CN2325761Y - 多相流调整装置及使用该装置的多相流相分率测量装置 - Google Patents

Abstract

多相流调整装置,安装在输送管道(1)上,包括:流入管段(2),并流入端与输送管道的一端相连接;缓冲管段(3),其流入口与流入管段的流出端相连接;三通管接头(6),与输送管道的另一端相连接;第一旁通管段(5),安装在缓冲管段的一个流出口和三通管接头之间;第二旁通管段(7),安装在缓冲管段的另一个流出口和三通管接头之间;以及静态节流装置(8),安装在第二旁通管段上。采用上述多相流调整装置的多相流相分率测量装置。

Description

多相流调整装置及使用该装置的多相流相分率测量装置

本实用新型属于多相流测量技术领域，具体地讲，涉及一种对气-液-液多相流尤其是油气水三相流的流态和相分率进行调整的装置以及使用该装置的多相流相分率测量装置。

发展多相流测量技术的必要生已经被广泛接受。在世界范围内，随着油气勘探开发向更深更广的海洋区域的扩张，特别是随着水下油气开采技术的兴起，石油工业界对性能更好、适用范围更广的新的多相流测量技术的需求日益增长。在多相流测量技术中，相分率的测量范围和测量精度直接影响着流量的测量范围和测量精度。迄今为止，气-液-液多相流测量的困难之一在于，随着含气率的升高，气-液-液多相流中的液体组分的相对含量下降，含液率测量的相对误差将会变大，液-液相分率测量的相对误差也会变大。此外，气-液-液多相流的流态也是影响测量精度的重要因素之一。正是由于多相流的流动条件复杂多变，现有的多相流测量技术还不能够在各种流动条件下都给出可以接受的测量结果。在目前已有的技术中，授权给本发明人的名称为“油气水三相流量测量装置”的中国实用新型专利96246704.9以及本发明人申请的名称为“段塞发生装置及使用该装置的油气水三相流量测量装置”的中国实用新型专利申请97229522.4分别给出了两种实现油气水三相流测量的技术方案，并且都已经付诸实施，在中国塔里木盆地的沙漠油田中得到了成功的应用。但是，上述两种装置仍有其局限性，即都是针对中低含水率的条件设计的，在高含水条件下不适用。西安交通大学递交的名称为“油气水三相流量测量方法及其装置”的中国发明专利申请94108458.2(发明人为周芳德)中提出了一种油气水三相流量测量装置，该装置中使用了两个控制阀门，属于可动部件，而且需要根据不同的多相流条件对阀门进行调节，因此不适于在无人环境尤其是水下环境中应用。此外，中国科学院近代物理研究所递交的名称为“原油含气、含水率自动测量仪”的中国发明专利申请93107258.1(发明人为寿焕根等人)中给出了一种油气水三相相分率测量装置，但是该装置的含气率适用范围为0-50％，而目前世界上绝大多数油井的含气率在45％-95％之间。因此，如何进一步拓宽多相流测量装置的适用范围同时保证测量的精确度，是目前多相流测量技术领域中亟待解决的一个问题。

本实用新型的第一目的在于提供一种对气-液-液多相流的流态和相分率进行调整的装置，该装置能够在气-液-液多相流的各种流动条件(包括高含气和高含水条件)下形成有利于相分率测量的流动条件，并且适于在无人环境(尤其是水下环境)中安装使用。

本实用新型的第二目的在于提供一种全量程的多相流相分率测量装置，该装置能够在气-液-液多相流的各种流动条件(包括高含气和高含水条件)下较精确地测量相分率，并且适于在无人环境(尤其是水下环境)中安装使用。

为实现上述第一目的，本实用新型提供了一种多相流调整装置，它安装在气-液-液多相流输送管道的一端和另一端之间，用于对气-液-液多相流的流态和相分率进行调整装置，该多相流调整装置包括：一个流入管段，有一个流入端和一个流出端，该流入管段的流入端与输送管道的一端相连接；一个缓冲管段，有一个流入口和两个流出口，该缓冲管段的流入口与流入管段的流出端相连接；一个三通管接头，与输送管道的另一端相连接；第一旁通管段，安装在缓冲管段的一个流出口和三通管接头之间；第二旁通管段，安装在缓冲管段的另一个流出口和三通管接头之间；一个静态节流装置，安装在上述第二个旁通管段上。

