CN115406495A - 一种油气水三相流计量装置及计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种油气水三相流计量装置，包括旋流分离器和流量计算机，所述旋流分离器顶部设有液位计，所述旋流分离器侧面设有差压变送器，所述旋流分离器侧面设有流体入管，所述旋流分离器底部设有液相管路，所述液相管路通过连接管路与流体入管连通，所述旋流分离器侧面设有气相管路，所述液相管路和气相管路远离旋流分离器的一端相互连通，所述液相管路和气相管路连通处设有流体出管，所述液相管路上设有气液两相流量计，所述气相管路上设有气体流量计。本发明将大流量气液两相流量计与小流量气液分离计量装置结合，实现超宽范围多相流计量，可实现在线实流校准气液两相流量和静态油含水测量。

Description

一种油气水三相流计量装置及计量方法

技术领域

本发明属于工业多相流计量领域，具体涉及一种油气水三相流计量装置及计量方法。

背景技术

目前，油气田开发速度加快，对油气田流量的测量也就变得十分重要。实际计量过程中，如需计量的为新的油气田区块，其在投产初期流量比较大，计量设备配备的多为测量较大流量的传感器。但，1-2年后油气田的流量降幅很大，其流量甚至会已到或低于流量传感器的测量下限，这就会造成计量误差变大甚至无法测量的情况出现。因此，地面工艺中单井计量急需性价比高、流量测量范围宽的多相流计量设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种油气水三相流计量装置及计量方法，将大流量气液两相流量计与小流量气液分离计量装置结合，实现超宽范围多相流计量，可实现在线实流校准气液两相流量和静态油含水测量。

本发明所采用的技术方案是：一种油气水三相流计量装置，包括旋流分离器和流量计算机，所述旋流分离器顶部设有延伸至旋流分离器内部的液位计，所述旋流分离器侧面设有差压变送器，所述旋流分离器侧面设有与其内部连通的流体入管，所述旋流分离器底部设有与其内部连通的液相管路，所述液相管路通过连接管路与流体入管连通，所述旋流分离器侧面靠近顶部的位置设有与其内部连通的气相管路，所述液相管路和气相管路远离旋流分离器的一端相互连通，所述液相管路和气相管路连通处设有分别与液相管路和气相管路连通的流体出管，所述液相管路上设有气液两相流量计，所述气相管路上设有气体流量计，所述液位计、差压变送器、气液两相流量计和气体流量计分别与流量计算机电气连接。

其中一个实施例中，所述旋流分离器外表面缠绕有电伴热，所述电伴热与流量计算机电气连接。

其中一个实施例中，所述流体入管远离旋流分离器的一端设有入口电动三通阀，所述入口电动三通阀与流量计算机电气连接。

其中一个实施例中，所述液相管路上靠近旋流分离器的一端设有电动开关调节阀，所述电动开关调节阀与流量计算机电气连接。

其中一个实施例中，所述气相管路上远离旋流分离器的一端设有电动开关阀，所述电动开关阀与流量计算机电气连接。

本发明还公开了一种油气水三相流计量方法，包括以下步骤：

步骤10、计量开始，如需进行较大气液两相流计量，进入步骤20，如需进行较小气液两相流计量，进入步骤30，如需进行油含水状态计量，进入步骤 60；

步骤20、流量计算机控制入口电动三通阀导通连接管路，流量计算机控制电动开关调节阀和电动开关阀关闭，流体依次通过连接管路和液相管路，由流体出管排出，气液两相流量计实时计量气液两相流量并将计量到的气液两相流量信息输出至流量计算机，较大气液两相流计量结束；

步骤30、设置液位下限值、液位上限值、差压下限值和差压上限值，进入步骤40；

步骤40、流量计算机控制入口电动三通阀导通流体入管，流量计算机控制电动开关阀打开，流量计算机控制电动开关调节阀关闭，流体进入旋流分离器，进入步骤50；

步骤50、旋流分离器内液位持续上升，液位计读取液位由液位下限值到液位上限值所需的时间或差压传感器读取差压由差压下限值到差压上限值的时间，计算出瞬时液相流量，气体流量计读取该时间内的气相流量，较小气液两相流计量结束；

