一种孔板涡街气液计量装置及其计算方法与流程

本发明属于流量测量的技术领域，具体涉及一种应用于气井的气液两相不分离测量装置及其计算方法。

背景技术：

传统的气田单井计量主要采用气液分离计量工艺，流程复杂，投资高。近年来，国内气田应用了各类气液两相不分离计量装置，直接用于气井井口气液两相计量，国内现有流量计通过测量孔板差压波动幅度值(即计算差压方根的相对方差)来计算含液率，进而得出气液流量，但由于流体机械杂志、气流波动、差压传感器精度等因素影响，差压波动幅度值不能完全反应含液率，导致计量误差增大，适用范围有限。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种孔板涡街气液两相计量装置及其计算方法，解决气井气液两相在线计量难题，代替传统的分离计量工艺，简化工艺流程，降低投资。

本发明采用以下技术方案：

一种孔板涡街气液计量装置，包括用于将气液两相流均匀混合成雾状流的旋流气液混合器、用于产生差压的孔板节流装置以及测量混合流体工况体积流量的涡街流量计，所述旋流气液混合器、孔板节流装置和涡街流量计连接，所述旋流气液混合器和孔板节流装置之间设置有压力变送器，所述孔板节流装置上设置有差压变送器，在所述孔板节流装置和涡街流量计之间设置有温度变送器，所述压力变送器、差压变送器、温度变送器和涡街流量计分别通过信号线将测量信号传输至气液流量计算仪，通过所述气液流量计算仪进行气、液流量计算、输出和显示。

进一步的，所述气液流量计算仪设置在所述差压变送器内。

进一步的，所述旋流气液混合器、孔板节流装置和涡街流量计采用法兰依次连接。

进一步的，所述旋流气液混合器、涡街流量计和孔板节流装置采用法兰依次连接。

本发明还公开了一种孔板涡街气液计量装置的计算方法，包括以下步骤：

s1、从气井井筒出来的气液两相流体通过旋流气液混合器使气液混合成近似雾状的气液混合流体；

s2、步骤s1所述气液混合流体依次通过孔板节流装置和涡街流量计，通过测得的差压、压力、温度参数，得到混合流体质量流量qm和混合流体工况体积流量qv；

s3、通过设置的压力传感器、差压传感器、温度传感器、涡街流量计将测得的流体压力、孔板前后差压、流体温度、流体工况体积流量参数通过信号线传输至气液流量计算仪；

s4、所述气液流量计算仪根据步骤s3获得的参数计算输出气、液各相工况体积流量q气和q液、流体压力、温度参数。

进一步的，步骤s2中，所述混合流体质量流量qm计算如下：

其中，c为流出系数，β为节流装置直径比，ε膨胀系数，d为孔板孔径，ρ为气液混合流体工况平均密度，δp为差压。

进一步的，步骤s2中，所述混合流体工况体积流量qv计算如下：

其中，c为流出系数，β为节流装置直径比，ε膨胀系数，d为孔板孔径，ρ为气液混合流体工况平均密度，δp为差压。

进一步的，步骤s4中，所述气、液各相工况体积流量q气和q液计算如下：

其中，ρ为混合流体工况平均密度，ρ气、ρ液为气、液单相工况密度，qv为气、液单相工况体积流量之和，根据已知的流体压力、温度参数，由式(6)、(7)即可得出气液工况体积流量。

进一步的，所述混合流体工况平均密度ρ计算如下：

其中，δp为差压，c为流出系数，β为节流装置直径比，ε膨胀系数，d为孔板孔径，qv为混合流体工况体积流量。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明孔板涡街气液计量装置通过将孔板流量计与涡街流量计串联测量气液两相流量，并在装置前段设置有旋流气液混合器，使气液两相均匀混合近似雾状流，使计算出的混合流体工况平均密度更加接近真实值，提高流量测量精度。

进一步的，气液流量计算仪可以模块化设置在差压变送器内，简化结构。

进一步的，旋流气液混合器、孔板节流装置和涡街流量计采用法兰依次连接，且孔板节流装置和涡街流量计可互换安装，便于根据现场气井井口实际尺寸进行安装。

本发明还公开了一种孔板涡街气液计算方法，先将从气井井筒出来的气液两相流体通过旋流气液混合器混合成近似雾状的气液混合流体；再将气液混合流体依次通过孔板节流装置和涡街流量计，通过测得的差压、压力、温度参数，得到混合流体质量流量和混合流体工况体积流量；然后将测得的流体压力、孔板前后差压、流体温度、流体工况体积流量参数通过信号线传输至气液流量计算仪，由气液流量计算仪计算得到气、液各相工况体积流量、流体压力、温度参数，采用该方法计算气液两相流量装置结构简单、成本低、且精度较高。

