本发明涉及计量设备技术领域，具体涉及一种天然气单井多相流计量设备。
背景技术：
目前，天然气气田采用井间串接、井口湿气计量工艺，采用单相流量计计量单井产气量、无单井产液计量。随着气田进入稳产阶段，无单井产液数据制约气井精细化管理及排水采气措施优选及效果评价。为掌握气井产水情况及重点井措施效果评价，现场多采用撬装分离计量装置移动测量气井气液产量，但是该设备庞大，施工复杂，使用成本较高，不能对所有单井进行连续计量。目前使用节流装置对天然气单井流量计量，通过近几年现场试验表明，该流量计能满足小液量稳定出液气井的气液两相计量，气液计量误差分别为±5％--±20％。但对目前已大量存在的泡排、柱塞气举等间歇出液气井无法有效计量。气田采用井间串接、井口湿气计量工艺的气井已将近上万口，随着气井产量的逐渐降低，大部分气井已开始采取泡排、柱塞气举等排水采气措施，无单井产液数据影响排水采气有效开展。随着“提制增效、精细管理”的深入推进，对气井产液计量越加重视。采用井口分离计量撬移动测试成本高，大面积开展不太现实。
为此，需要一种天然气单井多相流计量设备，以解决现有技术中所存在的上述问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种天然气单井多相流计量设备，以解决现有技术中所存在的设备庞大，施工复杂，使用成本较高，不能对所有单井进行连续计量，例如对目前已大量存在的泡排、柱塞气举等间歇出液气井无法有效计量，以及无单井产液数据影响排水采气有效开展，测试成本高，无法广泛推广应用等问题。
为实现上述目的，本发明提供一种天然气单井多相流计量设备，包括气液分离容器系统、气体计量系统、液体计量控制系统、压力测量元件、温度测量元件和信号处理系统；
所述气液分离容器系统包括进口连接法兰、进口管道、进液口挡板、锯齿、斜挡板、分离容器底板、气液分离网、分离容器封顶、分离容器筒体、隔板和分离室底板；分离容器封顶焊接在分离容器筒体上部，分离容器筒体下部焊接分离容器底板，气液分离网焊接在分离容器筒体上部，进口连接法兰与进口管道焊接，进口管道穿过分离容器筒体焊接固定，进液口挡板上设置有开孔，进口管道的位置与进液口挡板开孔位置相对应，锯齿均匀布置在斜挡板上表面，隔板将分离容器筒体上部隔离成两个独立空间，进液口挡板连接在分离容器筒体左侧内壁与隔板左侧壁之间，进液口挡板设置为水平方向，斜挡板焊接隔板的侧面，分离室底板焊接在隔板下端与分离容器筒体构成相对封闭的分离室；
所述气体计量系统包括分离容器封顶、气体出口连接管道、气体流量计、气体流量计信号线、法兰连接螺丝、气体流量计后部连接管道和气体管道连接法兰；气体出口连接管道底部焊接在分离容器封顶上部，气体出口连接管道上部与气体流量计的进口通过法兰连接螺丝固定，气体流量计的出口与气体流量计后部连接管道通过法兰连接螺丝相固定，气体流量计后部连接管道的出口端设置有气体管道连接法兰，气体流量计的信号通过气体流量计信号线传输；
所述液体计量控制系统包括分离室底板、分离容器筒体、液位上取压管道及法兰、液位计上膜片法兰、液位计导压管、液位变送器底座固定螺丝、法兰连接螺丝、液位下取压管道及法兰、液位计下膜片法兰、液位变送器、液位信号线、液体出口连接管道、防爆电动切断阀、切断阀后管道、液体管道连接法兰、切断阀信号线、水平隔板、分离水出口管道及法兰、分离水切断阀、分离水进主容器管道及法兰和分离水切断阀信号线；分离容器筒体上部设置有液位上取压管道及法兰，液位上取压管道及法兰与液位计上膜片法兰通过法兰连接螺丝相固定，液位计上膜片法兰与液位计导压管相连接，分离容器筒体下部设置有液位下取压管道及法兰，液位下取压管道及法兰与液位计下膜片法兰通过法兰连接螺丝相固定，液位计下膜片法兰与液位计导压管相连接，液位变送器与液位计导压管相连接，液位变送器信号通过液位信号线传输，液位变送器通过液位变送器底座固定螺丝固定在水平隔板上部，液体出口连接管道根部连接在分离容器筒体下部，液体出口连接管道的出口与防爆电动切断阀进口通过法兰连接螺丝相固定，防爆电动切断阀的出口与切断阀后管道通过法兰连接螺丝相固定，液体管道连接法兰设置在切断阀后管道的出口处，防爆电动切断阀的控制信号通过切断阀信号线传输；分离水出口管道及法兰根部焊接在分离容器筒体，出水口并且在分离室底板上部，分离水出口管道及法兰与分离水切断阀通过法兰连接螺丝相固定，分离水切断阀与分离水进主容器管道及法兰通过法兰连接螺丝相固定，分离水进主容器管道及法兰出口管焊接在分离容器筒体并进入容器内部，分离水切断阀控制信号通过分离水切断阀信号线传输；
