CN213239056U - 一种基于科氏力的两相流质量流量计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及质量流量计技术领域，提供了一种基于科氏力的两相流质量流量计，包括换能器和变送器，换能器包括传感器和工况测量模块，变送器包括计算模块，传感器和工况测量模块分别与计算模块通信连接。本实用新型提供的质量流量计能够有效测量气液两相流中的气相质量流量和液相质量流量。
Description
技术领域
本实用新型涉及质量流量计技术领域，具体而言，涉及一种基于科氏力的两相流质量流量计。
背景技术
油气田开采过程中，需要对油气田每一口单井的产量进行计量，同时需对单井的气相、液相产量进行计量。现场工作人员通过这些数据结合单井的压力、温度等采集到的生产参数对单井的生产状况予以客观评价，最终管理人员对各单井数据进行汇总分析，优化单井配产，为油气田生产方案的制定提供了数据支撑。
然而，在油气采集开采过程中，介质的含气率往往飘忽不定，时而全是气，时而全是液，且受潮汐影响。且输送管线输送距离不同，则使用不同的管道压力进行输送。一年四季，昼夜交替温度多变。总而言之，油气井口计量，工况复杂多变。
科氏质量流量计，用于流体质量流量的直接测量，测量精度高，重复性好，基本不受温度、流速、压力、粘度等因素影响，而且还能同时实现流体的体积流量、密度、温度等多参数和不同流体状况下的测量。基于科氏力的质量流量计广泛用于单一介质的流体测量，为流体的输送计量提供了重要的手段，但目前还没有在油气、油气水等多相流计量方面中得到广泛应用。对于天然气、油气水混合物外输管线来说，由于其温度、压力不稳定，特别是在油气生产井外输管线里面，不仅压力、温度不稳定，杂质的含量经常变换，密度在不同生产状况下也有所不同，这给输送计量带来了很大的麻烦。因此，亟需一种能够在气液两相流的工况下准确测量气相质量流量和液相质量流量的质量流量计。
申请内容
本实用新型的目的在于提供一种基于科氏力的两相流质量流量计，其设计合理，结构更加简单，能够有效测量气液两相流中气相质量流量和液相质量流量。
为实现上述目的，本实用新型提供一种基于科氏力的两相流质量流量计，包括换能器和变送器，所述换能器包括传感器和工况测量模块，所述变送器包括计算模块，所述传感器和所述工况测量模块分别与所述计算模块通信连接；
其中，所述传感器用于测量流体的原始总质量流量Qm和原始混合密度ρmin，并将测得的原始总质量流量Qm和原始混合密度ρmin传输给计算模块；
所述工况测量模块用于测量工况压力P和工况温度T，并将测得的工况压力P和工况温度T传输给计算模块；
所述计算模块用于接收所述传感器和所述工况测量模块传输的数据，并计算得到液相质量流量Q1和气相质量流量Qg。
可选的，所述换能器还包括测量管，所述传感器安装于所述测量管上；
所述工况测量模块包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器设于所述测量管的进口端，所述温度传感器紧贴于所述测量管的外壁。
可选的，所述传感器包括线圈和磁钢，所述线圈的匝数为1500，所述磁钢为强磁磁钢。
可选的，所述压力传感器为绝对压力传感器，所述温度传感器为铂电阻温度传感器。
本实用新型实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
1、本实用新型提供的质量流量计设计合理、结构简单，其能够有效测量气液两相流中的气相质量流量和液相质量流量，提高测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型实施例1提供的质量流量计的结构示意图；
图2为本实用新型实施例1提供的质量流量计的俯视图。
图标：1-换能器，11-主体，12-测量管，13-传感器，14-内接头，15-法兰，16-封头，17-压力传感器，18-温度传感器，19-压力表接头，2-变送器，3-连接件。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例1
请参照图1和图2，一种基于科氏力的两相流质量流量计，包括换能器1和变送器2，其中换能器1包括主体11、测量管12、传感器13和工况测量模块，测量管12安装于主体11上，其可采用三角形、微弯型或直管型等多种形式的管，且主体11两侧均设有内接头14和法兰15，测量管12的入口端和出口端分别与主体11两侧的内接头14连通，主体11两侧还设有封头16，封头16用于密封内连接头14和主体11，而传感器13安装在测量管12上，其包括设置在测量管12驱动位置的驱动传感器和测量管12检测位置的检测传感器，其中传感器13都包括线圈以及与线圈配合使用的磁钢；
而变送器2包括计算模块，且该变送器2通过连接件3与主体11连接，且固定在主体11的中间位置；上述的传感器13和工况测量模块分别与计算模块通过线缆通信连接；需要说明的是，上述变送器2除了计算模块外，还包括信号调理模块、工况采集模块、通信模块、显示模块和电源模块，对于这些现有技术中常规的模块在此不做过多赘述。
其中，传感器13用于测量流体的原始总质量流量Qm和原始混合密度ρmin，并将测得的原始总质量流量Qm和原始混合密度ρmin传输给计算模块；
工况测量模块用于测量工况压力P和工况温度T，并将测得的工况压力P和工况温度T传输给计算模块；
计算模块用于接收传感器13和工况测量模块传输的数据(即原始总质量流量Qm、原始混合密度ρmin、工况压力P和工况温度T)，并计算得到液相质量流量Q1和气相质量流量Qg。具体包括：计算模块首先计算得到工况气相密度ρg，同时对原始混合密度ρmin进行修正，得到修正后的混合密度ρmin'，随后根据液密度ρ1、工况气相密度ρg以及修正后的混合密度ρmin'计算流体的质量含液率LMF和质量含气率GMF，并通过质量含气率GMF对测量出的原始总质量流量Qm进行修正，得到修正后的总质量流量Qm'，最后根据修正后的总质量流量Qm'、质量含气率GMF和质量含液率LMF计算得到液相质量流量Q1和气相质量流量Qg。
在本实施例中，上述的工况测量模块包括测量工况压力P的压力传感器17和测量工况温度T的温度传感器18；考虑到测量管12在入口端和出口端会有一定的弯曲，从而产生一定的压降，为了能够更加准确的测量工况压力P，上述压力传感器17设于测量管12的进口端，且该压力传感器17为绝对压力传感器，其通过压力表接头19连接在测量管12入口端的法兰15与封头16的连接处，且该压力传感器17测量的工况压力P为绝对压力，使得后续计算得到的气相工况密度ρg更加准确；而上述的温度传感器18紧贴于测量管12的外壁设置，利用导热更快的特性，使得测量过程更加快捷，且测量的工况温度T更加准确，且温度传感器18为铂电阻温度传感器，能够获取在一定时间内平均工况温度T，提高测量结果的准确性。
在本实施例中，考虑到在气液两相流的工况下，流体在测量管12内部产生的科氏力往往很小，因此为了使得测量结果能够更加准确，上述传感器13的线圈的匝数为1500，而磁钢为强磁磁钢，且该强磁磁钢的磁通量密度为1.25T，使得强磁磁钢的磁感应强度更大，所能够产生的感应电动势更强，使得线圈检测到的电信号更强。由于两相流工况下科氏力很小，导致检测线圈检测到的信号降低，影响信号质量，所以使用强磁磁钢与线圈配合，提高了检测信号的强度和质量，从而能够获得更加准确的测量结果。
实施例2
一种两相流量测量方法，使用上述实施例所述的基于科氏力的两相流质量流量计，其具体的测量过程包括如下步骤:
S1.利用传感器13测量流体的原始总质量流量Qm和原始混合密度ρmin，利用工况测量模块测量工况压力P以及工况温度T，需要说明的是，考虑到气液两相流工况下，流体在流经测量管12时，测量管12往往振动剧烈，使得采集得到的工况压力P和工况温度T等数据波动较大，因此，为了提高最终测量结果的准确度，上述工况压力P和工况温度T为一定时间内经滤波处理后的平均工况压力和平均工况温度；
S2.利用计算模块计算得到工况气相密度ρg，考虑到原始混合密度ρmin将直接被用于计算质量含液率LMF等参数，因此，为了进一步提高计算得到的质量含液率LMF等参数的准确性，同时利用计算模块对原始混合密度ρmin进行修正，得到修正后的混合密度ρmin'；
其中，上述步骤S2中利用计算模块计算工况气相密度ρg的步骤包括：
计算模块结合工况压力P、工况温度T和气体PVT方程，利用公式：
其中,ρ0为气相标方密度，P0为标准大气压，T0为绝对温度。
而上述步骤S2中利用计算模块对原始混合密度ρmin进行修正的步骤包括：
计算模块结合工况压力P、工况温度T以及原始混合密度ρmin拟合修正公式，建立工况压力P、工况温度T、原始混合密度ρmin以及修正后的混合密度ρmin'的数据模型，得到修正后的混合密度ρmin',修正公式为：
ρmin'＝A(P,T)×ρmin+B(P,T)；
其中，A为修正系数，B为修正常数。
S3.计算模块根据液密度ρ1、工况气相密度ρg以及修正后的混合密度ρmin'计算流体的质量含液率LMF和质量含气率GMF；
其中，上述步骤S3中计算模块计算流体的质量含液率LMF和质量含气率GMF的步骤包括：
利用公式：
计算得到质量含液率LMF；
利用公式：GMF＝1-LMF，计算得到质量含气率GMF。
S4.计算模块根据质量含气率GMF对测量出的原始总质量流量Qm进行修正，得到修正后的总质量流量Qm'，采用质量含气率GMF对原始总质量流量Qm进行修正，相比于采用质量含液率LMF来说，在后续建立数学模型时，所建立的模型复杂程度更低，且计算起来更加迅速，准确度更高；
其中，上述步骤S4中计算模块根据质量含气率GMF对测量出的原始总质量流量Qm进行修正的步骤包括：
