CN202928630U - 油田地面湿蒸汽流量干度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型通过一种油田地面湿蒸汽流量干度测量装置，涉及一种测量气液两相混合流体的流量等数据的装置。它解决了现有测量油田注汽用的湿饱和蒸汽的压力、流量、干度等参数的装置在实际使用中存在的计量精度较低、准确性较差和结构体积大等问题。它包括分流器、分离器和测量机构，所述的分流器与所述的分离器的入口相连接，所述的测量机构在所述的分离器的出口管路中设有测量部件，所述的分流器为多点多级分流装置。本实用新型具有重量和体积小、结构紧凑、易于制作、维护和使用方便、测量精度高等优点，主要用于测算油田使用的蒸汽-水两相流体的相关参数。

Description

油田地面湿蒸汽流量干度测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于测量流体的装置，特别涉及一种用于测量气液两相混合流体的流量等数据的装置。

背景技术

目前，随着油田蒸汽吞吐、蒸汽驱等新工艺的现场规模化应用，对蒸汽参数测量技术的工业化应用也提出了更高的要求，监测的蒸汽流量范围和干度范围也更为广泛，不同的热采区块、不同的热采工艺对蒸汽参数要求也大不一样，对测量装置监测参数区间要求更广范、更准确。但是由于油田注汽用的蒸汽基本上都是湿饱和蒸汽，压力、流量、干度、管径等任意一个参数的变化都会导致湿饱和蒸汽的两相流型发生巨大的改变，影响油田注汽流量、干度的测量的误差。已有的西安交通大学的98113068 号“分流分相式两相流体流量测量方法”专利和中国石化股份胜利油田分公司采油工艺研究院的200620009043.7号“亚临界汽水两相流量计”专利等技术，通过孔板取样流体用于稠油热采不同工艺中蒸汽参数的计量中，主要存在计量精度较低、准确性较差和结构体积大等不足。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有流体测量技术应用于稠油热采不同工艺中计量蒸汽参数存在的不足，提供一种设计合理且能够改善上述缺点的测量装置。

本实用新型的目的可通过如下技术方案来实现：

该测量装置，包括分流器、分离器和测量机构，所述的分流器与所述的分离器的入口相连接，所述的测量机构在所述的分离器的出口管路中设有测量部件，所述的分流器为多点多级分流装置。将所述的分流器设计为多点多级分流装置的作用是提高蒸汽取样的代表性，同时减少取样的流体样品。所述的多点多级分流装置的所谓“多点”就是在该装置流通截面上2个或2个以上的点进行取样分流，以保证作为取样样品或用于取样的分流体的样品代表性；所谓“多级”就是通过该装置对分流体再次、2次或2次以上进行2个或2个以上点的取样分流，进一步缩小分流比例，以达到理想分流系数值。本装置用于蒸汽-水两相流体测量时，流体经过所述的多点多级分流装置分配后，约占1%-20%总流量的一小股具有代表性流体被分流出来，而大部分流体则沿管道经节流件流向下游；分流体经分离器分离后，饱和蒸汽一般从分离器上部流出，而饱和水则一般从分离器下部流出；分流体的蒸汽和水一般分别经单相流量计测量后又重新混合在一起，最后经限流元件后与没有用于取样的流体汇合。

