CN203224385U - 一种基于旋流和碰撞效应从多相流中在线提取液体样品的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于旋流和碰撞效应从多相流中在线提取液体样品的装置，其包括以下部件：圆锥形和/或圆锥形的旋流仓(3)；入口管道(2)，其在所述旋流仓(3)的侧面沿着圆周切线方向通入所述旋流仓(3)；碰撞仓(4)，其入口与所述旋流仓(3)的顶部连通，其出口本身作为气体排出管道或者与另外的气体排出管道(1)连通，该碰撞仓(4)内设有至少两层碰撞网(6)；以及，液体取样管道(5)，其入口位于旋流仓(3)的底部，且该液体取样管道(5)在离开旋流仓(3)后向上弯曲并向上延伸一定高度。

Description

一种基于旋流和碰撞效应从多相流中在线提取液体样品的装置

技术领域

本实用新型涉及从多相流中在线提取液体样品的装置。 

背景技术

油井产量计量是油藏动态研究和油田生产管理过程中的基础性工作之一。采油工业中，经常从油井中采出包含液相和气相的气液混合流体。其本质上属于多相流，即至少两相的混合流体。其中所述气相包括油田气等任何在常温下不凝的气体。所述液相可包括：油相，主要是原油以及溶解其中的液体添加剂等；水相，例如地层水、开采过程中注入油井中的水等。在实际中，油相和水相通常乳化后混合在一起。近年来，基于伽马射线测量技术的多相流量计在油井产量计量方面得到了较广泛的应用。但该技术在较高含气率的油气水三相流体的条件下含水率测量精度较差，需通过增加气液分离器，预分离一部分气体后再取液体样品计量以提高含水率的测量精度。常用的气液分离技术有折流分离，重力分离，离心力分离，丝网分离等，其核心原理是利用组分密度不同或分散系粒子大小不同对混合物进行分离。传统的气液分离结构需实现完全气液分离，因此结构复杂，尺寸较大，在只需取样得到较低含气率的液样而并不要求气液完全分离的多相流量计上使用，会导致成本增加，降低多相流量计在要求体积尽可能紧凑的海上平台等场合的适用性。本实用新型的在线液体样品取样装置采用离心力分离和碰撞分离结合的方法，可以快速有效地分离出大部分的气体，使取样的液体满足多相流量计测量所需的气体含量要求，且尺寸较小，取样后测量的含水率更准确，因此应用在多相流量计上，可提高其含水率测量精度和适用范围。 

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于旋流和碰撞效应从多相流中在线提取液体样品的装置，其特征在于：其包括以下部件： 

旋流仓3，其为圆柱形或圆锥形或圆柱形与圆锥形的组合； 

入口管道2，其在所述旋流仓3的侧面沿着圆周切线方向通入所述旋流仓3； 

碰撞仓4，其入口与所述旋流仓3的顶部连通，其出口本身作为气体排出管 道或者与另外的气体排出管道1连通，该碰撞仓4内设有至少两层碰撞网6； 

液体取样管道5，其入口位于旋流仓3的底部，且该液体取样管道5在离开旋流仓3后向上弯曲并向上延伸一定高度。 

由于本实用新型的装置中液体始终处于动态流动，液体在装置中存在时间很短，油水来不及分离，液体取样管道的入口又处于最底部，且液体取样管道在离开旋流仓后向上弯曲并延伸一定高度，其内存有的液柱产生一定压力，可抑制气体从中离开，故而进入液体取样管道的流体是低含气的且能代表多相流的液体条件，因此该取样器实现了实时、在线液体取样。 

附图说明

图1是一种示例性的本实用新型的取样装置的结构透视图。 

图2是一种典型的碰撞网结构的俯视图。 

图3是图2所述的碰撞网结构的俯视图中A-A截面的截面视图。 

图4是图2所述的碰撞网结构的俯视图中B-B截面的截面视图。 

具体实施方式

以下对本实用新型的液体样品在线取样装置的各部件及其连接关系进行介绍： 

该装置的主体是一个旋流仓3，其可以为圆柱形的、圆锥形的或圆柱形与圆锥形二者的组合。例如，其可以为上柱下锥形状。在工作状态下，该旋流仓一般竖直放置。为保证在多相流在仓内充分旋流后形成较稳定的流态，使仓内取样口处气体含量较低，旋流仓的直径一般为入口管道直径的6倍以上，高度为入口管道直径的2倍以上。 

入口管道2则在旋流仓3的侧面沿着圆周切线方向通入该旋流仓。所述入口管道上游连接多相流输入管道。一般来说，该入口管道在旋流仓3的侧面中上部沿着圆周切线方向通入该旋流仓。优选地，该入口管道在旋流仓3的侧面顶部沿着圆周切线方向通入该旋流仓。对该入口管道的截面形状没有要求，但优选为圆形。该入口管道2与水平线的夹角在0到90度之间，优选0-75度之间，更优选0-60度之间。实践中，为了优化装置高度和方便联接，优选水平安装。 

在旋流仓的顶部设有一个碰撞仓4，该碰撞仓的入口与所述旋流仓的顶部连 通，其出口本身作为气体排出管道或者与另外的气体排出管道1连通，该碰撞仓内设有至少两层碰撞网6。该碰撞仓一般与所述旋流仓共轴设置。所述碰撞网的作用在于通过碰撞作用拦截一部分被气体夹带的液体，并使液体在积累到一定程度后在重力作用下返回至旋流仓，而气体则可较顺利的继续前行而从碰撞仓4的出口离开。在实施方案中，所述至少两层碰撞网的网孔彼此交错设置，以使得流体不能直线流通，而必须经过多次折流才能流出该碰撞仓4。以此方式，在每次折流碰撞时，混合流体速度降低为0，较小的液滴可汇聚为较大液滴，受重力影响而滴下，这提高了对液体的拦截效率。在优选的实施方案中，所述碰撞网的结构使得每层网的间隙面积即流通面积不低于入口管道2的截面积。当使用两层或更多层碰撞网时，每层碰撞网之间的距离，最好不低于碰撞网厚度，以减小压损，使气体较易从气体排出管道离开。图2中是一种典型的碰撞网结构，每层碰撞网中按序间隔开正方形孔，每层碰撞网相互错位，可较好的实现碰撞分离。当然，对于碰撞网上的孔的形状没有限制，其它形状的孔也是可行的。对于碰撞仓的形状和直径没有限制，但在优选的实施方案中，使得碰撞仓4的任何截面处的流通面积大于或等于入口管道2的流通面积，这样可以便于减少气体的流动阻力。碰撞仓4的流通截面优选为圆形。所述碰撞网的通孔形状和网的总外部形状，不仅可以是图2所示的方形，还可以是圆形、多边形等其他形状。所述碰撞网的层数为2层或2层以上，优选在2到8层之间，更优选偶数层。 

气体排出管道1是可有可无的，因为碰撞仓的出口本身即可以作为气体排出管道；但优选存在该气体排出管道1，以将气体导引至所需要的位置处。在使用所述气体排出管道1时，其任何截面处的流通面积最好不小于入口管道2的流通面积，以使气体可顺利排出。 

液体取样管道5的入口位于旋流仓3的底部，且该液体取样管道5在离开旋流仓3后向上弯曲并向上延伸一定高度。技术人员会根据具体情况需要来计算和选择该高度。在工作状态下，这种结构设置可在液体取样管道5内形成一定高度的液柱，可给予上述入口一定压力，使气体较难从该液体取样管道离开。关于上述取样口的位置，应尽量位于液体含量较高处。在优选实施方案中，当所述旋流仓为圆柱形或圆锥形时，所述旋流仓内三相流体由于旋流分离作用，靠近仓壁且靠下部分液体集结，靠近旋流仓中心且靠上部分气体集结，因此液 体取样管道5的入口位置应开设在旋流仓底部的靠近旋流仓仓壁的底部或侧面位置处。在本文中，若取样管道5的入口面积的80％以上落在碰撞仓4的出口在旋流仓3底部的投影面积之外，则认为该入口“靠近旋流仓仓壁”，优选该取样管道5的入口面积完全落在上述投影面积之外。为安装方便，可优选所述液体取样管道5的入口位置向下开设在与入口管道2相对的靠近旋流仓仓壁的位置处。 