为实现上述第二目的，本实用新型提供了一种多相流相分率测量装置，该装置包括本实用新型的多相流调整装置，包括一个安装在该多相流调整装置的第二个旁通管段上的相分率测量装置；还可以包括一个安装在输送管道上的另一个相分率测量装置。

将本实用新型的多相流调整装置直接安装在输送管道上，可以对管道中的气-液-液多相流进行流态和相分率的调整，在多相流调整装置的第二旁通管段中得到流态稳定、低含气的液流，从而形成有利于测量液-液相分率的条件，使得液-液相分率的测量误差独立于管道中多相流的流态和含气率，不受流态变化和含气率升高的影响，进而还可以提高多相流中气-液相分率的测量精度。因此，使用本实用新型的多相流相分率测量装置，不仅能够拓宽气-液-液多相流的相分率的测量范围而且能够提高测量精度。

本实用新型的装置的其他优点在于：该装置结构简单，安装方式灵活方便，压力损失小。尤其是本实用新型的装置中没有任何可动装置，工作过程中无需进行调节，有利于实现生产过程自动化，并且能够降低运行和维护费用。同时，该装置具有非常高的可靠性，适于在无人环境尤其是水下环境中安装使用。此外，本实用新型的多相流相分率测量装置与一个多相流流速或总流量测量装置配合使用就可以构成一个多相流流量测量装置。

通过以下结合附图对本实用新型的较佳实施例的详细描述，本实用新型的其他目的和优点将会更加明显。

图1是本实用新型的多相流调整装置的一种实施例的示意图。

图2是本实用新型的多相流调整装置的又一种实施例的示意图。

图3是本实用新型的多相流相分率测量装置的一种实施例的示意图。

图4是本实用新型的多相流相分率测量装置的又一种实施例的示意图。

图1示出了本实用新型的多相流调整装置安装在竖直输送管道上的一种实施方式，图2示出了本实用新型的多相流调整装置安装在水平输送管道上的一种实施方式。在图1和图2中，标号1为输送管道，2为流入管段，3为缓冲管段，4为阻流板，5为第一旁通管段，6为三通管接头，7为第二旁通管段，8为静态节流装置。来自所述输送管道1的一端的气液多相流经过流入管段2进入缓冲管段3，由于流体和缓冲管段3的管壁的碰撞效应以及重力的作用，气-液-液多相流在缓冲管段3中进行部分的气液分离，分离出的较低含液的气流从缓冲管段3的一个流出口经过第一旁通管段5和三通管接头6流入输送管道1的另一端；分离出的较低含气的液流则从缓冲管段3的另一个流出口经过第二旁通管段7、静态节流装置8和三通管接头6流入输送管道1的另一端，因此在第二旁通管段7中形成了含气率较低并且流态较为稳定的液流。

在上述结构中，为了使流体与缓冲管段3的管壁碰撞效应更大以便使气液更有效地分离，可以将流入管段2做成一个变径管段，使其流入端的内径大于其流出端的内径。另外，也可以使流入管段2与缓冲管段3正交连接。并且，可以使流入管段2的流出端伸入到缓冲管段3的内部靠近相对管壁之处。另外需要说明的是，为了达到更好的效果，缓冲管段3的内径最好大于输送管道1的内径，例如缓冲管段3的内径为输送管道1内径的1至5倍。一般地说，为了保证缓冲管段3具有一定的容积，当其内径较小时，长度应较大。反之，当内径较大时，长度可减小。此外，在重力方向上，与第一个旁通管段5相连接的缓冲管段3的流出口的位置高于与第二旁通管段7相连接的缓冲管段3的另一个流出口的位置；交错安装在缓冲管段3内部管壁上的两个阻流板4和安装在第二旁通管段7上的静态节流装置8分别起阻流和限流的作用。这些措施进一步保证了第二旁通管段7中的流体保持较低的含气率和稳定的流态。

应当理解到，阻流板的数量并不构成对本实用新型的限制。并且，静态节流装置8可以选自节流喷嘴、缩径管段、孔板、阻流板等静态装置中的一种或几种的组合。

图3示出了本实用新型的多相流相分率测量装置的一种实施方式。在图3中，该多相流相分率测量装置包括前文参照图1或图2所述的多相流调整装置，还包括相分率测量装置9，相分率测量装置9和静态节流装置8顺序安装在第二旁通管段7上。相分率测量装置9可以安装在静态节流装置8的上游或下流，但是安装在上游时效果更好。这种实施方式适用于只需要精确地测量液-液相分率的情况。相分率测量装置9可以是γ射经密度计、振动密度计、核磁共振传感器、差压传感器、微波传感器、电容传感器、电阻抗传感器等装置中的一种或几种的组合。

图4示出了本实用新型的多相流相分率测量装置的又一种实施方式。图4所示多相流相分率测量装置与图3相比，增加了另一个相分率测量装置10和一个数据采集及处理装置11。相分率测量装置9和静态节流装置8顺序安装在第二旁通管段7上，另一个相分率测量装置10安装在输送管道1上。相分率测量装置10可以安装在多相流调整装置的上游或下游(如图4所示)。数据采集及处理装置11对相分率测量装置9和另一个相分率测量装置10的输出信号进行数据采集和处理，计算出气-液-液多相流中各相的相分率的测量值。这种实施方式适用于既需要测量液-液相分率同时也需要测量气-液相分率的情况。另一相分率测量装置10可以是γ射线密度计、振动密度计、核磁共振传感器、差压传感器、微波传感器、电容传感器、电阻抗传感器等装置中的一种或几种的组合。

在本实用新型的发明人所做的实验中，用柴油、空气和自来水混合后形成油气水三相流，在φ50的水平输送管道中进行了测量试验，如图4所示，流入管2采用了一个变径管段，其流入端的内径为50mm，流出端的内径为25mm；缓冲管段3采用了长度为200mm、内径为80mm的管段；流入管2与缓冲管段管3正交连接，流入管2的流出端伸入到缓冲管段3内部距离管壁25mm处；在缓冲管段3的内部位于流入管段的流出端上方的管壁上，交错安装了两个阻流板4；节流装置8采用了喉径为15mm的节流喷嘴；相分率测量装置9采用双能γ射线密度计，安装在第二旁通管段7上位于节流装置8上游的位置上；另一个相分率测量装置10采用了单能γ射线密度计，安装在位于本实用新型的多相流调整装置的下游的输送管道1上；数据采集和处理装置11采用了基于个人计算机的数据采集卡PCL818HD和工业个人计算机IPC610。需要说明的是，所述相分率测量装置9既可以安装在所述第二个旁通管段7上位于所述节流装置8上游的位置上，也可以安装在在所述第二个旁通管段7上位于所述节流装置8下游的位置上；所述另一个相分率测量装置，既可以安装在位于本实用新型的多相流调整装置的下游的所述输送管道1上，也可以安装在位于本实用新型的多相流调整装置的上游的所述输送管道1上。

通过上述实验，可以达到以下测量指标：

1)含气率测量范围：0-99％

2)含气率测量误差：绝对误差≤1％

3)含水率测量范围：0-100％

4)含水率测量误差：绝对误差≤2％

在上述实验中，本实用新型的多相流相分率测量装置还与一个γ射线互相关流速测量装置构成了一个油气水三相流量测量装置，进行了油气水三相流量测量试验。

应当注意的是，上述的实施例只是用以说明，并不构成对本实用新型的限制。

虽然以上结合附图详细描述了本实用新型的实施方式，但是这些实施方式并不构成对本实用新型的限制。对于本领域内熟练的技术人员，可以对上述几种实施方式作出各种修改和变更，而不背离本实用新型的实质和范围。因此，本实用新型的范围仅由权利要求限定。

Claims (22)