本实用新型的目的还可以通过如下技术方案开实现：

所述的多点多级分流装置包括主管道和多个分流机构，所述的每个分流机构包括入口和出口，其出口包括与所述的主管道相连的出口和分流体出口，其入口与来流方向的管道连接，所述的主管道设有所述的分流机构，所述的分离器的出口与所述的主管道相连接。所述的多点多级分流装置设计多个分流机构的作用是对进入所述的主管道的流体实现多点多级分流取样，以保证分流体的代表性和缩小分流比例。设置所述的主管道的作用是作为实现外来流体进入该主管道时的相关参数与从该主管道流出后的流体的相关参数保持一致的部件，以减少所述的分流机构和所述的分离器对流经所述的主管道的外来流体的各项参数的影响。所述的分流机构设置与所述的主管道相连的出口的作用是使流经所述的分流机构的没有用于取样的流体重新进入所述的主管道，以减少所述的分流机构对流经所述的主管道的外来流体相关参数带来的影响变化。所述的分流机构设置分流体出口的作用是实现流经所述的分流机构流体的取样流体进入其他处理机构，如与该分流机构相连的另外的分流机构或分离器等机构，以实现对取样流体作进一步处理。所述的分流机构的入口与来流方向的管道连接的作用是使须被取样的流体能够进入该分流机构。所述的主管道设置所述的分流机构的作用是对外来流体实现第一次分流取样。使所述的分离器的出口与所述的主管道相连接的作用是使经过分离器处理后的分流体完成测量后重新进入所述的主管道中与其他流体汇合，以减少分离器对流经所述的主管道的外来流体相关参数带来的影响变化。所述的分流机构设有偶数个轴对称分布的相同截面的独立通道，该分流机构分流体出口包括偶数个轴对称的所述的独立通道。所述的分流机构设置偶数个轴对称分布的相同截面的独立通道的作用是使所述的分流机构的内部流体通道在该通道流通截面内形成偶数个相对于该截面中心对称分布的相同形状和面积的小截面的独立通道，从而对进入该分流机构的流体实现取样分流，以保证分流体的样品代表性。使该分流机构分流体出口包括偶数个轴对称的所述的独立通道的作用是使分流体相对于所述的分流机构的通道流通截面的中心呈对称性分布，从而保证分流体的样品代表性。所述的分流机构分流体出口包括的偶数个轴对称的所述的独立通道数量占该分流机构的所述的独立通道总数的比例为20%-30%。使所述的分流体出口包括的偶数个轴对称的所述的独立通道数量占该分流机构的所述的独立通道总数的比例为20%-30%可以在保证分流体具有样品代表性的同时，能够有效地获得适当量的分流体。如第一级的分流机构的分流体分流比例为20%-30%，然后再对这20-30%的第一级分流体进行二次分流，再取其20%-30%作为最终的分流体，这样最后的分流比例可以维持在10%左右。所述的分流机构包括圆形管道壳体，该管道壳体内的所述的独立通道的截面为扇形或环扇形。将所述的分流机构的内部流体通道设计为圆形且将所述的独立通道设计为扇形或环扇形具有保证分流体样品代表性和简化结构的优点。所述的每个分流机构在所述的主管道上的连接口之后的所述的主管道内设有偏心孔板。在所述的主管道内设置所述的偏心孔板的作用是平衡主管路和分流管路的阻力，使得来流均匀地流过所述的独立通道，改善分流体的样品代表性，从而提高测量数据的准确性。所述的分流机构为2个，其中一个分流机构设置于所述的主管道端口，该分流机构的出口分别与所述的主管道和另一分流机构的入口相连接，所述的另一分离机构的出口分别与所述的主管道和所述的分离器相连接，所述的每个分流机构在所述的主管道上的连接口之后的所述的主管道内设有偏心孔板。将所述的分流机构设计为2个，即设计为对外来流体进行两级分流取样的结构具有能够满足多数实际应用取样测量要求、结构简化和方便制造、维护、使用的优点。所述的一个分流机构设置于所述的主管道端口的作用是对外来流体实现第一次分流取样。所述的该分流机构的出口分别与所述的主管道和另一分流机构的入口相连接的作用是使没有用于取样的流体进入所述的主管道，使分流体进入下一级的分流机构。所述的另一分离机构的出口分别与所述的主管道和所述的分离器相连接的作用是对分流体进行再次取样后，使需要的分流体进入所述的分离器，使其余流体进入所述的主管道。所述的每个分流机构在所述的主管道上的连接口之后的所述的主管道内设有偏心孔板的作用是通过所述的偏心孔板平衡主管路和分流管路的阻力，使得来流均匀地流过所述的独立通道，改善分流体的代表性，从而提高测量数据的准确性。所述的分流机构包括圆形管道壳体，该管道壳体内包括16个轴对称分布的相同扇形截面的独立通道，所述的分流机构分流体出口包括4个轴对称的所述的独立通道。将所述的分流机构的内部流体通道设计为圆形且将所述的独立通道设计为扇形具有保证分流体代表性和简化结构的优点。将所述的分流机构的圆形管道壳体内流体通道划分为16个所述的独立通道和使所述的分流机构分流体出口包括4个轴对称的所述的独立通道具有能够满足多数实际应用取样测量要求、简化结构、保持合理的取样比例的优点。所述的分流机构包括圆形管道壳体，该管道壳体内包括16个轴对称分布的相同环扇形截面的独立通道，所述的分流机构分流体出口包括4个所述的轴对称的独立通道。将所述的分流机构的内部流体通道设计为圆形且将所述的独立通道设计为环扇形具有保证分流体代表性和简化结构的优点。将所述的分流机构的圆形管道壳体内流体通道划分为16个所述的独立通道和使所述的分流机构分流体出口包括4个轴对称的所述的独立通道具有能够满足多数实际应用取样测量要求、简化结构、保持合理的取样比例的优点。所述的测量机构包括气体测量部件、液体测量部件和压力变送器，所述的压力变送器设置于所述的分流器内。所述的气体测量部件用于测量经所述的分离器分离后的分流体中的气体的流量等相关参数。所述的液体测量部件用于测量经所述的分离器分离后的分流体中的液体的流量等相关参数。所述的压力变送器用于测量外来流体的压力。所述的气体测量部件包括文丘里管、传压用硬质金属导管和气体差压流量计，所述的液体测量部件包括文丘里管、传压用硬质金属导管和液体差压流量计，所述的压力变送器包括传压用硬质金属导管和压力传感器。由选用所述组件构成的所述的气体测量部件、液体测量部件和压力变送器具有结构简单、测量精度高和安装使用方便的优点。设有与所述的气体差压流量计、压力传感器、液体差压流量计相连接的数据采集系统。设置所述的数据采集系统的作用是实现对所述的测量部件传送的电信号采集转换处理。设有与数据采集系统相连接的数据显示及存储系统。设置所述的数据显示及存储系统的作用是对采集数据实现存储和便于使用。

