一种基于差压原理的段塞流检测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于差压原理的段塞流检测方法及装置，其特征在于：包括差压式液位变送器、水平直管道和信号处理器；所述差压式液位变送器分别电连接同一信号处理器；检测方法包括以下步骤：1)在水平直管道上设置至少两组差压式液位变送器；2)将流经水平直管道流体的液位发送至信号处理器；3)确认段塞流的产生；4)确认段塞流的衰减；5)两组差压式液位变送器距离已知，计算段塞流液柱的流速；6)根据段塞流液柱的产生和衰减时间间隔和流速，计算液柱的长度。本发明能够检测管道内是否发生段塞流，且能够在管道内检测段塞流液柱长度和流速，可以在各种管道的段塞流检测过程中广泛用。
【专利说明】一种基于差压原理的段塞流检测方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种油气管道检测方法及装置，特别是关于一种用于油气输送管道的 基于差压原理的段塞流检测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在油气田生产中，由于地形、清管作业以及流体动力等原因在油气混输的管道中 会产生段塞流。段塞流是油气混输管道中一种常见的流型，是指气体和液体交替在管道中 流动，充满整个管道面积的液塞会被气团分割，气团下方沿管道流动的是分层液膜。该流型 属于不稳定流动，会引起管道中的压力和气液的瞬时流量的急剧波动，同时，也会造成管道 的强烈震动，从而对下游的操作及设备造成较大的影响，甚至造成生产事故。目前，国内绝 大多数集输管道中都没有安装段塞流检测装置，而在油气田生产中，发生段塞流时如果不 能提前判断，并在生产中采取措施，将会对后续生产设备的正常运行造成较大影响。所以， 为了保证管道及下游油气处理设备的最优设计和操作，需要提供一种能够检测管道内发生 段塞流的方法及装置。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够检测管道内是否发生段塞流，且能 够在管道内检测段塞流液柱长度和流速的基于差压原理的段塞流检测方法及装置。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于差压原理的段塞流检测方 法，包括以下步骤：1)在一段油气混输管道的水平直管道上间隔设置距离为L的两组差压 式液位变送器，并将两组差压式液位变送器分别电连接同一信号处理器；2)流体进入水平 直管道流经两组差压式液位变送器，两组差压式液位变送器分别将流经水平直管道流体的 液位发送至信号处理器，由信号处理器对液位数据进行判断是否发生了段塞流；3)当时间 为tl时，位于前面的差压式液位变送器检测到实际的液位为100%，则假定此时产生了段 塞流；接着，当时间为t2时，位于后面的差压式液位变送器同样也检测到液位为100%，则 可以确认从时间tl起，管道内确实产生了段塞流；4)当时间为t3时，位于前面的差压式 液位变送器检测到实际的液位〈95%，则假设此时段塞流已经开始衰减；接着，当时间为t4 时，位于后面的差压式液位变送器同样也检测到液位〈95%，则可以确认此时段塞流已经衰 减；5)由于两组差压式液位变送器距离L为已知，因此段塞流液柱的流速V为：
[0005] V =
[0006] 6)根据段塞流液柱的产生的时间tl到段塞流液柱衰减的时间t4之间的时间间隔 和由步骤5)得到的段塞流液柱的流速V，计算出段塞流液柱的长度Ll :
[0007] LI = v(t4-tl) 〇
[0008] 所述步骤1)中的差压式液位变送器为间隔设置的三组及以上。
[0009] -种基于差压原理的段塞流检测装置，其特征在于：它包括一段油气混输管道的 水平直管道，其上间隔设置有两组差压式液位变送器，且两组差压式液位变送器分别电连 接同一信号处理器；两组所述差压式液位变送器的每一组为两个，且分别设置在所述水平 直管道同一直径的上、下。
[0010] 所述水平直管道是一油气混输管道中的一段直管道。
[0011] 所述差压式液位变送器为间隔设置的三组及以上。
[0012] 所述信号处理器采用可编程控制器PLC。
[0013] 所述信号处理器采用数字信号处理器DSP。
[0014] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于提供了一种在管 道内检测管道段塞流的检测装置，能够检测段塞流液柱的长度和速度，以及段塞流发生的 时间等信息，为后续工艺的生产分离器和段塞流捕集器的前馈控制提供相关的参数，从而 大大减小后路发生设备生产问题的可能性。2、本发明由于能够检测到段塞流的发生，不但 可以为清管作业提供依据和数据支持，而且可以为油气田后期集输设备的改造和优化提供 数据支持。本发明可以广泛用于各种管道的段塞流检测过程中。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本发明段塞流检测装置的结构示意图，其中，1表示一组差压式液位变送 器，2表示一组差压式液位变送器，3表示水平直管道，4表示信号处理器。
【具体实施方式】
[0016] 如图1所示，本发明装置至少包括两组差压式液位变送器1、2,其间隔设置在一段 水平直管道3上，水平直管道3是管道上的一段水平流体输送直管道。两组差压式液位变 送器1、2的每一组分别为两个，相对应地安装在水平直管道同一径向的顶部和底部。两组 差压式液位变送器1、2相隔距离为L，两组差压式液位变送器1、2分别电连接同一信号处理 器4,信号处理器4采用可编程控制器PLC或数字信号处理器DSP，信号处理器4通过对各 差压式液位变送器1、2信号的分析来确定是否发生段塞流。
[0017] 上述实施例中，差压式液位变送器的数量还可以是三组或三组以上。
[0018] 本发明基于差压原理的段塞流检测方法包括以下步骤：
[0019] 1)在一段油气混输管道的水平直管道3上间隔设置距离为L的两组差压式液位变 送器1、2,两组差压式液位变送器1、2分别连接同一信号处理器4 ;
[0020] 2)流体进入水平直管道3流经两组差压式液位变送器1、2,两组差压式液位变送 器1、2分别将流经水平直管道3流体的液位按照设定的周期，发送至信号处理器4,由信号 处理器4对液位数据进行判断是否发生了段塞流；
[0021] 3)当时间为tl时，位于前面的差压式液位变送器1检测到实际的液位为100%， 则假定此时产生了段塞流；接着，当时间为t2时，位于后面的差压式液位变送器2同样也检 测到100%的液位，则可以确认从时间tl起，管道内确实产生了段塞流；
[0022] 4)当时间为t3时，位于前面的差压式液位变送器1检测到实际的液位〈95%，则 假设此时段塞流已经开始衰减；接着，当时间为t4时，位于后面的差压式液位变送器2同样 也检测到液位〈95%，则可以确认此时段塞流已经衰减；
[0023] 5)由于两组差压式液位变送器1、2距离L为已知，因此段塞流液柱的流速V为：
[0024] V = 士；
[0025] 6)根据段塞流液柱的产生的时间tl到段塞流液柱衰减的时间t4之间的时间间隔 和由步骤5)得到的段塞流液柱的流速V，用段塞流的流速V与段塞流衰减和段塞流产生的 时间差（t4_tl)相乘即为这段段塞流液柱的长度Ll :
[0026] LI = v(t4_tl)。
[0027] 上述实施例中，当差压式液位变送器为三组或三组以上时，可以通过第二组以后 的差压式液位变送器，对段塞流的方式进行验证，以获得更精确的验证段塞流发生。
[0028] 本发明方法只是应用液位压差法测量段塞流的发生和衰减，进而得到断流塞的流 速和液柱长度，根据这些检测和计算数据，能够为保证管道和下游油气处理设备的最优设 计和操作管道的安全运行提供依据。本发明方法在理论进行了阐述，但是由于段塞流实际 发生时的工况比较复杂，比如段塞流液柱中会有一些气团，或者因流体物性不同等原因会 出现各种不同的情况，在实际应用中可以采用一些数学方法来对公式进行修正，以保证检 测结果与实际情况根据符合。
[0029] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式，以及运行和计算 步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均 不应排除在本发明的保护范围之外。
【权利要求】
1. 一种基于差压原理的段塞流检测方法，包括以下步骤： 1) 在一段油气混输管道的水平直管道上间隔设置距离为L的两组差压式液位变送器， 并将两组差压式液位变送器分别电连接同一信号处理器； 2) 流体进入水平直管道流经两组差压式液位变送器，两组差压式液位变送器分别将流 经水平直管道流体的液位发送至信号处理器，由信号处理器对液位数据进行判断是否发生 了段塞流； 3) 当时间为tl时，位于前面的差压式液位变送器检测到实际的液位为100%，则假定 此时产生了段塞流；接着，当时间为t2时，位于后面的差压式液位变送器同样也检测到液 位为100%，则可以确认从时间tl起，管道内确实产生了段塞流； 4) 当时间为t3时，位于前面的差压式液位变送器检测到实际的液位〈95%，则假设此 时段塞流已经开始衰减；接着，当时间为t4时，位于后面的差压式液位变送器同样也检测 到液位〈95%，则可以确认此时段塞流已经衰减； 5) 由于两组差压式液位变送器距离L为已知，因此段塞流液柱的流速V为：
6) 根据段塞流液柱的产生的时间tl到段塞流液柱衰减的时间t4之间的时间间隔和由 步骤5)得到的段塞流液柱的流速V，计算出段塞流液柱的长度Ll : LI = V (t4_tl) 〇
2. 如权利要求1所述的一种基于差压原理的段塞流检测方法，其特征在于：所述步骤 1)中的差压式液位变送器为间隔设置的三组及以上。
3. -种实现如权利要求1或2所述方法的基于差压原理的段塞流检测装置，其特征在 于：它包括一段油气混输管道的水平直管道，其上间隔设置有两组差压式液位变送器，且两 组差压式液位变送器分别电连接同一信号处理器；两组所述差压式液位变送器的每一组为 两个，且分别设置在所述水平直管道同一直径的上、下。
4. 如权利要求3所述的一种基于差压原理的段塞流检测装置，其特征在于：所述水平 直管道是一油气混输管道中的一段直管道。
5. 如权利要求3所述的一种基于差压原理的段塞流检测装置，其特征在于：所述差压 式液位变送器为间隔设置的三组及以上。
6. 如权利要求4所述的一种基于差压原理的段塞流检测装置，其特征在于：所述差压 式液位变送器为间隔设置的三组及以上。
7. 如权利要求3或4或5或6所述的一种基于差压原理的段塞流检测装置，其特征在 于：所述信号处理器采用可编程控制器PLC。
8. 如权利要求3或4或5或6所述的一种基于差压原理的段塞流检测装置，其特征在 于：所述信号处理器采用数字信号处理器DSP。
9. 如权利要求7所述的一种基于差压原理的段塞流检测装置，其特征在于：所述信号 处理器采用数字信号处理器DSP。
【文档编号】F17D5/00GK104329566SQ201410586523
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】仇晨, 李清平, 秦蕊, 张辉, 朱海山, 姚海元, 程兵, 陈绍凯, 王珏, 尹丰 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院, 宁波威瑞泰默赛多相流仪器设备有限公司