CN112593925B - 一种油田多相流流量在线测量设备及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油田多相流流量在线测量设备及测量方法，所述设备包括：多个结构和尺寸相同的气液分离测量罐、进口控制阀、气体汇流管、气体流量计、多相汇流管、泄压阀和原油入口管，还包括多个测量传感器、电动阀、泄压阀、双U型弯管、气体出口管道和单向阀。多个气液分离测量罐结构均相同，罐腔体分为上下两腔室，上腔室为气液分离腔，下腔室为液相计量腔，气液分离腔内设置多层气液分离伞塔，液相计量腔设置有液位变送器和测量传感器。本发明公开的油田多相流流量在线测量设备设置为多罐，测量罐交替使用，保证连续在线的测量，适用于单井、多井油田或者任意流量的油田，具有通用性，且结构简单、无传感器污染、测量精度高。

Description

一种油田多相流流量在线测量设备及测量方法

技术领域

本发明属于原油监测领域，具体涉及一种油田多相流流量在线测量设备及测量方法。

背景技术

在原油开采过程中，油、水、气比例是表征油田储层的重要参数，也是制订和调整油田开采方案以及优化生产参数的重要依据，实时、准确、快速、有效测量油、水、气产量提对优化实施生产、提高油田工作效率及节约油田开发成本有重要的意义。

现有的原油多相流在线测量设备需要单独配置含水率测量仪器才能实现水、油含量的测量，结构复杂，不易操作，且在进行含水率测量时，需保持含水率测量仪器液面静止，无法对原油多相流的进行连续不间断地测量，工作效率低，几乎不能用于大流量油井的测量。

因此，亟需一种油田多相流流量在线测量设备，该设备一体设计能够实现多相流流量在线连续测量，并具有较高的测量精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种油田多相流流量在线测量设备及测量方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种油田多相流流量在线测量设备，所述设备包括：多个气液分离测量罐，多个气液分离测量罐，所述多个气液分离测量罐结构、尺寸均相同且罐体内为等截面腔体，所述气液分离测量罐内分为上下两腔室，上部腔室为气液分离腔，下部腔室为液相计量腔，所述气液分离腔设置多层气液分离伞塔，所述液相计量腔设置有液位变送器，并安装了测量传感器；所述气液分离测量罐的顶部开有气体出口，上部侧面设有原油入口，罐体中部开设有泄压口，下端侧面设有液体出口，底部设置排污口；所有气液分离测量罐的气体出口均通过管道与气体汇流管连通，所述气体汇流管一端与多相汇流管连接；所有气液分离测量罐的泄压口均通过管道与多相汇流管连通；所有气液分离测量罐的液体出口均通过管道与多相汇流管连通；

进口控制阀，所述进口控制阀为一个进口、多个出口的多通阀门，所述进口与原油入口管连接，多个出口分别通过管道与多个气液分离测量罐的原油入口一对一连接；

电动阀，所述电动阀有多个，每个气液分离测量罐的液体出口管道上均安装一个电动阀；

单向阀，所述单向阀有多个，每个气液分离测量罐顶部的气体出口管道上均安装一个单向阀；

泄压阀，所述液压阀有多个，每个气液分离测量罐的泄压口管道上均安装一个泄压阀，并在进口控制阀与原油入口管连接前端安装；

测量传感器，每个气液分离测量罐的下端均安装一个测量传感器，测量传感器与液相计量腔连通；

一个气体流量计，所述气体流量计安装在靠近气体汇流管与多相汇流管连接端部的位置。

优选的，所述气液分离腔设置的多层气液分离伞塔从上到下依次包括：一级分离塔、一级分离盘、二级分离塔和三级分离盘，所述一级分离塔为椎体状；所述一级分离盘为漏斗型，一级分离盘上开口口径大于一级分离塔底面直径；所述二级分离塔为椎体状；所述三级分离盘为椎台状，椎台上表面开有通孔，底面直径与气液分离测量罐内径相同，所述三级分离盘底面将气液分离测量罐腔分为上下两腔室。

