CN112033481A - 一种气井井下节流两相计量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气田开采中井下节流气液两相计量领域，具体涉及一种气井井下节流两相计量装置及方法。包括气井井筒、长喉颈文丘里管型井下节流管、压力远传装置、温度远传装置和智能计算仪，所述长喉颈文丘里管包括井下节流管、防护支架和第一法兰，所述井下节流管的一端固定有对接盘，其中，所述对接盘的一侧设置有固定盘，所述对接盘的内部嵌合有第一螺栓，所述第一螺栓贯穿连接有固定盘，所述第一螺栓的表面连接有第一螺母，所述防护支架的一端设置有对接槽，所述防护支架的内部连接有螺纹柱，所述对接槽的表面嵌合有连接支架，所述连接支架的内部连接有螺纹柱，所述连接支架的一端固定有支撑架。使地面集输工艺流程得到了进一步简化。
Description
技术领域
本发明涉及气田开采中井下节流气液两相计量领域，具体涉及一种气井井下节流两相计量装置及方法。
背景技术
气田开发集气站场一般采用加热节流或注醇节流工艺，或者为合理利用地层温度，采用井下节流工艺。气田生产同时需要对气井的气量和液量进行监测，动态了解气井的生产状况，同时为地质开发研究提供基础数据。
目前气液两相计量主要依托地面集输工艺，常用的地面集输流程为通过分离器进行气液分离后进行气液两相分别计量，配套常见的有轮换计量和连续计量两种计量工艺。连续计量工艺能够实时获取单井开发生产数据并分析单井产量变换规律，但投资较高；轮换计量工艺存在无法实时获取单井开发生产数据、需频繁倒换、阀门磨损较大等弊端；同时两种计量工艺均存在占地面积大、工艺流程繁杂的问题，尤其是对于改扩建站场，往往需要新增征地且改造流程较为复杂。
为进一步简化地面集输工艺流程，本发明提出利用井下节流管其前后压差变化实现气液两相连续计量。
发明内容
本发明的目的是提供一种气井井下节流两相计量装置及方法，进而实现地面流程最简化。
本发明的主要内容是由如下技术方案实现的：
一种气井井下节流两相计量装置，包括气井井筒、长喉颈文丘里管型井下节流管、压力远传装置、温度远传装置和智能计算仪，所述长喉颈文丘里管包括井下节流管、防护支架和第一法兰，所述井下节流管的一端固定有对接盘，其中，
所述对接盘的一侧设置有固定盘，所述对接盘的内部嵌合有第一螺栓，所述第一螺栓贯穿连接有固定盘，所述第一螺栓的表面连接有第一螺母，所述防护支架的一端设置有对接槽，所述防护支架的内部连接有螺纹柱，所述对接槽的表面嵌合有连接支架，所述连接支架的内部连接有螺纹柱，所述连接支架的一端固定有支撑架；
所述支撑架的一端连接有井下节流管，所述第一法兰的一侧设置有第二法兰，所述第二法兰的内部开设有卡槽，所述卡槽的表面嵌合有定位柱，所述定位柱的一端固定有第一法兰，所述定位柱的内部贯穿连接有第二螺栓，所述第二螺栓的表面连接有第二螺母。
进一步的，所述对接盘的纵截面与固定盘的纵截面相同，且第一螺栓横向贯穿对接盘和固定盘，并且第一螺栓与第一螺母为螺纹连接。
进一步的，所述防护支架通过对接槽与连接支架为插合连接，且螺纹柱纵向贯穿连接有防护支架和连接支架，并且螺纹柱与连接支架为螺纹连接。
进一步的，所述支撑架与井下节流管为焊连接，所述支撑架在井下节流管分布有两组，且每组支撑架设置有四个，并且每组支撑架在井下节流管上呈等间距分布。
进一步的，所述定位柱与卡槽的尺寸相匹配，所述定位柱通过卡槽与第二法兰构成卡合结构，所述定位柱与第一法兰为一体结构。
进一步的，所述第二螺栓的外表面与定位柱的内壁尺寸相匹配，所述第二螺栓在第一法兰横截面上呈十字形分布有四个，所述第二螺栓与第二螺母为螺纹连接。
一种气井井下节流两相计量方法，包括以下步骤：