所述压力测量元件包括分离容器封顶、压力取压管、压力一次阀、压力变送器底座接头、压力变送器和压力信号线；压力取压管安装在分离容器封顶上部，压力一次阀连接在压力取压管后部，压力变送器底座接头连接在压力一次阀后部，压力变送器安装在压力变送器底座接头上，压力变送器信号通过压力信号线传输；
所述温度测量元件包括气体流量计后部连接管道、温度底座、温度元件和温度信号线；气体流量计后部连接管道上设置有温度底座，温度元件安装在温度底座上，温度元件的信号通过温度信号线传输；
所述信号处理系统包括压力信号线、温度信号线、气体流量计信号线、液位信号线、切断阀信号线、分离水切断阀信号线、防爆箱安装固定支架、防爆箱、信号处理仪表和信号防爆接线头；防爆箱安装在防爆箱固定支架上，信号处理仪表安装在防爆箱内部，信号防爆接线头安装在防爆箱底部，信号处理仪表设置在防爆箱内，压力信号线、温度信号线、气体流量计信号线、液位信号线、切断阀信号线和分离水切断阀信号线通过信号防爆接线头接入防爆箱内并与信号处理仪表相连接。
可选的，所述计量设备还包括箱体组件，所述箱体组件包括箱体外壳；气液分离容器系统、气体计量系统、液体计量控制系统、压力测量元件、温度测量元件和信号处理系统设置在箱体外壳内。
可选的，所述箱体组件还包括保温层，保温层贴覆设置在箱体外壳的内侧壁上。
可选的，斜挡板的数量为至少两个。
可选的，斜挡板交错布置在进液口挡板下部。
可选的，斜挡板焊接隔板的侧面，分离室底板焊接在隔板下端与分离容器筒体构成相对封闭的分离室；进液口挡板焊接连接在分离容器筒体左侧内壁与隔板左侧壁之间。
可选的，气体管道连接法兰焊接在气体流量计后部连接管道的出口端。
可选的，液位上取压管道及法兰焊接在分离容器筒体上部；液位下取压管道及法兰焊接在分离容器筒体下部。
可选的，液体出口连接管道根部焊接在分离容器筒体下部；液体管道连接法兰焊接在切断阀后管道的出口处。分离水出口管道及法兰根部焊接在分离容器筒体，出水口并且在分离室底板上部，分离水出口管道及法兰与分离水切断阀通过法兰连接螺丝相固定，分离水切断阀与分离水进主容器管道及法兰通过法兰连接螺丝相固定，分离水进主容器管道及法兰出口管焊接在分离容器筒体并进入容器内部。
可选的，温度底座焊接在气体流量计后部连接管道上。
本发明具有如下优点：
本发明的天然气单井多相流计量设备，能够解决现有技术中所存在的设备庞大，施工复杂，使用成本较高，不能对所有单井进行连续计量，例如对目前已大量存在的泡排、柱塞气举等间歇出液气井无法有效计量，以及无单井产液数据影响排水采气有效开展，测试成本高，无法广泛推广应用等问题；其具体具有如下有益效果：(1)其采用小型化气液分离容器的设计思路，为有效减少分离容器体积与提高分离效果，在分离容器内部布置隔板与进液口挡板，在进液挡板开有进液口，与进口管路对应，防止进口液体到处溅出，影响分离效果；在下部布置斜挡板，在斜挡板表面布置锯齿，可以有效地将气液分离，并且将泡沫破除；在分离容器上部布置气液分离网，进一步提高分离效果；(2)其分离容器采用标准无缝管路制造，有效提高分离容器抗压要求，提高安全性，同时可以作为标准容器，通过液位参比可以计算液体容积，该运算法可以避免气井出液不稳定对液体流量测量影响，所以不需要再设计液体流量计，也大大减少设备投资；(3)其液位测量采用双法兰液位变送器，双法兰液位变送器的双法兰具有测量接触面大，有效防止液体杂质及液体泡沫对液位测量产生影响，并且具有极高的测量稳定性及测量精度；(4)其使用液位对切断阀门控制，有效防止液位不足，气体进入液体管路，导致液体计量出现误差，同时防止出现液位过高，影响气液分离效果；(5)其设置有温度、压力测量部件，对系统温度与压力进行监控，保障系统工作安全；温度、压力信号又可以对气体流量计测量值进行补偿，进一步提高气体流量计测量精度；(6)其采用防爆阀门、防爆测量仪表和系统采用防爆设计，将信号处理仪表放置在防爆箱中，满足天然气测量系统防爆要求，符合天然气测量系统安全设计规范；(7)其所有测量部件均放置在箱体中，避免测量系统遭受风吹日晒，避免环境因素导致测量仪表提前老化与损坏，同时保护箱采用自保温设计思路，能够避免如在北方野外冬季温度低的工况下，避免对测量系统造成危害(特别是避免分离容器中液体冻结)，使得仪表在低温环境中仍不容易损坏；(8)其整体结构紧凑，设备轻巧，安装方便，功能完善强大，无任何附加条件要求，非常适合天然气单井安装环境。综上，本发明的天然气单井多相流计量设备，非常适合测量对大量存在的泡排、柱塞气举等间歇出液气井有效计量；其采用特别设计的小型化气液分离系统，将气体从液体中有效分离出来，分别计量，以有效提高计量精度；其巧妙使用标准容积液位法对液体计量，液体计量不受气井液体多少影响，其使用切断阀对液体控制，有效避免液体排空造成测量误差；并且使用液位对阀门进行控制，有效避免阀门频繁动作；使用液位、压力、温度进行安全控制；采用自保温箱设计，满足北方野外恶劣环境使用；其设计新颖，结构精巧，功能强大，能够解决天然气单井多相流计量难题；该设备比传统分离计量撬结构具有轻巧、使用成本低、功能更加强大、测量使用安全性更高等优势；其采用先进的测控技术设计思路，自动化水平高，能够有效节约人力、设备资源，满足天然气单井计量需求，适用场合广泛，应用及市场前景可观。
附图说明
图1为本发明的天然气单井多相流计量设备的结构示意图。
图中，1为进口连接法兰，2为进口管道，3为进液口挡板，4为锯齿，5为斜挡板，6为分离容器底部，7为气液分离网，8为分离容器封顶，9为分离容器筒体，10为隔板，11为压力取压管，12为压力一次阀，13为压力变送器底座接头，14为压力变送器，15为压力信号线，16为气体出口连接管道，17为温度底座，18为温度元件，19为温度信号线，20为气体流量计，21为气体流量计信号线，22为气体流量计后部连接管道，23为气体管道连接法兰，24为液位上取压管道及法兰，25为液位计上膜片法兰，26为液位计导压管，27为液位变送器底座固定螺丝，28为法兰连接螺丝，29为液位下取压管道及法兰，30为液位计下膜片法兰，31为液位变送器，32为液位信号线，33为防爆箱安装固定支架，34为防爆箱，35为信号处理仪表，36为信号防爆接线头，37为液体出口连接管道，38为防爆电动切断阀，39为切断阀后管道，40为液体管道连接法兰，41为切断阀信号线，42为水平隔板，43为箱体外壳，44为保温层，45为分离室底板，46为分离水出口管道及法兰，47为分离水切断阀，48为分离水进主容器管道及法兰，49为分离水切断阀信号线。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种天然气单井多相流计量设备，如图1所示，包括气液分离容器系统、气体计量系统、液体计量控制系统、压力测量元件、温度测量元件和信号处理系统；
所述气液分离容器系统包括进口连接法兰1、进口管道2、进液口挡板3、锯齿4、斜挡板5、分离容器底板6、气液分离网7、分离容器封顶8、分离容器筒体9、隔板10和分离室底板45；分离容器封顶8焊接在分离容器筒体9上部，分离容器筒体9下部焊接分离容器底板6，气液分离网7焊接在分离容器筒体9上部，进口连接法兰1与进口管道2焊接，进口管道2穿过分离容器筒体9焊接固定，进液口挡板3上设置有开孔，进口管道2的位置与进液口挡板3开孔位置相对应，锯齿4均匀布置在斜挡板5上表面，隔板10将分离容器筒体9上部隔离成两个独立空间，进液口挡板3连接在分离容器筒体9左侧内壁与隔板10左侧壁之间，进液口挡板3设置为水平方向，斜挡板5焊接隔板10的侧面，分离室底板45焊接在隔板10下端与分离容器筒体9构成相对封闭的分离室；
所述气体计量系统包括分离容器封顶8、气体出口连接管道16、气体流量计20、气体流量计信号线21、法兰连接螺丝28、气体流量计后部连接管道22和气体管道连接法兰23；气体出口连接管道16底部焊接在分离容器封顶8上部，气体出口连接管道16上部与气体流量计20的进口通过法兰连接螺丝28固定，气体流量计20的出口与气体流量计后部连接管道22通过法兰连接螺丝28相固定，气体流量计后部连接管道22的出口端设置有气体管道连接法兰23，气体流量计20的信号通过气体流量计信号线21传输；
所述液体计量控制系统包括分离室底板45、分离容器筒体9、液位上取压管道及法兰24、液位计上膜片法兰25、液位计导压管26、液位变送器底座固定螺丝27、法兰连接螺丝28、液位下取压管道及法兰29、液位计下膜片法兰30、液位变送器31、液位信号线32、液体出口连接管道37、防爆电动切断阀38、切断阀后管道39、液体管道连接法兰40、切断阀信号线41、水平隔板42、分离水出口管道及法兰46、分离水切断阀47、分离水进主容器管道及法兰48和分离水切断阀信号线49；分离容器筒体9上部设置有液位上取压管道及法兰24，液位上取压管道及法兰24与液位计上膜片法兰25通过法兰连接螺丝28相固定，液位计上膜片法兰25与液位计导压管26相连接，分离容器筒体9下部设置有液位下取压管道及法兰29，液位下取压管道及法兰29与液位计下膜片法兰30通过法兰连接螺丝28相固定，液位计下膜片法兰30与液位计导压管26相连接，液位变送器31与液位计导压管26相连接，液位变送器31信号通过液位信号线32传输，液位变送器31通过液位变送器底座固定螺丝27固定在水平隔板42上部，液体出口连接管道37根部连接在分离容器筒体9下部，液体出口连接管道37的出口与防爆电动切断阀38进口通过法兰连接螺丝28相固定，防爆电动切断阀38的出口与切断阀后管道39通过法兰连接螺丝28相固定，液体管道连接法兰40设置在切断阀后管道39的出口处，防爆电动切断阀38的控制信号通过切断阀信号线41传输，分离水出口管道及法兰46根部焊接在分离容器筒体9，出水口并且在分离室底板45上部，分离水出口管道及法兰46与分离水切断阀47通过法兰连接螺丝28相固定，分离水切断阀47与分离水进主容器管道及法兰48通过法兰连接螺丝28相固定，分离水进主容器管道及法兰48出口管焊接在分离容器筒体9并进入容器内部，分离水切断阀47控制信号通过分离水切断阀信号线49传输；
所述压力测量元件包括分离容器封顶8、压力取压管11、压力一次阀12、压力变送器底座接头13、压力变送器14和压力信号线15；压力取压管11安装在分离容器封顶8上部，压力一次阀12连接在压力取压管11后部，压力变送器底座接头13连接在压力一次阀12后部，压力变送器14安装在压力变送器底座接头13上，压力变送器14信号通过压力信号线15传输；
所述温度测量元件包括气体流量计后部连接管道22、温度底座17、温度元件18和温度信号线19；气体流量计后部连接管道22上设置有温度底座17，温度元件18安装在温度底座17上，温度元件18的信号通过温度信号线19传输；
所述信号处理系统包括压力信号线15、温度信号线19、气体流量计信号线21、液位信号线32、切断阀信号线41、分离水切断阀信号线49、防爆箱安装固定支架33、防爆箱34、信号处理仪表35和信号防爆接线头36；防爆箱34安装在防爆箱固定支架33上，信号处理仪表35安装在防爆箱34内部，信号防爆接线头36安装在防爆箱34底部，信号处理仪表35设置在防爆箱34内，压力信号线15、温度信号线19、气体流量计信号线21、液位信号线32、切断阀信号线41和分离水切断阀信号线49通过信号防爆接线头36接入防爆箱34内并与信号处理仪表35相连接。
可见，本实施例的天然气单井多相流计量设备，其在分离容器内部布置隔板10与进液口挡板3，在进液口挡板3上开有进液口，与进口管路对应，防止进口液体到处溅出，影响分离效果；在下部布置斜挡板5，在斜挡板5表面布置锯齿4，可以有效地将气液分离，并且将泡沫破除；在分离容器上部布置气液分离网7，进一步提高分离效果；其分离容器可采用标准无缝管路制造，有效提高分离容器抗压要求，提高安全性，同时可以作为标准容器，通过液位参比可以计算液体容积，该运算法可以避免气井出液不稳定对液体流量测量影响，所以不需要再设计液体流量计，也大大减少设备投资；其液位测量采用双法兰液位变送器31，双法兰液位变送器31通过液位计导压管26与液位计上膜片法兰25、液位计下膜片法兰30连接，液位计上膜片法兰25和液位计下膜片法兰30具有测量接触面积大，有效防止液体杂质及液体泡沫对液位测量产生影响，并且具有极高的测量稳定性及测量精度；其使用液位对切断阀门控制，有效防止液位不足，气体进入液体管路，导致液体计量出现误差，同时防止出现液位过高，影响气液分离效果；其设置有温度、压力测量部件，对系统温度与压力进行监控，保障系统工作安全；温度、压力信号又可以对气体流量计测量值进行补偿，进一步提高气体流量计测量精度；其采用防爆阀门、防爆测量仪表及系统采用防爆设计，将信号处理仪表放置在防爆箱34中，满足天然气测量系统防爆要求，符合天然气测量系统安全设计规范；其采用特别设计的小型化气液分离系统，将气体从液体中有效分离出来，分别计量，以有效提高计量精度；其巧妙使用标准容积液位法对液体计量，液体计量不受气井液体多少影响，其使用切断阀对液体控制，有效避免液体排空造成测量误差；并且使用液位对阀门进行控制，有效避免阀门频繁动作；且使用液位、压力、温度进行安全控制；其设计新颖，结构精巧，功能强大，能够解决天然气单井多相流计量难题；其具有轻巧、使用成本低、功能更加强大、测量使用安全性更高等优势；其采用先进的测控技术设计思路，自动化水平高，能够有效节约人力、设备资源，满足天然气单井计量需求，适用场合广泛，应用及市场前景可观。
实施例2
一种天然气单井多相流计量设备，与实施例1相似，所不同的是，所述计量设备还包括箱体组件，所述箱体组件包括箱体外壳43；气液分离容器系统、气体计量系统、液体计量控制系统、压力测量元件、温度测量元件和信号处理系统设置在箱体外壳43内。
这样，其所有测量部件均放置在箱体外壳43中，避免测量系统遭受风吹日晒，避免环境因素导致测量仪表提前老化与损坏。
实施例3
一种天然气单井多相流计量设备，与实施例2相似，所不同的是，所述箱体组件还包括保温层44，保温层44贴覆设置在箱体外壳43的内侧壁上。
这样，其采用自保温设计思路，能够避免如在北方野外冬季温度低的工况下，避免对测量系统造成危害(特别是避免分离容器中液体冻结)，使得仪表在低温环境中仍不容易损坏。
实施例4
一种天然气单井多相流计量设备，与实施例3相似，所不同的是，斜挡板5的数量为至少两个。
优选的，斜挡板5交错布置在进液口挡板3下部。
实施例5
一种天然气单井多相流计量设备，与实施例4相似，所不同的是，斜挡板5焊接隔板10的侧面，分离室底板45焊接在隔板10下端与分离容器筒体9构成相对封闭的分离室；进液口挡板3焊接连接在分离容器筒体9左侧内壁与隔板10左侧壁之间。
优选的，气体管道连接法兰23焊接在气体流量计后部连接管道22的出口端。
优选的，液位上取压管道及法兰24焊接在分离容器筒体9上部；液位下取压管道及法兰29焊接在分离容器筒体9下部。
优选的，液体出口连接管道37根部焊接在分离容器筒体9下部；液体管道连接法兰40焊接在切断阀后管道39的出口处；分离水出口管道及法兰46根部焊接在分离容器筒体9，出水口并且在分离室底板45上部，分离水出口管道及法兰46与分离水切断阀47通过法兰连接螺丝28相固定，分离水切断阀47与分离水进主容器管道及法兰48通过法兰连接螺丝28相固定，分离水进主容器管道及法兰48出口管焊接在分离容器筒体9并进入容器内部。
优选的，温度底座17焊接在气体流量计后部连接管道22上。
本发明的天然气单井多相流计量设备，其中液体计量运算满足如下关系式：
q＝s*δl(1)
式中：q为液体总量；s为分离容器内截面积；δl为液位差；
其中，气体运算公式如下：
式中，qv为瞬时气体流量，f为气体流量计频率，k为气体流量计系数。
本发明的天然气单井多相流计量设备，主要对上述结构进行了改进，其他未提及的功能、部件及结构，在需要时，可以采用现有技术中能够实现相应功能的部件及结构进行实施。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。