步骤60、设定油含水测量等待时间，进入步骤70；

步骤70、流量计算机控制入口电动三通阀导通流体入管，流量计算机控制电动开关阀打开，流量计算机控制电动开关调节阀关闭，流体进入旋流分离器，进入步骤80；

步骤80、旋流分离器内液位持续上升，当液位上升到上限时，流量计算机控制入口电动三通阀导通连接管路，流量计算机控制电伴热工作，旋流分离器内的流体被加热，水开始沉降，流体内的气泡被排出，进入步骤90；

步骤90，当达到步骤60中设定的油含水测量等待时间，液位计读取液位高度并将读取到的液位高度数据输出至流量计算机，差压传感器读取差压值并将读取到的差压值数据输出至流量计算机，计算出油水混合流体密度，进入步骤100；

步骤100、通过步骤90中计算得到的油水混合流体密度计算出油含水体积百分比，油含水状态计量结束。

其中一个实施例中，本方法中，所述的一种油气水三相流计量方法还包括压液步骤，具体如下：

设置压液范围值；

流量计算机控制电动开关调节阀打开，流量计算机控制电动开关阀关闭，旋流分离器内的流体进入液相管路；

待旋流分离器内的流体液位下降至设置的压液范围时，进入较小气液两相流计量或油含水状态计量。

其中一个实施例中，步骤90中，所述的计算出油水混合流体密度，计算公式如下：

ΔP＝ghρ，

其中，ΔP为差压值，g为重力加速度，h为液位高度，ρ为液体混合密度。

其中一个实施例中，步骤100中，所述的计算出油含水体积百分比，计算公式如下：

A＝(ρ-ρ_油)/(ρ_水-ρ_油)，

其中，A为油含水体积百分比，ρ为液体混合密度，ρ_油为油密度，ρ_水水为水密度。

其中一个实施例中，所述的一种油气水三相流计量方法还包括较大气液两相流计量自校准步骤，具体如下：

设置自校准间隔时间和液位保持范围；

正常进行较大气液两相流计量，当到达设置的自校准间隔时间，流量计算机控制入口电动三通阀导通流体入管，流量计算机控制电动开关阀，手动调节电动开关调节阀并观察液位，当液位达到设定的液位保持范围，气液两相流量计分别计量气相流量和液相流量，气液两相流量计记录计量时间；

计算计量时间内的平均气相流量和平均液相流量；

重复数次上述步骤，得到数个平均气相流量和数个平均液相流量，比对得到的数个平均气相流量和数个平均液相流量，得到数个平均气相流量误差值和数个平均液相流量误差值；

通过得到的数个平均气相流量误差值和数个平均液相流量误差值计算出气相平均误差值和液相平均误差值；

通过得到的气相平均误差值和液相平均误差值校准气液两相流量计。

本发明的有益效果在于：本计量装置包含较大气液两相流计量、较小气液两相流计量和油含水状态计量三种模式，将大流量气液两相流量计与小流量气液分离计量装置结合，实现超宽范围多相流计量，可实现在线实流校准气液两相流量和静态油含水测量。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中：1、入口电动三通阀；2、流体入管；3、差压变送器；4、液位计； 5、气相管路；6、气体流量计；7、旋流分离器；8、流量计算机；9、电动开关调节阀；10、混合器；11、压力传感器；12、气液两相流量计；13、电动开关阀；14、液相管路；15、连接管路；16、流体出管。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种油气水三相流计量装置，包括旋流分离器7和流量计算机8，所述旋流分离器7顶部设有延伸至旋流分离器7内部的液位计4，所述旋流分离器7侧面设有差压变送器3，所述旋流分离器7侧面设有与其内部连通的流体入管2，所述旋流分离器7底部设有与其内部连通的液相管路14，所述液相管路14通过连接管路15与流体入管2连通，所述旋流分离器7侧面靠近顶部的位置设有与其内部连通的气相管路5，所述液相管路14和气相管路5 远离旋流分离器7的一端相互连通，所述液相管路14和气相管路5连通处设有分别与液相管路14和气相管路5连通的流体出管16，所述液相管路14上设有气液两相流量计12，所述气相管路5上设有气体流量计6，所述液位计4、差压变送器3、气液两相流量计12和气体流量计6分别与流量计算机8电气连接。

