CN204255415U - 一种锥形孔板式气液两相流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种锥形孔板式气液两相流量计，包括上游计量管段和下游计量管段，上游计量管段和下游计量管段之间安装有锥形孔板节流件，锥形孔板节流件的上端通过取压管连接有智能流量变送器和差压压力传感器；上游计量管段内设置有流动调整板；下游计量管段内设置有温度传感器。其中锥形孔板利用气流冲刷作用进行清洁，适应从井口流出的非洁净流体；而流动调整板可以调整气液两相流动的不规则性，使气液两相均匀混合，提高气液两相流量计的计量精度，实现气液两相不分离在线计量；该流量计采用的一体化差压压力传感器使整个流量计的整体结构更加紧凑简洁。本锥形孔板气液两相流量计可以实现气液两相不分离在线计量，实现计量单井产业。

Description

一种锥形孔板式气液两相流量计

技术领域

本实用新型属于涉及一种锥形孔板式气液两相流量计，具体的说，是一种应用于气田井口的不分离在线计量气井气液两相流量的计量装置。

背景技术

单井计量工艺主要有集气站内分离计量工艺及井口湿气在线计量工艺两种，其他气液两相在线计量技术成本太高，目前还未在国内气田实现商业化应用。

集气站内分离计量工艺是将气井产出流体集输至集气站内，通过分离器进行气液分离后单独计量，分离计量工艺计量精度较高，但工艺复杂，投资较高。

井口湿气在线计量工艺是采用单相流量计在线计量气井产气量，不计量液量，井口湿气在线计量工艺无法计量单井产液，且在含液情况下气量计量误差大。

目前国内气田单井计量工艺仍主要采用集气站内分离计量工艺，近年来多家单位开展了气液两相不分离在线计量技术研究，主要采用以下计量原理：一是采用两个或多个单相流量计组合，根据其不同单相流量计对湿气计量的不同虚高特性，联立求解得出气液两相流量；二是采用单相流量计结合微波、射线、声波等技术。但其结构复杂且计算量较大。

专利号为201010208042.6，申请了“锥型孔板流量计”，，包括锥型孔板、压力变送器、差压变送器、温度传感器和流量计算机，其特征是在锥型孔板前端设置有压力变送器，在锥型孔板上方设置有差压变送器，在锥型孔板后端设置有温度传感器，压力变送器、差压变送器和温度传感器通过数据线与流量计算机连接。但该专利所涉及的锥形孔板流量计容易使气井井口流动不规则性增大，进而增大误差，且该专利中的锥形孔板密封方式只适合中低压气井计量，使用范围较窄；另外，该流量计结构采用分体式，即将一次仪表采集压力、差压、温度信号通过信号线传输至独立的流量计算仪，结构分散复杂。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有的用于计量气液两相流量的井口湿气在线计量工艺无法计量单井产液，且在含液情况下气量计量误差大的问题。

为此，本实用新型提供了一种锥形孔板式气液两相流量计，包括上游计量管段和下游计量管段，所述上游计量管段和下游计量管段之间安装有锥形孔板节流件，锥形孔板节流件的上端分别通过第一取压管连接有差压压力传感器，通过第二取压管连接有智能流量变送器；

所述上游计量管段内设置有流动调整板；

所述下游计量管段内设置有温度传感器。

所述锥形孔板节流件的入口端和出口端均为倒锥形敞口，出口端的开口角度小于入口端的开口角度。

所述流动调整板上设置有过流孔。

所述上游计量管段的两端分别设置有第一连接法兰和第二连接法兰。

所述下游计量管段的两端分别设置有第三连接法兰和第四连接法兰。

所述第一取压管设置在第二连接法兰的顶端，第二取压管设置在第三连接法兰的顶端。

所述第一取压管的顶端连接有差压压力传感器，第二取压管的顶端连接有智能流量变送器。

还包括设置在取压管底端的取压阀。

所述取压阀包括设置在第一取压管的底端的第一取压阀，和设置在第二取压管的底端的第二取压阀。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种锥形孔板气液两相流量计主要由锥形孔板节流件、流动调整板、智能流量变送器、一体化差压压力传感器等组成，其中锥形孔板的锥形结构可利用气流冲刷作用进行清洁，可以适应从井口流出的非洁净流体；而流动调整板可以调整气液两相流动的不规则性，进而使气液两相均匀混合，提高气液两相流量计的计量精度，实现气液两相不分离在线计量；该锥形孔板气液两相流量计采用的一体化差压压力传感器使整个流量计的整体结构更加紧凑简洁。本锥形孔板气液两相流量计可以实现气液两相不分离在线计量，实现计量单井产业，实现在含液情况下的高精度计量。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是锥形孔板气液两相流量计的正视结构示意图。