本实用新型的有益效果：由于采用了所述的多点多级分流装置等构成部件，不仅能够解决油田注汽湿蒸汽大流量的测量，易于实现分流体良好的代表性和减小使用分流体的量，能够缩小分离器等装置的体积和保证测量精度，而且易于实现减少本装置对外来流体相关参数的变动影响，能够降低测量误差和实现简化分流装置的结构。所以，本实用新型具有重量和体积小、结构紧凑、易于制作、维护和使用方便、测量精度高等优点。

附图说明：

图1为本实用新型实施例的构成管路结构示意图；

图2为本实用新型实施例的分流器入口端A-A流通截面示意图；

图3为本实用新型实施例的分流器出口端结构示意图；

图4为本实用新型实施例的整体结构示意图；

图5为本实用新型实施例工作原理图。

图中 1、分流器， 2、分离器， 3、气体测量部件， 4、压力变送器， 5、液体测量部件，6、数据采集系统，7、数据显示及存储系统，8、混合四通， 9、连接管，10、连接管， 11、分流机构，12、分流机构，13、主管道，14、偏心孔板，31、文丘里管，32、气体差压流量计，41、压力传感器， 51、文丘里管，52、液体差压流量计，110、流通截面中心，111、管道壳体，112、独立通道，1121、独立通道，1122、独立通道，M_G、气相总流量，M_L、液相总流量，M_G2、主管道中的气相流量，M_L2、主管道中的液相流量，M_G3、气体差压流量计测量的气相流量，M_L3、液体差压流量计测量的液相流量。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

该油田地面湿蒸汽流量干度测量装置，包括分流器1、分离器2和测量机构、数据采集系统6、数据显示及存储系统7，所述的分流器1与所述的分离器2的入口相连接，所述的测量机构在所述的分离器2的出口连接管路中设有测量部件3、5，所述的分流器1为多点多级分流装置；该多点多级分流装置包括主管道13和2个分流机构11、12，其中分流机构11设置于所述的主管道13的端口，该分流机构11的出口分别与所述的主管道13和另一分流机构12的入口相连接，所述的另一分流机构12的出口分别与所述的主管道13和所述的分离器2相连接，所述的每个分流机构11、12在所述的主管道13上的连接口之后的所述的主管道13内设有偏心孔板14，所述的分离器2的出口通过所述的连接管9、10和混合四通8与所述的主管道13相连通；所述的分流机构11、12包括圆形管道壳体111，该管道壳体111内包括16个相对该流通截面中心110轴对称分布的相同环扇形截面的独立通道112，所述的分流机构11、12分流体出口包括4个轴对称的所述的独立通道1121，其余独立通道1122与所述的主管道13连通；所述的测量机构包括气体测量部件3、液体测量部件5和压力变送器4，所述的压力变送器4设置于所述的分流器1内，所述的气体测量部件3包括文丘里管31、传压用硬质金属导管和气体差压流量计32，所述的液体测量部件5包括文丘里管51、传压用硬质金属导管和液体差压流量计52，所述的压力变送器4包括传压用硬质金属导管和压力传感器41，所述的气体差压流量计32、压力传感器41、液体差压流量计52分别与所述的数据采集系统6相连接，所述的数据采集系统6与所述的数据显示及存储系统7相连接。

