CN210798947U - 单井原油三相流量计量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单井原油三相流量计量装置，所述单井原油三相流量计量装置包括流量积算与显示仪和供原油通过的检测管路，检测管路上设置有体积流量计、压差变送器和含水量分析仪，体积流量计用于测量原油油气水三相流的瞬时体积流量，压差变送器用于测量原油油气水三相流在一段竖直距离上产生的压差，含水量分析仪用于测量原油中的体积含水率，流量积算与显示仪与体积流量计、压差变送器和含水量分析仪均连接，流量积算与显示仪用于根据体积流量计、压差变送器和含水量分析仪的检测结果来计算并显示原油中的油、气和水的体积流量。本实用新型的单井原油三相流量计量装置无需将原油分离即可测量原油中油、气、水这三相的流量。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油开采技术领域，更具体的说是涉及一种单井原油三相流量计量装置。
背景技术
原油单井计量对于掌握单井不同开采时期油井产能、三相含量的变化规律，调整与优化驱油与抽油生产参数，保证稳产及增产节能有十分重要的意义。由于各油田原油成分及物性差异大，输送由不同比例油、水、气三相流动，简易的两相或三相分离计量装置很难分离干净彻底，导致计量误差大，一些复杂的计量装置昂贵且又不适合单井现场使用，人工抽样化验准确但结果只能针对当时取样原油且效率低下，故简单、高效、准确的单井计量一直是世界性前沿课题。
比如：各种气液两相分离单井计量装置，实际计量系统误差都接近10％，各种称重罐对液相计量理论上可以达到较高精度，但是只能计量油水混合流量，对含水量、含气量却无能为力。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种结构简单，无需对原油分离即可对单井产出原油中油、水、气各自体积流量提供较为准确流量计量的单井原油三相流量计量装置及其方法。
为达此目的，一方面，本实用新型采用以下技术方案：
一种单井原油三相流量计量装置，包括用于供原油通过的检测管路，所述检测管路上设置有：
体积流量计，其用于测量原油油气水三相流的瞬时体积流量；
压差变送器，其用于测量原油油气水三相流在一段竖直距离上产生的压差；以及
含水量分析仪，其用于测量原油中的体积含水率；
所述单井原油三相流量计量装置还包括：
流量积算与显示仪，其与所述体积流量计、所述压差变送器和所述含水量分析仪均连接，所述流量积算与显示仪用于根据所述体积流量计、所述压差变送器和所述含水量分析仪的检测结果来计算并显示原油中的油、气和水的各自的瞬时体积流量。
在一个具体实施方式中，所述压差变送器包括沿竖直方向依次设置的第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均与所述变送主机连接，所述变送主机与所述流量积算与显示仪连接。
在一个具体实施方式中，所述检测管路上还设置有：
压力变送器，其用于测量原油油气水三相流的压力；以及
温度变送器，其用于测量原油油气水三相流的温度。
在一个具体实施方式中，所述检测管路的流体入口处设置有截止阀。
在一个具体实施方式中，所述检测管路的流体入口和流体出口之间通过旁通阀连通。
在一个具体实施方式中，所述检测管路的流体入口和流体出口之间设置有安全阀。
在一个具体实施方式中，所述检测管路上还设置有用于与吹扫气源连通的气管快速接头以及与所述检测管路连通的安全泄放管路和设置于所述安全泄放管路上的排液阀。
在一个具体实施方式中，所述体积流量计为腰轮流量计。
在一个具体实施方式中，所述单井原油三相流量计量装置还包括撬座，所述检测管路、所述体积流量计、所述压差变送器、所述含水量分析仪和所述流量积算与显示仪均设置于所述撬座上。
另一方面，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型的有益效果如下：
一种基于上述任一项所述的单井原油三相流量计量装置的单井三相流量计量方法，包括如下步骤：
采集体积流量计、压差变送器和含水量分析仪的检测结果；
通过式(1)计算原油油气水三相流的密度ρZ：
式中，g为重力加速度值，ΔP为原油油气水三相流在竖直距离h上产生的压差；
通过式(2)至式(4)分别计算原油中油、水和气的瞬时体积流量：