图2是锥形孔板气液两相流量计的侧视结构示意图。

图3是锥形孔板节流件的俯视图。

图4是锥形孔板节流件的侧视图。

图5是锥形孔板节流件和计量管段的结构图。

图6是流动调整板的结构示意图。

图7是智能流量变送器的电路框图。

图8是锥形孔板气液两相流量计的安装框图。

附图标记说明：1、智能流量变送器；2、差压压力传感器；3、流动调整板；4、锥形孔板节流件；401、入口端；402、出口端；403、钢圈；5、温度传感器；6、取压阀；601、第一取压阀；602、第二取压阀；7、取压管；701、第一取压管；702、第二取压管；8、第一连接法兰；9、上游计量管段；10、下游计量管段；11、第二连接法兰；12、第三连接法兰；13、第四连接法兰；14、气井井口；15、截断阀；16、锥形孔板式气液两相流量计；17、闸阀；18、去采气管线。

具体实施方式

实施例1：

如图1和图2所示，本实用新型一种锥形孔板式气液两相流量计，包括上游计量管段9和下游计量管段10，所述上游计量管段9和下游计量管段10之间安装有锥形孔板节流件4，锥形孔板节流件4的上端通过取压管7连接有智能流量变送器1和差压压力传感器2；所述上游计量管段9内设置有流动调整板3；所述下游计量管段10内设置有温度传感器5。所述锥形孔板节流件4的入口端401和出口端402均为倒锥形敞口，出口端402的开口角度小于入口端401的开口角度。如图6所示，所述流动调整板3上设置有过流孔。所述上游计量管段9的两端分别设置有第一连接法兰8和第二连接法兰11。所述下游计量管段10的两端分别设置有第三连接法兰12和第四连接法兰13。锥形孔板节流件4设置在第二连接法兰11和第三连接法兰12之间，所述取压管7包括设置在第二连接法兰11顶端的第一取压管701和设置在第三连接法兰12顶端的第二取压管702。所述第一取压管701的顶端连接有差压压力传感器2，第二取压管702的顶端连接有智能流量变送器1。还包括设置在取压管7底端的取压阀6。所述取压阀6包括设置在第一取压管701的底端的第一取压阀601，和设置在第二取压管702的底端的第二取压阀602；

实施例2：

在实施例1的基础上，如图5所示，第二连接法兰11和第三连接法兰12的上端分别设置有取压孔19，该取压孔19分别与第一取压管701、第二取压管702相通。

如图8所示，从气井井口出来的气液两相流体经一系列弯头、阀门（如截断阀15）后进入锥形孔板气液两相流量计16，然后经闸阀17进入去采气管线18。

实施例3:

在实施例1和实施例2的基础上，具体的，以下将结合附图1和附图2对该实用新型作详细的解释：本实用新型提供的锥形孔板式气液两相流量计的上游计量管段9的第一连接法兰8与待测管段连接，气液的流向如图1中箭头所示的方向，首先通过流动调整板3，降低流体扰动及流动不规则性，使气液两相流体尽量混合均匀，然后流经锥形孔板节流件4，产生差压，一体化差压压力传感器2及温度传感器5实时采集差压、压力、温度信号，智能流量变送器1接收差压、压力、温度信号，经A/D采样电路及采样芯片转换成数字量，ARM芯片内有按照公式1编制的计量软件，每秒计算一次瞬时气量及瞬时液量，并自动累计，通过OLED液晶屏实时显示计量数据，计量完后，气液流体经过闸阀17等进入去采气管线18。

本发明提供的锥形孔板式气液两相流量计采用的是差压脉动计量原理，差压脉动大小R值与气液两相流总质量流量及质量含液率存在一定关系，见如下公式1，

        （公式1）

上式中：；；孔径比β=d/D；D-计量管内径；d-孔板孔径；G-总质量流量；C- 热膨胀系数；ρ-密度；ΔP-孔板前后差压；下标c为连续相，即气相；下标d为分散相，即液相。

经验常数θ与差压、R值、孔径比（d/D）相关，建立有θ与三个参数的关系数据库。流量计以20次/秒的频率采集孔板前后差压信号，每秒计算一次差压平均值△P及差压方根的相对方差R值，根据△P、R、d/D自动选择经验常数θ值，从而求得总质量流量及液相质量比份，进而得出气液两相质量流量，根据气体状态方程及检测的压力、温度值，即可得出标况下气液两相体积流量。

如图3和图4所示，上述的锥形孔板节流件4包括钢圈403、入口端401、出口端402，钢圈403具有密封功能，可满足高压气井井口计量，并可与上游计量管段9和下游计量管段10紧密配合，且入口端401和出口端402均为倒锥形结构，入口端401的开口角度B小于出口端402的开口角度A，在遇到井口非洁净流体时，可以利用气流冲刷作用进行清洁，锥形孔板节流件4和上游计量管段9、下游计量管段10的安装图如图5所示；

