CN212456287U - 双向分离计量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于天然气井分离计量装置领域，尤其涉及一种双向分离计量装置。一种双向分离计量装置，包括分离器、气体流量计和液体流量计，分离器进口位于上部，分离器顶部设置有排气口，排气口与气体流量计之间通过排气管路连接，分离器底部设置有排液口，排液口与液体流量计之间通过排液管路连接，排气口到气体流量计之间的排气管路上串接有恒压稳流器，排液口到液体流量计之间的排液管路上串接有机械式天然气输水阀，所述的恒压稳流器包括两个活塞缸，两个活塞缸通过驱动机构进行驱动从而一个吸液另一个匀速排液，两个活塞缸交替工作。本发明解决了通过气体流量计的气流流速不稳定导致气体流量计测量精度低的问题。

Description

双向分离计量装置

技术领域

本发明属于天然气井分离计量装置领域，尤其涉及一种双向分离计量装置。

背景技术

气井单井产量计量是天然气生产领域重要的技术问题之一，产气量、产液量等生产资料是监控地层出水、优化气田配产、确保气藏合理开采的基础数据，是进行开发地质分析和制定生产决策的重要依据。现有技术中已经存在单井分离计量装置，采用分离器将各相分离后单独计量。这种测量仍然存在的问题有：(1)井口采出的混合介质的压强不稳定，而分离器不具有稳压功能，所以分离后输出的气相流速不恒定，导致通过气体流量计的气流为波动的，最终导致气相计量不准确。(2)该测量方法不能在线计量。

发明内容

为解决背景技术中通过气体流量计的气流存在波动，导致气相计量不准确的问题，本发明提供一种恒压恒速测量气体流量的双向分离计量装置，本发明具备精度高的特点。

本发明提供的技术方案是：一种双向分离计量装置，包括分离器、气体流量计和液体流量计，所述的分离器为卧式结构，分离器进口位于上部，进口端安装有进口截断阀和压力表，分离器顶部设置有排气口，排气口与气体流量计之间通过排气管路连接，排气管路上串接有排气截断阀，分离器底部设置有排液口，排液口与液体流量计之间通过排液管路连接，排液管路上串接有排液截断阀；在排气截断阀到气体流量计之间的排气管路上串接有恒压稳流器，恒压稳流器的上、下游的排气管路上串接有压力表，所述的恒压稳流器包括两个活塞缸，每个活塞缸内滑动密封设置有一个配重活塞，配重活塞上端固接有齿条，活塞缸底部连接有进气管和出气管，所述的进气管上串接有进气单向阀和进气截断阀，所述的出气管上串接有出气单向阀和出气截断阀，两根齿条通过驱动机构进行驱动；

所述的驱动机构包括双头电机、大驱动齿轮A、小驱动齿轮A、大驱动齿轮B、小驱动齿轮B、大从动齿轮A、小从动齿轮A、大从动齿轮B和小从动齿轮B，其中大驱动齿轮A和小驱动齿轮A同轴并均与轴固定连接；大驱动齿轮B和小驱动齿轮B同轴并均与轴固定连接；大从动齿轮A和小从动齿轮A同轴并均与轴固定连接；大从动齿轮B和小从动齿轮B同轴并均与轴固定连接；所述的大驱动齿轮A和小驱动齿轮A位于双头电机轴的一端，大驱动齿轮 B和小驱动齿轮B位于双头电机轴的另一端，所述的大从动齿轮A与小驱动齿轮B啮合，所述的小从动齿轮A与大驱动齿轮A啮合，所述的大从动齿轮B与小驱动齿轮A啮合，所述的小从动齿轮B与大驱动齿轮B啮合；

所述的大驱动齿轮A和大驱动齿轮B分别包括外齿盘和内齿轮，所述的内齿轮随轴转动，外齿盘不随轴转动，外齿盘上固接有单向离合机构，所述的单向离合机构包括支杆和凸轮，所述的支杆一端铰接在外齿盘上，支杆另一端抵在内齿轮上从而实现内齿轮与外齿盘的单向离合，支杆与外齿盘之间设置有弹簧，在弹簧弹力作用下支杆具有靠近内齿轮的趋势；所述的小从动齿轮A和小从动齿轮B分别与两根齿条啮合；