使用及工作原理：该套装置为整体式撬装装置，可以通过焊接或者卡箍连接等方式垂直安装在注汽管线上，进行湿蒸汽的压力、流量、干度监测。其连接方式是：蒸汽来流进入分流器1，经过两次多点取样分流后，取样的代表流体进入分离器2，靠重力分离和旋风分离的组合方式将湿蒸汽分离成饱和蒸汽和水；饱和蒸汽相一路经连接管9进入测蒸汽流量文丘里管31中再进入混合四通8中；而水相一路经连接管10进入测水相流量的文丘里管51并最终也进入混合四通8中与饱和蒸汽一起流入主管道内，完成分流体的分流和分相。其中主管线的压力是通过与硬质金属导管传导给压力传感器41，而汽相差压和水相差压也是通过同样的硬质金属导管传导给气体差压流量计32和液体差压流量计52，从而测出饱和蒸汽和水的各自流量并同压力信号一起传输给数据采集系统6进行温度、压力、流量和干度的计算并将结果传输到数据显示和存储系统7进行显示。

该装置对被测蒸汽-水两相流体的蒸汽和水的总流量的计算公式如下：气相总流量M_G、液相总流量是M_L，气体差压流量计测量的气相流量M_G3、液体差压流量计测量的液相流量M_L3可以用下式表示：

M_G＝M_G3/K_G　                                     　（1）

M_L＝M_L3/K_L                                        　 （2）

式中K_G称为气相分流系数， K_L表示液相的分流系数，与流量计的结构和流体工况有关。在测出了液相和气相总流量后，根据两相流基本关系就可以计算两相流的总流量M和干度X。

M＝M_G+M_L                                              (3)

X=M_G/M_L×100                                          (4)

对主管道中的气相流量M_G2、主管道中的液相流量M_L2不用考虑。对于最终测得各单相流量的流量数据和压力数据等，通过远传给数据采集系统，结合数据采集软件和数据分析软件可得出被测蒸汽的流量、干度、压力、温度以及累注量等数据，并可通过软件实现存储和显示。

Claims (10)

1.油田地面湿蒸汽流量干度测量装置，包括分流器、分离器和测量机构，所述的分流器与所述的分离器的入口相连接，所述的测量机构在所述的分离器的出口管路中设有测量部件，其特征是所述的分流器为多点多级分流装置。

2.如权利要求1所述的油田地面湿蒸汽流量干度测量装置，其特征是所述的多点多级分流装置包括主管道和多个分流机构，所述的每个分流机构包括入口和出口，其出口包括与所述的主管道相连的出口和分流体出口，其入口与来流方向的管道连接，所述的主管道设有所述的分流机构，所述的分离器的出口与所述的主管道相连接。

3.如权利要求2所述的油田地面湿蒸汽流量干度测量装置，其特征是所述的分流机构设有偶数个轴对称分布的相同截面的独立通道，该分流机构分流体出口包括偶数个轴对称的所述的独立通道。

4.如权利要求3所述的油田地面湿蒸汽流量干度测量装置，其特征是所述的分流机构分流体出口包括的偶数个轴对称的所述的独立通道数量占该分流机构的所述的独立通道总数的比例为20%-30%。

5.如权利要3或4所述的油田地面湿蒸汽流量干度测量装置，其特征是所述的分流机构包括圆形管道壳体，该管道壳体内的所述的独立通道的截面为扇形或环扇形。

6.如权利要求2、3或4所述的油田地面湿蒸汽流量干度测量装置，其特征是所述的每个分流机构在所述的主管道上的连接口之后的所述的主管道内设有偏心孔板。

7.如权利要求5所述的油田地面湿蒸汽流量干度测量装置，其特征是所述的每个分流机构在所述的主管道上的连接口之后的所述的主管道内设有偏心孔板。

8.如权利要求2所述的油田地面湿蒸汽流量干度测量装置，其特征是所述的分流机构为2个，其中一个分流机构设置于所述的主管道端口，该分流机构的出口分别与所述的主管道和另一分流机构的入口相连接，所述的另一分流机构的出口分别与所述的主管道和所述的分离器相连接，所述的每个分流机构在所述的主管道上的连接口之后的所述的主管道内设有偏心孔板。

9.如权利要求8所述的油田地面湿蒸汽流量干度测量装置，其特征是所述的分流机构包括圆形管道壳体，该管道壳体内包括16个轴对称分布的相同扇形截面的独立通道，所述的分流机构分流体出口包括4个轴对称的所述的独立通道。

10.如权利要求8所述的油田地面湿蒸汽流量干度测量装置，其特征是所述的分流机构包括圆形管道壳体，该管道壳体内包括16个轴对称分布的相同环扇形截面的独立通道，所述的分流机构分流体出口包括4个轴对称的所述的独立通道。

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