进一步的，气井开采过程中普遍出液，随着气井的持续开发，气井产气量逐渐降低，当气井产量低于气井井筒临界携液流量时，液体从井筒中无法被带出地面，导致井底积液，气井产气量下降甚至停产。如能实时掌握气井气、液流量，便可及时有效的采取有针对性的排水采气生产措施，使气井保持正常生产。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明孔板涡街气液计量装置结构图；

图2为本发明孔板涡街气液计量装置安装流程。

其中：1.旋流气液混合器；2.孔板节流装置；3.压力变送器；4.差压变送器；5.温度变送器；6.涡街流量计；7.气液流量计算仪；8.信号线。

具体实施方式

请参阅图1，本发明公开了一种孔板涡街气液两相计量装置，包括用于将气液两相流均匀混合成雾状流的旋流气液混合器1、用于产生差压的孔板节流装置2以及测量混合流体工况体积流量的涡街流量计6。

所述旋流气液混合器1、孔板节流装置2和涡街流量计6采用法兰依次连接，所述旋流气液混合器1和孔板节流装置2之间设置有压力变送器3，所述孔板节流装置2上设置有差压变送器4，在所述孔板节流装置2和涡街流量计6之间设置温度变送器5，

混合流体通过所述孔板节流装置2产生差压，通过压力变送器3、差压变送器4、温度变送器5和涡街流量计6分别测量流体静压、孔板前后差压、温度以及流体工况体积流量参数，所述压力变送器3、差压变送器4、温度变送器5和涡街流量计6分别通过信号线8将测量信号传输至气液流量计算仪7，通过所述气液流量计算仪7进行气、液流量计算、输出和显示。

优选的，气液流量计算仪7可模块化内置在所述差压变送器4表头内，便于简化结构。

优选的，所述孔板节流装置2和涡街流量计6可互换位置安装。

请参阅图1和图2，本发明孔板涡街气液两相计算方法如下：

s1、从气井井筒出来的气液两相流体经一系列弯头、阀门后进入本装置，首先通过旋流气液混合器1，使气液混合近似雾状流；

s2、然后经过孔板节流装置和涡街流量计，气液混合流体通过所述孔板节流装置通过测得的差压、压力、温度参数，可得出混合流体质量流量；

所述孔板节流装置的质量流量qm见下式：

其中，c为流出系数，β为节流装置直径比，ε膨胀系数，d为孔板孔径，当节流装置一定，流体压力、温度已知时，以上参数可直接计算得出；ρ为气液混合流体工况平均密度，是未知量；δp为差压，通过差压传感器测得。

所述涡街流量计可提供混合流体工况体积流量qv，流体通过孔板节流装置2与涡街流量计的流量应相等，根据式(1)可得到下式：

其中，c为流出系数，β为节流装置直径比，ε膨胀系数，d为孔板孔径，当节流装置一定，流体压力、温度已知时，以上参数可直接计算得出；ρ为气液混合流体工况平均密度，是未知量；δp为差压，通过差压传感器测得。

s3、设置的压力传感器、差压传感器、温度传感器、涡街流量计将测得的流体压力、孔板前后差压、流体温度、流体工况体积流量参数通过信号线传输至气液流量计算仪；

s4、气液流量计算仪按照流量计算方法计算输出气、液各相体积流量、流体压力、温度等参数。

根据式(2)可计算出混合流体工况平均密度ρ见下式：

混合流体工况体积流量为气、液单相工况体积流量之和qv如下：

qv＝q气+q液(4)

混合流体质量流量为气、液单相质量流量之和qvρ如下：

qvρ＝q气ρ气+q液ρ液(5)

气、液单相的标况密度可通过取样测出，根据压力、温度传感器测得的压力、温度参数，可计算出气、液单相工况密度ρ气、ρ液，由式(4)、(5)联合求解可计算出气、液各相工况体积流量。

其中，ρ为混合流体工况平均密度，ρ气、ρ液为气、液单相工况密度，qv为气、液单相工况体积流量之和，根据已知的流体压力、温度参数，由式(6)、(7)即可得出气液工况体积流量。

采用上述方法测量气井气液两相流量装置结构简单，成本低，计量精度较高。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。