本實用新型涉及油田三相流測量技術(shù)，尤其是一種管道式高含水油井產(chǎn)液三相計量裝置。

背景技術(shù)：

油田生產(chǎn)過程中，油井采出液主要含有油、伴生氣、水等，產(chǎn)出液在井下油管和地面管道中流動過程中，其流量和相含量的測量都屬于典型多相流計量問題。本實用新型中的“三相”是指油田伴生氣相、油相、水相。由于多相流動的復雜性，油氣水多相流量計的研制有較大的難度，目前存在多種多相流量計的研制技術(shù)路線。

在兩相流測量技術(shù)中，分離法仍然是目前最可靠和精度最高的技術(shù)。如中國專利ZL200810112558.3,ZL200710046862.8等都是采用大型容器作為油氣水三相分離系統(tǒng)，然后在采用單相計量的方法。因為這種方法是把多相流體中油氣水三相流體分離成單相氣體和油和水后，再分別用單相流量計測量各相流量，因而避免流型變化和流動不穩(wěn)定等因素對測量的影響。但是實際多相流體測量中，很多流體有時無法做到經(jīng)濟有效的完全分離，這個多相計量帶來了很多的麻煩?？紤]以上問題，國內(nèi)外研究人員也采用了部分分離技術(shù)，如美國專利US6128962，采用部分分離法，縮小分離器尺寸，但不是將全部三相流徹底分離成單相流，影響了計量精度。中國專利ZL98113068.2也采用了類似的一種分流分相式測量方法，但是當兩相流中的液相或氣相的流量很小(低含氣率或高含水率)時，經(jīng)過分流，從分離器流出的氣相或油相流量就更小，無法代表整體，導致計量誤差大。美國專利US5390547和US7311001分別公開了一種多相流測量裝置,僅利用多相流體管道本身構(gòu)成一種分離系統(tǒng)。該系統(tǒng)放棄了傳統(tǒng)的分離器，但采用外置式旋風分離方式，因此實質(zhì)上它與傳統(tǒng)的分離法并沒有實質(zhì)的區(qū)別。近年來，隨著相關(guān)研究工作的進展，多相檢測的新技術(shù)不斷出現(xiàn)，這使得未來多相流量計的性能有可能得到很大改善。如采用采用電、磁或放射性的方式進行在線測量油氣水三相的相密度、相含率和相速度方法，從而實現(xiàn)油氣水三相測量，如ZL201410468193.3和200810150257.X等，但針對油井采出液這種流量和相含率波動范圍大和流動復雜的場合，現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用依然有很大困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種管道式高含水油井產(chǎn)液三相計量裝置，將產(chǎn)出液的氣相和油水液相進行分離，分離出的氣體由專門管道引出，并采用差壓或者熱式質(zhì)量流量 計等進行氣體準確質(zhì)量計量；經(jīng)過均混器后的油水混合流體，此時水會成為連續(xù)相而油成為分散其中的游離相，采用電容的方式可以實現(xiàn)高含水情況下的含水率的測量，然后以上流體流過后端采用電磁、聲波或射線方式流量測量區(qū)域，實現(xiàn)流量測量，結(jié)合含水參數(shù)和溫度及壓力測量結(jié)果，實現(xiàn)產(chǎn)出液的水的質(zhì)量流量和油的質(zhì)量流量測量。

本實用新型的目的可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：

該管道式高含水油井產(chǎn)液三相計量裝置，包括自下而上依次連接在主管道上的旋流裝置、氣核取樣管、油水均混器、含水測量系統(tǒng)、流量測量系統(tǒng)，所述氣核取樣管中設(shè)置氣液旋流分離器。

本實用新型的目的還可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：

所述氣液旋流分離器下端連接油水排出管，油水排出管向上連接到油水均混器下方，氣液旋流分離器上端連接氣相排出管，所述氣相排出管穿出主管道后在流量測量系統(tǒng)的上方再連接主管道內(nèi)部。

所述氣液旋流分離器和油水均混器之間設(shè)置阻力件一，所述流量測量系統(tǒng)上方設(shè)置阻力件二。

所述氣相排出管上設(shè)置氣相流量計；所述含水測量系統(tǒng)設(shè)置含水率測量計，所述流量測量系統(tǒng)設(shè)置油水流量計；所述主管道末端設(shè)置壓力傳感器、溫度傳感器。

所述溫度傳感器、壓力傳感器、氣相流量計、含水率測量計、油水流量計均與數(shù)據(jù)采集及計量系統(tǒng)連接。

所述氣液旋流分離器用支撐板支撐，所述含水測量系統(tǒng)用支撐系統(tǒng)支撐。

根據(jù)主管道末端設(shè)置壓力傳感器、溫度傳感器，結(jié)合含水參數(shù)和溫度及壓力測量結(jié)果，實現(xiàn)產(chǎn)出液的水的質(zhì)量流量和油的質(zhì)量流量測量。

