一种基于气液预分离的定容管活塞式油气水三相流量计及测量方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于气液预分离的定容管活塞式油气水三相流量计，包括气液分离部分、天然气湿气计量部分、油水两相流计量部分；气液分离部分包括旋流器、缓冲罐、疏水阀；天然气湿气计量部分包括定容积的圆柱计量管，内置可上下移动的活塞；计量管的两头各接两个电磁阀控制进排气换向；计量管上还安装有温度和压力变送器；油水两相流计量部分包括垂直的定容积的圆柱计量管，内置可上下移动的活塞；计量管的两头各接两个电动阀控制进排液换向；计量管上还安装有温度和压差变送器。本发明可以实现在线油气水三相流量计量，由于使用了容积型的计量手段，因此具有较高的精度且不含放射线。
【专利说明】一种基于气液预分离的定容管活塞式油气水三相流量计及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于原油油井采出液多相流量测量【技术领域】，涉及一种基于气液预分离的定容管活塞式油气水三相流量计及测量方法。
【背景技术】
[0002]原油油井采出液主要含有油、天然气、水等介质，它在管道中输送时，不论是油气水三相混输还是油水两相输送或者是天然气湿气输送都是属于典型多相流问题。
[0003]油气水多相流量计是油田开采的原油在管道中输送时进行油、气、水三相介质流量计量的仪表，可以广泛应用于陆上油田和海上石油工业中。由于多相流动的复杂性，油气水多相流量计的研制有较大的难度，目前存在多种多相流量计的研制技术路线。
[0004]油气水多相流量计的研究工作始于1980年左右，到目前为止有不少研究机构致力于研究开发适用于油井采出液的三相流量计。但由于多相流动的复杂性和应用条件的多变性，使得多相流量计的研究难度很大，至今仍然没有商业化的多相流量计能完全满足工业应用的要求。而且，由于油田油层储量管理和开采技术的发展需要，对水下甚至井下应用的多相流量计的需求也日益迫切。近年来，随着相关研究工作的进展，多相检测的新技术不断出现，这使得未来多相流量计的性能有可能得到很大改善，出现更好的商业化的多相流量计产品。一个理想的多相流量计应具有合理的精度(典型值±5%/每相流体)、可靠、不受流态影响及适用于宽相含率变化范围。目前已经商业化了的三相流量计，其中大多数系统都拥有相密度、相含率和相速度测量部件以利于各相流体的质量流量的测量，但针对油井采出液这种流量和相含率波动范围大和流动复杂的场合，现有技术的应用依然有很大困难。目前多相流量计的有效相含率测量主要依赖放射线技术，但是我国近年来大幅度提高了对放射线的使用监管，不鼓励放射线的使用，同时在放射技术应用的工业领域也对放射线的使用持有相当的戒心，普遍持不欢迎的态度。因此，对于多相流量计的研发思路而言，不含放射线的测量技术是目前的首选。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种油水两相流计量部分不含放射线的、具有合理的精度、可靠、不受流量、流态波动影响及适用于宽相含率变化范围；天然气湿气计量部分能克服天然气中所含少量液滴的雾状流体对天然气湿气流量计量影响的油气水三相流量计。
[0006]为了解决上述问题，本发明提供一种基于气液预分离的定容管活塞式油气水三相流量计，包括气液分离部分、天然气湿气计量部分、油水两相流计量部分；
[0007]气液分离部分包括旋流器、缓冲罐、疏水阀；旋流器将进入的油气水进行气液分离；天然气湿气经过缓冲罐进入天然气湿气计量部分；油水两相经过疏水阀进入油水两相流计量部分；
[0008]天然气湿气计量部分包括定容积的圆柱计量管，内置可上下移动的活塞；计量管的两头各接两个电动阀控制进排气换向，可以控制计量管分别实现下进气、上排气计量以及上进气、下排气计量；计量管上还安装有温度和压力变送器，实现天然气湿气的体积流量计量;
[0009]油水两相流计量部分包括垂直的定容积的圆柱计量管，内置可上下移动的活塞；计量管的两头各接两个电动阀控制进排液换向，可以控制计量管分别实现下进液、上排液计量以及上进液、下排液计量；计量管上还安装有温度和压差变送器，由压差信号实现油水两相含率的计算，进而实现油水两相的各相流量计算，温度信号可以对原油和水在工况温度下的密度进行修正计算。
[0010]进一步，活塞和管壁间是滑动紧配合，活塞两侧流体密封。
[0011]进一步，天然气湿气计量部分的换向由可编程控制器控制4个电动阀的开闭顺序来控制流动方向，分别实现天然气湿气的下进气、上排气行程和上进气、下排气行程；如此往复循环运动，配合对活塞运动上下止点间的行程计时，即可实现天然气湿气的体积流量的计量。
[0012]进一步，油水两相流计量部分的换向由可编程控制器控制4个电动阀的开闭顺序来控制流动方向，分别实现油水混合液的下进液、上排液行程和上进液、下排液行程；如此往复循环运动，配合对活塞运动上下止点间的行程计时，即可实现流体的总体积流量的计量。
[0013]本发明还提供一种基于气液预分离的定容管活塞式油气水三相流量计的测量方法，包括如下步骤:
[0014]将油气水三相进行分离，分别进入天然气湿气计量部分和油水两相流计量部分；
[0015]测量柱塞筒容积V、柱塞筒压力P1、柱塞筒温度T1、活塞上下止点间的运动时间t ；
[0016]在高温、低压，即小于2.5Mpa的工况下按下述公式计算气体流量:
【权利要求】
1.一种基于气液预分离的定容管活塞式油气水三相流量计，其特征在于:包括气液分离部分、天然气湿气计量部分、油水两相流计量部分； 所述气液分离部分包括旋流器、缓冲罐、疏水阀；所述旋流器将进入的油气水进行气液分离；天然气湿气经过所述缓冲罐进入所述天然气湿气计量部分；油水两相经过所述疏水阀进入所述油水两相流计量部分； 所述天然气湿气计量部分包括定容积的圆柱计量管，内置可上下移动的活塞；所述计量管的两头各接两个电动阀控制进排气换向，可以控制所述计量管分别实现下进气、上排气计量以及上进气、下排气计量；所述计量管上还安装有温度和压力变送器，实现天然气湿气的体积流量计量； 所述油水两相流计量部分包括垂直的定容积的圆柱计量管，内置可上下移动的活塞；所述计量管的两头各接两个电动阀控制进排液换向，可以控制所述计量管分别实现下进液、上排液计量以及上进液、下排液计量；所述计量管上还安装有温度和压差变送器，由压差信号实现油水两相含率的计算，进而实现油水两相的各相流量计算，温度信号可以对原油和水在工况温度下的密度进行修正计算。
2.如权利要求1所述的一种基于气液预分离的定容管活塞式油气水三相流量计，其特征在于: 所述活塞和管壁间是滑动紧配合，活塞两侧流体密封。
3.如权利要求2所述的一种基于气液预分离的定容管活塞式油气水三相流量计，其特征在于: 所述天然气湿气计量部分的换向由可编程控制器控制4个电动阀的开闭顺序来控制流动方向，分别实现天 然气湿气的下进气、上排气行程和上进气、下排气行程；如此往复循环运动，配合对活塞运动上下止点间的行程计时，即可实现天然气湿气的体积流量的计量。
4.如权利要求3所述的一种基于气液预分离的定容管活塞式油气水三相流量计，其特征在于: 所述油水两相流计量部分的换向由可编程控制器控制4个电动阀的开闭顺序来控制流动方向，分别实现油水混合液的下进液、上排液行程和上进液、下排液行程；如此往复循环运动，配合对所述活塞运动上下止点间的行程计时，即可实现流体的总体积流量的计量。
5.一种如权利要求1所述的一种基于气液预分离的定容管活塞式油气水三相流量计的测量方法，其特征在于，包括如下步骤: 将油气水三相进行气液分离，气液分别进入所述天然气湿气计量部分和所述油水两相流计量部分； 测量柱塞筒容积V、柱塞筒压力P1、柱塞筒温度T1、活塞上下止点间的运动时间t ； 在高温、低压，即小于2.5Mpa的工况下按下述公式计算气体流量:
【文档编号】G01F1/34GK103822672SQ201410045033
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月7日 优先权日:2014年2月7日
【发明者】张向文, 李东晖, 许德禹, 吴应湘, 李开兴 申请人:中国科学院力学研究所