流动调整板3设计有32个不同大小孔洞，焊接在上游计量直管段内距离锥形孔板节流件距离不小于10D处，流动调整板3可降低井口流体扰动，调整气液两相流动的不规则性，有利于气液两相均匀混合，提高计量精度；

差压压力传感器2将差压和压力信号采集功能集成，采集锥形孔板节流件4前后差压，同时采集锥形孔板节流件4上游压力，相比对比文件，本发明采用一体化差压压力传感器，一块仪表同时检测压力和孔板前后差压信号，同时将智能流量变送器与一体化差压压力传感器集成在一起，结构紧凑美观；

温度传感器5设置在锥形孔板节流件的下游；

第一取压管701和第二取压管702将气液流体引入管内，通过差压压力传感器2检测差压、压力信号；第一取压阀601和第二取压阀602起到截断气源目的，当对智能流量变送器1或差压压力传感器2需要拆下维护时，可关闭第一取压阀601和第二取压阀602，还可通过控制第一取压阀601和第二取压阀602吹扫取压管线。

智能流量变送器1通过接收差压、压力、温度信号，经智能流量变送器1内的A/D采样电路及ARM采样芯片转换成数字信号，ARM芯片内有按照公式1编制的计量软件，通过内置计量软件计量出气液两相瞬时流量，每秒计算一次瞬时气量及瞬时液量，并自动累计，通过OLED液晶屏实时显示气相瞬时流量、液相瞬时流量、气相累计流量、液相累计流量、差压、压力、温度等测量值，智能流量变送器1有RS-485接口，通过RS-485通讯芯片将计算数据进行远传，可通过磁棒在线修改设置相关参数，智能流量变送器1的电路设计如图7所示，通过霍尔开关磁感应按键可在线设置修改仪表参数。DC/DC电源模块将井口太阳能供电稳定在24V供给A/D采样电路，保证信号采样精度，时钟芯片用于流量累计值等参数计算。

本实用新型提供的这种锥形孔板气液两相流量计主要由锥形孔板节流件、流动调整板、智能流量变送器、一体化差压压力传感器等组成，其中锥形孔板的锥形结构可利用气流冲刷作用进行清洁，可以适应从井口流出的非洁净流体；而流动调整板可以调整气液两相流动的不规则性，进而使气液两相均匀混合，提高气液两相流量计的计量精度，实现气液两相不分离在线计量；该锥形孔板气液两相流量计采用的一体化差压压力传感器使整个流量计的整体结构更加紧凑简洁。本锥形孔板气液两相流量计可以实现气液两相不分离在线计量，实现计量单井产业，实现在含液情况下的高精度计量。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锥形孔板式气液两相流量计，包括上游计量管段（9）和下游计量管段（10），其特征在于：所述上游计量管段（9）和下游计量管段（10）之间安装有锥形孔板节流件（4），锥形孔板节流件（4）的上端分别通过第一取压管（701）连接有差压压力传感器（2），通过第二取压管（702）连接有智能流量变送器（1）；

所述上游计量管段（9）内设置有流动调整板（3）；

所述下游计量管段（10）内设置有温度传感器（5）。

2.如权利要求1所述的一种锥形孔板式气液两相流量计，其特征在于：所述锥形孔板节流件（4）的入口端（401）和出口端（402）均为倒锥形敞口，出口端（402）的开口角度小于入口端（401）的开口角度。

3.如权利要求1所述的一种锥形孔板式气液两相流量计，其特征在于：所述流动调整板（3）上设置有过流孔。

4.如权利要求1所述的一种锥形孔板式气液两相流量计，其特征在于：所述上游计量管段（9）的两端分别设置有第一连接法兰（8）和第二连接法兰（11）。

5.如权利要求1所述的一种锥形孔板式气液两相流量计，其特征在于：所述下游计量管段（10）的两端分别设置有第三连接法兰（12）和第四连接法兰（13）。

6.如权利要求4或5所述的一种锥形孔板式气液两相流量计，其特征在于：所述第一取压管（701）设置在第二连接法兰（11）的顶端，第二取压管（702）设置在第三连接法兰（12）的顶端。

7.如权利要求1所述的一种锥形孔板式气液两相流量计，其特征在于：还包括设置在取压管底端的取压阀（6）。

8.如权利要求7所述的一种锥形孔板式气液两相流量计，其特征在于：所述取压阀（6）包括设置在第一取压管（701）的底端的第一取压阀（601），和设置在第二取压管（702）的底端的第二取压阀（602）。