一种多相流微压差测量装置及流量计量方法
【专利摘要】本发明公开了一种多相流微压差测量装置，其包括：用于多向流体流通的直管道、电容传感器、密度计传感器、多参数微压差变送器、节流装置、温度传感器、远方数据终端、以及上位机，其中所述直管道包括相反设置的第一端和第二端，所述平行极板式电容传感器安装在靠近第一端的直管道内，所述节流装置安装在靠近第二端的直管道内，所述直管道还包括位于第一端和第二端之间的节流节上游管道、均匀支管道节流、及节流节下游直管道，所述密度计传感器安装在节流节上游管道处，所述多参数微压差变送器安装在均匀支管道节流处，所述温度传感器安装在节流节下游直管道处。
【专利说明】一种多相流微压差测量装置及流量计量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种流量测量技术，尤其涉及一种多相流微压差测量装置及流量计量 方法。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外大型石油公司和相关机构都致力于多相流计量方法和装置的研宄和 应用。已开发出的商业化计量装置基本上可分为如下两大类：
[0003] -类是对待测油、水、气多相流预先进行气液相分离，然后再对分离后的气相和液 相分别进行计量。这种计量可达一定精度，已在油田得到广泛应用。由于气液相分离通常 采用重力分离法或旋流分离法，分离器结构十分庞大，且造价高、安装难度大。况且，计量精 度直接受到气液相分离效率以及气液相分别计量有效控制的制约，要继续提高计量精度有 较大的困难。
[0004] 另一类是无需对多相进行预先分离，而直接对多相流的参数进行计量。由于待计 量参数包括液质量流量/体积流量和含水率，以及气流量和气液比等众多参数，往往需要 在采用孔板流量计的同时，还必须采用伽玛射线、微波等计量方法对相比参数进行单独测 量。这种方法可在线计量，精度较高，在石油工业的计量检测中占有相当的份额，例如美国 专利US6935,189B2。但由于这种计量结果直接受多相流的流型和流态的影响，计量结果不 易稳定，计量装置结构与原理十分复杂，价格昂贵，标定、安装与维修相当麻烦。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于：提供一种轻巧、精度高、安装与维修方便的多相 流微压差测量装置。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
[0007] 一种多相流微压差测量装置，其包括：用于多向流体流通的直管道、电容传感器、 密度计传感器、多参数微压差变送器、节流装置、温度传感器、远方数据终端、以及上位机， 其中所述直管道包括相反设置的第一端和第二端，所述平行极板式电容传感器安装在靠近 第一端的直管道内，所述节流装置安装在靠近第二端的直管道内，所述直管道还包括位于 第一端和第二端之间的节流节上游管道、均匀支管道节流、及节流节下游直管道，所述密度 计传感器安装在节流节上游管道处，所述多参数微压差变送器安装在均匀支管道节流处， 所述温度传感器安装在节流节下游直管道处。
[0008] 本发明进一步的改进如下：
[0009] 进一步地，所述直管道的第二端与远方数据终端通过有线连接。
[0010] 进一步地，所述远方数据终端与上位机通过无线GPRS连接。
[0011] 本发明所要解决的另一技术问题在于：提供一种上述多相流微压差测量装置的流 量计量方法。
[0012] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种多相流微压差测量装置的流量 计量方法，所述多相流微压差测量装置包括：用于多向流体流通的直管道、电容传感器、密 度计传感器、多参数微压差变送器、节流装置、温度传感器、远方数据终端、以及上位机，所 述直管道包括相反设置的第一端和第二端，所述平行极板式电容传感器安装在靠近第一端 的直管道内，所述节流装置安装在靠近第二端的直管道内，所述直管道还包括位于第一端 和第二端之间的节流节上游管道、均匀支管道节流、及节流节下游直管道，所述密度计传感 器安装在节流节上游管道处，所述多参数微压差变送器安装在均匀支管道节流处，所述温 度传感器安装在节流节下游直管道处，其特征在于，所述多相流微压差测量装置的流量计 量方法包括如下步骤：
[0013] (1)所述节流装置检测流体的混合电容率、检测流体的混合电导率、检测节流差 压、检测流体的压力、检测流体的温度、检测流体的混合密度；
[0014] (2)通过远方数据终端将这些数据无线发送给上位机，再由上位机中计量模型计 算各相比率及流量。
[0015] 进一步地，所述多参数微压差变送器检测压差、静压；所述密度计传感器检测混合 密度信号；所述温度传感器检测温度信号；所述平行极板式电容传感器检测电容率和电导 率信号；将检测节流压差，静压，温度，混合密度、电容率、电导率信号集成在一块表的电路 中集中处理。
[0016] 进一步地，所述远方数据终端接收多参数微压差变送器检测的信号，通过无线传 给上位机，上位机用于实现对数据的计算、显示和存储。
[0017] 进一步地，将检测的数据利用计算机技术和数据处理技术，进行大量数学计算和 温压补偿计算。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该多相流微压差测量装置的流量计 量方法无需气液相预先分离，本发明设计采用多参数变送器检测相关参数，通过巧妙的温 压补偿方式，即解决了参变量对传感系数的影响，又解决了由于流体雷诺数变化对流体流 出系数及可膨胀系数的影响，从而避免了零点漂移，确保了计量精度；该多相流微压差测 量装置具有结构紧凑简单、线性重复性好、计量精度高、操作方便、适用面宽、易于推广等特 点；可广泛适用于油气田、石油化工、普通化工、冶金、污水处理等行业。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是本发明一种多相流微压差测量装置的结构示意图。
[0020] 图2是本发明一种多相流微压差测量装置的流量计量方法工作流程图。
[0021] 其中：1.平行极板式电容传感器，2.密度计传感器，3.多参数微压差变送器，4.节 流装置，5.温度传感器，6.远方数据终端，7.上位机，8.系统软件。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0023] 如图1至图2所示，为符合本发明一种多相流微压差测量装置及流量计量方法结 构示意图。一种多相流微压差测量装置，其包括：用于多向流体流通的直管道、平行极板式 电容传感器1、密度计传感器2、多参数微压差变送器3、节流装置4、温度传感器5、远方数据 终端6、以及上位机7。所述直管道包括相反设置的第一端（未标号）和第二端（未标号）， 所述平行极板式电容传感器1安装在靠近第一端的直管道内，所述节流装置4安装在靠近 第二端的直管道内，所述直管道还包括位于第一端和第二端之间的节流节上游管道、均匀 支管道节流、及节流节下游直管道。所述密度计传感器2安装在节流节上游管道处，所述多 参数微压差变送器3安装在均匀支管道节流处，所述温度传感器5安装在节流节下游直管 道处。所述直管道的第二端与远方数据终端通过有线连接。所述远方数据终端（RTU)6与 上位机7通过无线GPRS连接。
[0024] 所述多相流微压差测量装置的流量计量方法包括如下步骤：
[0025] (1)所述节流装置4检测流体的混合电容率、检测流体的混合电导率、检测节流差 压、检测流体的压力、检测流体的温度、检测流体的混合密度；
[0026] (2)通过远方数据终端（RTU)6将这些数据无线发送给上位机7,再由上位机7中 计量模型计算各相比率及流量。所述多参数微压差变送器3检测压差、静压；所述密度计传 感器2检测混合密度信号；所述温度传感器5检测温度信号；所述平行极板式电容传感器1 检测电容率和电导率信号；将检测节流压差，静压，温度，混合密度、电容率、电导率信号集 成在一块表的电路中集中处理。所述远方数据终端（RTU)6接收多参数微压差变送器检测 的信号，通过无线传给上位机7,上位机7用于实现对数据的计算、显示和存储。将检测的数 据利用计算机技术和数据处理技术，进行大量数学计算和温压补偿计算。
[0027] 将平行极板式电容传感器1和节流装置4安装直管道中，密度计传感器2安装在 节流节上游管道处，多参数微压差变送器3安装在均匀支管道节流处，温度传感器5安装 在节流节下游直管道处，将检测的信号集中一个表中发射，并由远方数据终端（RTU)6由无 线传至上位机7,再由系统软件8分析计算处理并显示各相比数据和各相流量值。
[0028] 图2是本发明一种多相流微压差测量装置及流量计量方法工作流程示意图。将平 行极板式电容传感器检测的电容率和电导率，密度计传感器检测的密度P，多参数微压差 变送器检测的压差AP，压力P，温度传感器检测的温度T，由电控柜中远方数据终端（RTU) 通过GPRS远传至中控室上位机，上位机中计量软件系统通过分析计算后并显示各相比数 据和各相流量值。
[0029] 根据电容率方程：
[0030] e混合物=ae气+0e水+ye油
[0031] 式中：e^物为混合物电容率，F/m(法拉/米）；a为气相分率；0为水相分率；
[0032] y为油相分率；e^为气相电容率；e7]c为水相电容率；为e_油相电容率。
[0033] 电导率方程：
[0034] 〇混合物=a〇气+ 0 〇水+y〇油
[0035] 式中：〇 ?物为混合物电导率，S/m(西门子/米）；〇 ^为气相电导率；〇7ic为水相 电导率；〇 ?为油相电导率。
[0036] 密度方程：
[0037] p混合物=ap气+ 0p水+yp油
[0038] 式中：P 为混合物密度，kg/m3(千克/立方米）；Pn为气相密度；P7ic为水相 密度；P?为油相密度。
[0039] 归一方程：
[0040] a+0+y= 1
[0041] 其中，e_根据输入的流体PVT参数由流量计算机求得，e#为常数约等于70F/m， en为常数约等于lF/m; 根据输入的流体PVT参数由流量计算机求得，〇 _和〇 n均为 常数，数值趋于无穷大；P 用密度传感器可测得，e 用电容传感器可测得，〇 ^^^用 电导率传感器可测得；a为单位时间内气相在混合物中占的体积百分数，0为单位时间内 水相在混合物中占的体积百分数，Y为单位时间内油相在混合物中占的体积百分数，a、0 和y均为方程中的未知变量。
[0042] 混合物低含水期电容传感器工作时，电容率方程、密度方程和归一方程3个方程 联立求解油气水各相相分率；混合物高含水期电导率传感器工作时，电导率方程、密度方程 和归一方程3个方程联立求解油气水各相相分率。
[0043] 再根据多相流体积流量计算公式：
【权利要求】
1. 一种多相流微压差测量装置，其包括：用于多向流体流通的直管道、平行极板式电 容传感器、密度计传感器、多参数微压差变送器、节流装置、温度传感器、远方数据终端、以 及上位机，其特征在于：所述直管道包括相反设置的第一端和第二端，所述平行极板式电容 传感器安装在靠近第一端的直管道内，所述节流装置安装在靠近第二端的直管道内，所述 直管道还包括位于第一端和第二端之间的节流节上游管道、均匀支管道节流、及节流节下 游直管道，所述密度计传感器安装在节流节上游管道处，所述多参数微压差变送器安装在 均匀支管道节流处，所述温度传感器安装在节流节下游直管道处。
2. 如权利要求1所述的多相流微压差测量装置，其特征在于：所述直管道的第二端与 远方数据终端通过有线连接。
3. 如权利要求1所述的多相流微压差测量装置，其特征在于：所述远方数据终端与上 位机通过无线GPRS连接。
4. 一种多相流微压差测量装置的流量计量方法，所述多相流微压差测量装置包括：用 于多向流体流通的直管道、平行极板式电容传感器、密度计传感器、多参数微压差变送器、 节流装置、温度传感器、远方数据终端、以及上位机，所述直管道包括相反设置的第一端和 第二端，所述平行极板式电容传感器安装在靠近第一端的直管道内，所述节流装置安装在 靠近第二端的直管道内，所述直管道还包括位于第一端和第二端之间的节流节上游管道、 均匀支管道节流、及节流节下游直管道，所述密度计传感器安装在节流节上游管道处，所述 多参数微压差变送器安装在均匀支管道节流处，所述温度传感器安装在节流节下游直管道 处，其特征在于，所述多相流微压差测量装置的流量计量方法包括如下步骤： (1) 所述节流装置检测流体的混合电容率、检测流体的混合电导率、检测节流差压、检 测流体的压力、检测流体的温度、检测流体的混合密度； (2) 通过远方数据终端将这些数据无线发送给上位机，再由上位机中计量模型计算各 相比率及流量。
5. 如权利要求4所述的多相流微压差测量装置的流量计量方法，其特征在于：所述 多参数微压差变送器检测压差、静压；所述密度计传感器检测混合密度信号；所述温度传 感器检测温度信号；所述平行极板式电容传感器检测电容率和电导率信号；将检测节流压 差，静压，温度，混合密度、电容率、电导率信号集成在一块表的电路中集中处理。
6. 如权利要求5所述的多相流微压差测量装置的流量计量方法，其特征在于：所述远 方数据终端接收多参数微压差变送器检测的信号，通过无线传给上位机，上位机用于实现 对数据的计算、显示和存储。
7. 如权利要求6所述的多相流微压差测量装置的流量计量方法，其特征在于：将检测 的数据利用计算机技术和数据处理技术，进行大量数学计算和温压补偿计算。
【文档编号】G01F1/86GK104515562SQ201410808669
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】檀朝銮, 章路路, 陈强, 董凌 申请人:安徽中控仪表有限公司