CN114876440A - 具有旋流分离功能的多参数油井计量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，包括前级气液分离器、蓄液器和后级气液分离器，蓄液器包括中继罐体，中继罐体连接有中继进液管、中继出液管和泵，泵的传输方向是从中继罐体朝向中继出液管；油井、前级气液分离器的液路、中继进液管、中继出液管、后级气液分离器的液路、含水率分析仪和液体流量计顺序串联；前级气液分离器的出气口和后级气液分离器的出气口并联并且连接气体流量计。本发明使用蓄液器中的泵中继传输前级气液分离器输出的液体，将前级气液分离器不断波动的出液速度调整为趋于稳定，从而使得后级气液分离器能够输入流速基本稳定的液体，进而使得后级气液分离器的气液分离效率较为稳定。

Description

具有旋流分离功能的多参数油井计量装置

技术领域

本发明涉及油井产量的测量领域，具体涉及具有旋流分离功能的多参数油井计量装置。

背景技术

单井计量是油田日常管理的重要环节，单井日产液量、日产油量和含水等指标变化直接反映油层中油水变化规律，是检验生产管理措施，进行油藏动态分析研究的重要依据。随着石油天然气勘探开发的发展，越来越多低渗、特低渗油田投入开发。

针对特低渗透油田存在着油井产量低下、产液量变化幅度大、井场地形复杂、单井罐较大等现象，多数油井单井计量存在检测周期长、计量不准确的问题，给油井生产动态分析带来困难，不能满足油藏评价的需要。

目前，现有的旋流分离器通过旋流气液分离器测量油井的产气量、产油量和含水率，油井的产出物通过旋流气液分离器分离出气体和液体，通过气体流量计测量气体的产量，通过含水率分析仪分析液体的含水率，通过液体流量计测量液体的产量。若要让旋流分离器的分离效果接近理想值，则需要保持旋流分离器中的液位处于其总高度的40%~60%，才能减少气串液或者液串气的现象。

《油气分离液面控制与浮子液面调节器》提出了控制旋流分离器内部液位高度的原理：在旋流分离器的出气管路和出液管路各安装出气阀和出液阀，在液位过高时关闭出气阀，使得旋流分离器顶部气体积聚，旋流分离器顶部气压逐渐增大，使得液体被加速通过出液阀排出；然后，在液位过低时关闭出液阀，使得旋流分离器底部液体积聚，避免气体通过出液管溢出。

现有的旋流分离器的气液分离效果依然不够理想，因此，本领域技术人员一直想要提高气液分离器的分离效果，在《气一液柱状旋流式分离器控制策略综述》提出：可以将两个旋流分离器串联使用，理论研究已预测出其气体带液率可达到理论上的极限值。

但是，如果将两个旋流分离器直接串联，就会遇到一个问题：为了控制旋流分离器内部的液位高度，旋流分离器的出液口的出液阀需要反复开闭，这就使得旋流分离器输出液体的过程是间断性的，导致前级旋流分离器输入到后级旋流分离器内部的液体的射流速度不稳定。

例如，在出气阀关闭而出液阀开启时，前级旋流分离器的顶部积蓄气压，此时，从前级气液分离器输出到后级气液分离器内部的液体在气压的作用下高速流动从而在后级气液分离器中产生旋流以实现气液分离。

但是，在出气阀开启而出液阀关闭时，前级气液分离器至后级气液分离器之间的管路内部残留的液体只能在重力的作用下流动，缺乏前级旋流分离器内部气压的作用，液体的流速低，不能够在后级旋流分离器中产生旋流，也就无法产生气液分离现象，因此气液分离的效果差。