S1：利用长喉颈文丘里管结构改造井下节流管，适当减小喉部管径，使井筒中天然气通过喉部位置时，过流截面突然收缩，流速迅速增大，从而造成局部阻力增大，气体压力显著下降，如此改造后的长喉颈文丘里管型井下节流管既具有节流功能，又具备文丘里管的流体力学性能。
S2：在长喉颈文丘里管型井下节流管上游、喉部与下游分别设置压力远传装置和温度远传装置，从而获得上游与喉部形成的前差压ΔPF、喉部与下游形成的后差压ΔPB及上下游之间形成的总压损ΔPLOSS。
S3：利用文丘里管独特的流体力学性能，通过气液两相平均密度、文丘里孔径比、文丘里喉部直径及文丘里流量系数可获取湿气总流量。
S4:研究发现流过长喉颈文丘里管的湿气液相体积含率与前差压ΔPF和后差压ΔPB之比相关，同时还发现湿气中液相体积含率还与总压损ΔPLOSS和前差压ΔPF之比相关，特别是该压差之比对于0.7％以下的低含液率极为敏感。两个差压比值均可以测量液相含率，通过采用加权平均得出最终测量的液相含率，而其权重依赖于所测工况条件。通过湿气液相体积含率和湿气总流量，可分别计算得出气液两相流量。
S5：ΔPF、ΔPB、ΔPLOSS以及节流前后温度等数据可通过压力温度远传装置传至地面智能计算仪，从而计算出气液两相流量。
本发明不涉及具体的流量计算公式，具体计算方法可结合实际实验室分析数据及现场生产数据进行获取并修正。
本发明的重点是利用井下节流实现气液两相连续计量的理念和方法，关于长喉颈文丘里管型井下节流管的各种结构型式、压力温度远传装置的各种型式、文丘里流量系数的实验修正系数方法、液相含率测量技术、井下节流管的下入深度等都纳入要求保护的本发明范围内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该气井井下节流两相计量装置：
1.设置有定位柱，将定位柱与卡槽进行对接，使得第二法兰与第一法兰相互吻合，之后将第二螺栓穿过定位柱与第一法兰相互吻合顺时针旋转第二螺母将第二法兰与第一法兰固定，从而能够跟方便的对接安装第一法兰；
2.设置有对接盘和固定盘，旋转螺纹柱，并取下螺纹柱，之后逆时针旋转第一螺母，使得第一螺母与第一螺栓拆分，将对接盘和固定盘向相反方向分离，从而能够更方便的对对井下节流管内部进行清理；
3.设置有防护支架，将防护支架通过对接槽与连接支架进行对接，之后将螺纹柱与连接支架一侧的孔进行对接，顺时针旋转螺纹柱，将防护支架与连接支架固定，从而使得井下节流管运输过程中，不会因为碰撞导致井下节流管表面不会掉漆使得井下节流管的使用寿命降低。
附图说明
图1为本发明主视结构示意图；
图2为本发明侧视结构示意图；
图3为本发明A放大结构示意图；
图4本发明专利的工艺流程示意图。
图中：1、井下节流管；2、对接盘；3、固定盘；4、第一螺栓；5、第一螺母；6、防护支架；7、对接槽；8、螺纹柱；9、连接支架；10、支撑架；11、第一法兰；12、第二法兰； 13、卡槽；14、定位柱；15、第二螺栓；16、第二螺母。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种气井井下节流两相计量装置，包括长喉颈文丘里管，所述长喉颈文丘里管包括井下节流管1、对接盘2、固定盘3、第一螺栓 4、第一螺母5、防护支架6、对接槽7、螺纹柱8、连接支架9、支撑架10、第一法兰11、第二法兰12、卡槽13、定位柱14、第二螺栓15和第二螺母16，所述井下节流管1的一端固定有对接盘2，其中，
