CN115628789A - 三相流不分离在线计量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三相流不分离在线计量装置，流体测量技术领域，其包括依次设置在待检测原油管道上的网格层析成像模块、文丘里管和红外含水仪；所述网格层析成像模块用于测量气体的速度和面积，并将测得的数据传递给数据采集处理模块；所述文丘里管与压差变送器、压力传感器和温度传感器连接，所述压差变送器、压力传感器和温度传感器将采集的数据传递给数据采集处理模块；以及所述红外含水仪将测得的含水率数据传递给所述数据采集处理模块。本发明通过带一定倾角的引流管，防止了气体的影响，避免了压力测量误差过大；以及通过设置的环形压力腔，消除了同一截面压力不均衡的影响，提高了压力测量精度。

Description

三相流不分离在线计量装置
技术领域
本发明涉及流体测量技术领域，具体涉及一种三相流不分离在线计量装置。
背景技术
经典文丘里是最常见的一类流体流量计量设备，通过压差来测量流体流量，常规文丘里流量计具有很大的使用局限性，虽然在测量单相介质的流体总流量具有较高精度，但在石油开采过程中，从地下采出的石油是气、油水三相流或油水两相流，经典的文丘里流量计不能对多相流各自流量进行计量。其中主要原因是受流态，含气率等因素影响，导致文丘里管的前差压和后差压的值测量精度低，导致流量测量精度不高。
发明内容
本发明提供一种三相流不分离在线计量装置，旨在解决的技术问题之一是：提高三相流的流量的计量精度。
考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：
一种三相流不分离在线计量装置，包括依次设置在待检测原油管道上的网格层析成像模块、文丘里管和红外含水仪；所述网格层析成像模块用于测量气体的速度和面积，并将测得的数据传递给数据采集处理模块；所述文丘里管与压差变送器、压力传感器和温度传感器连接，所述压差变送器、压力传感器和温度传感器将采集的数据传递给数据采集处理模块；以及所述红外含水仪将测得的含水率数据传递给所述数据采集处理模块；
所述文丘里管包含文丘里管管芯和文丘里管管套，所述文丘里管管芯安装于所述文丘里管管套内；
在文丘里管的前直管段的所述文丘里管管芯和文丘里管管套之间设置第一环形压力平衡腔，且所述第一环形压力平衡腔通过第一引压力孔与文丘里管管芯内部连通；
在文丘里管的收缩段与喉部段相连处的所述文丘里管管芯和文丘里管管套之间设置第二环形压力平衡腔，且所述第二环形压力平衡腔通过第二引压力孔与所文丘里管管芯内部连通。
为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：
进一步地，所述第一引压力孔与所述文丘里管管芯中心轴线的夹角为10°-80°。
进一步地，所述第一引压力孔的个数大于等于4个。
进一步地，所述第二引压力孔与所述文丘里管管芯中心轴线的夹角为10°-80°。
进一步地，所述第二引压力孔的个数为大于等于4个。
进一步地，所述第一环形压力平衡腔的截面积与第一引压力孔截面积的比值也在3-10之间；所述第二环形压力平衡腔的截面积与第二引压力孔截面积的比值在3-10之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：
本发明的一种三相流不分离在线计量装置，通过带一定倾角的引流管，防止在三相流计量过程中，气体进入引流管，避免了压力测量错误；以及通过设置的环形压力腔，消除了同一截面压力不均衡的影响，提高了压力测量精度。
带有倾角的引流管，使得差压变送器的排气排液排污变得十分便利，方便差压变送器的生产调试和现场检修校准。
附图说明
为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。
图1为根据本发明一个实施例的三相流不分离在线计量装置中的文丘里管的结构示意图。
图2为根据本发明一个实施例的三相流不分离在线计量装置的整体结构示意图。
图3为根据本发明一个实施例测得的实际液量与实测差压的关系示意图。
其中，附图标注对应的附图名称为：
1-文丘里管管芯，2-文丘里管管套，3-第一压力平衡腔，4-第二环形压力平衡腔，5-第一引压力孔，6-第二引压力孔，7-网格层析成像模块，8-压差变送器，9-压力传感器，10-温度传感器，11-数据采集处理模块，12-红外含水仪，13-密封圈，14-前直管段，15-收缩段，16-喉部段，17-扩张段，18-文丘里管，19-流态研究模块。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
