CN211008614U - 一种油田生产井采出液三相流的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种油田生产井采出液三相流的测量装置,该装置包括:控制器和测量装置本体;所述测量装置本体包括:第一电磁阀、分离器、液位传感器组、第二电磁阀、管道泵、第三电磁阀、一体式称重模块和含水率监测设备。该装置通过控制器与各部件之间的控制连接实现了出液量含水率、出液量的液量质量、出液量的液量体积等三相流测量过程的自动化,以及实现清洗的自动化;通过对流量的进行实时的统计和计算,对分离器质量变化的实时监控,实现了对出液量三相流的实时测量,测量精度高。另外,还可自动对液位传感器进行清洗,延长设备寿命,提高测量精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及油田测量技术领域,特别涉及一种油田生产井采出液三相流的测量装置。
背景技术
油井的单井计量是油田开发动态分析取资料的必要手段,由于常规的油井计量周期比较短,多年来油田大多采用多井式计量站来完成。目前国内外油田油井计量通常采用的方法有五种:(1)水平高架罐量油;(2)玻璃管量油;(3)翻斗量油;(4)液面恢复法;(5)功图法。
现有技术中,水平高架罐量油法和玻璃管流量计及翻斗量油计量法,由于计量方法比较原始,工人劳动强度大,准确度低,可靠性差,尤其是超稠油油井产量的计量,速度非常慢,含气不易排出,需要沉降4小时以上,无法实现实时在线计量;最近几年,国内还有一些油田采用液面恢复法和功图法计量,由于这两种计量方法需要大量的油井生产数据,难以做到计算机自动识别功图,并且需要一些经验参数,具有较大的人为因素,造成计量误差大,使用效果不理想。这些都给油井自动化技术推广带来巨大瓶颈。目前,对油井单井计量的含水率、液量的质量和气体的体积,还没有单一设备可完成。
由此可见,寻求一种自动化的,可实现实时在线测量,测量结果更为精确的油田生产井采出液量的三相流的测量装置,成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
鉴于上述问题,本实用新型提供一种至少解决上述部分技术问题的油田生产井采出液三相流的测量装置。
一种油田生产井采出液三相流的测量装置,包括:控制器和测量装置本体;
所述测量装置本体包括:第一电磁阀、分离器、液位传感器组、第二电磁阀、管道泵、第三电磁阀、一体式称重模块和含水率监测设备;
其中:所述控制器分别与第一电磁阀、第二电磁阀、管道泵和第三电磁阀控制连接;所述控制器分别与所述液位传感器组和含水率监测设备通讯连接;
所述液位传感器组包括至少三个液位传感器,自下而上按照预设距离设置于所述分离器的内壁上;分别标记为最低L位、中间i位和最高H位;
所述分离器放置于所述一体式称重模块上方;
所述含水率监测设备的一端与油井的井口管道连接,另一端与所述第一电磁阀的输入端连接;所述第一电磁阀的输出端通过管道与所述分离器顶部的入口连接;
所述第二电磁阀的输入端与所述分离器底部的出口连接,所述出口位于所述L位下方;所述第二电磁阀的输出端与所述管道泵的一端连接,所述管道泵的另一端连接输出主管道的管路上还设有三通管件;
所述三通管件的第一端与所述管道泵另一端连接;
所述三通管件的第二端与第三电磁阀的一端连接,所述第三电磁阀的另一端与所述分离器上端的通口连接;所述通口与所述H位液位高度相同;
所述三通管件的第三端与输出主管道连接。
在一个实施例中,在所述三通管件的第三端与所述输出主管道的管路上,还安装有第四电磁阀;所述控制器与所述第四电磁阀控制连接。
在一个实施例中,所述入口、出口和通口的连接管道均为软管;
所述软管与所述第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀分别所在的管道通过法兰连接。
在一个实施例中,所述控制器为PLC控制器或工控机。
在一个实施例中,所述控制器还设有:无线通信模块;所述控制器通过无线通信方式与远程终端连接。
在一个实施例中,所述无线通信模块,包括下述一项或多项:
WIFI模块、公众移动通信网通信模块、蓝牙模块、近场通信模。
本实用新型实施例提供的一种油田生产井采出液三相流的测量装置,该装置可测出出油田生产井采出液的含水率、采出液的液量质量以及所含气体的体积。
1、本实用新型采用容积法原理,在分离器内部通过按照预设距离设置多个不同高度的液位传感器,并根据控制器与多个液位传感器、第一电磁阀和管道泵之间的连接,通过对流量进行实时的统计和计算,实现了测量过程的自动化,提高了单位时间内体积测量的准确性和测量效率。
2、在将分离器放置在一体式称重模块的上方,可实现自动在线检测流量的质量数据。相比普通的质量流量计,本实用新型采用外置的分离器,占地面积较小;分离器和一体式称重模块,容易做到防腐蚀,防爆,结构可靠,也容易维护。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例,对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的限制。
在附图中:
图1为本实用新型实施例提供的油田生产井采出液三相流的测量装置的结构示意图;
图2为本实用新型实施例提供的控制器与多个部件之间连接的结构示意图。
图3为本实用新型实施例提供的测得的分离器的质量随时间变化的曲线图。
附图中:1-控制器,2-测量装置本体,21-第一电磁阀,22-分离器,23-液位传感器组,24-第二电磁阀,25-管道泵,26-第三电磁阀,27-一体式称重模块,28-第四电磁阀,3-含水率监测设备,4-入口,5-出口,6-三通管件,61-第一端,62-第二端,63-第三端。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图1所示,本实用新型实施例提供的一种油田生产井采出液三相流的测量装置,包括:控制器1和测量装置本体2;
其中,测量装置本体2包括:第一电磁阀21、分离器22、液位传感器组23、第二电磁阀24、管道泵25、第三电磁阀26、一体式称重模块27和含水率监测设备3。
控制器1分别与第一电磁阀21、第二电磁阀24、管道泵25和第三电磁阀26控制连接;控制器1分别与液位传感器组23和含水率监测设备通讯连接;
该分离器比如为圆柱状的容器,该液位传感器组23包括至少三个液位传感器,自下而上按照预设距离设置于分离器22的内壁上;分别标记为最低L位、中间i位和最高H位;液位传感器比如为开关式传感器,用于判别液位,分别进行编号并标志为L位、1位、2位、3位、…、H位,其中L位为最低位开关式传感器,H位为最高位液位传感器。
液位传感器设置的数量与生产井管道的介质和流量大小有关,当流量较大时,可设置较少数量的液位传感器;当流量较小时,需设置较多数量的液位传感器;可保证油田生产井采出液量的测量精准性。
分离器22放置于一体式称重模块27上方;含水率监测设备3的一端与油井的井口管道连接,另一端与第一电磁阀21的输入端连接。第一电磁阀21的输入端与井口管道连接,输出端与分离器22顶部的入口4连接;第二电磁阀24的输入端与分离器22底部的出口5连接,出口5位于上述L位下方。
第二电磁阀24的输出端与管道泵25的一端连接,管道泵25的另一端连接输出主管道的管路上还设有三通管件6。
该三通管件6的第一端61与管道泵25另一端连接;第二端62与第三电磁阀26的一端连接,该第三电磁阀26的另一端与分离器22上端的通口7连接;三通管件6的第三端63与输出主管道连接。其中:通口7与H位液位高度相同。
本实施例中,上述一体式称重模块27可采用一种新型传感器应用结构,它将高精度剪切梁称重传感器、负荷传递装置及安装连接板等部件合为一体,既保证了剪切梁传感器高精度、长期稳定性好的特点,又解决了因安装不当造成的称量误差的问题。
在一个实施例中,为了防止分离器的入口、出口和通口的连接管道重量计入分离器的总重,或导致超出一体式称重模块的量程,特将入口、出口和通口的连接管道均由软管代替。一方面可以减轻自重,另一方面,也避免由管道本身的重量对监控分离器重量变化造成干扰。
进一步地,可参照图2所示,上述控制器1比如可以是PLC控制器,PLC控制器是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC),一种具有微处理机的数字电子设备,用于自动化控制的数字逻辑控制器。PLC控制器可以将上述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀及管道泵的的控制指令加载在内存内储存与执行。
另外,上述控制器1比如还可以是工控机,工控机有重要的计算机属性和特征,如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口,并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。比如该测量装置可以在管道上或分离器内设置温度传感器、压力传感器、浓度计等,通过工控机获取上述传感设备的反馈数据,比如可以显示温度,压力,浓度等参数。