所述对接盘2的一侧设置有固定盘3，所述对接盘2的内部嵌合有第一螺栓4，所述对接盘2的纵截面与固定盘3的纵截面相同，且第一螺栓4横向贯穿对接盘2和固定盘3，并且第一螺栓4与第一螺母5为螺纹连接，便于通过拆卸第一螺栓4与第一螺母5，进而将对接盘2和固定盘3拆卸更换，所述第一螺栓4贯穿连接有固定盘3，所述第一螺栓4的表面连接有第一螺母5，所述防护支架6的一端设置有对接槽7，所述防护支架6的内部连接有螺纹柱8，所述防护支架6通过对接槽7与连接支架9为插合连接，且螺纹柱8纵向贯穿连接有防护支架6和连接支架9，并且螺纹柱8与连接支架9为螺纹连接，便于将防护支架6与连接支架9通过螺纹柱8对接安装，所述对接槽7的表面嵌合有连接支架9，所述连接支架9 的内部连接有螺纹柱8，所述连接支架9的一端固定有支撑架10；
所述支撑架10的一端连接有井下节流管1，所述支撑架10与井下节流管1为焊连接，所述支撑架10在井下节流管1分布有两组，且每组支撑架10设置有四个，并且每组支撑架 10在井下节流管1上呈等间距分布，便于支撑架10将防护支架6与连接支架9进行支撑，所述第一法兰11的一侧设置有第二法兰12，所述第二法兰12的内部开设有卡槽13，所述卡槽13的表面嵌合有定位柱14，所述定位柱14的一端固定有第一法兰11，所述定位柱14的内部贯穿连接有第二螺栓15，所述定位柱14与卡槽13的尺寸相匹配，所述定位柱14通过卡槽13与第二法兰12构成卡合结构，所述定位柱14与第一法兰11为一体结构，便于通过定位柱14对接第一法兰11和第二法兰12，所述第二螺栓15的表面连接有第二螺母16，所述第二螺栓15的外表面与定位柱14的内壁尺寸相匹配，所述第二螺栓15在第一法兰11横截面上呈十字形分布有四个，所述第二螺栓15与第二螺母16为螺纹连接，便于将第一法兰 11和第二法兰12进行固定。
工作原理：在使用该气井井下节流两相计量装置时，首先在安装井下节流管1时将定位柱14与卡槽13进行对接，使得第二法兰12与第一法兰11相互吻合，之后将第二螺栓15穿过定位柱14与第一法兰11相互吻合顺时针旋转第二螺母16将第二法兰12与第一法兰11固定，从而能够跟方便的对接安装第一法兰11，在对井下节流管1内部进行清理时，旋转螺纹柱8，并取下螺纹柱8，之后逆时针旋转第一螺母5，使得第一螺母5与第一螺栓4拆分，将对接盘2和固定盘3向相反方向分离，从而能够更方便的对对井下节流管1内部进行清理，在井下节流管1运输过程中，将防护支架6通过对接槽7与连接支架9进行对接，之后将螺纹柱8与连接支架9一侧的孔进行对接，顺时针旋转螺纹柱8，将防护支架6与连接支架9 固定，从而使得井下节流管1运输过程中，不会因为碰撞导致井下节流管1表面不会掉漆使得井下节流管1的使用寿命降低，本说明中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。
如图4所示，图中：P1为长喉颈文丘里管型井下节流管上游压力、P2为长喉颈文丘里管型井下节流管喉部压力、P3为长喉颈文丘里管型井下节流管下游压力、ΔPF为上游与喉部形成的前差压、ΔPB为喉部与下游形成的后差压、ΔPLOSS为上下游之间形成的总压损。
一种气井井下节流两相计量方法，包括以下步骤：
S1：利用长喉颈文丘里管结构改造井下节流管1，适当减小喉部管径，使井筒中天然气通过喉部位置时，过流截面突然收缩，流速迅速增大，从而造成局部阻力增大，气体压力显著下降，如此改造后的长喉颈文丘里管型井下节流管1既具有节流功能，又具备文丘里管的流体力学性能。
S2：在长喉颈文丘里管型井下节流管1上游、喉部与下游分别设置压力远传装置和温度远传装置，从而获得上游与喉部形成的前差压ΔPF、喉部与下游形成的后差压ΔPB及上下游之间形成的总压损ΔPLOSS。
S3：利用文丘里管独特的流体力学性能，通过气液两相平均密度、文丘里孔径比、文丘里喉部直径及文丘里流量系数可获取湿气总流量。