所述液体取样管道的下游可以连接至含水率测量仪器，以测量液体样品的含水率。 

所述液体样品取样装置的各部件的尺寸以及彼此之间的布置关系，主要是入口角度，碰撞网的结构和尺寸，以及碰撞网层与层之间的距离及层数，可针对油井含气率的特定范围使用流体计算软件计算后优化，或根据有限次实验后进行优化设计。 

下面结合附图1所示的一种示例性实施方案对本实用新型装置的工作过程进行进一步详细说明： 

本实用新型装置通常竖直安装，多相流体通过入口管道2进入旋流仓3，在旋流仓3中旋流，旋流仓上端中心位置设置碰撞仓4，然后连接气体排出管道1，液体取样管道5的入口在旋流仓底部与入口管道相对处的仓壁附近。 

包括油气水三相或类似介质的多相流体通过入口管道2从旋流仓的侧面顶部切向进入旋流仓后，在旋流仓3中强制旋流，密度较大的液体在离心力作用下向旋流仓的仓壁移动并向下聚集，密度较小的气体则向旋流仓中心移动，从而实现气液部分分离。分离出的带液气体从旋流仓的顶部进入碰撞仓4，经多层碰撞网后，所带液体大部分被汇聚并最终重新回到旋流仓中，剩余气体及极少量液体则从碰撞仓出口排出。多相流中的液体在重力作用下沿旋流仓的仓壁向下边旋流边移动，到达底部，并从其入口位于旋流仓底部靠近仓壁处的液体取样管道5中排出。 

由于装置中液体始终处于动态流动，液体在装置中存在时间很短，油水来不及分离，液体取样管道的入口又处于最底部，且液体取样管道在离开旋流仓后向上弯曲并延伸一定高度，其内存有的液柱产生一定压力，可抑制气体从中离开，故而进入液体取样管道的流体是低含气的且能代表多相流的液体条件， 因此该取样器实现了实时、在线液体取样。 

由此可见，该装置能够在设定的工作范围内获得具有代表性的、低含气的液体样品，以满足多相流量计含水率实时精确测量的要求。 

Claims (6)

1.一种基于旋流和碰撞效应从多相流中在线提取液体样品的装置，其特征在于，其包括以下部件： 

旋流仓(3)，其为圆柱形或圆锥形或圆柱形与圆锥形的组合； 

入口管道(2)，其在所述旋流仓(3)的侧面沿着圆周切线方向通入所述旋流仓(3)； 

碰撞仓(4)，其入口与所述旋流仓(3)的顶部连通，其出口本身作为气体排出管道或者与另外的气体排出管道(1)连通，该碰撞仓(4)内设有至少两层碰撞网(6)； 

液体取样管道(5)，其入口位于旋流仓(3)的底部，且该液体取样管道(5)在离开旋流仓(3)后向上弯曲并向上延伸一定高度。 

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述入口管道(2)与水平线的夹角在0到90度之间。 

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液体取样管道(5)的入口位置开设在与入口管道(2)相对处并且取样管道(5)的入口80％以上落在碰撞仓(4)的出口在旋流仓(3)底部的投影面积之外。 

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少两层碰撞网(6)的网孔彼此交错设置，以使得流体不能直线流通，而必须经过多次折流才能流出该碰撞仓(4)。 

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述入口管道(2)与水平线的夹角在0-75度之间。 

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述入口管道(2)与水平线的夹角在0-60度之间。 

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