参见图1所示，一种三相流不分离在线计量装置，包括文丘里管18，所述文丘里管18包括前直管段14、收缩段15、喉部段16和扩张段17；所述文丘里管18包含文丘里管管芯1和文丘里管管套2，所述文丘里管管芯1安装于所述文丘里管管套2内；
在文丘里管18的前直管段14的所述文丘里管管芯1和文丘里管管套2之间设置第一环形压力平衡腔3，且所述第一环形压力平衡腔3通过第一引压力孔5（或称引流管）与所文丘里管管芯1内部连通；
在文丘里管18的收缩段15与喉部段16相连处的所述文丘里管管芯1和文丘里管管套2之间设置第二环形压力平衡腔4，且所述第二环形压力平衡腔4通过第二引压力孔6（或称引流管）与所文丘里管管芯1内部连通。
以上实施例中，第二环形压力平衡腔4的设置位置是指一部分位于收缩段15，另一部分位于喉部段16。
上述实施例中，通过设置的第一环形压力平衡腔3和第二环形压力平衡腔4，消除了同一截面压力不均衡对测量产生的影响，提高了压力测量精度。传统的压力环类似毛细管架构，毛细管结构流行相对简单。本发明中长条形的环状结构的空间很大，十倍以上毛细管环状的空间，流体流动更加自由。现有结构在使用时有气泡进入，外面的压力引流管容易形成段塞流，影响压力传递，导致测量误差增大。本发明独特的环形压力平衡腔可让压力更均衡。即环形压力平衡腔通过文丘里管管芯1和文丘里管管套2实现，区别于传统的文丘里管是一个整体的类似毛细管架构的压力环结构，将文丘里管管芯1装入文丘里管管套2，在文丘里管管芯1和文丘里管管套2形成了2个环形压力平衡腔。环形压力平衡腔可以有效防止气体段塞流的形成，当有气体进入压力平衡腔，气体在压力平衡腔内循环，当压力平衡后，带倾角的引压孔非常有利于气体自动排出压力平衡腔，从而消除气体对测量的影响。
上述第一引压力孔5与所述文丘里管管芯1中心轴线的夹角为10°-80°；一般而言，所述第一引压力孔5的个数大于等于4个 。
第二引压力孔6与所述文丘里管管芯1中心轴线的夹角也为10°-80°；所述第二引压力孔6的个数为大于等于4个。
以上实施中设置带倾角的引流管（第一引压力孔5、第二引压力孔6），倾角的角度非常关键，可防止气体进入引流管，导致压力测量错误；因此选择引-压力孔角度在10-80°之间。一优选方案是，引压力孔角度可为50°。
喉径的结构：喉径尺寸是压力测量的关键，经典文丘里管的喉径尺寸不适用于多相流测量，容易导致负压差，喉径的尺寸和管道直径、流态、流量等因素有关。
再如图1所示，文丘里管管芯1和文丘里管管套2之间设置密封圈13。
本发明上述的文丘里管可应用于一种多相流不分离在线测量装置及其测量方法中，其公开号为CN 105806424 A，即用本发明的文丘里管18替换该现有文件中的文丘里管。
如图2所示，本发明的一种三相流不分离在线计量装置，其还可包括以下结构，具体地：
文丘里管18与压差变送器8、压力传感器9和温度传感器10连接，所述压差变送器8、压力传感器9和温度传感器10将采集的数据传递给数据采集处理模块11。
红外含水仪12与所述文丘里管18一端连接，且所述红外含水仪12再与所述数据采集处理模块11电连接。
网格层析成像模块7设置于所述文丘里管18另一端，且所述网格层析成像模块7与所述数据采集处理模块11电连接，所述网格层析成像模块7用于测量气体的速度和面积，并将测得的数据传递给数据采集处理模块11。通过该数据采集处理模块11可以分别求解多相流的流量，即气体流量，液体流量。
以及本发明还可包括流态研究模块19，其与数据采集处理模块11连接，流态研究模块19根据现有数据建立的一个研究模型，其用于根据测量的不同液量对象范围来区分三相流不同的流态，并根据流态不同进行分段处理。
上述红外含水仪12用于测量含水率，文丘里管18上的压差变送器8用于测量压差，温度传感器10用于测量温度，压力传感器9用于测量压力。
本发明的三相流不分离在线计量装置没有使用放射源，没有放射性，安全环保。
本发明的三相流不分离在线计量装置，除上述实施方案外，还可以应用于其他场景。
应用上述实施例的三相流不分离在线计量装置，其测得的一国内实验标定数据如表1所示：
表1 国内实验标定数据表
Figure 958203DEST_PATH_IMAGE002
由上述表1可以看出测得的测得液量误差、含水量率误差较低。
如表2所示，表2示出了一测得的实际液量与实测差压的相关数据，其对应的附图为图3。
表2 压差与实际液量关系数值表