Vs＝ωVz 式(2)，
Vq＝Vz-Vy-Vs 式(4)，
式中，Vz为原油油气水三相流的瞬时体积流量，Vs为原油中水的瞬时体积流量，Vy为原油中油的瞬时体积流量，Vq为原油中气体的瞬时体积流量，ω为含水量分析仪测量的原油中的含水率，ρs为原油中水的密度，ρy为净原油的密度。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型提供的单井原油三相流量计量装置及其方法，无需将原油分离即可实时且较精确地测量原油中油、气、水这三相的瞬时体积流量，结构简单，检测简单，制造与使用成本较低，适于大范围推广使用。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式提供的第一种单井原油三相流量计量装置的俯视图；
图2是本实用新型具体实施方式提供的第二种单井原油三相流量计量装置的俯视图；
图3是本实用新型具体实施方式提供的第二种单井原油三相流量计量装置的主视图。
附图标记：
1、撬座；2、检测管路；3、体积流量计；4、压差变送器；5、含水量分析仪；6、流量积算与显示仪；7、压力变送器；8、温度变送器；9、截止阀；10、旁通阀；11、安全阀；12、气管快速接头；13、排液阀；21、流体入口；22、流体出口；41、第一压力传感器；42、第二压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
本实用新型的具体实施方式公开了一种单井原油三相流量计量装置，包括撬座1，检测管路2和流量积算与显示仪6，检测管路2和流量积算与显示仪6均设置于撬座1上，以便车载运输。撬座1可以但不局限为大致沿水平方向放置。检测管路2的流体入口21和流体出口22处分别优选但不局限为设置有法兰盘，以便于将检测管路2与输油管连通。检测管路2上设置有体积流量计3、压差变送器4、含水量分析仪5、压力变送器7和温度变送器8。其中，体积流量计3用于测量检测管路2中的原油油气水三相流的总的瞬时体积流量Vz。压差变送器4用于测量检测管路2中的原油油气水三相流在一段竖直距离上产生的压差，含水量分析仪5用于测量检测管路2中的原油中的体积含水率，压力变送器7用于测量检测管路2中的原油油气水三相流的压力，温度变送器8用于测量检测管路2中的原油油气水三相流的温度。流量积算与显示仪6与体积流量计3、压差变送器4、含水量分析仪5、压力变送器7和温度变送器8均电气连接，以为体积流量计3、压差变送器4、含水量分析仪5、压力变送器7和温度变送器8提供电源并采集相应的检测结果，流量积算与显示仪6用于根据体积流量计3、压差变送器4、和含水量分析仪5的检测结果来计算原油中的油、气和水的各自的瞬时体积流量并显示原油中的油、气和水的各自的瞬时体积流量以及油、气和水各自的累计流量。流量积算与显示仪6还可以用于显示体积流量计3、压差变送器4、含水量分析仪5、压力变送器7和温度变送器8的检测结果。其中，流量积算与显示仪6显示原油中的油、气和水的瞬时体积流量可以是显示具体的流量值或者是显示油、气和水的体积比。
其中，流量积算与显示仪6优选但不局限为设置于防爆箱中。可选地，流量积算与显示仪6的主机可为PLC或单片机。流量积算与显示仪6具有电源输入接口并可给各测量仪器供电，以及具有信号输入接口、按键板和显示器等。其中信号输入接口的数量及接口形式应与流量积算与显示仪6需要连接的传感器等检测设备输出接口的数量相对应。其中，按键板至少可以向流量积算与显示仪6输入待测原油中获取的净化原油的密度ρy、待测原油中矿化水的密度ρs。显示器优选但不局限为液晶显示器，显示器可以显示当前原油中的油、水、气的三相流的瞬时体积百分比及计量过程中三相流各自的累计流量。
体积流量计3可以但不限于为腰轮流量计，也可以是其他容积式流量计。压差变送器4包括变送主机43和沿竖直方向依次设置的第一压力传感器41和第二压力传感器42，即第一压力传感器41和第二压力传感器42设置在一段竖直的均匀管道上，第一压力传感器41和第二压力传感器42均与变送主机43连接，变送主机43与流量积算与显示仪6电气连接，变送主机43可以根据第二压力传感器42和第一压力传感器41的检测结果的差值来测量原油油气水三相流在一段竖直距离上产生的压差值ΔP并将压差值ΔP传递给流量积算与显示仪6。
压力变送器7和温度变送器8的具体设置位置不限，能够检测检测管路2中的原油油气水三相流的压力和温度即可。但压力变送器7和温度变送器8优选但不局限为靠近体积流量计3的出口附近设置。本具体实施方式中，压力变送器7位于压差变送器4的上游，温度变送器8位于压差变送器4的下游。
含水量分析仪5的安装接口优选但不局限为设置在竖直管道的顶端上，以便于含水量分析仪5的传感器可充满原油。
为了便于使用和维护，可以在检测管路2的流体入口21与体积流量计3的入口之间设置截止阀9，以便于关闭测量管路。当然，也可以根据具体需要在检测管路2的其他位置处增加设置截止阀9，便于彻底隔离测量管路，只维持下文提及的旁通管路与安全泄放管路通畅。
如图2和图3所示，可以令检测管路2的流体入口21和流体出口22之间通过旁通管路连通，旁通管路上设置有旁通阀10，以便在单井原油三相流量计量装置需要维护时，不中断井口输油。
检测管路2的流体入口21和流体出口22之间通过安全阀11连通，以防止阀体或体积流量计3故障时导致管压过高，产生安全隐患。
为了便于测试完毕或维护设备时对检测管路2进行清理，检测管路2上还设置有用于与吹扫气源连通的气管快速接头12以及与检测管路2连通的安全泄放管路和设置于安全泄放管路上的排液阀13，测试完毕或维护设备时气管快速结构12接入气源，打开排液阀13以清理检测管路2和体积流量等内的残余液体。吹扫气源可以但不局限为压缩氮气源。其中气管快速接头12的数量和设置位置不限，可根据具体需要设置。例如可以在体积流量计3的上游和下游均设置气管快速接头12。其中，安全泄放管路优选为设置于检测管路2的最低位置处，以便于检测管路2中液体的排出。
本具体实施方式提供的单井原油三相流量计量装置，原油由检测管路2的流体入口21依次流经水平设置的截止阀9、体积流量计3、压力变送器7，再垂直流经压差变送器4的两压力传感器后水平流经温度变送器8，然后再流过含水量分析仪5的传感器，最后由检测管路2的流体出口22回到输油管道。
本具体实施方式还提供了一种基于上述单井原油三相流量计量装置的单井三相流量计量方法，包括如下步骤：
流量积算与显示仪6采集体积流量计3、压差变送器4和含水量分析仪5的检测结果；
流量积算与显示仪6通过式(1)计算原油油气水三相流的密度ρZ：
式中：
ρZ为原油油气水三相流的密度，ρZ单位为kg/m3；
g为重力加速度值，g单位为m/s2，g是预先输入至流量积算与显示仪6中的；
h为第一压力传感器41的中心和第二压力传感器42的中心间的距离，h单位为m；
ΔP为压差变送器4检测的三相流在竖直距离h上产生的压差，ΔP单位为Pa。
流量积算与显示仪6通过式(2)至式(4)分别计算原油中油、水和气的瞬时体积流量：
Vs＝ωVz 式(2)，
Vq＝Vz-Vy-Vs 式(4)，
式中：Vz为体积流量计3测量的原油油气水三相流的总流量，Vz单位m3/h；
Vs为原油中水的瞬时体积流量，Vs单位m3/h；
Vy为原油中油的瞬时体积流量，Vy单位m3/h；
Vq为原油中气体的瞬时体积流量，Vq单位m3/h；
ω为含水量分析仪5测量的原油中的体积含水率；
ρs为待测原油中的水的密度，ρs单位kg/m3；
ρy为待测原油中获取的净化原油的密度，ρy单位kg/m3；
ρs和ρy经化验取得并输入至流量积算与显示仪6中,ρs和ρy的单位均为kg/m3。
另外，可以根据压力变送器7和温度变送器8检测的检测管路2中的压力值P和温度值T，并根据公式PV＝nRT将式(4)中计算所得的Vq转换成气体在标准状态下的体积。需要说明地是，在不需要将Vq转换成气体在标准状态下的体积的实施方式中，也可以不设置压力变送器7和温度变送器8。
另外，为了便于寒冷的冬天使用，检测管路外侧可包覆保温层。
本具体实施方式提供的单井原油三相流量计量装置及其方法，无需将原油分离即可实时且较精确地测量原油中油、气、水这三相的流量，结构简单，检测简单，制造与使用成本较低，适于大范围推广使用。
以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种单井原油三相流量计量装置，其特征在于，包括用于供原油通过的检测管路(2)，所述检测管路(2)上设置有：
体积流量计(3)，其用于测量原油油气水三相流的瞬时体积流量；