进一步地,该控制器还可以设有无线通信模块,实现与远程终端的连接,接收远程终端的控制指令,也可以反馈实时工作状态的相关参数,可以实现远程对测量时间、频次的控制,适用油田生产情况的实际需要。其中,无线通信模块,可以是WIFI模块、公众移动通信网通信模块、蓝牙模块和近场通信模块的任一种。公众移动通信网通信模块可以是各种制式的2G、3G、4G、5G通信模块,近场通信模块可以是NFC(Near Field Communication)模块等。
下面分别对采出液三相流的测量过程和原理展开说明。
1、采出液的含水率:
在实施例中,控制器可通过含水率监测设备3获得采出液的含水率质量百分比K,本实施例中对含水率监测设备3的具体结构不作限定,采用现有技术中的含水率监测设备3即可。
2、采出液的液量质量:
利用外置式的分离器22和一体式称重模块27,加上控制器,通过检测分离器22重量变化,来计算油田采出液的质量流量,再乘以工作时间,来统计油田采出液的液量质量。
具体地,控制器在测量过程中,通过监控分离器不断变化的质量数据,绘制曲线图,如图3所示,在该自动测量装置开始测量时,第一电磁阀21打开后,由于分离器22的气压与管道内不一致,可能高一些或者低一些,导致分离器22的质量上升曲线可能斜率比稳定后的斜率低一些或者高一些,PLC或者工控机,根据智能判断,排除掉上升曲线中初期和后期基本水平的曲线,选出中间段的曲线,根据质量除以时间,来计算出质量流量,其计算公式如下:
式中:SQ表示质量流量,单位为kg/s;T1和T2为选出的中间段曲线对应的两个端点时刻,单位为s;W1和W2为T1和T2两个端点时刻对应的质量,单位为kg;以生产井工作出油8小时为例,则合计出液量质量为:8×60SQ。
本实施例中,该装置采用容积法原理,分离器22为底截面积相同的规则的柱体容器,将分离器22放置在一体式称重模块27的上方,控制器1根据一体式称重模块27反馈的信号,可记录每秒钟一体式称重模块27测得的分离器22的质量。
本实施例中,通过对分离器进行实时质量监控、绘制曲线并计算采出液质量流量,实现了测量过程的自动化,提高了采出液质量流量测量的准确性和效率。
3、采出液的液量体积:
上述分离器为底截面积相同的规则的柱体容器,其中预设距离,比如可以是等间距设置,也可以是非等间距设置。
计算过程如下:
Vi=πR2D
式中,R为圆柱体半径,πR2为底横截面积,任意为两个液位传感器之间的距离D,Vi为特定时间内的容积,该特定时间为记录的两个液位传感器之间的时差;将计算的多个Vi,再计算其单位时间内(比如以秒为单位)平均值V(升/L)。以生产井工作出油8小时为例,则合计出液量为:8×60V。
本实施例中,该装置采用容积法原理,分离器为底截面积相同的规则的柱体容器,比如在分离器内部通过等间距设置多个不同高度的液位传感器,不同液位之间的容积为固定值,控制器根据液位传感器反馈的信号,可记录介质到达不同液位时间,计算单位时间流量。当液位到达H位液位测量完成启动强排泵,液位下降至L位泵停止工作,液位上升,系统开始测量。根据控制器,通过对流量进行实时的统计和计算,实现了采出液的液量体积测量过程的自动化,提高了测量的准确性和测量效率。
4、气体的体积:
已知水的密度ρ水,原油的密度ρ油(每个油田的生产井采出液里面提炼出来的纯原油的密度是已知的),经过含水率检测设备以测定采出液的含水率质量百分比K,测量重量W1、W2,根据容积法测量出体积V(油+水+气)。
水油混合密度为:
ρ(水+油)=ρ(水)*K+ρ(油)*(1-K)
W2-W1的质量下的水油混合体积为:
生产井采出液中气体体积为如下公式,除以单位时间,则得出每个小时产生的气体的体积。
V气=V(水+油+气)-V(水+油),即得到气体的体积。
综上,通过本实用新型实施例提供的综合一体化的三相流检测装置,可以测出油田生产井采出液的含水率,液量的质量和气体的体积。
相比传统的称重法液量检测,本实用新型考虑到分离器内气压不同而导致的实际质量流量的变化,通过控制器对一体式称重模块产生的质量变化曲线进行分析,选取合适准确的曲线段来进行质量流量的计算,计算结果的准确性较高。
进一步地,当测量完毕后,需要对分离器内部的液位传感器表面进行清洁,避免下次测量出现误差或测量不精准。比如该分离器内的原油,还包含部分泥砂、粘滞物及腐蚀物质,需要对粘附在液位传感器上的物质进行清洁。采出的原油含水量比较高,可以利用原油对其进行清洗。本实施例中,该装置可实现自动化清洗,并强排除分离器的介质,确保分离器的状态,为下次测量做好准备。
具体的自动清洁过程如下:
1)根据介质的油品质量,比如含水量K的数值,可设置相应清洗时间。比如油品含水量在90%以上时,清洗时间为30分钟左右即可。当测量结束后,控制器控制第一电磁阀开启,注入分离器一部分介质,比如注入的容积多于分离器一半的容积时,即:通过获取中间某一个液位传感器的反馈信号后,关闭第一电磁阀,开启第二电磁、管道泵和第三电磁阀,同时关闭第第四电磁阀;形成分离器、第二电磁阀、管道泵和第三电磁阀的循环冲洗。
2)当清洗时间到达预设时间,比如30分钟后;控制器关闭第三电磁阀,开启第四电磁阀,将分离器内用于清洗的介质排空,确保分离器内的状态,为下次测量做好准备。
通过自动清洗,实现免维护,进而也能延长该测量装置的使用寿命,提高测量精度。当清洗完毕后,通过管道泵强排空分离器内的介质,让容器内不产生结垢。
基于上述实施例的测量装置,可实现对油田生产井采出液三相流的自动测量,包括步骤:
S1、通过控制器控制第二电磁阀和管道泵启动,将分离器内的液位降低至L位;关闭第二电磁阀,所述管道泵停止工作;
S2、控制第一电磁阀、第三电磁阀开启,排入介质至液面到达H位;并分别记录液面到达i位和H位的时间;统计计算任意相邻两个液位传感器之间的流量,并显示单次测量的最大流量、最小流量和平均流量;并通过一体式称重模块监控分离器整体的质量变化数据;以及控制器获取含水率监测设备测定的采出液含水率质量百分比K;
S3、液面到达H位,并且当分离器整体质量数据不再变化达到预设时长后,控制器控制第二电磁阀和管道泵启动,关闭第一电磁阀和第三电磁阀,将分离器内的介质降低至L位,且分离器整体质量数据变化到最小数据且达到预设时长后;控制器控制管道泵停止工作、关闭第二电磁阀;单次测量结束;循环执行步骤S2和S3,对生产井进行重复计量,计算出单位时间内采出液的体积V(油+水+气);
S4、在执行步骤S2~S3的过程中,实时记录分离器整体质量变化数据,生成时间T和质量W的曲线图;所述曲线图包括多个周期图像;
S5、确定多个周期图像中,存在至少两个斜率相同的相邻周期图像时;选择任一周期图像中上升斜线的两个质量数据W1和W2,及对应的T1和T2;计算出质量流量SQ;
S6、根据已知水的密度ρ水、原油的密度ρ油及含水率质量百分比K,计算出水油混合密度为:ρ(水+油)=ρ(水)*K+ρ(油)*(1-K);
根据水油混合密度及W2-W1的质量,计算出W2-W1下的水油混合体积;
根据采出液的体积V(油+水+气)与水油混合体积,计算出单位时间内气体的体积。
进一步地,还包括:
S7、测量结束后,控制器控制第一电磁阀开启注入介质到预设液面高度;控制第一电磁阀和第四电磁阀关闭,启动管道泵、第二电磁阀和第三电磁阀工作,对液位传感器进行清洗;
S8、当清洗到达预设时长后,控制器控制第三电磁阀关闭,开启第四电磁阀强排出分离器内清洗后的介质。
本实施例中,步骤S1中启动分离器管道泵,将分离器内液位降低到L位;避免对后续计算和测量产生误差。
步骤S2中,生产井产出液开始排入,分离器内液位上升,液面经过1位、2位、3位…H位,记录液位到达不同液位传感器的时间;液面到达H位后,控制器计算分别获得1~2位、2~3位、3~4位…H-1~H位的流量,显示界面给出单次测量的最大流量和最小流量以及平均流量;
同时,并通过一体式称重模块监控分离器整体的质量变化数据;以及控制器获取含水率监测设备测定的采出液含水率质量百分比K;
步骤S3中,液面到达H位后,并且当分离器整体质量数据不再变化达到预设时长后,控制管道泵和第二电磁阀启动,关闭第一电磁阀和第三电磁阀,将液面降至L位,且分离器整体质量数据变化到最小数据且达到预设时长后;新的一个循环可以开始,可对同一生产井进行重复计量;控制器控制管道泵停止工作、关闭第二电磁阀;单次测量结束;循环执行步骤S2和S3,对生产井进行重复计量,可计算出单位时间内采出液的体积V(油+水+气);
在步骤S4-S5中,可计算出质量流量SQ;
在步骤S6中,已知水的密度ρ水,原油的密度ρ油(每个油田的生产井采出液里面提炼出来的纯原油的密度是已知的),经过含水率检测设备以测定采出液的含水率质量百分比K,测量重量W1、W2,根据容积法测量出体积V(油+水+气)。
水油混合密度为:
ρ(水+油)=ρ(水)*K+ρ(油)*(1-K)
W2-W1的质量下的水油混合体积为:
生产井采出液中气体体积为如下公式,除以单位时间,则得出每个小时产生的气体的体积。
V气=V(水+油+气)-V(水+油),即得到气体的体积。
步骤S7-S8中,当测量结束后,启动第一电磁阀注入介质,然后关闭第一电磁阀和第四电磁阀,启动第二电磁阀、管道泵和第三电磁阀,来对液位传感器表面进行冲洗清洁。