在排液截断阀与液体流量计之间的排液管路上串接有机械式天然气输水阀，所述的机械式天然气输水阀包括左右结构的两个缸体，分别称为左侧缸体和右侧缸体，两个缸体连通，右侧缸体高度低于左侧缸体；左侧缸体顶端连接有回气管路，所述的回气管路与排气截断阀上游的排气管路连通，左侧缸体上部开进水口，左侧缸体内侧装有浮球；右侧缸体下部开有出水口，右侧缸体内侧设置有与出水口连通的阀门，所述的阀门包括阀座、阀芯、杠杆机构，所述的阀芯密封插装于阀座内，阀座的底部开有与出水口连通的侧孔，阀芯开有轴向盲孔和径向通孔，轴向盲孔和径向通孔连通为出水通道，阀芯上端与所述的杠杆机构连接，杠杆机构的另一端与浮球的下端连接；左侧缸体和右侧缸体的下端分别开有排污口；

所述的分离器顶端连接有安全管路和放空管路，安全管路上串接有安全阀和安全阀截断阀；分离器低端连接有排渣管路，排渣管路上串接有排渣截断阀；分离器内安装有高位液位计和低位液位计。

所述的双向分离计量装置还包括太阳能供电系统，所述的太阳能供电系统为双向分离计量装置供电。

本发明的有益效果为：

(1)本发明在分离器出气口与气体流量计之间串接恒压稳流器，使通过气体流量计的气流流速保持恒定，从而保证气体流量计测量的精度高。

(2)本发明的分离器内设置有上液位计和下液位计，液位到达上限后，通过排液口将液体及沉渣排出，液位下降到下限时，排液口自动关闭。所以分离器底部始终存有液体，液封以液阻气，使分离出的气相完全通过出气口排出，从而使本发明可在线计量。

(3)本发明中排液口排出的液体及沉渣经过机械式天然气输水阀，机械式天然气输水阀具有再次的分离气液的功能，充分保证气相与液相各行其路，单独计量，进一步提升计量的准确性。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明中恒压稳流器的结构示意图。

图3是本发明中驱动机构的结构示意图。

图4是本发明中大驱动齿轮的结构示意图。

图5是本发明中机械式天然气输水阀的结构示意图。

图中：1-分离器，2-安全管路，3-放空管路，4-排气口，5-排气管路，6-恒压稳流器，7-气体流量计，8-排液口，9-排液管路，10-机械式天然气输水阀，11-液体流量计，12-排渣管路，601-活塞缸，602-配重活塞，603-齿条，604-进气管，605-出气管，606-双头电机，607-大驱动齿轮A，608-小驱动齿轮A，609-小驱动齿轮B，610-大驱动齿轮B，611-小从动齿轮A，612-大从动齿轮A，613-大从动齿轮B，614-小从动齿轮B，615-外齿盘，616-内齿轮，617-支杆，618-凸轮，619-弹簧，1001-左侧缸体，1002-右侧缸体，1003-回气管路，1004- 进水口，1005-浮球，1006-出水口，1007-阀座，1008-阀芯，1009-杠杆机构，1010-排污口。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1-5所示，本实施例包括分离器1、气体流量计7和液体流量计11，所述的分离器 1为卧式结构，分离器1进口位于上部，进口端安装有进口截断阀和压力表，分离器1顶部设置有排气口4，排气口4与气体流量计7之间通过排气管路5连接，排气管路5上串接有排气截断阀，分离器1底部设置有排液口8，排液口8与液体流量计11之间通过排液管路9 连接，排液管路9上串接有排液截断阀。

本发明的创新点在于：在排气截断阀到气体流量计7之间的排气管路5上串接有恒压稳流器6，无论进入到恒压稳流器6内的气流是否存在压力或流速波动，通过恒压稳流器6后均能形成恒速，使通过气体流量计7的气流流速保持恒定，从而保证气体流量计7测量的精度高。