优选的，所述气液分离测量罐液相计量腔内还设置有防液面波动结构和多孔板；所述防液面波动结构与气液分离测量罐内壁固连，并与气液分离测量罐内壁围成一个下端开口的小腔室；所述液位变送器安装在气液分离测量罐侧壁上，并位于防液面波动结构与气液分离测量罐内壁围成的小腔室内；所述多孔板位于液相计量腔下部，所述测量传感器的测量口位于多孔板下方。

优选的，所述多孔板与气液分离测量罐围成的腔体内装满对比液，所述对比液为油田当地地下水。

优选的，所述气液分离测量罐的数量根据实际油井流量的大小来确定。

优选的，所述泄压阀的开关控制程序与设备报警程序一体设计，当泄压阀打开时，报警程序启动。

优选的，所述测量传感器为微压传感器或称重传感器中的任意一种。

优选的，所述微压传感器与气液分离测量罐连接方式为：微压传感器的一个测量口与气液分离测量罐的液相计量腔直接连通，另一个测量口通过双U型弯管与气液分离测量罐顶部连通。

一种油田多相流流量在线测量方法，基于上述油田多相流流量在线测量设备进行，所述方法包括以下步骤：

S9.1：根据现场要求及油田流量大小，确定需要交替使用的气液分离测量罐的数量；

S9.2：对所有气液分离测量罐的测量腔体进行体积标定，标定体积为液相计量腔的多孔板、液位变送器测量平面和气液分离测量罐内壁围成的空间体积；

S9.3：关闭所有气液分离测量罐电动阀；

S9.4：打开进口控制阀的进口与其中任意一个出口，多相流原油进入与该出口连通的气液分离测量罐内；

S9.5：原油进入该气液分离测量罐后，首先通过气液分离腔内的多层气液分离塔进行充分地气液分离，分离的气体从气液分离测量罐顶部的气体出口排出，液体经过三级分离盘上表面的通孔流入液相计量腔内进行取样，当液相计量腔内液体上升到液位变送器测量的设定液位时，关闭与该气液分离测量罐对应的进口控制阀的出口，待液面相对静止后测量传感器进行测量，测量完毕后打开该气液分离测量罐的电动阀，使液体从出口管排出，并对该电动阀的打开次数进行计数，同时打开进口控制阀的另一个出口，使多相流原油进入与另一个出口对应的气液分离测量罐；

S9.6：多相流原油在气液分离测量罐内重复进行气液分离及液体测量操作，当气液分离测量罐完成测量后，同样打开电动阀排出液体，对该电动阀的打开次数进行计数，并同时关闭与该气液分离测量罐连通的出口阀门；

S9.7：通过控制进口控制阀出口的打开与关闭，交替利用处于空闲状态的气液分离测量罐，使原油的油、气、水含量进行连续不间断地测量；

S9.8：测量完毕后，通过对所有测量传感器的测量结果、液位变送器测量液面的高度和气液分离测量罐等截面腔体的截面面积，计算得到多相流原油中水、油混合密度，并根据各自的密度计算出体积比；通过气体流量计可确定多相流气体体积。