清洗完毕后,关闭第三电磁阀,开启第四电磁阀,通过管道泵把分离器内用于清洗的介质排空,确保分离器内的状态,为下次测量做好准备。
通过控制器与各部件之间的控制连接实现了出液量含水率、出液量的液量质量、出液量的液量体积测量过程的自动化、清洗的自动化;通过对流量的进行实时的统计和计算,对分离器质量变化的实时监控,实现了对出液量三相流的实时测量,测量精度高。另外,还可自动对液位传感器进行清洗,延长设备寿命,提高测量精度。
显然,本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样,倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内,则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种油田生产井采出液三相流的测量装置,其特征在于,包括:控制器(1)和测量装置本体(2);
所述测量装置本体(2)包括:第一电磁阀(21)、分离器(22)、液位传感器组(23)、第二电磁阀(24)、管道泵(25)、第三电磁阀(26)、一体式称重模块(27)和含水率监测设备(3);
其中:所述控制器(1)分别与第一电磁阀(21)、第二电磁阀(24)、管道泵(25)和第三电磁阀(26)控制连接;所述控制器(1)分别与所述液位传感器组(23)和含水率监测设备(3)通讯连接;
所述液位传感器组(23)包括至少三个液位传感器,自下而上按照预设距离设置于所述分离器(22)的内壁上;分别标记为最低L位、中间i位和最高H位;
所述分离器(22)放置于所述一体式称重模块(27)上方;
所述含水率监测设备(3)的一端与油井的井口管道连接,另一端与所述第一电磁阀(21)的输入端连接;所述第一电磁阀(21)的输出端通过管道与所述分离器(22)顶部的入口(4)连接;
所述第二电磁阀(24)的输入端与所述分离器(22)底部的出口(5)连接,所述出口(5)位于所述L位下方;所述第二电磁阀(24)的输出端与所述管道泵(25)的一端连接,所述管道泵(25)的另一端连接输出主管道的管路上还设有三通管件(6);
所述三通管件(6)的第一端(61)与所述管道泵(25)另一端连接;
所述三通管件(6)的第二端(62)与第三电磁阀(26)的一端连接,所述第三电磁阀(26)的另一端与所述分离器(22)上端的通口(7)连接;所述通口(7)与所述H位液位高度相同;
所述三通管件(6)的第三端(63)与输出主管道连接。
2.如权利要求1所述的一种油田生产井采出液三相流的测量装置,其特征在于,在所述三通管件(6)的第三端与所述输出主管道的管路上,还安装有第四电磁阀(28);所述控制器(1)与所述第四电磁阀(28)控制连接。
3.如权利要求1所述的一种油田生产井采出液三相流的测量装置,其特征在于,所述入口(4)、出口(5)和通口(7)的连接管道均为软管;
所述软管与所述第一电磁阀(21)、第二电磁阀(24)和第三电磁阀(26)分别所在的管道通过法兰连接。
4.如权利要求1所述的一种油田生产井采出液三相流的测量装置,其特征在于,所述控制器(1)为PLC控制器或工控机。
5.如权利要求4所述的一种油田生产井采出液三相流的测量装置,其特征在于,所述控制器(1)还设有:无线通信模块;所述控制器(1)通过无线通信方式与远程终端连接。
6.如权利要求5所述的一种油田生产井采出液三相流的测量装置,其特征在于,所述无线通信模块,包括下述一项或多项:
WIFI模块、公众移动通信网通信模块、蓝牙模块、近场通信模。
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CN110965986A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-04-07 | 南京瑞路通达信息技术有限公司 | 一种油田生产井采出液三相流的测量装置及方法 |
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CN110965986B (zh) * | 2019-11-01 | 2023-10-31 | 南京瑞路通达信息技术有限公司 | 一种油田生产井采出液三相流的测量装置及方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
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