综上所述，直接串联两个气液分离器，其气液分离的效果伴随着出液阀的反复开闭而不断地波动，导致其工作效率不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，以解决现有的油井计量装置检测周期长、计量不准确的问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，包括前级气液分离器、蓄液器和后级气液分离器，以及气体流量计、含水率分析仪和液体流量计；其中，所述蓄液器包括中继罐体，所述中继罐体连接有中继进液管、中继出液管和泵，所述泵的传输方向是从所述中继罐体朝向所述中继出液管；油井、所述前级气液分离器的进液口、所述前级气液分离器的出液口、所述中继进液管、所述中继出液管、所述后级气液分离器的进液口、所述后级气液分离器的出液口、所述含水率分析仪和所述液体流量计顺序串联；所述前级气液分离器的出气口和所述后级气液分离器的出气口并联并且连接所述气体流量计。

优选地，所述前级气液分离器连接一个油井，或者所述前级气液分离器通过阀组连接多个油井并且选择性地接通其中一个；所述多参数油井计量装置还包括控制单元，所述控制单元与所述气体流量计、所述含水率分析仪、所述液体流量计通讯连接，控制单元还与所述阀组通讯连接。

优选地，所述前级气液分离器包括第一罐体、第一射流管、一次出气管和一次出液管，所述第一射流管连接所述第一罐体的中部，所述一次出气管连接所述第一罐体的顶部，所述一次出液管连接所述第一罐体的底部；所述蓄液器还包括中继进气管，所述中继进气管连接所述中继罐体的顶部，所述中继进液管和所述中继出液管连接所述中继罐体的底部；所述后级气液分离器包括第二罐体、第二射流管、二次出气管和二次出液管，所述第二射流管连接所述第二罐体的中部，所述二次出气管连接所述第二罐体的顶部，所述二次出液管连接所述第二罐体的底部；其中，所述第一射流管连接油井，所述一次出液管通过第一出液阀连接所述中继进液管，所述一次出气管连接有第一三通管，所述第一三通管通过第一出气阀连接所述中继进气管，所述第一三通管还通过第二出气阀连接所述二次出气管，所述中继出液管连接所述第二射流管，所述二次出气管连接所述气体流量计，所述二次出液管连接所述含水率分析仪和所述液体流量计，所述一次出液管和所述中继进液管等高，所述第二射流管高于所述中继进气管。

优选地，所述后级气液分离器还包括第三出气阀和第二出液阀，所述第三出气阀连接在所述气体流量计的输出端，所述第二出液阀连接在所述液体流量计的输出端。

优选地，所述中继罐体的容量＞所述第一罐体的容量的20%。

优选地，所述第一罐体和所述第二罐体是空心圆柱体形状。

优选地，所述第一射流管和所述第二射流管是方管。

优选地，所述第一射流管倾斜向下并且切向连接所述第一罐体内部，所述第二射流管倾斜向下并且切向连接所述第二罐体内部。

优选地，所述第一射流管是双管进液结构，所述第二射流管是单管进液结构。

优选地，所述第一罐体、所述中继罐体和所述第二罐体内部均安装有液位计，液位计与控制单元通讯连接。

本申请与现有技术相比较具有如下有益效果：

本申请在串联的前级气液分离器和后级气液分离器之间增加了蓄液器，使用蓄液器中的泵中继传输前级气液分离器输出的液体，将前级气液分离器不断波动的出液速度调整为趋于稳定，从而使得后级气液分离器能够输入流速基本稳定的液体，进而使得后级气液分离器的气液分离效率较为稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为气液分离机组的立体图；

图2为气液分离机组的俯视图；

图3为图2的A-A方向的剖视图；

图中的标号分别表示如下：10-气液分离机组；

20-前级气液分离器；21-第一罐体；22-第一射流管；23-一次出气管；24-一次出液管；25-第一三通管；26-第一出气阀；27-第二出气阀；28-第一出液阀；29-第二三通管；

30-蓄液器；31-中继罐体；32-中继进液管；33-中继进气管；34-中继出液管；

40-后级气液分离器；41-第二罐体；42-第二射流管；43-二次出气管；44-二次出液管；45-第三出气阀；46-第二出液阀；47-汇流管路；

50-气体流量计；

60-含水率分析仪；

70-液体流量计。

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。

如图1~3所示，为了提高计量的精确度，必须要提高气液分离的效率，使得气体中尽可能地不携带液滴，而液体中尽可能地不携带气泡，本实施例提供串联两个旋流分离器的技术方案，具体如下所述：

具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，包括由前级气液分离器20、蓄液器30和后级气液分离器40构成的气液分离机组10，以及气体流量计50、含水率分析仪60和液体流量计70；

其中：

前级气液分离器20和后级气液分离器40均具有进液口、出液口和出气口，进液口用于输入多相混合物，分离出其中的气相和液相之后，通过出气口输出气相，同时通过出液口输出液相；

蓄液器30包括中继罐体31，中继罐体31连接有中继进液管32、中继出液管34和泵，所述泵用于输送中继罐体31内部积蓄的液体使其通过中继出液管34以能够通过后级气液分离器40产生气液分离现象的速度输出；

油井、前级气液分离器20的进液口、前级气液分离器20的出液口、中继进液管32、中继出液管34、后级气液分离器40的进液口、后级气液分离器40的出液口、含水率分析仪60和液体流量计70顺序串联，其中，含水率分析仪60用于计量液相的含水率，液体流量计70用于计量产液量；

前级气液分离器20的出气口和后级气液分离器40的出气口并联并且连接气体流量计50，其中，气体流量计50用于计量产气量。

前级气液分离器20用于将多相混合物分离成一次气体和一次液体，并且将一次气体传输至气体流量计50，将一次液体传输至蓄液器30；

蓄液器30用于将一次液体以能够通过后级气液分离器40产生气液分离现象的速度传输至后级气液分离器40；

后级气液分离器40用于将一次液体分离成二次气体和二次液体，并且将二次气体传输至气体流量计50，将二次液体传输至含水率分析仪60和液体流量计70。

中继罐体31用于暂存一次液体，当前级气液分离器20内部的液位到达60%时，前级气液分离器20停止输出液体，然后泵以一定的速度将一次液体传输至后级气液分离器40，使得一次液体始终具有能够产生气液分离现象的初速度。

其中：

液体仅能够通过中继出液管34输出而不能通过中继进液管32输出，实现这一目的的方法有很多，例如在中继进液管32中安装单向阀或者通止阀。

泵的动力可以来自于气压能、重力势能、电能等，其结构也可以有多种。

例如，向中继罐体31内部施加一定的气压，以气压为动力将中继罐体31内部储存的液体通过中继出液管34压出去，从而形成以高压气体为动力的泵。

或者，通过旋转的叶片将中继罐体31中的液体通过中继出液管34排出，从而形成以电机为动力的叶片泵。

或者中继罐体31位于远高于后级气液分离器40的高度，使得中继罐体31内部的液体能够将重力势能转化为较大的初速度。

与直接串联两个气液分离器的技术方案相比，蓄液器30可以为一次液体提供额外的动力，使其始终具有较高的流速，从而使得一次液体始终能够通过后级气液分离器40发生气液分离现象，其工作效率稳定。

进一步的，为了使得气液分离机组10能够一对多同时监测多个油井，本实施例中：

前级气液分离器20连接一个油井，或者前级气液分离器20通过阀组连接多个油井并且选择性地接通其中一个；

所述多参数油井计量装置还包括控制单元，所述控制单元与气体流量计50、含水率分析仪60、液体流量计70通讯连接并且接收计量信号，控制单元还与所述阀组通讯连接并且向所述阀组发出连通前级气液分离器20和一个油井的工作信号。

其中，油井、阀组和控制单元图中未出示，阀组的作用是连接一个气液分离机组10和多个油井，使其能够一对多运行，从而减少多参数油井计量装置的数量，在油井检修时控制单元自动跳过该油井的计量。

油井产出的多相混合物通过气液分离机组10分离出气体和液体，其中天然气通过气体流量计50进行计量，液体通过含水率分析仪60分析含水率之后，再通过液体流量计70计量，工作人员可以远程操作控制单元，观察、记录统计数据，并且手动选择需要跳过的油井。

控制单元通过工业电脑运行，其具有以下功能：

自动测量功能：

可以实现无人值守，自动控制阀组自动切换、油井分离气液数据及含水率自动精确测量，可以实现油井的无序切换，排除因为油井检修不能自动计量的问题。

油井跟踪测量：

可以对某口油井多次不定时间的自动测量；

数据显示功能：

可以根据工艺图实现显示每个监测点的数据，画面直观，查看方便；

数据存档功能：

本系统自带数据库，可以对所有数据和测量结果进行长时间的保存，不会因停电而丢失数据，可对已存数据进行定点查询等功能；

系统扩展功能强大：

兼容现场工业信号，减少重复投资；

通讯功能：

系统集成了RS485和RJ45接口，使用多种工业通讯协议，无缝连接其他控制系统；

故障报警保护功能：

当系统出现故障时，系统首先会自检故障情况，自动调整到安全状态，并在人机界面上出现文字及指示，方便人员查找故障点，排除故障。

据用户需要，井口型装置可实现数据远传，在管区或队班组布设一套数据远程采集监控系统，对计量参数进行自动采集处理，实现液、气、含水瞬时值和累计值等多参数显示，自动生成生产报表、历史数据存储及异常报警提示等功能，达到无人值守效果。

进一步的，本发明提供前级气液分离器20、蓄液器30和后级气液分离器40的具体连接结构，其中，本发明使用的泵无需独立于气液分离机组10以外的动力：

前级气液分离器20包括第一罐体21、第一射流管22、一次出气管23和一次出液管24，第一射流管22连接第一罐体21的中部，一次出气管23连接第一罐体21的顶部，一次出液管24连接第一罐体21的底部；

蓄液器30还包括中继进气管33，中继进气管33连接中继罐体31的顶部，中继进液管32和中继出液管34连接中继罐体31的底部；

后级气液分离器40包括第二罐体41、第二射流管42、二次出气管43和二次出液管44，第二射流管42连接第二罐体41的中部，二次出气管43连接第二罐体41的顶部，二次出液管44连接第二罐体41的底部；

其中，第一射流管22连接油井，一次出液管24通过第一出液阀28连接中继进液管32，一次出气管23连接有第一三通管25，第一三通管25通过第一出气阀26连接中继进气管33，第一三通管25还通过第二出气阀27连接二次出气管43，中继出液管34连接第二射流管42，二次出气管43连接气体流量计50，二次出液管44连接含水率分析仪60和液体流量计70，一次出液管24和中继进液管32等高，第二射流管42高于中继进气管33。

上述结构的工作步骤是：

S1，第一出气阀26关闭，第二出气阀27开启，第一出液阀28开启，多相混合物通过第一射流管22进入到第一罐体21中产生旋流并且分离出一次气体和一次液体，一次气体通过一次出气管23输出至气体流量计50，一次液体通过重力自行从一次出液管24流动至中继罐体31。

S2，第一罐体21内部的液位抵达60%时，第二出气阀27和第一出液阀28关闭，第一出气阀26开启，多相混合物不断地通过第一射流管22进入到第一罐体21内部并且分离出气体和液体，液体越积越多，第一罐体21内部积蓄的气体通过中继进气管33进入到中继罐体31内部，并且通过气压作用将中继罐体31内部储存的一次液体反重力恒速输入至第二罐体41内部。

S3，一次液体在第二罐体41内部通过旋流分离出二次气体和二次液体，二次气体与一次气体混合后通过气体流量计50计量，二次液体通过含水率分析仪60和液体流量计70计量，一次液体无需计量。

S4，中继罐体31内部液体排空后，第一出气阀26和第二出气阀27关闭，第一出液阀28开启，多相混合物不断地通过第一射流管22进入到第一罐体21内部并且分离出气体和液体，气体越积越多，使得第一罐体21内部积蓄的气压不断地升高，高压气体将一次液体加速排入中继罐体31内部，直至第一罐体21内部的液位抵达40%，然后回到步骤S1。

上述结构及其工作步骤产生的技术效果是：

中继罐体31中积蓄的液体能够一次排空，在中继罐体31排空时其内部的气体和液体一起进入第二罐体41内部，因为中继出液管34上不安装阀，因此中继出液管34的出液速度较为恒定，从而使得通过第二射流管42射出的液体始终具有能够产生旋流的流速。

而直接串联前级气液分离器20和后级气液分离器40的技术方案是直接连接第一出液阀28和第二射流管42，不通过蓄液器30，其具有以下缺点：

当前级气液分离器20内部的液位低于40%时，第一出液阀28立刻关闭，一次出液管24至第一出液阀28之间的管路内部产生水锤，而第二射流管42内部残留的液体失去能够产生旋流的流速。

综上所述，本发明使用积蓄在第一罐体21顶部的气压、第一出气阀26和中继进气管33构成能够将中继罐体31内部积蓄的液体通过中继出液管34反重力压出的泵，所述泵使用的动力来自于气液分离机组10内部，无需外接电源，适用于近海石油平台等电力匮乏的地方。

进一步的，为了控制第二罐体41内部的液位：

后级气液分离器40还包括第三出气阀45和第二出液阀46，第三出气阀45连接在气体流量计50的输出端，第二出液阀46连接在液体流量计70的输出端。

第三出气阀45和第二出液阀46的工作原理与现有技术相同，在第二罐体41内部的液位过高时，第三出气阀45关闭而第二出液阀46开启，在第二罐体41内部的液位过低时，第二出液阀46关闭而第三出气阀45开启。

第三出气阀45和第二出液阀46通过汇流管路47连接集油管道。

进一步的，为了使得上述步骤能够高效率地执行，中继罐体31应当能够储存一定量的液体，至少需要能够让第一罐体21内部的液位从60%下降至40%，为此，本实施例中：

中继罐体31的容量＞第一罐体21的容量的20%。

进一步的，为了提高气液分离的效率：

第一罐体21和第二罐体41是空心圆柱体形状。

相比较于渐缩式结构，空心圆柱体具有最佳的气液分离效率。

进一步的：

第一射流管22和第二射流管42是方管。

第一射流管22和第二射流管42的可选结构中，同心圆形喷嘴（渐缩管）性能最差，月牙形次之，矩形最好。

进一步的：

第一射流管22倾斜向下并且切向连接第一罐体21内部，第二射流管42倾斜向下并且切向连接第二罐体41内部。

倾斜向下的管路能够使得气体和液体在输入的过程中就进行初步的气液分离。

进一步的：

第一射流管22是双管进液结构，第二射流管42是单管进液结构。

通过第二三通管29分离出两条支管路分别连接第一罐体21上高度不同的两个部位，多相混合物在第一射流管22内部传输的过程中通过第二三通管29就完成了初步的气液分离，气体通过较高的支管路进入到第一罐体21内部，液体通过较低的支管路进入到第一罐体21内部。

第二罐体41是单管路，因为一次液体已经经过了一次气液分离，含气量较低，而双管路对于含气量低于40%的多相混合物没有作用，使用单管较为节省成本。

进一步的，为了使得上述步骤能够自动进行：

第一罐体21、中继罐体31和第二罐体41内部均安装有液位计，液位计与控制单元通讯连接。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，包括前级气液分离器（20）、气体流量计（50）、含水率分析仪（60）和液体流量计（70）；

其特征在于，还包括蓄液器（30）和后级气液分离器（40）；

其中，所述蓄液器（30）包括中继罐体（31），所述中继罐体（31）连接有中继进液管（32）、中继出液管（34）和泵，所述泵的传输方向是从所述中继罐体（31）朝向所述中继出液管（34）；

油井、所述前级气液分离器（20）的进液口、所述前级气液分离器（20）的出液口、所述中继进液管（32）、所述中继出液管（34）、所述后级气液分离器（40）的进液口、所述后级气液分离器（40）的出液口、所述含水率分析仪（60）和所述液体流量计（70）顺序串联；

所述前级气液分离器（20）的出气口和所述后级气液分离器（40）的出气口并联并且连接所述气体流量计（50）。

2.根据权利要求1所述的具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，其特征在于，所述前级气液分离器（20）连接一个油井，或者所述前级气液分离器（20）通过阀组连接多个油井并且选择性地接通其中一个；

所述多参数油井计量装置还包括控制单元，所述控制单元与所述气体流量计（50）、所述含水率分析仪（60）、所述液体流量计（70）通讯连接，控制单元还与所述阀组通讯连接。

3.根据权利要求2所述的具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，其特征在于，所述前级气液分离器（20）包括第一罐体（21）、第一射流管（22）、一次出气管（23）和一次出液管（24），所述第一射流管（22）连接所述第一罐体（21）的中部，所述一次出气管（23）连接所述第一罐体（21）的顶部，所述一次出液管（24）连接所述第一罐体（21）的底部；

所述蓄液器（30）还包括中继进气管（33），所述中继进气管（33）连接所述中继罐体（31）的顶部，所述中继进液管（32）和所述中继出液管（34）连接所述中继罐体（31）的底部；

所述后级气液分离器（40）包括第二罐体（41）、第二射流管（42）、二次出气管（43）和二次出液管（44），所述第二射流管（42）连接所述第二罐体（41）的中部，所述二次出气管（43）连接所述第二罐体（41）的顶部，所述二次出液管（44）连接所述第二罐体（41）的底部；

其中，所述第一射流管（22）连接油井，所述一次出液管（24）通过第一出液阀（28）连接所述中继进液管（32），所述一次出气管（23）连接有第一三通管（25），所述第一三通管（25）通过第一出气阀（26）连接所述中继进气管（33），所述第一三通管（25）还通过第二出气阀（27）连接所述二次出气管（43），所述中继出液管（34）连接所述第二射流管（42），所述二次出气管（43）连接所述气体流量计（50），所述二次出液管（44）连接所述含水率分析仪（60）和所述液体流量计（70），所述一次出液管（24）和所述中继进液管（32）等高，所述第二射流管（42）高于所述中继进气管（33）。

4.根据权利要求3所述的具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，其特征在于，所述后级气液分离器（40）还包括第三出气阀（45）和第二出液阀（46），所述第三出气阀（45）连接在所述气体流量计（50）的输出端，所述第二出液阀（46）连接在所述液体流量计（70）的输出端。

5.根据权利要求4所述的具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，其特征在于，所述中继罐体（31）的容量＞所述第一罐体（21）的容量的20%。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，其特征在于，

所述第一罐体（21）和所述第二罐体（41）是空心圆柱体形状。

7.根据权利要求3-5中任一项所述的具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，其特征在于，

所述第一射流管（22）和所述第二射流管（42）是方管。

8.根据权利要求7所述的具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，其特征在于，所述第一射流管（22）倾斜向下并且切向连接所述第一罐体（21）内部，所述第二射流管（42）倾斜向下并且切向连接所述第二罐体（41）内部。

9.根据权利要求8所述的具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，其特征在于，所述第一射流管（22）是双管进液结构，所述第二射流管（42）是单管进液结构。

10.根据权利要求3-5中任一项所述的具有旋流分离功能的多参数油井计量装置，其特征在于，所述第一罐体（21）、所述中继罐体（31）和所述第二罐体（41）内部均安装有液位计，液位计与控制单元通讯连接。

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