S4:研究发现流过长喉颈文丘里管的湿气液相体积含率与前差压ΔPF和后差压ΔPB之比相关，同时还发现湿气中液相体积含率还与总压损ΔPLOSS和前差压ΔPF之比相关，特别是该压差之比对于0.7％以下的低含液率极为敏感。两个差压比值均可以测量液相含率，通过采用加权平均得出最终测量的液相含率，而其权重依赖于所测工况条件。通过湿气液相体积含率和湿气总流量，可分别计算得出气液两相流量。
S5：ΔPF、ΔPB、ΔPLOSS以及节流前后温度等数据可通过压力温度远传装置传至地面智能计算仪，从而计算出气液两相流量。
气井井筒中湿气在通过长喉颈文丘里管型井下节流管1前后气体压力发生显著变化，通过压力温度远传装置将P1、P2、P3、T1、T2、T3等数据传至智能计算仪，从而得出ΔPF、Δ PB、ΔPLOSS及前后温差等数据，进而计算出气液两相流量。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种气井井下节流两相计量装置，包括气井井筒、长喉颈文丘里管型井下节流管、压力远传装置、温度远传装置和智能计算仪，所述长喉颈文丘里管包括井下节流管、防护支架和第一法兰，所述井下节流管的一端固定有对接盘，其中，
所述对接盘的一侧设置有固定盘，所述对接盘的内部嵌合有第一螺栓，所述第一螺栓贯穿连接有固定盘，所述第一螺栓的表面连接有第一螺母，所述防护支架的一端设置有对接槽，所述防护支架的内部连接有螺纹柱，所述对接槽的表面嵌合有连接支架，所述连接支架的内部连接有螺纹柱，所述连接支架的一端固定有支撑架；
所述支撑架的一端连接有井下节流管，所述第一法兰的一侧设置有第二法兰，所述第二法兰的内部开设有卡槽，所述卡槽的表面嵌合有定位柱，所述定位柱的一端固定有第一法兰，所述定位柱的内部贯穿连接有第二螺栓，所述第二螺栓的表面连接有第二螺母。
2.根据权利要求1所述的气井井下节流两相计量装置：所述对接盘的纵截面与固定盘的纵截面相同，且第一螺栓横向贯穿对接盘和固定盘，并且第一螺栓与第一螺母为螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的气井井下节流两相计量装置：所述防护支架通过对接槽与连接支架为插合连接，且螺纹柱纵向贯穿连接有防护支架和连接支架，并且螺纹柱与连接支架为螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的气井井下节流两相计量装置：所述支撑架与井下节流管为焊连接，所述支撑架在井下节流管分布有两组，且每组支撑架设置有四个，并且每组支撑架在井下节流管上呈等间距分布。
5.根据权利要求1所述的气井井下节流两相计量装置：所述定位柱与卡槽的尺寸相匹配，所述定位柱通过卡槽与第二法兰构成卡合结构，所述定位柱与第一法兰为一体结构。
6.根据权利要求1所述的气井井下节流两相计量装置：所述第二螺栓的外表面与定位柱的内壁尺寸相匹配，所述第二螺栓在第一法兰横截面上呈十字形分布有四个，所述第二螺栓与第二螺母为螺纹连接。
7.一种气井井下节流两相计量方法，包括以下步骤：
S1：利用长喉颈文丘里管结构改造井下节流管，适当减小喉部管径，使井筒中天然气通过喉部位置时，过流截面突然收缩，流速迅速增大，从而造成局部阻力增大，气体压力显著下降。
S2：在长喉颈文丘里管型井下节流管上游、喉部与下游分别设置压力远传装置和温度远传装置，从而获得上游与喉部形成的前差压ΔPF、喉部与下游形成的后差压ΔPB及上下游之间形成的总压损ΔPLOSS。
S3：利用文丘里管独特的流体力学性能，通过气液两相平均密度、文丘里孔径比、文丘里喉部直径及文丘里流量系数可获取湿气总流量。
S4:总压损ΔPLOSS和前差压ΔPF之比可以测量液相含率，通过采用加权平均得出最终测量的液相含率。
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