CN112554877B - 一种分流比可调的多相计量取样装置 - Google Patents

Abstract

一种气液两相流可变比例取样器，属于多相流计量领域。本发明涉及一种分流比可调的多相计量取样装置，主要包括分流管、主流室、取样室，以及取样管。分流孔沿分流管周向均匀布置，部分分流孔出口设有取样管。取样管由外塞体和内塞体两部分组成，内塞体可在外塞体内上下移动。通过调节取样管，可改变进入取样室的分流体的流量，进而获得所期望的分流比。与现有气液两相流取样装置相比，本发明体积小、结构紧凑，分配比可随意调节，取样流体与主流体具有相同的气液组成，且不受入口气液相流速、流型等参数的影响。

Description

一种分流比可调的多相计量取样装置

技术领域

本发明属于流体分配领域，特别是涉及一种用于油气田单井流量计量的多相计量取样装置。

背景技术

单井计量是掌握油田的生产动态、制定科学开发调整方案的依据，采出的油气往往需要计量后方能进入下游的集输和处理流程。井口采出介质为气液混合物，常规的单相计量仪表难以适用，需要采用多相计量装置。根据测量过程中是否进行分离，多相计量方法可分为分离型和不分离型两大类。分离型计量方法采用分离器将气液两相来流完全分开，再采用单相仪表计量各自流量，其优点是计量精度高，可用于流量标定，但由于需要分离全部流体，装置体积庞大，计量成本高；不分离方法通常采用文丘里管类节流元件和伽马密度仪等相分率仪组合测量，由于无需气液分离操作，装置体积小、结构紧凑，但直接面对两相流体，受气液两相流波动影响，精度通常难以保障。此外，采用射线的多相计量装置存在放射源泄漏风险，限制了其推广应用。

分流取样法融合了传统分离和非分离计量方法的优点，近年来引起广泛关注。其计量原理是采用取样器从主流体中分流出一小部分作为取样流体，对其分离计量后重新返回主管路，被测量气液相流量由取样流体气、液流量和相应的取样比换算获得。由于需要分离的体积仅为总流体的一小部分，与完全分离相比装置体积大幅缩小；由于气液相分离后计量，不受气液界面波动影响。保障取样流体的代表性是取样计量方法成功的关键，近年来研究者提出了三通管、转鼓、转轮等多种类型的取样结构。三通管是最为简单的取样器，但在取样过程中通常发生相分离，导致取样流体和被测流体出现偏差。转鼓型取样器通过旋转实现分流取样，但研究表明分流系数受转鼓运动间隙影响显著，间隙越大，测量误差越大。转轮型取样器利用流体采样原理，以一定的时间间隔将全部流体导入取样回路，从而降低相分离程度提高取样代表性。但和转鼓型取样器一样，其存在运动部件，易出现卡堵，难以适应现场工况。

取样比是取样型计量方法的关键参数，决定了要分离处理的油气流量。取样比受控于取样器结构，当前取样方法难以实现取样比例的动态调节。而在实际油气生产中，随开发的推进井口油气产量逐渐发生变化。如果产量持续降低而分流比维持不变，将导致进入取样流体回路的气液流量降低，从而降低了取样流体计量准确度。本发明提出了一种新型取样器，通过插拔取样管改变取样孔的连通方式，进而实现取样比的动态调节。与现有的两相流分配装置相比，本发明不受上下游流动状态和流型的影响，具有体积小，结构紧凑，分配比例可调等优势，能够适应较广的气液流量变化范围。

发明内容

本发明涉及一种分流比可调的多相计量取样装置，主要包括分流管、主流室、取样室，以及取样管，主流室和取样室均为筒状体，二者均保持同轴，分流管的管壁上布置有若干个分流孔，分流孔的上游安装有旋流器，分流管的末端封闭，主流室的出口端面上安装有直通管,取样室的侧壁面上安装有侧支管。

所述的取样管由外塞体和内塞体两部分组成，外塞体为中空圆管，其中部设有连通孔，圆筒壁内外均布置有螺纹，内塞体为实心圆柱体结构，安装在外塞体内部，内塞体侧壁设置有和外塞体内螺纹相耦合的外螺纹，可在外塞体内上下移动，对连通孔(11)进行开启或关闭,通过改变取样管内、外塞体位置可改变分流孔流体的走向。

所述的分流管入口，直通管的出口，侧支管的出口均安装有连接法兰。

当旋紧取样管外塞体螺纹，保持外塞体与分流管管壁紧密贴合，同时内塞体旋至连通孔下游，此时分流管与取样室保持连通，分流孔承担取样功能。而当外塞体脱离分流管管壁，内塞体封堵连通孔时，此时分流管与主流室保持连通，取样功能关闭。通过调节取样管可改变进入取样室的流体的流量，进而实现所期望的分流比。

与现有技术相比，本发明具有如下的效果：

(1)在旋流器的作用下，可以将波浪流，分层流以及不均匀环状流整成液膜厚度均匀的环状流，有效的消除了两相流流型波动对测量的影响。

(2)分流比取决于进入取样室的分流孔数目占总分流孔数目的比值，而进入取样室的分流孔数目可通过取样管进行动态调整，从而扩大计量范围。

(4)具有结构简单，易于维护生产、运行成本低、操作方便等优点。

附图说明：

图1为本发明的组成示意图；

图2为本发明A-A截面示意图；

图3为单孔取样结构示意图；

图4为三孔取样结构示意图。

具体实施方式：

如图1、图2所示，本发明主要包括分流管1、主流室2、取样室3，以及取样管4，主流室2和取样室3均为筒状体，二者均保持同轴，分流管1的管壁上沿周向布置有若干个分流孔5，分流孔的上游安装有旋流器6，分流管1末端封闭，主流室2的出口端面上安装有直通管7；取样室3的侧壁面上安装有侧支管8。

如图3所示，部分分流孔5出口设有取样管4，取样管4由外塞体9和内塞体10两部分组成，外塞体9为中空圆管，其中部设有连通孔11，圆筒壁内外均布置有螺纹，内塞体10为实心圆柱体结构，安装在外塞体9内部，设置有外螺纹，可在外塞体9内上下移动，通过改变取样管内、外塞体位置，可改变分流孔功能。

所述的分流管1入口，直通管7的出口，侧支管8的出口安装有连接法兰。

当旋紧取样管4的外塞体9的螺纹，保持外塞体9与分流管1的管壁紧密贴合，同时内塞体10旋至连通孔11下游，此时分流管与取样室3保持连通，分流孔承担取样功能。而当外塞体9脱离主管壁，内塞体10封堵连通孔11时，此时分流孔5与主流室2保持连通，取样功能关闭。如图2，共有8个分流孔，其中位于12点钟的分流孔通过取样管4与分流室3保持连通，此分流孔承担取样功能，分流比为1/8。如图4所示，共有三个分流孔通过取样管4与取样室3相连通，分流比为3/8。因此，通过调节取样管，可改变进入取样室3的流体的流量，进而实现所期望的分流比。

本发明的工作原理说明如下：

如图1所示，旋流器6布置在分流管1的内部，旋流器6的中心轴上装有螺旋叶片，螺旋叶片的外缘和分流管1的内壁保持紧密贴合。当气液两相流通过螺旋叶片时，被迫沿着螺旋叶片和分流管1的内壁及中心轴所形成的螺旋流道流动，从而发生旋转，由于气相的密度远远小于液相的密度，液相在旋转产生的离心力的作用下被甩向分流管1的内壁，形成液膜贴着管壁流动，而气体则在管道中心流动。对于无旋流装置的水平管道，在重力作用下，气液在管截面分布呈现明显的不对称性，底部液相较多，而气相主要集中在分流管的上部。通过旋流器6后，分层流、波浪流、半环状流、不对称环状流等流型都调整为液膜沿管周分布一致的均匀环状流型。

气液两相流通过旋流器6后继续向分流管1下游流动，由于分流管1末端封闭，流体只能通过分流孔5进行分流。当取样管4延伸到分流管1的管壁，形成封闭的取样通道时，一部分流体通过取样管4进入取样室3，最后进入侧支管8，另一部分通过其余的分流孔进入主流室2，最后进入直通管7。

由于进行了流型调整，各个分流孔入口气液分布相同，取样比只取决于取样孔占总分流孔的比值。当旋紧取样管4的外塞体9螺纹，保持外塞体9与分流管1管壁紧密贴合，同时内塞体10旋至连通孔11下游，此时分流管1与取样室3保持连通，此时该取样管4对应的分流孔承担取样功能。而当外塞体9脱离分流管1的管壁，内塞体10封堵连通孔11时，此时分流孔5与主流室2保持连通，取样功能关闭。因此，通过调节取样管4，可改变进入取样室3和主流室2的流体的流量，进而实现所期望的分流比。

本发明取样管采用插拔式设计，通过调节取样管4改变分流孔的连接状态进而实现取样流体和主流体的自由切换。取样比取决于承担取样的分流孔数目占总分流孔数目的比值，通过调节取样管4可以实现所期望的分流比。装置结构简单，可动态调整，具有广泛的适用性。

Claims (2)

1.一种分流比可调的多相计量取样装置，主要包括分流管(1)、主流室(2)、取样室(3)，以及取样管(4)，主流室(2)和取样室(3)均为筒状体，二者均保持同轴，分流管(1)的管壁上布置有若干个分流孔(5)，分流孔(5)的上游安装有旋流器(6)，分流管(1)末端封闭，主流室(2)的出口端面上安装有直通管(7)，取样室(3)的侧壁面上安装有侧支管(8)；所述的取样管(4)由外塞体(9)和内塞体(10)两部分组成，外塞体(9)为中空圆管，其中部设有连通孔(11)，中空圆管(9)内外壁面均布置有螺纹，内塞体(10)为实心圆柱体结构，安装在外塞体(9)内部，内塞体(10)设置有和外塞体(9)内螺纹相耦合的外螺纹，能够在外塞体(9)内上下移动，通过改变取样管内、外塞体的位置，可改变分流孔流体的走向。

2.根据权利要求1所述的一种分流比可调的多相计量取样装置，其特征在于：所述的分流管(1)入口，直通管(7)的出口，侧支管(8)的出口安装有连接法兰。

Images