恒压稳流器6的上、下游的排气管路5上串接有压力表。

所述的恒压稳流器6包括两个活塞缸601，每个活塞缸601内滑动密封设置有一个配重活塞602，配重活塞602上端固接有齿条603，活塞缸601底部连接有进气管604和出气管605，所述的进气管604上串接有进气单向阀和进气截断阀，所述的出气管605上串接有出气单向阀和出气截断阀，两根齿条603通过驱动机构进行驱动；恒压稳流器6工作过程中，首先，驱动图2中左侧齿条603上行，配重活塞602跟随上行，使左侧活塞腔内充满天然气，然后撤销左侧齿条603的驱动力，此时配重活塞602的重力大于天然气对其施加的向上的压力，使配重活塞602自然下行，当重力与压力平衡后，配重活塞602停止滑动，记录此时活塞缸601内的气压为X值；然后，对齿条603施加反向驱动力，使其下行，齿条603下行速度为匀速，从而排出的天然气气流为匀速气流，该流速产生的气压与X值相同，在左侧活塞缸601匀速排气的过程中，右侧的活塞缸601快速的吸入天然气，吸气并完成配重活塞602 下沉的总用时短于左侧的排气用时，待左侧活塞缸601排气结束瞬间，右侧活塞缸601排气，排气速度亦为匀速，排气压力亦为X值，所以本发明通过两个活塞缸601不间断的排出匀速气流，减小气体流量计7的测量误差，提高测量准确性。

如图4、图5所示，所述的驱动机构包括双头电机606、大驱动齿轮A607、小驱动齿轮A608、大驱动齿轮B610、小驱动齿轮B609、大从动齿轮A612、小从动齿轮A611、大从动齿轮B613和小从动齿轮B614，其中大驱动齿轮A607和小驱动齿轮A608同轴并均与轴固定连接；大驱动齿轮B610和小驱动齿轮B609同轴并均与轴固定连接；大从动齿轮A612和小从动齿轮A611同轴并均与轴固定连接；大从动齿轮B613和小从动齿轮B614同轴并均与轴固定连接；所述的大驱动齿轮A607和小驱动齿轮A608位于双头电机606轴的一端，大驱动齿轮B610 和小驱动齿轮B609位于双头电机606轴的另一端，所述的大从动齿轮A612与小驱动齿轮B609啮合，所述的小从动齿轮A611与大驱动齿轮A607啮合，所述的大从动齿轮B613与小驱动齿轮A608啮合，所述的小从动齿轮B614与大驱动齿轮B610啮合。

所述的大驱动齿轮A607和大驱动齿轮B610分别包括外齿盘615和内齿轮616，所述的内齿轮616随轴转动，外齿盘615不随轴转动，外齿盘615上固接有单向离合机构，所述的单向离合机构包括支杆617和凸轮618，所述的支杆617一端铰接在外齿盘615上，支杆617另一端抵在内齿轮616上从而实现内齿轮616与外齿盘615的单向离合，支杆617与外齿盘615之间设置有弹簧619，在弹簧619弹力作用下支杆617具有靠近内齿轮616的趋势；所述的小从动齿轮A611和小从动齿轮B614分别与两根齿条603啮合。

驱动机构对两个齿条603驱动的工作过程是：

左侧活塞缸601吸气，右侧活塞缸601排气的过程为：首先，启动双头电机606，使双头电机606逆时针转动，从而大驱动齿轮A607和小驱动齿轮A608均随轴逆时针转动，分别与大驱动齿轮A607和小驱动齿轮A608啮合的小从动齿轮A611和大从动齿轮B613顺时针转动，小从动齿轮A611与左侧齿条603啮合，从而使左侧齿条603上行，左侧活塞缸601吸气；大从动齿轮B613与小从动齿轮B614同轴，从而小从动齿轮B614顺时针转动，小从动齿轮 B614与右侧齿条603啮合，从而驱动右侧齿条603下行，右侧活塞缸601排气，电机转速恒定，从而两个配重活塞602移动速度恒定，但两个配重活塞602移动速度不同，如图3所示，显然吸气的配重活塞602移动速度更快，从而吸气动作优先完成，排气的配重活塞602移动速度较慢，从而排气动作滞后完成，吸气的配重活塞602吸气后并下沉到平衡状态的用时小于排气动作的用时，从而保证一侧未排气结束，一侧已经做好排气的准备，保证排气的连续性，排气气流速度的恒定性。吸气的配重活塞602移动到达顶部以后，将大驱动齿轮A607内的凸轮618转动，将支杆617推开，使推杆末端离开内齿轮616，从而内齿轮616随轴转动，外齿盘615不跟随，从而吸气的配重活塞602停止上行，并受到重力的作用自然下行，直至重力与吸气活塞内的压力平衡，吸气活塞静止，等待排气活塞到达最下端，排气活塞到达最下端以后，凸轮618复位，双头电机606立即反向转动，从而吸气活塞变为排气活塞，排气完毕的活塞变为吸气活塞，以此类推。

在排液截断阀与液体流量计11之间的排液管路9上串接有机械式天然气输水阀10，所述的机械式天然气输水阀10包括左右结构的两个缸体，分别称为左侧缸体1001和右侧缸体 1002，两个缸体连通，右侧缸体1002高度低于左侧缸体1001；左侧缸体1001顶端连接有回气管路1003，左侧缸体1001内的液面高于连接管高度时，形成水封，使进入左侧缸体1001 的天然气不会进入到右侧缸体1002内，从而不会通过出水口1006排出。左侧缸体1001上部开进水口1004，所述的回气管路1003与排气截断阀上游的排气管路5连通，进入到左侧缸体1001内的水中难免含油少量的天然气，由于气体密度与液体密度的轻重不同，所以二者自然分离，天然气位于上层，水位于下层，沉渣位于底部，上层的天然气通过回气管路1003汇入到排气管路5内，从而进一步的提升产气量计量的准确性。

左侧缸体1001内侧装有浮球1005；右侧缸体1002下部开有出水口1006，右侧缸体1002 内侧设置有与出水口1006连通的阀门，所述的阀门包括阀座1007、阀芯1008、杠杆机构1009，所述的阀芯1008密封插装于阀座1007内，阀座1007的底部开有与出水口1006连通的侧孔，阀芯1008开有轴向盲孔和径向通孔，轴向盲孔和径向通孔连通为出水通道，阀芯1008上端与所述的杠杆机构1009连接，杠杆机构1009的另一端与浮球1005的下端连接；左侧缸体 1001和右侧缸体1002的下端分别开有排污口1010。机械式天然气输水阀10利用介质密度度差及杠杆原理实现“以阀关水、以水阻气”，到达天然气泄漏量为零。疏水阀用横置式疏水结构，使介质在阀体内呈“U”走势，能够有效防止天然气泄漏，自动沉渣，且安装高度低，体积小。

机械式天然气输水阀10运行时，在左侧缸体1001内有2/3的高位水封，当水位高于2/3 时，浮球1005采油足够的浮力上浮拉动杠杆机构1009拉拔阀芯1008，使出水通道打开进行排水，当水排降到到2/3高度时，浮球1005下降，阀芯1008下行，出水通道关闭。机械式天然气输水阀10的本质是主动关闭，被动开启。同时左右结构将阀体分为左部分离器1，能有效的使气、液、渣有足够的分离空间，右部排水腔，能确保天然气零泄漏。

所述的分离器1顶端连接有安全管路2和放空管路3，安全管路3上串接有安全阀和安全阀截断阀，正常使用时，将安全发截断阀开启，当分离器1内压力超出设定值时，安全阀开启，从而避免分离器1内高压危险。

分离器1低端连接有排渣管路12，排渣管路12上串接有排渣截断阀，使用完毕后，开启排渣截断阀，将分离器1内的残余排净。

分离器1内安装有高位液位计和低位液位计，液位到达上限后，通过排液口8将液体及沉渣排出，液位下降到下限时，排液口8自动关闭。所以分离器1底部始终存有液体，液封以液阻气，使分离出的气相完全通过出气口排出，从而使本发明可在线计量。

所述的双向分离计量装置还包括太阳能供电系统，所述的太阳能供电系统为双向分离计量装置供电。

本发明整体为撬装化设计，将所有功能集成，结构稳定，可承受各种道路状况和现场安装状况。

本发明采用无线传输系统，可将现场各种仪表数据进行无线传输至用户控制室或终端。可读取井口压力、介质温度、分离器1液位、气体瞬时流量、气体累计流量、液体瞬时流量、液体累计流量、设备进出口压差及压力等用户所需参数。无线传输系统的控制方式为自动化控制领域技术人员的常用技术手段，不是本发明要求保护的内容，再次不展开赘述。

Claims (2)

1.一种双向分离计量装置，包括分离器(1)、气体流量计(7)和液体流量计(11)，所述的分离器(1)为卧式结构，分离器(1)进口位于上部，进口端安装有进口截断阀和压力表，分离器(1)顶部设置有排气口(4)，排气口(4)与气体流量计(7)之间通过排气管路(5)连接，排气管路(5)上串接有排气截断阀，分离器(1)底部设置有排液口(8)，排液口(8)与液体流量计(11)之间通过排液管路(9)连接，排液管路(9)上串接有排液截断阀；其特征在于：在排气截断阀到气体流量计(7)之间的排气管路(5)上串接有恒压稳流器(6)，恒压稳流器(6)的上、下游的排气管路(5)上串接有压力表，所述的恒压稳流器(6)包括两个活塞缸(601)，每个活塞缸(601)内滑动密封设置有一个配重活塞(602)，配重活塞(602)上端固接有齿条(603)，活塞缸(601)底部连接有进气管(604)和出气管(605)，所述的进气管(604)上串接有进气单向阀和进气截断阀，所述的出气管(605)上串接有出气单向阀和出气截断阀，两根齿条(603)通过驱动机构进行驱动；

所述的驱动机构包括双头电机(606)、大驱动齿轮A(607)、小驱动齿轮A(608)、大驱动齿轮B(610)、小驱动齿轮B(609)、大从动齿轮A(612)、小从动齿轮A(611)、大从动齿轮B(613)和小从动齿轮B(614)，其中大驱动齿轮A(607)和小驱动齿轮A(608)同轴并均与轴固定连接；大驱动齿轮B(610)和小驱动齿轮B(609)同轴并均与轴固定连接；大从动齿轮A(612)和小从动齿轮A(611)同轴并均与轴固定连接；大从动齿轮B(613)和小从动齿轮B(614)同轴并均与轴固定连接；所述的大驱动齿轮A(607)和小驱动齿轮A(608)位于双头电机(606)轴的一端，大驱动齿轮B(610)和小驱动齿轮B(609)位于双头电机(606)轴的另一端，所述的大从动齿轮A(612)与小驱动齿轮B(609)啮合，所述的小从动齿轮A(611)与大驱动齿轮A(607)啮合，所述的大从动齿轮B(613)与小驱动齿轮A(608)啮合，所述的小从动齿轮B(614)与大驱动齿轮B(610)啮合；

所述的大驱动齿轮A(607)和大驱动齿轮B(610)分别包括外齿盘(615)和内齿轮(616)，所述的内齿轮(616)随轴转动，外齿盘(615)不随轴转动，外齿盘(615)上固接有单向离合机构，所述的单向离合机构包括支杆(617)和凸轮(618)，所述的支杆(617)一端铰接在外齿盘(615)上，支杆(617)另一端抵在内齿轮(616)上从而实现内齿轮(616)与外齿盘(615)的单向离合，支杆(617)与外齿盘(615)之间设置有弹簧(619)，在弹簧(619)弹力作用下支杆(617)具有靠近内齿轮(616)的趋势；所述的小从动齿轮A(611)和小从动齿轮B(614)分别与两根齿条(603)啮合；

在排液截断阀与液体流量计之间的排液管路(9)上串接有机械式天然气输水阀(10)，所述的机械式天然气输水阀(10)包括左右结构的两个缸体，分别称为左侧缸体(1001)和右侧缸体(1002)，两个缸体连通，右侧缸体(1002)高度低于左侧缸体(1001)；左侧缸体顶端连接有回气管路(1003)，所述的回气管路(1003)与排气截断阀上游的排气管路(5)连通，左侧缸体(1001)上部开进水口(1004)，左侧缸体(1001)内侧装有浮球(1005)；右侧缸体(1002)下部开有出水口(1006)，右侧缸体(1002)内侧设置有与出水口(1006)连通的阀门，所述的阀门包括阀座(1007)、阀芯(1008)、杠杆机构(1009)，所述的阀芯(1008)密封插装于阀座(1007)内，阀座(1007)的底部开有与出水口(1006)连通的侧孔，阀芯(1008)开有轴向盲孔和径向通孔，轴向盲孔和径向通孔连通为出水通道，阀芯(1008)上端与所述的杠杆机构(1009)连接，杠杆机构(1009)的另一端与浮球(1005)的下端连接；左侧缸体(1001)和右侧缸体(1002)的下端分别开有排污口(1010)；

所述的分离器(1)顶端连接有安全管路(2)和放空管路(3)，安全管路(2)上串接有安全阀和安全阀截断阀；分离器(1)低端连接有排渣管路(12)，排渣管路(12)上串接有排渣截断阀；分离器(1)内安装有高位液位计和低位液位计。

2.根据权利要求1所述的双向分离计量装置，其特征在于：还包括太阳能供电系统，所述的太阳能供电系统为双向分离计量装置供电。

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