专利名称:智能化多相流量计的制作方法
本发明属于流量计量仪表类。
迄今为止，国内外都没有多相在线检测的工业型仪表。在油井井口的原油计量中，传统的测量方法是采用三相分离器将油、气、水三相分开；或采用两相分离器将气、液两相分开，然后分相进行计量。采用两相分离器的计量过程见图1。由油井来的原油经伐C进入两相分离器〔5〕，其中伴生气向上流经孔板〔6〕、伐B，油水混合物向下流经伐E与伴生气重新汇合后进入伐D后的总管。在测量产液量时，关闭伐E，分离器内液面将不断上升，通过玻璃管液位计〔2〕记下分离器内液面上升一定高度H所需的时间t，然后根据H、t以及罐径D换算出油井的日产液量。再利用含水仪测出油水混合物的含水率，进而求得日产油量。产液量计量完毕后，打开伐E放出分离器所累积的油水混合物。在测量产气量时，人工调节伐E将分离器内液面维持在一定的高度，通过水银差压计〔1〕测出孔板〔6〕两端压差△P，然后换算出日产气量。这种测量方法的主要缺点是计量不连续、计量工作繁琐、人为因素大，且选择不同的时间量油，估计产量高低相差很大，因此造成很大的测量误差，甚至使油井计量基本上失去意义。
本实用新型的目的是提供一种在线检测的工业型多相流量计。当它用于油井井口的原油计量时，可在取消分离器的条件下，对原油的油、气、水分相流量进行在线的连续测量。
本实用新型的流量计包括专用微机〔5〕，容积式流量传感器〔3〕、〔8〕，压力传感器〔2〕、〔7〕，温度传感器〔9〕，降压装置〔4〕，其连接方式如图2所示。降压装置可采用阻力伐、孔板或浮动伐，其前后压降只需大于0.3kgf／cm2。图2中，在容积式流量传感器〔3〕、〔8〕之前可安装有混相器〔1〕、〔6〕，以使气相和液相混合比较均匀，从而减小容积式流量传感器的测量误差。混相器可采用隔片式静态搅拌器或叶片式旋流搅拌器。在油井井口的原油计量时，还可安装有含水仪(图2中〔10〕)，用以测出原油的含水率。
本实用新型的流量计是基于PVT法原理工作的。气／液两相混合流体在管道中流动时，气相的体积流量与流动状态下的压力、温度密切相关，而液相的体积流量却与流动状态下的压力、温度基本无关。据此，如图2所示，由容积式流量传感器〔3〕、〔8〕和压力传感器〔2〕、〔7〕分别测出同一管道的上、下游两个测量点1和2处的混合流体总体积流量(V1、V2)和压力(P1、P2)，用温度传感器〔9〕和含水仪〔10〕分别测出混合流体的温度〔T〕和含水率(Wr)。根据这些测量参数和被测介质的热力学性质，即可计算出原油中油、气、水各相的分相体积流量和分相的班产量、日产量、月产量以及分相总产量。
为进行PVT法的理论推导并建立分相流量数学模型，假定1.气／液两相流体的总体积流量为气、液各相体积流量之和，即V1＝qL1＋qg1(1)V2＝qL2＋qg2(2)式中V1、V2——测量点1和2处两相总体积流量；qL1、qL2——测量点1和2处液相体积流量；qg1、qg2——测量点1和2处气相体积流量。
2.气相满足理想气体状态方程，即(p1qg1)/(T1) ＝ (p2qg2)/(T2) ＝ (p0qgo)/(To) (3)
式中P0、T0——标准状态下压力、温度，取P0＝1atm，T0＝293°K；qg0——P0、T0条件下的气相体积流量；P1、P2——测量点1和2处压力；T1、T2——测量点1和2处温度，设T1＝T2＝T；3.液相不可压缩，且忽略其热膨胀性，即qL1＝qL2＝qL(4)4.液相体积流量为油、水体积流量之和，即qco＝(1－Wr)·qL(5)qW＝qL·Wr (6)式中qco——原油中油的体积流量；qW——原油中水的体积流量；Wr——含水率。
