基于三差压数据拟合模型的湿气两相流量计量装置及方法与流程

1.本发明涉及天然气计量技术领域，特别涉及一种基于三差压数据拟合模型的湿气两相流量计量装置及方法。


背景技术：

2.在天然气开采过程中，作业区的生产人员，计量技术人员，各级的管理人员，均需要对每一口气井的产气量和产液量进行实时的了解和掌控，进而保证现场的安全，进行成本测算和实现精细化的管理。目前，天然气井的计量方式为多井采气管道汇集在一起，通过气液分离器分离后分相计量，但是采用气液分离器计量的方法存在占地面积大，不能真实掌握每一口气井产量的缺点。
3.差压式多相流计量设备结构简单、可靠性高、技术成熟、成本低、维护方便，在多相流各流型下能够较为稳定工作。在多相流领域，国内外专家学者利用差压原理计算多相流分相含率做了很多尝试和努力。murdock、james、chisholm、smith、lin、steven和steven and hall等都对差压式流量计气液两相流的测量模型进行了理论和实验研究，获得了一系列的半经验测量模型，对于混合流量的计量提供了很多想法和思路，同时引入了虚高模型概念。
4.差压方法测量流量，常用节流件为孔板、喷嘴、文丘里。考虑喷嘴和孔板节流件存在压损较大，且一个节流件只能测量单差压，单差压的波动对天然气气液两相流的计量并无明显规律，因此在本发明中，采用文丘里作为节流原件。利用文丘里前后差压及总差压之间的规律，建立计量模型。
5.湿气计量本质是多相流计量得一种，其计量技术一直计量领域的难点。因此，研究一种适用于现场实际应用的湿气两相流量计量方法，使其计量精准、应用范围广，对天然气的生产开发将会是一件十分必要的工作。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种基于三差压数据拟合模型的湿气两相流量计量装置及方法。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
8.一种基于三差压数据拟合模型的湿气两相流量计量装置，包括：
9.文丘里管；
10.差压传感器，设置有三组，沿所述文丘里管内湿气流动的方向间隔布置，各差压传感器之间设有导压连通管用于测量流经该段管体气液的总差压
△
p
a
、上差压
△
p
b
和下差压
△
p
c
；
11.静压传感器，设置在所述的文丘里管上，用于测量管体内气液的压力；
12.温度传感器，设置在所述的文丘里管上，用于测量管体内气液的温度；
13.采集盒，套置在所述的文丘里管上，用于所述差压传感器、静压传感器和温度传感
器的线束汇总，所述的采集盒中设有计算模块用于计算气液两相流量。
14.在进一步的技术方案中，所述的计量装置还包括表头，所述的表头经由支撑杆安装在所述采集盒上，用于显示气液两相流量的计算结果。
15.在进一步的技术方案中，所述的计量装置还包括护罩外壳，所述的护罩外壳套设在三组差压传感器外。
16.本发明还提供了一种基于上述计量装置对湿气两相流量进行计量的方法，所述的方法包括利用温度传感器获得管道内湿气的温度，利用静压传感器获得管道内湿气的压力，根据经验公式计算出天然气的密度和粘度：
17.ρ＝f(t,p)
18.μ＝f(t,p)
19.其中，t为管道温度，p为管道压力，ρ为天然气的密度，μ为天然气的粘度；
20.以文丘里管为基础，设置三个取压点，分别安装差压传感器，利用导压连通管的横向连接测量出总差压
△
p
a
、上差压
△
p
b
和下差压
△
p
c
；
21.判断管道内是否为纯气：
[0022][0023]
若k值大于或等于2.5，则判定管道内为纯气相，并根据上差压
△
p
b
计算产气量q
v
；
[0024][0025]
若k值小于2.5，则判定管道内为气液两相，并根据下差压
△
p
c
计算x；
[0026]
x＝
△
p
b
/
△
p
c
[0027]
然后拟合液相体积含率：
[0028]
y1＝ax2‑
bx+c
[0029]
其中，a，b，c都为实验数据拟合出的系数，且都小于1；
[0030]
拟合气相虚高修正系数模型：
[0031]
y2＝dx+e
[0032]
其中，d，e都为实验数据拟合出的系数，且都小于1；
[0033]
计算得到气液两相的流量分别为：
[0034][0035]
q
液
＝q
v
×
y1。
[0036]
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
[0037]
本发明提供的基于三差压数据拟合模型的湿气两相流量计量装置，具有结构简单，安装方便的优点，适用于安装于单井井口；而且，本发明提供的计量装置的表头高度集成化，可实现所有参数数据的一屏显示。
[0038]
本发明提供的基于三差压数据拟合模型的湿气两相流量计量方法，通过实验与实际应用数据拟合算法模型，将传统节流计算模型与拟合模型相结合计算气液两相，逻辑简单，计算可靠。
附图说明
[0039]
图1示出为根据本发明具体实施方式提供的一种基于三差压数据拟合模型的湿气两相流量计量装置的结构示意图；
[0040]
图2示出为图1中计量装置的后视图；
[0041]
图3示出为图1中计量装置的俯视图；
[0042]
图4示出为本发明提供的计量装置中差压传感器的安装结构示意图；
[0043]
图5示出为本发明中表头的结构示意图；
[0044]
图6示出为本发明提供的计量装置中温度传感器的安装结构示意图；
[0045]
图7示出为本发明中采集盒的安装结构示意图；
[0046]
图中标号说明：1
‑
文丘里管，2
‑
护罩外壳，3
‑
差压传感器，4
‑
差压传感器安装支架，5
‑
采集盒，6
‑
十字槽盘头螺钉，7
‑
防爆接头组件，8
‑
支撑杆，9
‑
导压连通管，10
‑
内六角圆柱头螺钉，11
‑
外壳连接法兰，12
‑
防爆外壳，13
‑
多参数电路，14
‑
下差压
△
p
c
取压组件，15
‑
上差压
△
p
b
取压组件，16
‑
总差压
△
p
a
取压组件，17
‑
静压取压组件，18
‑
活接弯头，19
‑
温度传感器，20
‑
安装座，21
‑
内六角圆柱头螺钉，22
‑
采集盒安装支架，23
‑
静压传感器，24
‑
表头。
具体实施方式
[0047]
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐明本发明。
[0048]
结合图1所示，本发明提供了一种基于三差压数据拟合模型的湿气两相流量计量装置，包括文丘里管1、差压传感器3、静压传感器23、温度传感器19和采集盒5；
[0049]
其中，所述的差压传感器3设置有三组，且三组差压传感器3沿所述文丘里管1内湿气流动的方向间隔布置，各差压传感器3之间设有导压连通管9用于测量流经该段管体气液的总差压
△
p
a
、上差压
△
p
b
和下差压
△
p
c
；具体如图1所示的，三组差压传感器3分别通过差压传感器安装支架4安装在文丘里管1上。
[0050]
如图2所示为图1中计量装置的后视图，分别示出了下差压
△
p
c
取压组件14，上差压
△
p
b
取压组件15，总差压
△
p
a
取压组件16和静压取压组件17的结构。图3示出为图1中计量装置的俯视图；图4中示出了本发明提供的计量装置中差压传感器的安装结构示意图；其中，h代表高压端，l代表低压端。
[0051]
所述的静压传感器23设置在所述的文丘里管1上，用于测量管体内气液的压力；
[0052]
所述的温度传感器19，设置在所述的文丘里管1上，用于测量管体内气液的温度，结合图6所示，所述的温度传感器19通过安装座20和活接弯头18予以固定。
[0053]
所述的采集盒5套置在所述的文丘里管1上，用于所述差压传感器3、静压传感器23和温度传感器19的线束汇总，所述的采集盒5中设有计算模块用于计算气液两相流量。结合图7所示，所述的采集盒5通过采集盒安装支架22和内六角圆柱头螺钉10予以安装固定。
[0054]
所述的计量装置还包括表头24，所述的表头24经由支撑杆8安装在所述采集盒5上，用于显示气液两相流量的计算结果。如图5所示为本发明中表头24的具体结构，表头24经由防爆外壳12和连接法兰11安装在支撑杆8的上端，通过内六角圆柱头螺钉10连接固定，所述的表头24中安装有多参数电路13。
[0055]
所述的计量装置还包括护罩外壳2，所述的护罩外壳2套设在三组差压传感器3外，
如此，形成一体式湿气流量计。
[0056]
本发明提供的计量装置，还可通过外接信号线，将温压数据、差压数据以及流量数据远程传送。
[0057]
本发明还提供了一种基于上述计量装置对湿气两相流量的计量方法，所述的方法包括利用温度传感器获得管道内湿气的温度，利用静压传感器获得管道内湿气的压力，根据经验公式计算出天然气的密度和粘度：
[0058]
ρ＝f(t,p)
[0059]
μ＝f(t,p)
[0060]
其中，t为管道温度，p为管道压力，ρ为天然气的密度，μ为天然气的粘度；
[0061]
以文丘里管为基础，设置三个取压点，分别安装差压传感器，利用导压连通管的横向连接测量出总差压
△
p
a
、上差压
△
p
b
和下差压
△
p
c
；
[0062]
判断管道内是否为纯气：
[0063][0064]
若k值大于或等于2.5，则判定管道内为纯气相，并根据上差压
△
p
b
计算产气量q
v
；
[0065][0066]
若k值小于2.5，则判定管道内为气液两相，并根据下差压
△
p
c
计算x；
[0067]
x＝
△
p
b
/
△
p
c
[0068]
然后拟合液相体积含率：
[0069]
y1＝ax2‑
bx+c
[0070]
其中，a，b，c都为实验数据拟合出的系数，且都小于1；
[0071]
拟合气相虚高修正系数模型：
[0072]
y2＝dx+e
[0073]
其中，d，e都为实验数据拟合出的系数，且都小于1；
[0074]
计算得到气液两相的流量分别为：
[0075][0076]
q
液
＝q
v
×
y1。
[0077]
本发明提供的计量方法，3、通过实验与实际应用数据拟合算法模型，将传统节流计算模型与拟合模型相结合计算气液两相，逻辑简单，计算可靠。
[0078]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。