本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型利用旋流裝置，采用旋流強制流動的手段，增加了油田產(chǎn)出液分離適用范圍，不僅適用于低流速下的分層流、波狀分層流，還適用于高流速下的環(huán)狀流和彈狀流。

通過旋流裝置將流型復雜的油水產(chǎn)出液整理成想要的水環(huán)在外，油核在內(nèi)環(huán)狀流，同時也完全不同于井下常規(guī)的旋風分離的方式和方法,縮小了分離裝置，提高了分離效果。

該油井油氣水三相自動計量系統(tǒng)還包括溫度傳感器和壓力傳感器，該溫度傳感器連接于主管，以獲得溫度值，對油氣水三相流體的密度、體積參數(shù)進行校驗，該壓力傳感器也連接于主管，以獲得壓力值，對油氣水三相流體的密度、體積參數(shù)進行校驗。

將該油井油氣水三相自動計量系統(tǒng)油氣水的物理化學特性輸入到系統(tǒng)的計算機中，再根據(jù)采集到的含水率、流量值、溫度值和壓力值，形成新的特征曲線和參數(shù)再對所采集到的數(shù)據(jù)進行處理和計算，以獲得油氣水各相的體積流量和質(zhì)量流量。以電磁流量測試為例，通過液體電極電容方法(zl201010220880.5)測得均混器后的含水率：α_w，然后采用放射性方法(zl：201310003740.6)或者電磁流量計的方法測油水混合物的總流量：Q_total，可以得到油水混合物中的水相體積流量：Q_w＝α_wQ_total，油水混合物中的油相體積流量：Q_o＝(1-α_w)Q_total，通過噴嘴測得氣體在此溫度和壓力下的氣相體積流量：Q_g，通過氣相和油相和水相的質(zhì)量累加，可以得到油井產(chǎn)出液的油氣水三相體積流量。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為旋流裝置示意圖；

圖3為旋流裝置旋流后的流型圖；

圖3-1為圖3的A-A剖面圖；

圖3-2為圖3的B-B剖面圖。

圖中：1、產(chǎn)液入口段；2、旋流裝置；3、氣核取樣管；4、氣液旋流分離器；5、支撐板；6、油水排出管；7、氣相排出管；8、阻力件一；9、油水排出管出口；10、油水均混器；11、氣相流量計；12、支撐系統(tǒng)；13、含水測量系統(tǒng)；14、流量測量系統(tǒng)；15、阻力件二；16、壓力傳感器；17、溫度傳感器；18、數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)。61、產(chǎn)出液普通流型；62、旋流裝置；63、環(huán)狀流型。

具體實施方式

有關(guān)本實用新型的詳細說明及技術(shù)內(nèi)容，配合附圖說明如下，然而附圖僅提供參考與說明之用，并非用來對本實用新型加以限制。

根據(jù)圖1-3，其中圖3為油田產(chǎn)出液在垂直圓形管道內(nèi)不同流型通過旋轉(zhuǎn)裝置4后轉(zhuǎn)化為氣液或油水的環(huán)狀流的流型示意圖；圖3-1為管道截面顯示的分層流，圖3-2為管道截面顯示的環(huán)狀流。

管道式高含水油井產(chǎn)液三相計量裝置，包括自下而上依次連接在主管道上的旋流裝置2、氣核取樣管3、油水均混器10、含水測量系統(tǒng)13、流量測量系統(tǒng)14，所述氣核取樣管中設(shè)置氣液旋流分離器4。所述氣液旋流分離器下端連接油水排出管6，油水排出管向上連接到油水均混器10下方，氣液旋流分離器上端連接氣相排出管7，所述氣相排出 管穿出主管道后在流量測量系統(tǒng)的上方再連接主管道內(nèi)部。所述氣液旋流分離器和油水均混器之間設(shè)置阻力件一8，所述流量測量系統(tǒng)上方設(shè)置阻力件二15。所述氣液旋流分離器用支撐板5支撐，所述含水測量系統(tǒng)用支撐系統(tǒng)12支撐。

所述氣相排出管上設(shè)置氣相流量計11，圖紙顯示為Q9；所述含水測量系統(tǒng)設(shè)置含水率測量計，圖紙內(nèi)顯示Q1，所述流量測量系統(tǒng)設(shè)置油水流量計，圖紙內(nèi)顯示為au；所述主管道末端設(shè)置壓力傳感器16、溫度傳感器17。所述溫度傳感器、壓力傳感器、氣相流量計、含水率測量計、油水流量計均與數(shù)據(jù)采集及計量系統(tǒng)18連接。