油量 气量 水量 实际液量 压差 测试液量 测试液量误差
2.4 61.2 37.1 39.5 147.0 40.2 1.7
12.5 87.8 27.8 40.3 38.9 42.3 5.0
20.7 107.3 20.8 41.4 6.1 42.1 1.7
24.6 136.6 19.4 44.0 48.2 43.9 -0.1
15.3 106.8 28.9 44.2 87.8 44.1 -0.1
4.7 79.9 41.2 46.0 195.6 43.9 -4.4
6.7 57.6 39.8 46.5 244.1 48.9 5.2
42.4 129.8 7.6 50.0 80.9 50.0 0.0
19.6 88.8 31.3 50.9 210.0 51.9 2.1
30.7 107.0 20.9 51.6 166.3 51.2 -0.7
35.8 120.5 19.3 55.1 235.3 55.8 1.3
24.6 109.0 30.8 55.4 241.8 53.4 -3.7
49.7 161.0 5.7 55.4 130.7 54.1 -2.3
12.1 169.2 44.2 56.3 320.0 55.3 -1.7
11.9 80.2 44.5 56.4 360.4 55.2 -2.1
30.5 86.9 30.5 61.0 373.5 61.0 -0.1
57.7 141.6 3.4 61.1 223.3 61.5 0.7
41.9 106.1 19.3 61.2 345.8 61.7 0.9
16.2 136.8 47.9 64.1 518.8 64.4 0.5
45.2 78.2 19.9 65.1 412.2 65.0 -0.1
61.8 109.4 3.3 65.1 295.4 65.4 0.4
32.5 161.5 34.1 66.5 490.4 66.2 -0.5
45.9 60.0 24.9 70.8 550.2 70.6 -0.3
63.9 86.9 7.2 71.1 490.5 72.6 2.1
14.8 105.8 57.0 71.8 691.2 70.4 -1.9
64.1 107.8 10.6 74.7 570.9 74.8 0.1
10.9 128.2 64.4 75.3 803.2 74.1 -1.5
46.2 80.9 30.2 76.4 705.4 76.7 0.4
31.2 147.8 46.4 77.6 775.2 77.2 -0.4
43.9 61.2 35.5 79.4 788.1 79.5 0.0
28.3 134.4 51.7 80.0 836.4 79.2 -1.0
8.4 105.6 72.5 80.9 971.1 79.9 -1.2
66.8 86.4 16.5 83.3 782.1 81.3 -2.4
42.3 68.6 42.5 84.8 977.7 86.2 1.7
4.6 116.4 80.3 84.9 1172.4 86.6 2.0
64.8 88.8 20.6 85.4 895.1 85.1 -0.4
26.4 146.6 60.0 86.4 1039.5 86.5 0.1
26.4 187.2 63.5 89.9 1182.3 91.2 1.5
45.9 60.0 24.9 70.8 550.2 71.0 0.4
63.9 86.9 7.2 71.1 490.5 70.0 -1.5
64.1 107.8 10.6 74.7 570.9 72.7 -2.6
10.9 128.2 64.4 75.3 803.2 78.7 4.6
46.2 80.9 30.2 76.4 705.4 77.1 0.9
31.2 147.8 46.4 77.6 775.2 80.2 3.5
43.9 61.2 35.5 79.4 788.1 80.3 1.0
28.3 134.4 51.7 80.0 836.4 82.0 2.6
8.4 105.6 72.5 80.9 971.1 82.4 1.8
66.8 86.4 16.5 83.3 782.1 81.1 -2.6
42.3 68.6 42.5 84.8 977.7 86.7 2.2
4.6 116.4 80.3 84.9 1172.4 86.3 1.6
64.8 88.8 20.6 85.4 895.1 84.9 -0.6
26.4 146.6 60.0 86.4 1039.5 87.7 1.6
26.4 187.2 63.5 89.9 1182.3 91.8 2.1
