CN1259657A - 原油天然气水多相流量测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种可实现陆上及海洋水下对油井、油气水多相流量自动在线测量的方法及其装置,包括一倒U型管,其上配置有静态混合器、文丘里管、压差传感器和导热元件,所有传感器与二次仪表相连接,通过测量流体总流量、压力差、油气水比率,求解各相流量,具有测量可靠、稳定、测量范围大、体积小、重量轻的油气水多相流的特点。

Description

原油天然气水多相流量测量方法及其装置

本发明属于计量技术领域，进一步涉及一种用于原油、天然气、水多相流的测量方法及其装置。

目前，原油生产过程中，原油、天然气是和水同时存在并被开采出来的，这种原油、天然气、水共存混合物流动，给流量测量带来许多困难，现有的测量方法是将天然气和液体(油、水)混合物分离后，分别以单相流量计量，再测量油水比率，得到各相流量，这种测量设备庞大，投资费用高，无法测出瞬态多相流量，目前，国外已开始研制油气水三相流量，但是大多数采用放射法或电容等方法测量油水比率。

本发明的目的是提供一种可实现陆上及海洋水下对油井、油气水多相流量自动在线测量方法，本发明的另一个目的是提供一种测量可靠、稳定、测量温度高，体积小、重量轻的油气水多相流量测量装置。

图1为本发明装置的整体结构示意图。

图2为本发明的相比率测量装置图。

图3为本发明的流体整流器。

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参见图1，本发明的测量装置包括，一倒U型管，倒U型管的流体进口端配置一静态混合器1、静态混合器1后配置一文丘里管2、倒U型管的上升段和下降段分别配置有压差传感器(3，4)、(5，6)压差传感器的上下处分别配置有流体整流器12、13、14、15，倒U型管下降段的下端分别配置有温度传感器7和导热元件8、9，倒U型管的出口端配置一压力传感器10，所有传感器与二次仪表11相连接。

参见图2，所说的相比率测量装置包括两个导热元件8、9，导热元件8、9中装入加热器12、14，温度传感器13、15，一个导热元件宽边平行于下降段管道中心线，另一个导热元件的宽边垂直于下降段管道中心线，温度传感器7垂直或倾斜置于下降段管道中，传感器7、8、9、12、13、14、15分别与二次仪表11相连接。

参见图3，所说的流体整流器12、13、14、15为一环形孔板，以减少上下游对压力差测量的影响。

本发明的流量测量分三步，第一步，以静态混合器1均匀混合多相流体，减小气液相之间的速度，再以文丘里管2测量多相流体总流量，第二步，用压差传感器3、4、5、6测量倒U型管两侧管道的压力差，得到气液比率，第三步，用二组导热元件8、9测量油气水比率，第四步，根据多相流体流动理论，联立求解各相流量。

当一根加热棒被置于流体之中，加热棒的热量就要扩散到流体中去，热扩散的量和流量及流体物理性质有关。 $\frac{q_1}{(T_1-T_0)l\·K}=a{R}_e^m{P}_r^n$

式中，q为加热量

T₀为流体温度

T₁为加热棒温度

l为加热棒长度

K为导热系数 $R_e=\frac{u\·d{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\μ}}_m}$

u为流体速率

d为加热棒宽度

ρ_m为流体密度

μ为粘度 $P_r=\frac{{\mathrm{\μ}}_m\·C{p}_m}{K_m}$

C_p为定压比热

当加热棒在流体中放置的位置不同时，加热棒热量扩散规律也不同。 $\frac{q_2}{(T_2-T_0)l\·K}=b{R}_e^{m^{\′}}{P}_r^{n^{\′}}---\left(2\right)$

这二个方程中，多相流体的物理性质和各相的比率有关，即Cp_m·K_m·μ_m·ρ_u，可分别表示为：

C_pm＝α_gC_pg+α_oC_po+α_WC_pw

K_m＝α_gk_g+α_ok_o+α_wk_w

μ_m＝α_gμ_g+α_oμ_o+α_wμ_w

ρ_m＝α_gρ_g+α_oρ_o+α_wρ_w

这样结合倒U型管的气液比及文丘里管的总体积流量就可算得油、气、水三相流量。

本发明应用文丘里管测量多相总体积流量。 $Q=\mathrm{\α\ϵ}\sqrt{\frac{\mathrm{\Δp}}{{\mathrm{\ρ}}_m}}---\left(1\right)$

α为流量系数

ε为可压缩系数

压力差传感器3、4、5、6得到压力差传感器ΔP1.2和ΔP3.4，并可由此得到气相液相比率。

ΔP1.2＝+ΔP_f+ΔP_h       (2)

ΔP3.4＝+ΔP_f-ΔP_h       (3) $\mathrm{\Δ}{P}_h=\frac{1}{2}(\mathrm{\Δ}{P}_{1.2}+\mathrm{\Δ}{P}_{3.4})={\mathrm{\α}}_g{\mathrm{\ρ}}_g+{\mathrm{\α}}_o{\mathrm{\ρ}}_o+{\mathrm{\α}}_w{\mathrm{\ρ}}_w---\left(4\right)$

应用热扩散原理测量气相、液相比率 $\frac{q_1}{\mathrm{\Δ}{t}_{1}l\·k_m}=a_1{R}_l^m{P}_r^n---\left(5\right)$ $\frac{q_2}{\mathrm{\Δ}{t}_{2}l\·k_m}=a_2{R}_e^{m^{\′}}{P}_r^{n^{\′}}---\left(6\right)$

另有归一化条件

α_g+α_o+α_w＝1              (7)

从式(1)、(4)、(5)、(6)、(7)5个方程中可求得Q，α_g，α_o，α_w和μ_o5个量。

本发明可用于陆上、沙漠及海洋水下原油、天然气生产计量、具有测量范围大、体积小、重量轻，测量稳定，可靠的特点。

Claims (4)

1、原油气水多相流量测量装置包括一倒U型管，其特征在于，倒U型管的流体进口端配置一静态混合器(1)、静态混合器(1)后配置一文丘里管(2)、倒U型管的上升段和下降段分别配置有压差传感器(3)、(4)、(5)、(6)，压差传感器的上下处分别配置有流体整流器(12)、(13)、(14)、(15)，倒U型管下降段的下端分别配置有温度传感器(7)和导热元件(8)、(9)，倒U型管的出口端配置一压力传感器(10)，所有传感器与二次仪表11相连接。

2、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，导热元件(8)、(9)中装入加热器(12)、(14)，温度传感器(13)、(15)，一个导热元件宽边平行于下降段管道中心线，另一个导热元件的宽边垂直于下降段管道中心线，温度传感器(7)垂直或倾斜置于下降段管道中，传感器(7)、(8)、(9)、(12)、(13)、(14)、(15)分别与二次仪表(11)相连接。

3、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所说的流体整流器(12)、(13)、(14)、(15)为一环形孔板。

4、根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，第一步，以静态混合器(1)均匀混合多相流体，减小气液相之间的速度，再以文丘里管(2)测量多相流体总流量，第二步，用压差传感器(3)、(4)、(5)、(6)测量倒U型管两侧管道的压力差，得到气液比率，第三步，用二组导热元件(8)、(9)测量油气水比率，第四步，根据多相流体流动理论，联立求解各相流量。

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