本实施例中，所述旋流分离器7外表面缠绕有电伴热，所述电伴热与流量计算机8电气连接。

本实施例中，所述流体入管2远离旋流分离器7的一端设有入口电动三通阀1，所述入口电动三通阀1与流量计算机8电气连接。

本实施例中，所述液相管路14上靠近旋流分离器7的一端设有电动开关调节阀9，所述电动开关调节阀9与流量计算机8电气连接。

本实施例中，所述气相管路5上远离旋流分离器7的一端设有电动开关阀 13，所述电动开关阀13与流量计算机8电气连接。

本装置中，所述液相管路14上位于电动开关调节阀9和气液两相流量计 12之间的位置设有混合器10。所述连接管路15与液相管路14的连通处位于电动开关调节阀9和混合器10之间。所述液相管路14上还设有压力传感器11，所述压力传感器11与流量计算机8电气连接。

本装置中，根据单井流量大小可选择性的使用气液两相流量计12或气体流量计6。当单井流量大且稳定时，可拆除气体流量计6，用气液两相流量计 12对两相流进行测量。当单井流量小且稳定时，可拆除气液两相流量计12，用气体流量计6测量气相流量，通过位式控制的方式获取液相流量。本申请的气液两相流量计12通过其两端的法兰盘与液相管路14连接，便于拆装。本申请所述的气体流量计6由多参数流量变送器和节流件组成。节流件通过法兰盘安装于气相管路5上，法兰盘上设置引压管，引压管与多参数流量变送器连接。由于气体流量计6与气相管路5通过法兰盘连接，因此也便于拆装。

本发明还公开了一种油气水三相流计量方法，包括以下步骤：

步骤10、计量开始，如需进行较大气液两相流计量，进入步骤20，如需进行较小气液两相流计量，进入步骤30，如需进行油含水状态计量，进入步骤 60；

步骤20、流量计算机8控制入口电动三通阀1导通连接管路15，流量计算机8控制电动开关调节阀9和电动开关阀13关闭，流体依次通过连接管路 15和液相管路14，由流体出管16排出，气液两相流量计12实时计量气液两相流量并将计量到的气液两相流量信息输出至流量计算机8，较大气液两相流计量结束；

步骤30、设置液位下限值、液位上限值、差压下限值和差压上限值，进入步骤40；

步骤40、流量计算机8控制入口电动三通阀1导通流体入管2，流量计算机8控制电动开关阀13打开，流量计算机8控制电动开关调节阀9关闭，流体进入旋流分离器7，进入步骤50；

步骤50、旋流分离器7内液位持续上升，液位计4读取液位由液位下限值到液位上限值所需的时间或差压传感器读取差压由差压下限值到差压上限值的时间，计算出瞬时液相流量，气体流量计6读取该时间内的气相流量，较小气液两相流计量结束；

步骤60、设定油含水测量等待时间，进入步骤70；

步骤70、流量计算机8控制入口电动三通阀1导通流体入管2，流量计算机8控制电动开关阀13打开，流量计算机8控制电动开关调节阀9关闭，流体进入旋流分离器7，进入步骤80；

步骤80、旋流分离器7内液位持续上升，当液位上升到上限时，流量计算机8控制入口电动三通阀1导通连接管路15，流量计算机8控制电伴热工作，旋流分离器7内的流体被加热，水开始沉降，流体内的气泡被排出，进入步骤 90；

步骤90，当达到步骤60中设定的油含水测量等待时间，液位计4读取液位高度并将读取到的液位高度数据输出至流量计算机8，差压传感器读取差压值并将读取到的差压值数据输出至流量计算机8，计算出油水混合流体密度，进入步骤100；

步骤100、通过步骤90中计算得到的油水混合流体密度计算出油含水体积百分比，油含水状态计量结束。

本实施例中，所述的一种油气水三相流计量方法还包括压液步骤，具体如下：

设置压液范围值；

流量计算机8控制电动开关调节阀9打开，流量计算机8控制电动开关阀 13关闭，旋流分离器7内的流体进入液相管路14；

待旋流分离器7内的流体液位下降至设置的压液范围时，进入较小气液两相流计量或油含水状态计量。

本实施例中，步骤90中，所述的计算出油水混合流体密度，计算公式如下：

ΔP＝ghρ，

其中，ΔP为差压值，g为重力加速度，h为液位高度，ρ为液体混合密度。

本实施例中，步骤100中，所述的计算出油含水体积百分比，计算公式如下：

A＝(ρ-ρ_油)/(ρ_水-ρ_油)，

其中，A为油含水体积百分比，ρ为液体混合密度，ρ_油为油密度，ρ_水水为水密度。

本实施例中，所述的一种油气水三相流计量方法还包括较大气液两相流计量自校准步骤，具体如下：

设置自校准间隔时间和液位保持范围；

正常进行较大气液两相流计量，当到达设置的自校准间隔时间，流量计算机8控制入口电动三通阀1导通流体入管2，流量计算机8控制电动开关阀13，手动调节电动开关调节阀9并观察液位，当液位达到设定的液位保持范围，气液两相流量计12分别计量气相流量和液相流量，气液两相流量计12记录计量时间；

计算计量时间内的平均气相流量和平均液相流量；

重复数次上述步骤，得到数个平均气相流量和数个平均液相流量，比对得到的数个平均气相流量和数个平均液相流量，得到数个平均气相流量误差值和数个平均液相流量误差值；

通过得到的数个平均气相流量误差值和数个平均液相流量误差值计算出气相平均误差值和液相平均误差值；

通过得到的气相平均误差值和液相平均误差值校准气液两相流量计12。

本计量装置和计量方法包含较大气液两相流计量模式、较小气液两相流计量模式和油含水状态计量模式三种模式。其中，较大气液两相流计量模式和较小气液两相流计量模式通过气液两相流量计12获取的流体中的液相流量和气相流量的大小确定。若流体流量大，流量计算机8将计量装置切换到较大气液两相流计量模式。若体流量小，流量计算机8将计量装置切换到较小气液两相流计量模式。流量较大或较小的界定可通过设定质量流量范围值的方式确定，设定的范围值可根据气液两相流量计12的测量范围、旋流分离器7的管径、液相管路14的管径和气相管路5的管径确定。油含水状态计量为流体抽样状态，可通过设定时间的方式来进行。当达到设定的时间，流量计算机8将计量装置切换到油含水状态计量模式。

本计量方法中压液步骤用于清空旋流分离器7内部的液相，便于较小气液两相流计量或油含水状态计量。设置的压液范围值根据实际情况确定。如后续需进行较小气液两相流计量，可将旋流分离器7内部的液相进行部分压空；部分压空的范围可根据需求进行设置。如进行油含水状态计量，需将旋流分离器 7内部的液相全部压空，以保证油含水状态计量的准确度。

本计量方法中，瞬时液相流量的计算通过旋流分离器7的管径确定和旋流分离器7内部液位由液位下限值到液位上限值所需的时间确定。瞬时液相流量可在流量计算机8上进行显示，以形成瞬时液相流量的曲线，用于后续对井下的情况进行分析。

本申请中的油密度和水密度均通过对油体和水体的采样获取。油密度根据井下实际的油况确定，不同工况下的油密度不同。水密度可根据其矿化度和温度的变化做补偿。油密度和水密度事先需输入流量计算机8，以作为后续计算的基础。

较大气液两相流计量自校准步骤中，设定的正常计量时间根据实际需求设定。同时，较大气液两相流计量自校准步骤适合于连续较稳定的流量，如油田气液两相连续出液相对稳定的油井。同时，较大气液两相流计量自校准步骤中，设定的液位保持范围为10％-90％。较大气液两相流计量自校准步骤中，通过设置自校准间隔时间，将装置切换到自校准模式。数个平均气相流量和数个平均液相流量可通过数次的将装置切换到自校准模式得到。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种油气水三相流计量装置，其特征在于，包括旋流分离器和流量计算机，所述旋流分离器顶部设有延伸至旋流分离器内部的液位计，所述旋流分离器侧面设有差压变送器，所述旋流分离器侧面设有与其内部连通的流体入管，所述旋流分离器底部设有与其内部连通的液相管路，所述液相管路通过连接管路与流体入管连通，所述旋流分离器侧面靠近顶部的位置设有与其内部连通的气相管路，所述液相管路和气相管路远离旋流分离器的一端相互连通，所述液相管路和气相管路连通处设有分别与液相管路和气相管路连通的流体出管，所述液相管路上设有气液两相流量计，所述气相管路上设有气体流量计，所述液位计、差压变送器、气液两相流量计和气体流量计分别与流量计算机电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种油气水三相流计量装置，其特征在于，所述旋流分离器外表面缠绕有电伴热，所述电伴热与流量计算机电气连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种油气水三相流计量装置，其特征在于，所述流体入管远离旋流分离器的一端设有入口电动三通阀，所述入口电动三通阀与流量计算机电气连接。

4.根据权利要求3所述的一种油气水三相流计量装置，其特征在于，所述液相管路上靠近旋流分离器的一端设有电动开关调节阀，所述电动开关调节阀与流量计算机电气连接。

5.根据权利要求4所述的一种油气水三相流计量装置，其特征在于，所述气相管路上远离旋流分离器的一端设有电动开关阀，所述电动开关阀与流量计算机电气连接。

6.一种油气水三相流计量方法，其特征在于，所述的计量方法通过权利要求1-5中任意一项所述的一种油气水三相流计量装置实现，其包括以下步骤：

步骤10、计量开始，如需进行较大气液两相流计量，进入步骤20，如需进行较小气液两相流计量，进入步骤30，如需进行油含水状态计量，进入步骤60；

步骤20、流量计算机控制入口电动三通阀导通连接管路，流量计算机控制电动开关调节阀和电动开关阀关闭，流体依次通过连接管路和液相管路，由流体出管排出，气液两相流量计实时计量气液两相流量并将计量到的气液两相流量信息输出至流量计算机，较大气液两相流计量结束；

步骤30、设置液位下限值、液位上限值、差压下限值和差压上限值，进入步骤40；

步骤40、流量计算机控制入口电动三通阀导通流体入管，流量计算机控制电动开关阀打开，流量计算机控制电动开关调节阀关闭，流体进入旋流分离器，进入步骤50；

步骤50、旋流分离器内液位持续上升，液位计读取液位由液位下限值到液位上限值所需的时间或差压传感器读取差压由差压下限值到差压上限值的时间，计算出瞬时液相流量，气体流量计读取该时间内的气相流量，较小气液两相流计量结束；

步骤60、设定油含水测量等待时间，进入步骤70；

步骤70、流量计算机控制入口电动三通阀导通流体入管，流量计算机控制电动开关阀打开，流量计算机控制电动开关调节阀关闭，流体进入旋流分离器，进入步骤80；

步骤80、旋流分离器内液位持续上升，当液位上升到上限时，流量计算机控制入口电动三通阀导通连接管路，流量计算机控制电伴热工作，旋流分离器内的流体被加热，水开始沉降，流体内的气泡被排出，进入步骤90；

步骤90，当达到步骤60中设定的油含水测量等待时间，液位计读取液位高度并将读取到的液位高度数据输出至流量计算机，差压传感器读取差压值并将读取到的差压值数据输出至流量计算机，计算出油水混合流体密度，进入步骤100；

步骤100、通过步骤90中计算得到的油水混合流体密度计算出油含水体积百分比，油含水状态计量结束。

7.根据权利要求6所述的一种油气水三相流计量方法，其特征在于，本方法中，所述的一种油气水三相流计量方法还包括压液步骤，具体如下：

设置压液范围值；

流量计算机控制电动开关调节阀打开，流量计算机控制电动开关阀关闭，旋流分离器内的流体进入液相管路；

待旋流分离器内的流体液位下降至设置的压液范围时，进入较小气液两相流计量或油含水状态计量。

8.根据权利要求6或7所述的一种油气水三相流计量方法，其特征在于，步骤90中，所述的计算出油水混合流体密度，计算公式如下：

ΔP＝ghρ，

其中，ΔP为差压值，g为重力加速度，h为液位高度，ρ为液体混合密度。

9.根据权利要求8所述的一种油气水三相流计量方法，其特征在于，步骤100中，所述的计算出油含水体积百分比，计算公式如下：

A＝(ρ-ρ_油)/(ρ_水-ρ_油)，

其中，A为油含水体积百分比，ρ为液体混合密度，ρ_油为油密度，ρ_水水为水密度。

10.根据权利要求9所述的一种油气水三相流计量方法，其特征在于，所述的一种油气水三相流计量方法还包括较大气液两相流计量自校准步骤，具体如下：

设置自校准间隔时间和液位保持范围；

正常进行较大气液两相流计量，当到达设置的自校准间隔时间，流量计算机控制入口电动三通阀导通流体入管，流量计算机控制电动开关阀，手动调节电动开关调节阀并观察液位，当液位达到设定的液位保持范围，气液两相流量计分别计量气相流量和液相流量，气液两相流量计记录计量时间；

计算计量时间内的平均气相流量和平均液相流量；

重复数次上述步骤，得到数个平均气相流量和数个平均液相流量，比对得到的数个平均气相流量和数个平均液相流量，得到数个平均气相流量误差值和数个平均液相流量误差值；

通过得到的数个平均气相流量误差值和数个平均液相流量误差值计算出气相平均误差值和液相平均误差值；

通过得到的气相平均误差值和液相平均误差值校准气液两相流量计。

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