结合质量含气率GMF、原始总质量流量Qm和修正后的总质量流量Qm'，拟合修正公式，建立质量含气率GMF、原始总质量流量Qm与修正后的总质量流量Qm'的数学模型，得到修正总质量流量Qm'，修正公式为：
Qm'＝Qm×(C×GMF2+D×GMF+E)；
其中，C为二阶修正系数，D为一阶修正系数，E为修正常数。
S5.计算模块根据修正后的总质量流量Qm'、质量含气率GMF和质量含液率LMF计算得到液相质量流量Q1和气相质量流量Qg；
其中，上述步骤S5中计算模块根据修正后的总质量流量Qm'、质量含气率GMF和质量含液率LMF计算得到液相质量流量Q1和气相质量流量Qg的步骤包括：
利用公式：Q1＝Qm'×LMF，计算得到液相质量流量Q1；
利用公式：Qg＝Qm'×GMF，计算得到气相质量流量Qg。
考虑到在不同的工况压力P和工况温度T下，质量含气率GMF对原始总质量流量Qm影响程度不同，因此，为了获得更加准备的测量结果，可在多个不同的工况压力P和工况温度T条件下使用其对应的质量含气率GMF对原始总质量流量Qm进行修正，以得到更加准确的修正后的总质量流量Qm'；同时，在不同的工况压力P和工况温度T下，对基于科氏力原理测得的原始混合密度ρmin影响也不同，因此，也可以在多个不同的工况压力P和工况温度T条件下对原始混合密度ρmin进行修正，以得到更加准确的修正后的混合密度ρmin'。
为了对本实施例进行更加充分的说明，下面将列出在多个不同的工况压力P和工况温度T条件下，测得的气相质量流量、液相质量流量、总质量流量和混合密度的相关数据。
表1修正前后质量流量测量数据表
需要说明的是，上述表1中修正前总质量流量即为原始总质量流量Qm，而标准气相质量流量、标准液相质量流量和标准总质量流量为对应工况下的标准流量值。
由表1可直接看出，在相同的工况压力P和工况温度T条件下，修正后测得的气相质量流量Qg、液相质量流量Q1和总质量流量Qm'与标准气相质量流量、标准液相质量流量和标准总质量流量更为接近，与修正前测得的相关质量流量相比，修正后测得的相关质量流量与标准质量流量之间的误差远远小于修正前测得的相关质量流量与标准质量流量之间的误差。
表2修正前后混合密度测量数据表
同理，上述表2中修正前混合密度即为原始混合密度ρmin，而标准混合密度为对应工况下的标准混合密度值。
由表2可直接看出，在相同的工况压力P和工况温度T条件下，修正后测得的混合密度与标准混合密度更为接近，与修正前的混合密度相比，修正后测得的混合密度与标准混合密度之间的误差远远小于修正前测得的混合密度与标准混合密度之间的误差。
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于科氏力的两相流质量流量计，包括换能器和变送器，其特征在于，所述换能器包括传感器和工况测量模块，所述变送器包括计算模块，所述传感器和所述工况测量模块分别与所述计算模块通信连接；
其中，所述传感器用于测量流体的原始总质量流量Qm和原始混合密度ρmin；
所述工况测量模块用于测量工况压力P和工况温度T；
所述计算模块用于接收所述传感器和所述工况测量模块传输的数据，并计算得到液相质量流量Q1和气相质量流量Qg。
2.根据权利要求1所述的基于科氏力的两相流质量流量计，其特征在于，所述换能器还包括测量管，所述传感器安装于所述测量管上；
所述工况测量模块包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器设于所述测量管的进口端，所述温度传感器紧贴于所述测量管的外壁。
3.根据权利要求1所述的基于科氏力的两相流质量流量计，其特征在于，所述传感器包括线圈和磁钢，所述线圈的匝数为1500，所述磁钢为强磁磁钢。
4.根据权利要求2所述的基于科氏力的两相流质量流量计，其特征在于，所述压力传感器为绝对压力传感器，所述温度传感器为铂电阻温度传感器。
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Cited By (1)
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| CN112345011A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-02-09 | 成都安迪生测量有限公司 | 一种基于科氏力的两相流质量流量计及两相流量测量方法 |
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2020
- 2020-11-24 CN CN202022748541.6U patent/CN213239056U/zh active Active
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