本发明的有益效果是：1、本发明公开了一种油田多相流流量在线测量设备，该设备包括多个气液分离测量罐，在进行多相流测量过程中通过多通阀控制使多个测量罐交替使用，保证多相流连续不间断的测量，且气液分离测量罐的数量可根据油田流量及实际工况调整，使得该设备适用于单井、多井油田或者任意流量的油田，具有通用性；2、本发明的气液分离测量罐集成了气液分离功能与油水测量功能于一体，无需外接含水率测量仪，结构简单易操作；3、本发明在液相计量腔内设置防液面波动结构，并将液位变送器安装在防液面波动结构与气液分离测量罐内壁围成的半封闭小腔室，避免了液面波动造成的测量不稳定，提高液体测量的精度；在液相计量腔内下半部设置多孔板，多孔板下为装满水，这样设计的目的在于保证安装在多孔板下方的测量传感器的测量口不与原油直接接触，不易堵塞测量传感器测量口，从而解决了测量传感器易失效的问题，提高了设备使用寿命；4、本发明气液分离测量罐在测量过程中交替测量，所有测量传感器均是对罐内设定高度的液体进行测量，即，罐体内的待测液体是等体积的，并根据压强公式计算水、油含量，因此最终测量结果可通过对多个测量传感器的数据进行处理后计算得到，避免了因偶然误差引入的测量不精确，从而提高测量精度；5将气液分离测量罐的气液分离伞塔设计为漏斗状和椎台状，降低原油下流的速度，留有足够的气液分离时间来保证气液充分、有效地分离，提高三相流流量测量的精度；6在装置中设计了泄压阀，并将泄压阀的控制与报警程序一体设计，当设备出故障时，泄压阀打开，设备报警，提高了设备的可靠性。

附图说明

图1为本发明的油田多相流流量在线测量设备立体图；

图2为本发明的油田多相流流量在线测量设备后视图；

图3为本发明的油田多相流流量在线测量设备部分剖视图；

图中：1.气液分离测量罐I 2.气液分离测量罐II 3.进口控制阀 4.气体汇流管5.气体流量计 6.多相汇流管 7.泄压阀 8.原油入口管 11.微压传感器I 12.电动阀I 13.泄压阀I 14.双U型弯管I 15.气体出口管道I 16.单向阀I 17.排污口I 21.微压传感器II22.电动阀II 23.泄压阀II 24.双U型弯管II 25.气体出口管道II 26.单向阀II 27.排污口II 111.多孔板I 112.防液面波动结构I 113.液位变送器I 114.三级分离盘I 115.二级分离塔I 116.一级分离盘I 117.一级分离塔I 118.原油入口。

具体实施方式

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例l

本实施例的油田多相流流量在线测量设备设置有2个体积和结构相同的气液分离测量罐，本实施例中采用的测量传感器是微压传感器测量压力，如图1～图3所示。

本实施例的油田多相流流量在线测量设备包括气液分离测量罐I1、气液分离测量罐II2、进口控制阀3、气体汇流管4、气体流量计5、多相汇流管6、泄压阀7和原油入口管8；所述气液分离测量罐I1又包括：微压传感器I11、电动阀I12、泄压阀I13、双U型弯管I14、气体出口管道I15、单向阀I16和排污口I17；所述气液分离测量罐II2与气液分离测量罐I1结构相似，包括：微压传感器II21、电动阀II22、泄压阀II23、双U型弯管II24、气体出口管道II25、单向阀II26和排污口II27。

上述气液分离测量罐I1和气液分离测量罐II2的顶部均开有气体出口，上部侧面均设有原油入口，如图3所示，气液分离测量罐I1的原油入口I118，罐体中部开均设有泄压口，下端侧面均设有液体出口，底部均设置排污口。

上述气液分离测量罐I1和气液分离测量罐II2的内腔均分为上下两腔室，上部腔室为气液分离腔，下部腔室为液相计量腔。

以气液分离测量罐I1来为例对罐体内部结构进行描述，如图3所示，气液分离测量罐I1的气液分离腔内均设置多层气液分离伞塔，所述伞塔从上到下依次包括：一级分离塔117、一级分离盘116、二级分离塔115和三级分离盘114，所述一级分离塔117为椎体状；所述一级分离盘116为漏斗型，一级分离盘116上开口口径大于一级分离塔117底面直径；所述二级分离塔115为椎体状；所述三级分离盘114为椎台状，椎台上表面开有通孔，底面直径与气液分离测量罐内径相同，也就是说三级分离盘114的底面将气液分离测量罐腔分为上下两腔室；下腔室，即液相计量腔从下到上包括：多孔板I111、防液面波动结构I112和液位变送器I113，防液面波动结构I112与气液分离测量罐I1内壁固连，并与气液分离测量罐I1内壁围成一个下端开口的小腔室；液位变送器I113安装在气液分离测量罐I1内侧壁上，并位于防液面波动结构I112与气液分离测量罐I1内壁围成的小腔室内；多孔板I111位于液相计量腔下部。

上述部件之间的连接关系如下：

两个气液分离测量罐的气体出口分别通过气体出口管道I15和气体出口管道II25与气体汇流管4连通，所述气体汇流管4一端与多相汇流管6连接；所有气液分离测量罐的泄压口均通过管道与多相汇流管6连通；所有气液分离测量罐的液体出口均通过管道与多相汇流管连通；

上述进口控制阀3为一个进口、两个出口的三通阀，其中进口与原油入口管8连接，两个出口分别通过管道与两个气液分离测量罐的原油入口一对一连接；设置进口控制阀3的目的在于在原油多相流流量测量过程中，可以通过打开/关闭进口控制阀3的出口使原油进入不同的气液分离测量罐，保证两个气液分离测量罐交替使用，从而实现原油连续不间断的测量。

上述电动阀I12和电动阀II22分别安装在两个气液分离测量罐的液体出口管道上；

上述单向阀I16和单向阀II26分别安装在气体出口管道I15和气体出口管道II25，放置气体汇流管4中的气体回流至罐体内；单向阀的设置是为了保证气体汇流管4中的气体不倒流进气液分离测量罐内；

上述泄压阀I13和泄压阀II23分别安装在气液分离测量罐I1和气液分离测量罐II2的泄压管道上，泄压阀7安装在进口控制阀3与原油入口管8连接的前端；以上泄压阀与主控机中的报警程序一体设计，泄压阀打开后，设备报警，当泄压阀7开启时，进口控制阀3出现故障，当其他两个泄压阀任意一个打开时，与其对应的气液分离测量罐的液位变送器或者电动阀存在故障；因此安装泄压阀的目的是为了防止设备阀门出现故障时，能够及时泄压，并进行报警处理，保证设备不被损坏。

上述微压传感器I11和微压传感器II21分别安装在气液分离测量罐I1和气液分离测量罐II2的下端部；任意一个微压传感器的其中一个测量口与与之匹配的气液分离测量罐的液相计量腔直接连通，另一个测量口则通过双U型弯管与气液分离测量罐顶部连通，微压传感器与液相计量腔直接连通的位置位于多孔板下方，多孔板与气液分离测量罐围成的腔体内装满对比液，对比液一般为油田当地地下水，这样设计的目的在于，保证安装在多孔板下方的微压传感器的测量口不与原油直接接触，不易堵塞微压传感器测量口，从而解决了微压传感器易失效的问题，提高了设备使用寿命。

上述气体流量计5安装在靠近气体汇流管4与多相汇流管6连接端部的位置。

以气液分离测量罐I1为例说明上述气液分离伞塔的工作流程是：多相原油从原油入口I118流入气液分离测量罐I1内，首先经过一级分离塔117进行第一次气液分离，气体将从罐体上方排出，液体从锥状一级分离塔117侧面流到一级分离盘116的上开口内，一级分离盘116为漏斗型，液体将从一级分离盘116的下端流出，流向二级分离塔115进行第二次气液分离，经过椎体状二级分离塔115分离后，气体上升到罐体顶部排出，液体流向三级分离盘114，三级分离盘114为一定高度的椎台，随着原油的不断注入，液面从椎台底部慢慢升高，达到椎台高度时，通过椎台状三级分离盘114上表面的通孔流入液相计量腔内进行测量；气液分离伞塔这样设置的目的就在于设计足够的分离时间来实现气液充分分离，比如一级分离盘116设置为漏斗状，目的就是让原油下降速度降低，延长气液分离的时间；将三级分离盘114设置为椎台状也起到相同的作用。