压差变送器(4)，其用于测量原油油气水三相流在一段竖直距离上产生的压差；以及
含水量分析仪(5)，其用于测量原油中的体积含水率；
所述单井原油三相流量计量装置还包括：
流量积算与显示仪(6)，其与所述体积流量计(3)、所述压差变送器(4)和所述含水量分析仪(5)均连接，所述流量积算与显示仪(6)用于根据所述体积流量计(3)、所述压差变送器(4)和所述含水量分析仪(5)的检测结果来计算并显示原油中的油、气和水的各自的瞬时体积流量。
2.根据权利要求1所述的单井原油三相流量计量装置，其特征在于，
所述压差变送器(4)包括变送主机(43)和沿竖直方向依次设置的第一压力传感器(41)和第二压力传感器(42)，所述第一压力传感器(41)和所述第二压力传感器(42)均与所述变送主机(43)连接，所述变送主机(43)与所述流量积算与显示仪(6)连接。
3.根据权利要求1所述的单井原油三相流量计量装置，其特征在于，
所述检测管路(2)上还设置有：
压力变送器(7)，其用于测量原油油气水三相流的压力；以及
温度变送器(8)，其用于测量原油油气水三相流的温度。
4.根据权利要求1所述的单井原油三相流量计量装置，其特征在于，
所述检测管路(2)的流体入口(21)处设置有截止阀(9)。
5.根据权利要求1所述的单井原油三相流量计量装置，其特征在于，
所述检测管路(2)的流体入口(21)和流体出口(22)之间通过旁通阀(10)连通。
6.根据权利要求1所述的单井原油三相流量计量装置，其特征在于，
所述检测管路(2)的流体入口(21)和流体出口(22)之间设置有安全阀(11)。
7.根据权利要求1所述的单井原油三相流量计量装置，其特征在于，
所述检测管路(2)上还设置有用于与吹扫气源连通的气管快速接头(12)以及与所述检测管路(2)连通的安全泄放管路和设置于所述安全泄放管路上的排液阀(13)。
8.根据权利要求1所述的单井原油三相流量计量装置，其特征在于，
所述体积流量计(3)为腰轮流量计。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的单井原油三相流量计量装置，其特征在于，
所述单井原油三相流量计量装置还包括撬座(1)，所述检测管路(2)、所述体积流量计(3)、所述压差变送器(4)、所述含水量分析仪(5)和所述流量积算与显示仪(6)均设置于所述撬座(1)上。
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| CN110242279A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-09-17 | 荆州市明德科技有限公司 | 单井原油三相流量计量装置及其方法 |
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| GR01 | Patent grant | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 434000 No. 109 East Jiangjin Road, Hubei, Jingzhou Patentee after: JINGZHOU MIND SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: No.109, Jiangjin East Road, Jingmen City, Hubei Province 434000 Patentee before: JINGZHOU MIND SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yuan Boli Inventor after: Hu Xushan Inventor before: Yuan Boli Inventor before: Ding Tao Inventor before: Yuan Jie Inventor before: Li Yongqiang Inventor before: Shao Lianpeng Inventor before: Hu Xushan |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |