH_IMAGE026
—仪表检测差压；
将公式简化为
Figure 320803DEST_PATH_IMAGE027
，其中
Figure 806142DEST_PATH_IMAGE028
—压损，
Figure 569699DEST_PATH_IMAGE029
，其中S开孔为节流件开孔面积，S截面积为管道截面积，各节流装置的
Figure 246405DEST_PATH_IMAGE030
值相等；
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多路宽范围流量测量装置，其特征在于，包括总管道（4），所述总管道（4）设置有入口（5）和出口（6），总管道（4）的入口（5）和出口（6）之间设置有主路管道（a1）和至少三个支路管道，所述支路管道之间均为并联连接，所述主路管道（a1）与支路管道上均设置有节流装置，主路管道（a1）的主路节流装置（b1）电性连接有流量计算机（1），所述支路管道上均设置有控制阀，总管道（4）的出口（6）处设置有温度传感器（2），所述温度传感器（2）和控制阀均与流量计算机（1）电性连接，所述流量计算机（1）由差压变送器、压力变送器、温度补偿器和中央处理器（3）组成。
2.根据权利要求1所述的一种多路宽范围流量测量装置，其特征在于，所述总管道（4）、主路管道（a1）和支路管道的管径大小范围为8mm-5000mm。
3.一种多路宽范围流量测量方法，其特征在于，将支路管道a2至an的控制阀F1至Fn-1全部打开，其中，支路管道a2的控制阀为F1，an的控制阀为Fn-1，通过中央处理器（3）判断流量是否小于控制设定下限值，如结果为小于，则关闭控制阀Fn-1，继续判断流量与控制设定下限值的大小，如结果为小于，继续关闭控制阀Fn-2，重复步骤直到流量不小于控制设定下限值，开始测量流量，测量过程中若出现流量值大于设定上限值，则逐个开启支路管道控制阀F1至Fn-1直至流量值不大于设定上限值，若出现流量值小于设定下限值则逐个关闭控制阀F1至Fn-1，直至流量值不小于设定下限值，保持流量在正常测量范围内，并由流量计算机（1）按实际的支路进行流量计算。
4.根据权利要求3所述的一种多路宽范围流量测量方法，其特征在于，所述流量计算机（1）的流量计算方法包括如下步骤：
步骤a.根据流量公式
Figure 560417DEST_PATH_IMAGE002
和公式内各参数之间的换算关系， 将该公式中的系数值代入其中进行计算，得到简化后的公式Δω=（1-β 1.9）ΔP，其中β—孔 径比，C—流出系数，ε—可膨胀性系数，A0—开孔面积，ρ 1—介质工况密度，ΔP—仪表检测差 压，Q v—总流量值，Δω—压损，
Figure 849447DEST_PATH_IMAGE004
，其中S 开孔为节流件开孔面积，S 截面积为管 道截面积，S τ 为孔径比，各节流装置的S τ 值相等；
步骤b.根据步骤a中简化后的公式，设采用第n节流装置（7）和第n+1节流装置（8）对流量进行计算：
第n节流装置（7）压损Δω 1 =（1-β 1 1.9）ΔP 1= P 2 -P 3，第n+1节流装置（8）压损Δω 1 =（1-β 2 1.9）ΔP 2= P 1 -P 4，设P 1 -P 2=Δω，P 4 -P 3=Δω'，则P 1 -P 3=Δω+Δω 1=Δω'+Δω 2，在设计时保证P 1，P 2和P 3，P 4相同，即Δω'=Δω，则有Δω 1=Δω 2，其中P 2和P 3为第n节流装置（7）两侧压力值，P 1和P 4为第n+1节流装置（8）两侧的压力值，β 1为第n节流装置（7）处的孔径比，β 2为第n+1节流装置（8）处的孔径比，ρ 1为第n节流装置（7）处的介质工况密度，ρ 2为第n+1节流装置（8）处的介质工况密度；
步骤c.在相同工况测量环境下，温压补偿计算可得介质工况密度相等，ε、A0、C参数通过计算机查表计算所得，设计时使S τ1= S τ2，S τ1为第n节流装置（7）处的孔径比、S τ2为第n+1节流装置（8）处的孔径比，由于S τ =β，则有β 1=β 2，代入公式可得ΔP 1=ΔP 2，即检测第n节流装置（7）差压ΔP 1，得出第n+1节流装置（8）差压ΔP 2，将检测差压ΔP代入公式即可计算出各管路流量。
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