上述双罐油田多相流流量测量设备进行在线测量方法包括以下步骤：

S1：对两个气液分离测量罐的测量腔体进行体积标定，标定体积为液相计量腔的多孔板、液位变送器测量平面和气液分离测量罐内壁围成的空间体积；

S2：关闭两个电动阀；

S3：打开进口控制阀的进口和与原油入口I118连通的出口，多相流原油进入气液分离测量罐I1；

S4：当气液分离测量罐I1的液相计量腔内原油上升到液位变送器I113的设定液位时，关闭气液分离测量罐I1对应的进口控制阀3的出口，待液面相对静止后微压传感器I11进行压力测量，测量完毕后打开电动阀I12，使液体从出口管道排出，并对电动阀I12的打开次数进行计数，同时，打开进口控制阀3的另一个出口，使多相流原油进入气液分离测量罐II2；

S5：多相流原油在气液分离测量罐II2内重复进行气液分离及液体测量操作，当气液分离测量罐II2测量完成时，同样打开电动阀II22排出液体，对电动阀II22的打开次数进行计数，并同时关闭与气液分离测量罐II2连通的进口控制阀3的出口；

S6：通过控制进口控制阀3的不同出口的打开与关闭，交替利用气液分离测量罐I1和气液分离测量罐II2，使原油的油、气、水含量进行连续不间断地测量；

S7：测量完毕后，通过所有微压传感器的测量结果及液位变送器测量液面的高度计算得到多相流原油中水、油体积比；通过气体流量计可确定多相流气体体积。

上述步骤S7中，若选择的是称重传感器，则根据称重传感器的测量结果和待测液体的体积(液位高度已知，罐体横截面积通过标定可知)，计算水、油混合液体的密度，之后根据各自密度可计算出水、油体积。

Claims (7)

1.一种油田多相流流量在线测量设备，其特征在于，所述设备包括：

多个气液分离测量罐，所述多个气液分离测量罐结构、尺寸均相同且罐体内为等截面腔体，所述气液分离测量罐内分为上下两腔室，上部腔室为气液分离腔，下部腔室为液相计量腔，所述气液分离腔设置多层气液分离伞塔，所述液相计量腔设置有液位变送器，并安装了测量传感器；

所述气液分离测量罐的顶部开有气体出口，上部侧面设有原油入口，罐体中部开设有泄压口，下端侧面设有液体出口，底部设置排污口；所有气液分离测量罐的气体出口均通过管道与气体汇流管连通，所述气体汇流管一端与多相汇流管连接；所有气液分离测量罐的泄压口均通过管道与多相汇流管连通；所有气液分离测量罐的液体出口均通过管道与多相汇流管连通；

进口控制阀，所述进口控制阀为一个进口、多个出口的多通阀门，所述进口与原油入口管连接，多个出口分别通过管道与多个气液分离测量罐的原油入口一对一连接；

电动阀，所述电动阀有多个，每个气液分离测量罐的液体出口管道上均安装一个电动阀；

单向阀，所述单向阀有多个，每个气液分离测量罐顶部的气体出口管道上均安装一个单向阀；

泄压阀，所述泄压阀有多个，每个气液分离测量罐的泄压口管道上均安装一个泄压阀，并在进口控制阀与原油入口管连接前端安装泄压阀；

测量传感器，每个气液分离测量罐的下端均安装一个测量传感器，测量传感器与液相计量腔连通；

一个气体流量计，所述气体流量计安装在靠近气体汇流管与多相汇流管连接端部的位置；

所述测量传感器为微压传感器或称重传感器中的任意一种；

所述气液分离测量罐的气液分离腔设置的多层气液分离伞塔从上到下依次包括：一级分离塔、一级分离盘、二级分离塔和三级分离盘，所述一级分离塔为椎体状；所述一级分离盘为漏斗型，一级分离盘上开口口径大于一级分离塔底面直径；所述二级分离塔为椎体状；所述三级分离盘为椎台状，椎台上表面开有通孔，底面直径与气液分离测量罐内径相同，所述三级分离盘底面将气液分离测量罐腔分为上下两腔室。

2.根据权利要求1所述的油田多相流流量在线测量设备，其特征在于，所述气液分离测量罐液相计量腔内还设置有防液面波动结构、多孔板；所述防液面波动结构与气液分离测量罐内壁固连，并与气液分离测量罐内壁围成一个下端开口的小腔室；所述液位变送器安装在气液分离测量罐侧壁上，并位于防液面波动结构与气液分离测量罐内壁围成的小腔室内；所述多孔板位于液相计量腔下部，所述测量传感器的测量口位于多孔板下方。

3.根据权利要求2所述的油田多相流流量在线测量设备，其特征在于，所述多孔板与气液分离测量罐围成的腔体内装满对比液，所述对比液为油田当地地下水。

4.根据权利要求3所述的油田多相流流量在线测量设备，其特征在于，所述气液分离测量罐的数量根据实际油井流量的大小来确定。

5.根据权利要求4所述的油田多相流流量在线测量设备，其特征在于，所述泄压阀的开关控制程序与设备报警程序一体设计，当泄压阀打开时，报警程序启动。

6.根据权利要求5所述的油田多相流流量在线测量设备，其特征在于，所述微压传感器与气液分离测量罐连接方式为：微压传感器的一个测量口与气液分离测量罐的液相计量腔直接连通，另一个测量口通过双U型弯管与气液分离测量罐顶部连通。

7.一种油田多相流在线测量方法，其特征在于：所述方法基于如上述权利要求1～6中任意一项所述的油田多相流流量在线测量设备进行，所述方法包括以下步骤：S9.1：根据现场要求及油田流量大小，确定需要交替使用的气液分离测量罐的数量；

S9.2：对所有气液分离测量罐的测量腔体进行体积标定，标定体积为液相计量腔的多孔板、液位变送器测量平面和气液分离测量罐内壁围成的空间体积；

S9.3：关闭所有气液分离测量罐电动阀；

S9.4：打开进口控制阀的进口与其中任意一个出口，多相流原油进入与该出口连通的气液分离测量罐内；

S9.5：原油进入该气液分离测量罐后，首先通过气液分离腔内的多层气液分离塔进行充分地气液分离，分离的气体从气液分离测量罐顶部的气体出口排出，液体经过三级分离盘上表面的通孔流入液相计量腔内进行取样，当液相计量腔内液体上升到液位变送器测量的设定液位时，关闭与该气液分离测量罐对应的进口控制阀的出口，待液面相对静止后测量传感器进行测量，测量完毕后打开该气液分离测量罐的电动阀，使液体从出口管排出，并对该电动阀的打开次数进行计数，同时打开进口控制阀的另一个出口，使多相流原油进入与另一个出口对应的气液分离测量罐；

S9.6：多相流原油在气液分离测量罐内重复进行气液分离及液体测量操作，当气液分离测量罐完成测量后，同样打开电动阀排出液体，对该电动阀的打开次数进行计数，并同时关闭与该气液分离测量罐连通的出口阀门；

S9.7：通过控制进口控制阀出口的打开与关闭，交替利用处于空闲状态的气液分离测量罐，使原油的油、气、水含量进行连续不间断地测量；

S9.8：测量完毕后，通过对所有测量传感器的测量结果、液位变送器测量液面的高度和气液分离测量罐等截面腔体的截面面积，计算得到多相流原油中水、油混合密度，并根据各自的密度计算出体积比；通过气体流量计可确定多相流气体体积。