數(shù)據(jù)采集及計量系統(tǒng)：成熟技術(shù)，原理及加工可借鑒，數(shù)據(jù)采集電路可借鑒勝利油田東勝公司，型號：XDY，也可以借鑒文章：SXL—1型油氣水三相流量計量儀的研究，雜志，管道技術(shù)與設(shè)備，1996；

氣液旋流分離器：成熟技術(shù)，原理及加工可借鑒，具體結(jié)構(gòu)可借鑒CN200820026737.0，制造商，梅科閥業(yè)，型號QF；

含水測量系統(tǒng)：成熟技術(shù)，原理及加工可借鑒，具體結(jié)構(gòu)可借鑒文章“水平管內(nèi)兩相流動網(wǎng)絲電容層析成像”熱能動力工程，2006或者專利用于多相流持液率測量的具有液體電極的電容式傳感器申請?zhí)枺?01010220880.5；

流量測量系統(tǒng)(電磁流量計就行)：成熟技術(shù)，原理及加工可借鑒，橫河電磁流量計AXF一體型制造商：哈爾濱恒河自動化控制有限公司。

油井產(chǎn)出液的油氣水三相自動計量系統(tǒng)，其核心是采用管內(nèi)旋流裝置將高含水的油氣水三相產(chǎn)出液整流成氣核和液環(huán)的流型，然后利用管道內(nèi)的緊湊型氣液水力旋流分離器將產(chǎn)出液的氣相和油水液相進行分離，分離出的氣體由專門管道引出，并采用差壓或者熱式質(zhì)量流量計等進行氣體準確質(zhì)量計量。分離出的油水混合液體通過分離器底端的出口引回到主管道內(nèi)阻力件后、油水均混器之前進行充分混合并消除前段旋流造成的影響，經(jīng)過均混器后的油水混合流體，此時水會成為連續(xù)相而油成為分散其中的游離相，采用電容的方式可以實現(xiàn)高含水情況下的含水率的測量，然后以上流體流過后端采用電磁、聲波或射線方式流量測量區(qū)域，實現(xiàn)流量測量，結(jié)合含水參數(shù)和溫度及壓力測量結(jié)果，實現(xiàn)產(chǎn)出液的水的質(zhì)量流量和油的質(zhì)量流量測量，測量后的流體經(jīng)過阻力件后與返回的氣體流量混合，繼續(xù)沿管道輸送，完成油井產(chǎn)液的三相自動計量。

實施例1：

油井產(chǎn)出液通過豎直安裝的產(chǎn)液入口段1流入旋流裝置2后，來流被整流成氣核和油水混合物的外環(huán)貼壁流體，其中的氣核被安置在主管道中心的氣核取樣管3取出，此 時全部氣核和油水混合物通過氣核取樣管3和氣液旋流分離器4的夾壁空間切向氣液旋流分離器4入口，然后高速旋轉(zhuǎn)進入氣液旋流分離器4中依靠旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和重力實現(xiàn)氣液的有效分離。分離出的油水通過油水排出管6重新流入主管道，分離出的氣相通過頂部的出口，穿出主管道通過氣相排出管7并通過專門的氣相質(zhì)量流量計11對分離出的氣體進行準確計量。除去氣體后的油水混合物流過氣液旋流分離器4后繼續(xù)沿著主管道流動，通過阻力件8后，與氣液旋流器分離出來的油水混合物混合，并一同進入油水均混器10，該油水均混器采用正反葉片結(jié)構(gòu)。通過內(nèi)外旋向相反而形成分層和剪切作用，將來流的油水產(chǎn)出液摻混并充分混合?；旌虾蟮挠退a(chǎn)出液，由于產(chǎn)出液是高含水，均混后的流體因此形成的比較均勻的水為連續(xù)相，油為分散相的流體。采用油水均混器之前進行充分混合并消除前段旋流造成的影響，經(jīng)過均混器后的油水混合流體，此時水會成為連續(xù)相而油成為分散其中的游離相，采用電容的方式的含水測量系統(tǒng)13可以實現(xiàn)高含水情況下的含水率的測量，然后以上流體流過后端采用電磁、聲波或射線方式的流量測量系統(tǒng)14，實現(xiàn)流量測量。結(jié)合含水參數(shù)和溫度及壓力測量結(jié)果，實現(xiàn)產(chǎn)出液的水的質(zhì)量流量和油的質(zhì)量流量測量，測量后的流體經(jīng)過阻力件15后與返回的氣體流量混合，然后通過在線的壓力傳感器和溫度傳感器，并將采集到含水、流量、溫度、壓力進行運算和在線顯示，從而完成油井產(chǎn)液的三相自動計量。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，非用以限定本實用新型的專利范圍，其他運用本實用新型的專利精神的等效變化，均應(yīng)俱屬本實用新型的專利范圍。