1．多相流调整装置，安装在气-液-液多相流输送管道(1)上，其特征在于包括：

一个流入管段(2)，有一个流入端和一个流出端，所述流入管段(2)的流入端与所述输送管道(1)的一端相连接；

一个缓冲管段(3)，有一个流入口和两个流出口，所述缓冲管段(3)的流入口与所述流入管段(2)的流出端相连接；

一个三通管接头(6)，与所述输送管道(1)的另一端相连接；

第一旁通管段(5)，安装在所述缓冲管段(3)的一个流出口和所述三通管接头(6)之间；

第二旁通管段(7)，安装在所述缓冲管段(3)的另一个流出口和所述三通管接头(6)之间；以及

一个静态节流装置(8)，安装在所述第二旁通管段(7)上。

2．根据权利要求1的多相流调整装置，其特征在于：所述流入管段(2)是一个变径管段，其流入端的内径大于其流出端的内径。

3．根据权利要求1的多相流调整装置，其特征在于：所述缓冲管段(3)的内径大于所述输送管道(1)的内径。

4．根据权利要求3的多相流调整装置，其特征在于：所述缓冲管段(3)的内径为所述输送管道(1)的内径的1至5倍。

5．根据权利要求1的多相流调整装置，其特征在于：所述流入管段(2)与所述缓冲管段(3)正交连接。

6．根据权利要求1的多相流调整装置，其特征在于：所述流入管段(2)的流出端伸入到所述缓冲管段(3)内部靠近相对管壁处。

7．根据权利要求1的多相流调整装置，其特征在于：在重力方向上，与所述第一旁通管段(5)相连接的所述缓冲管段(3)的流出口的位置高于与所述第二旁通管段(7)相连接的所述缓冲管段(3)的另一个流出口的位置。

8．根据权利要求1的多相流调整装置，其特征在于还包括：至少一个阻流板(4)，安装在所述缓冲管段(3)内部位于两个流出口之间的管壁上。

9．根据权利要求1的多相流调整装置，其特征在于：所述静态节流装置(8)选自节流喷嘴、缩径管段、孔板、阻流板等静态装置中的至少一种。

10．多相流相分率测量装置，安装在气-液-液多相流输送管道(1)上，其特征在于包括：

一个流入管段(2)，有一个流入端和一个流出端，所述流入管段(2)的流入端与所述输送管道(1)的一端相连接；

一个缓冲管段(3)，有一个流入口和两个流出口，所述缓冲管段(3)的流入口与所述流入管段(2)的流出端相连接；

一个三通管接头(6)，与所述输送管道(1)的另一端相连接；

第一旁通管段(5)，安装在所述缓冲管段(3)的一个流出口和所述三通管接头(6)之间；

第二旁通管段(7)，安装在所述缓冲管段(3)的另一个流出口和所述三通管接头(6)之间；

一个静态节流装置(8)，安装在所述第二旁通管段(7)上；以及

一个相分率测量装置(9)，安装在所述第二旁通管段(7)上。

11．根据权利要求10的多相流相分率测量装置，其特征在于：所述流入管段(2)是一个变径管段，其流入端的内径大于其流出端的内径。

12．根据权利要求10的多相流调整装置，其特征在于：所述缓冲管段(3)的内径大于所述输送管道(1)的内径。

13．根据权利要求12的多相流调整装置，其特征在于：所述缓冲管段(3)的内径为所述输送管道(1)的内径的1至5倍。

14．根据权利要求10的多相流相分率测量装置，其特征在于：所述流入管段(2)与所述缓冲管段(3)正交连接。

15．根据权利要求10的多相流相分率测量装置，其特征在于：所述流入管段(2)的流出端伸入到所述缓冲管段(3)内部靠近相对管壁处。

16．根据权利要求10的多相流相分率测量装置，其特征在于：在重力方向上，与所述第一旁通管段(5)相连接的所述缓冲管段(3)的流出口的位置高于与所述第二旁通管段(7)相连接的所述缓冲管段(3)的另一个流出口的位置。

17．根据权利要求10的多相流相分率测量装置，其特征在于还包括：至少一个阻流板(4)，安装在所述缓冲管段(3)内部位于两个流出口之间的管壁上。

18．根据权利要求10的多相流相分率测量装置，其特征在于：所述静态节流装置(8)选自节流喷嘴、缩径管段、孔板、阻流板等静态装置中的至少一种。

19．根据权利要求10至18中任一项的多相流相分率测量装置，其特征在于还包括：另一个相分率测量装置(10)，安装在所述输送管道(1)上。

20．根据权利要求19的多相流相分率测量装置，其特征在于还包括：一个数据采集和处理装置(11)，对所述相分率测量装置(9)和所述另一个相分率测量装置(10)的输出信号进行数据采集和处理，计算所述输送管道(1)中的气-液-液多相流的相分率的测量结果。

21．根据权利要求10至18中任一项的多相相分率测量装置，其特征在于：所述相分率测量装置(9)是γ射线密度计、振动密度计、核磁共振传感器、差压传感器、微波传感器、电容传感器、电阻抗传感器等装置中的至少一种。

22．根据权利要求19的多相流相分率测量装置，其特征在于：所述另一个相分率测量装置(10)是γ射线密度计、振动密度计、核磁共振传感器、差压传感器、微波传感器、电容传感器、电阻抗传感器等装置中的至少一种。

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