4.7 89.3 85.8 90.5 1231.5 87.7 -3.0
72.0 58.6 18.8 90.8 977.5 89.1 -1.9
67.7 112.1 23.5 91.2 1059.6 91.0 -0.2
46.4 133.4 46.1 92.5 1150.3 92.2 -0.3
26.7 69.1 66.5 93.2 1248.2 93.6 0.4
58.1 187.9 35.5 93.6 1280.7 97.1 3.7
47.1 69.6 47.2 94.3 1145.7 92.1 -2.4
9.5 89.3 85.0 94.5 1337.1 92.1 -2.6
52.0 147.4 42.7 94.7 1277.8 96.4 1.8
33.3 72.0 61.4 94.7 1258.8 94.6 -0.1
76.5 114.5 19.6 96.1 1188.8 97.4 1.3
60.0 148.1 38.9 99.0 1352.0 99.4 0.5
84.4 119.5 15.4 99.8 1243.2 101.9 2.1
64.3 134.9 36.2 100.5 1365.4 100.3 -0.2
39.8 67.4 61.2 101.0 1424.2 99.9 -1.1
15.4 110.4 87.9 103.3 1682.4 101.0 -2.3
47.5 70.3 57.5 105.0 1467.7 101.7 -3.1
94.4 122.4 10.8 105.2 1322.5 108.1 2.7
21.0 86.4 85.0 106.0 1665.5 103.3 -2.6
55.2 78.0 52.8 108.0 1612.0 106.6 -1.3
27.7 110.6 83.5 111.2 1864.2 109.7 -1.3
78.8 160.8 32.7 111.5 1722.3 112.8 1.2
106.4 136.8 5.2 111.6 1446.3 112.5 0.7
65.7 183.1 46.1 111.8 1819.1 113.0 1.1
69.8 120.0 44.3 114.1 1800.8 113.7 -0.4
57.0 86.6 57.2 114.2 1806.0 112.3 -1.7
81.4 105.6 33.5 114.9 1743.9 113.9 -0.8
76.6 164.9 40.4 117.1 1941.0 118.5 1.3
111.5 60.0 6.0 117.5 1613.3 117.2 -0.2
108.4 78.2 13.0 121.4 1770.3 123.7 1.9
114.5 79.7 7.0 121.5 1675.2 119.5 -1.7
29.1 134.9 92.5 121.6 2302.4 121.4 -0.1
25.0 161.5 96.9 122.0 2371.0 121.1 -0.7
55.8 109.4 66.7 122.5 2133.1 121.2 -1.0
18.5 137.3 104.0 122.5 2349.6 120.3 -1.8
49.6 86.9 73.0 122.6 2101.7 119.3 -2.7
74.0 106.1 51.3 125.3 2166.2 124.1 -1.0
45.8 108.0 81.2 127.0 2330.0 123.6 -2.6
113.1 60.0 15.1 128.2 1952.5 127.7 -0.4
69.8 118.3 59.1 128.9 2344.3 127.8 -0.9
112.5 53.8 17.4 129.9 1966.6 128.5 -1.1
65.9 105.8 64.2 130.1 2461.2 131.2 0.8
104.5 79.4 26.1 130.6 2175.2 132.5 1.5
13.6 160.3 117.2 130.8 2784.3 130.4 -0.3
6.7 138.0 125.7 132.4 2842.8 128.9 -2.6
72.8 167.5 60.9 133.7 2577.4 133.8 0.0
34.1 85.9 103.0 137.1 2693.7 132.1 -3.7
44.7 183.8 92.7 137.3 3008.7 142.0 3.4
69.5 128.4 69.4 138.9 2724.7 134.8 -2.9
94.2 91.4 45.6 139.8 2702.3 141.8 1.5
94.6 165.1 45.2 139.8 2846.3 142.3 1.8
35.4 168.5 105.0 140.4 3140.4 143.3 2.1
91.9 190.1 49.2 141.1 3055.6 147.2 4.3
65.9 187.7 76.2 142.1 3047.6 142.7 0.5
110.9 71.5 32.4 143.3 2568.9 140.6 -1.9
64.9 107.5 79.3 144.2 3028.6 145.6 1.0
98.6 106.8 46.6 145.2 2742.0 141.8 -2.3
29.0 129.1 117.2 146.2 3284.6 144.3 -1.3
60.6 105.6 88.9 149.5 3219.5 149.3 -0.1
22.5 139.2 127.8 150.3 3559.6 150.4 0.1
15.3 163.4 135.0 150.3 3624.3 149.7 -0.4
111.1 79.9 40.0 151.1 2988.6 149.2 -1.3
89.9 87.8 61.5 151.4 3113.4 151.5 0.1
52.9 127.2 100.0 152.9 3429.4 152.6 -0.2
15.4 135.6 139.1 154.5 3899.5 156.4 1.2
86.2 89.3 69.5 155.7 3273.0 153.6 -1.4
48.7 127.2 112.0 160.7 3890.6 163.5 1.8
80.5 110.2 80.5 161.0 3569.2 160.0 -0.6
14.3 192.0 147.5 161.8 4401.3 167.4 3.5
8.2 146.2 153.8 162.0 4286.7 162.5 0.4
100.7 180.2 82.6 183.2 4759.4 182.1 -0.6
由表2的相关数据，可知测试液量误差较小。
可见，通过本发明的三相流不分离在线计量装置，可实现油、气和水三相流的不分离测量，测得液量误差率低，测量精度高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、 “实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (6)

1.一种三相流不分离在线计量装置，其特征在于包括依次设置在待检测原油管道上的网格层析成像模块（7）、文丘里管（18）和红外含水仪（12）；所述网格层析成像模块（7）用于测量气体的速度和面积，并将测得的数据传递给数据采集处理模块（11）；所述文丘里管（18）与压差变送器（8）、压力传感器（9）和温度传感器（10）连接，所述压差变送器（8）、压力传感器（9）和温度传感器（10）将采集的数据传递给数据采集处理模块（11）；以及所述红外含水仪（12）将测得的含水率数据传递给所述数据采集处理模块（11）；
所述文丘里管（18）包含文丘里管管芯（1）和文丘里管管套（2），所述文丘里管管芯（1）安装于所述文丘里管管套（2）内；
在文丘里管（18）的前直管段（14）的所述文丘里管管芯（1）和文丘里管管套（2）之间设置第一环形压力平衡腔（3），且所述第一环形压力平衡腔（3）通过第一引压力孔（5）与文丘里管管芯（1）内部连通；
在文丘里管（18）的收缩段（15）与喉部段（16）相连处的所述文丘里管管芯（1）和文丘里管管套（2）之间设置第二环形压力平衡腔（4），且所述第二环形压力平衡腔（4）通过第二引压力孔（6）与所文丘里管管芯（1）内部连通。
2.根据权利要求1所述的三相流不分离在线计量装置，其特征在于所述第一引压力孔（5）与所述文丘里管管芯（1）中心轴线的夹角为10°-80°。
3.根据权利要求1或2所述的三相流不分离在线计量装置，其特征在于所述第一引压力孔（5）的个数大于等于4个。
4.根据权利要求1所述的三相流不分离在线计量装置，其特征在于所述第二引压力孔（6）与所述文丘里管管芯（1）中心轴线的夹角为10°-80°。
5.根据权利要求1或4所述的三相流不分离在线计量装置，其特征在于所述第二引压力孔（6）的个数为大于等于4个。
6.根据权利要求1所述的三相流不分离在线计量装置，其特征在于所述第二环形压力平衡腔（4）的截面积与第二引压力孔（6）截面积的比值在3-10之间。
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