由上述(1)～(6)式，可得PVT法检测原油流量的数学模型，亦即油、气、水分相流量数学模型qco＝ ((P1V1-P2V2)·(1-Wr))/(P1-P2) (7)qg0＝ ((V2-V1)·P1·P2·To)/((P1-P2)·Po·T) (8)qW＝ ((P1V1-P2V2)·1-Wr)/(P1-P2) (9)本实用新型的流量计采用一种专用微机及系统软件，它能根据上述理论数学模型，并考虑到原油性质及实际工况的修正系数，解算出原油的油、气、水的分相瞬时流量和分相的班、天、月产量以及总产量，并在面板上的三排数码管上直接显示出或打印机打印出各种解算结果，此外还可显示或打印出各种测量参数(V1、V2、P1、P2、T和Wr)。数码管上的显示参数由面板上的按键直接选择。
专用微机可具有初始设置电路、信号输入电路、运算处理电路、显示电路、操作键电路以及打印机、电源部分。其初始设置电路可具有十一二进制数码拨盘和按键；操作键电路可具有互锁按键和分压电阻。系统软件包括主程序、时钟中断程序、日期设置中断程序、定打控制中断程序和即打控制中断程序。
图3为专用微机的原理图。图中〔1〕、〔2〕为容积式流量传感器；〔3〕、〔4〕为压力传感器；〔5〕为温度传感器；〔6〕为含水仪；〔7〕为信号输入电路，实现信号与数字量的转换。它包括频率信号输入和模拟信号输入两部分。从两个容积式流量传感器来的脉冲信号，由接口电路直接转换成数字量进入主机，而压力、温度、含水率信号则经模拟信号输入通道转换成0～5V的电压信号，再由模／数转换器轮流采样，转换成相应的数字量送入主机；〔8〕为运算处理电路，由Z－80CPU、CTC、RAM、EPROM以及相应的支持芯片等构成，完成信号输入传递、处理和运算等作用。其中CTC 0、1通道构成秒定时器，定时发出中断信号，以进行采样、运算等操作，CTC2通道用于年、月、日、时、分、秒的初始设置，CTC3通道用于控制打印；〔9〕为显示电路，由锁存器、译码驱动器和LED7段显示器组成，分为三路显示，每路6个数码管，用以同时显示油、气、水各相的瞬时流量或累积流量；〔10〕为打印机部分，采用智能化μp－16A微型打印机，与主机接口后可按需要打印各种数据；〔11〕为电源部分，为整机各部分电路和传感器提供所需的工作电源，具有过温保护和短路保护等功能；〔12〕为初始设置电路，由两位十一二进制数码拨盘、设置键、复位键及相应的接口电路组成，用于设置仪表启动工作时刻的年、月、日、时、分、秒；〔13〕为操作键电路，由面板操作键和相应电路组成，面板操作键包括显示功能选择和打印功能选择两组按键。六个显示功能选择按键采用自锁机构，以防止操作失误而引起显示出错。同时为了能以较少的按键而实现较多功能的显示，还设有一个二功能选择开关，从而实现十二种显示功能。两个打印功能选择按键为定时打印和即时打印，定时打印为自锁按键，可实现两种定时打印方式时打印和日打印。即时打印按键无自锁，按下可立即打印出全部数据。面板操作键操作简单方便，並配有位置显示发光二极管，显示明确清晰。
图4为主程序流程图。主程序主要完成建立栈顶、CTC初始化、初始显示以及打印等任务。仪表通电复位以后，在面板数码管上仅显示“19”与两个小数点，此即初始显示。这种初始显示兼有自诊断作用，在开机时可以初步判断仪表是否工作正常。由图4还可看出，仪表在开机时，只有日期设置完成之后，才能继续工作，这样既符合一般仪表工作情况，又使得日期设置与时钟中断等无关。
图5为时钟中断程序流程图。时钟中断是系统软件的主要程序，用以完成流量计的大部分功能。时钟中断程序中调用一个日历程序，时钟中断程序每执行一次，秒单元内容加1，到60秒时，秒单元清零而分单元内容加1，依此类推，时、日、月、年单元内容在相应时刻清零或加1。日历程序一直运行到1999年。
本机具有十多种显示功能，为了实现这些功能，专门设计了显示判断程序。通过面板上的按键操作，可执行显示判断程序中的某一子程序，从而在数码管上显示出相应的十进制数值。在只有键1按下时，显示日历和时钟后，即中断返回，设置这一功能的目的是便于仪表使用前，或各输入信号为零时，仪表可以先启动工作，而不致于一直显示出错标志。此外，在仪表正常运行后，该键还兼有总清零作用。为了避免误操作而丢失数据，班、天、月总清零键按下后，将执行一延时程序，这时闪烁显示0，延时10秒后才把相应存贮单元清零，并固定显示0，同时把清零前的数据全部打印出来。
为了满足不同显示功能的要求，同时又不显示过多的无效位，编制了小数点可以自动移动的二换十进制程序，在被显示数小于30时，显示2位小数和1～2位整数；被显示数大于30而小于300时，显示1位小数和1～3位整数；被显示数大于300时，只显示整数。油、气、水三相班产量显示单位(l)，其余产量和瞬时流量显示单位为(m3／h)。
为使程序不致过长，而又能满足精度要求，本机采用定点多字节运算，並且油、气、水分相流量公式的计算，均采用分子、分母分别连乘之后再相除，这样公式运算采用不同的多精度乘、除法程序。
图6为定打控制中断程序流程图。本实用新型具有八种打印形式(即打、时定打、天定打以及四种清零打印)，其打印数据多少不完全相同，如初始打印仅打印启动时间及日期，而其它打印则打印不同的数据。为实现如此多种打印，软件采用打印起始地址及打印条来控制。定打控制中断程序有两种定打方式时定打和天定打，前者打印部分数据，后者在每天16点时打印全部数据，因此在时打印设置和天打印设置时将设置不同的打印起始地址和打印条。
本实用新型的流量计功能齐全、操作简单、使用方便、显示直观清晰，适合于工业现场的应用。当它用于油井井口原油计量时，具有以下特点1)实现了原油的在线、连续计量；2)可以取消分离器，简化了计量工作和工艺流程；3)提高了计量精度和计量的自动化程度。此外，本实用新型的流量计的系统软件经修改之后，亦可用于多路单相流量的测量显示，並实现温压补偿、非线性补偿等特殊功能要求的运算。
本实用新型的流量计在胜利油田进行油井井口原油流量的在线计量。采用的容积式流量传感器为电信号输出的LB型刮板流量计；压力传感器为DDZ－Ⅱ型压力变送器；温度传感器为AD590集成电路温度传感器；降压装置为3″工艺伐门；混相器为隔片式静态搅拌器。含水率Wr采用电脱仪多次分析数据的平均值，用DDZ－Ⅱ型恒流给定器输入专用微机。现场采用标准罐(分离器)按经典的容积法，对本实用新型的流量计进行了标定，液相计量误差在5％以内，气相计量误差在10％以内。
权利要求
1.一种流量计，其特征在于，它具有专用微机、容积式流量传感器、压力传感器、温度传感器和降压装置。
2.根据权利要求
1所述的一种流量计，其特征在于，它还具有混相器和含水仪。其混相器可采用隔片式静态搅拌器和叶片式旋流搅拌器。
3.根据权利要求
1所述的一种流量计，其特征在于所说的专用微机具有初始设置电路、信号输入电路、运算处理电路、显示电路和操作键电路。其初始设置电路具有十一二进制数码拨盘和按键；操作键电路具有互锁按键和分压电阻。
4.根据权利要求
1所述的一种流量计，其特征在于所说的降压装置可采用阻力伐、孔板和浮动伐，其前后压降大于0.3kgf／cm2。
专利摘要
一种智能化多相流量计，包括专用微机、容积式流量传感器、压力传感器、温度传感器、降压装置以及含水仪。它适用于工业上气/液两相流的在线连续计量，特别可用于油田原油的在线连续计量。构成多相流的各分相瞬时流量和分相的班、天、月以及总产量，可直接在面板上显示或由打印机打印出。流量计功能齐全、操作简单、使用方便、显示直观清晰。
文档编号G01F1/00GK86204960SQ86204960
公开日1987年7月8日 申请日期1986年7月10日
发明者周泽魁, 胡赤鹰, 李海青 申请人:浙江大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan