專利名稱：原油－天然氣－水三相流量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種原油-天然氣-水三相流量?jī)x。
背景技術(shù)：
隨著油田開采，集輸技術(shù)的發(fā)展，特別是上世紀(jì)九十年代末開始，油田對(duì)原油-天然氣-水三相流量?jī)x的需求日益迫切，特別是在海洋油田的開發(fā)上對(duì)三相流量?jī)x有更加急迫的需求。目前三相流量?jī)x主要使用文丘里管測(cè)三相總流量，γ射線測(cè)相比率(氣、液比和油、水比)。此方法由于采用了γ射線，對(duì)安全防護(hù)有較高要求，較大地限制了此類產(chǎn)品的使用范圍，且γ射線測(cè)含水率(油水比)時(shí)，把油水的密度作為特征量，依據(jù)油、水密度的不同來計(jì)量含水率，由于油、水密度較接近(其密度比在0.83∶1到0.93∶1)，精度受到限制，特別是在稠油(其密度為水的90％以上)狀態(tài)時(shí)，很難精確測(cè)定含水率。另外還有用介電常數(shù)作為特征量，用電容法測(cè)量含水率，此方法雖然避免了γ射線帶來的安全問題，且油、水介電常數(shù)相差非常大，可以較容易的區(qū)分油、水，但水的介電常數(shù)受礦化度影響非常大，極大的影響了測(cè)量精度。依據(jù)傳熱學(xué)原理，把油、水的導(dǎo)熱系數(shù)作為特征量來測(cè)量含水率，但此方法由于受油的粘度變化影響(油的粘度隨溫度變化很大)，且由于流動(dòng)和傳熱過程的復(fù)雜性(目前都依賴經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算傳熱過程)，其量程范圍受到局限，且調(diào)試過程復(fù)雜限制了應(yīng)用，同時(shí)根據(jù)流體力學(xué)理論，用倒U型管測(cè)量氣、液比的方法，此方法由于受流型影響嚴(yán)重，特別是當(dāng)流型為環(huán)狀流時(shí)很難準(zhǔn)確測(cè)定氣、液比，且調(diào)試較為復(fù)雜。國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于1998年10月07日公告了一種“油氣水三相流量?jī)x”，申請(qǐng)?zhí)柺?6236320，結(jié)構(gòu)是包括文丘里管、傳感器、信號(hào)采集處理器。垂直設(shè)置的取樣管道通過倒U型管與主管道相連，U型管測(cè)量段兩側(cè)、取樣管道、文丘里管分別裝有非接觸式壓力差傳感器，各傳感器均經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器接計(jì)算機(jī)。雙文丘管水平放置。溫度傳感器、壓力傳感器分別裝于水平主管道內(nèi)，主管道內(nèi)設(shè)有閥門。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)中不足之處，提供一種新的原油-天然氣-水三相流量?jī)x及測(cè)量方法，在油田開采，特別是在海洋油田的開發(fā)上擴(kuò)大使用范圍，提高測(cè)量精度和使用性能。本發(fā)明是專利申請(qǐng)人投資進(jìn)行了大量研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)展而來，其原理和測(cè)量方法是把比熱作為特征量(油、水的比熱比約為1∶3)，從來流中取出部分液體以固定流量流過一個(gè)加熱器，由于油、水比熱不同，不同含水率的液體經(jīng)過加熱器所達(dá)到的溫差不同，通過計(jì)算即可得出含水率及原油-天然氣-水三相流量。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是原油-天然氣-水三相流量?jī)x，基本由閥、“U”形管、變送器、含水取樣分析裝置12、文丘利管22、靜態(tài)混合器23組成，其特征是設(shè)備進(jìn)口13經(jīng)過流型整理器14分成上下兩路；上面一路為氣管路18，從流型整理器14出口到排液出口21依次裝配壓力變送器15、旋進(jìn)漩渦流量?jī)x16、溫度變送器17和并聯(lián)的氣液阻力平衡閥20；下面一路為水油管路25，從流型整理器14出口到排液出口21依次裝配帶有壓差變送器3的倒“U”形管24、靜態(tài)混合器23、文丘利管22，其中在倒“U”形管24下降管段連接含水取樣裝置12。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題還采用的技術(shù)方案是所述的原油-天然氣-水三相流量?jī)x，其特征是在含水取樣裝置12中，含水取樣管道10進(jìn)口至回路依次是，進(jìn)口經(jīng)取樣器27、裝有左右壓差變送器3的“U”形管11、齒輪泵2、溫度、溫差復(fù)合變送器4、帶有左右加熱棒9的倒“U”形管24和取樣回路8，其中帶有加熱棒9的倒“U”形管24后段與前面的溫度、溫差復(fù)合變送器4之間組成復(fù)合變送器測(cè)溫回路5。
所述的原油-天然氣-水三相流量?jī)x，其特征是在帶有左右加熱棒9的倒“U”形管24上部或者含水取樣管道10上連接安裝有溫度傳感器6。
所述的原油-天然氣-水三相流量?jī)x，其特征是在含水取樣管道10進(jìn)口處連接球閥1，在取樣回路8上或者含水取樣管道10上連接連接油流量開關(guān)7。
所述的原油-天然氣-水三相流量?jī)x，其特征是測(cè)量方法是被測(cè)流體先經(jīng)過流型整理器14處理分作兩路，上面一路是分出的大部分氣體，經(jīng)旋進(jìn)漩渦流量?jī)x16測(cè)量；下面一路是分出的液體和少部分氣體經(jīng)倒“U”形管24測(cè)氣、液比，經(jīng)靜態(tài)混合器23混合均勻，再經(jīng)過文丘里管測(cè)總流量Q:Q=CΔP2ρm]]>式中C系數(shù)ΔP2文丘里管壓差，單位Paρm混合物密度，單位Kg/m3在流體流經(jīng)倒“U”形管(24)上升段時(shí)測(cè)量此段的壓差ΔP1，此壓差由以下部分組成ΔP1＝ρmgh+ΔPf式中g(shù)重力加速度，單位M/S2h兩取壓點(diǎn)之間高度差，單位MΔPf流動(dòng)阻力，單位Pa其中ΔPf根據(jù)流體力學(xué)原理估算出來，即可求出ρm＝(ΔP1-ΔPf)/gh而同時(shí)ρm＝αQρg+(1-α)Q Hρw+(1-α)Q(1-H)ρo式中α含氣率H 含水率(可由含水測(cè)量段測(cè)出)ρg已知的氣體密度，單位Kg/m3ρw已知的水密度，單位Kg/m3ρo已知的油密度，單位Kg/m3Q由文丘里管測(cè)出的總流量，單位m3/S因而求出α，從而求出氣體流量Qg，Qg＝αQ，整個(gè)氣體總流量Qg總＝αQ+Qg表式中Qg表為旋進(jìn)漩渦流量?jī)x(16)所測(cè)氣量，單位m3/S
流體流經(jīng)倒“U”形管(24)下降管段時(shí)，從流體中取出部分液體，此部分液體由齒輪泵(2)抽出，由含水取樣裝置(12)測(cè)出此部分液體中含有極少量的氣體ΔPxup＝ρmxghx+ΔPfxΔPxdown＝ΔPfx-ρmxghx2Pxdownghx＝ΔPfx-ΔPxdownρmx＝ΔPxup-ΔPxdown)/2ghx----------①式中ρmx＿＿＿＿取樣回路流體密度，單位Kg/m3ΔPxup＿＿＿＿取樣回路上升管壓差，單位Kg/m3ΔPxdown＿＿＿＿取樣回路下降管壓差，單位Kg/m3hx＿＿＿＿取樣差點(diǎn)高度差，單位M然后流體流經(jīng)加熱棒(9)，測(cè)量溫差ΔT和加熱功率WW=QP(ρmxρwH+(1-H)ρoHCW+ρmxρwH(1-H)ρo(1-H)CO)---(2)]]>①、②聯(lián)立求出含水率H----------式中Qp＿＿＿＿齒輪泵流量，單位m3/SCw＿＿＿＿水比熱，單位w/Kg·℃Co＿＿＿＿油比熱，單位w/Kg·℃本發(fā)明的有益效果是此結(jié)構(gòu)依賴?yán)碚撚?jì)算方法，避免了傳熱計(jì)算中的經(jīng)驗(yàn)成分，因而量程范圍和精度極大提高，調(diào)試過程極大簡(jiǎn)化，同時(shí)避免了粘度帶來的影響，氣、液比測(cè)量方面在U型管前加上了一個(gè)流型整理器(或叫做部分分離裝置)，分掉大部分氣體用旋進(jìn)旋渦流量計(jì)計(jì)量，使經(jīng)過倒U型管的流體始終維持在低氣、液比的狀態(tài)，避免了流型帶來的影響，擴(kuò)大了量程范圍和測(cè)量精度，簡(jiǎn)化了調(diào)試過程，本發(fā)明兩種結(jié)構(gòu)裝置適用不同范圍，這種工作原理及測(cè)量方法無(wú)γ射線的安全隱患，可測(cè)量稠油，不受礦化度影響。具有測(cè)量精度高、適用范圍廣、測(cè)量可靠、穩(wěn)定的特點(diǎn)。
四

圖1是本發(fā)明第一種三相流量?jī)x結(jié)構(gòu)和工作示意圖，圖2是第二種三相流量?jī)x結(jié)構(gòu)和工作示意圖。
上述圖中標(biāo)號(hào)說明1.球閥，2.齒輪泵，3.壓差變送器，4.溫度、溫差復(fù)合變送器，5.復(fù)合變送器測(cè)溫回路，6.溫度傳感器，7.油流量開關(guān)，8.取樣回路，9.加熱棒，10.含水取樣管道，11.“U”形管，12.含水取樣分析裝置，13.設(shè)備進(jìn)口，14.流型整理器，15.壓力變送器，16.旋進(jìn)漩渦流量?jī)x，17.溫度變送器，18.氣管路，19.三通，20.氣液阻力平衡閥，21.排液出口，22.文丘利管，23.靜態(tài)混合器，24.倒“U”形管，25.水油管路，26.過濾器，27.取樣器。
五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，在圖1中，從設(shè)備進(jìn)口13到排液出口21是一個(gè)完整的三相流量?jī)x結(jié)構(gòu)和工作示意圖。設(shè)備進(jìn)口13經(jīng)過流型整理器14分作上下兩路，上邊一路氣管路18，下邊一路為水油管路25。其中在上邊一路氣管路18行程中，浮動(dòng)式球閥1經(jīng)壓力變送器15、旋進(jìn)漩渦流量?jī)x16、溫度變送器17、三通19、兩個(gè)并聯(lián)氣液阻力平衡閥20、三通19和排液出口21組成回路，這一路主要是通過測(cè)壓力、流量和溫度，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體流量。在下邊一路為水油管路25行程中，浮動(dòng)式球閥1經(jīng)過帶有壓差變送器3的倒“U”形管24、浮動(dòng)式球閥1、靜態(tài)混合器23、文丘利管22和排液出口21組成回路；同時(shí)在倒“U”形管24下降管段連接一個(gè)含水取樣分析裝置12小回路，在含水取樣分析裝置12中，含水取樣管道10進(jìn)口至回路依次是，進(jìn)口經(jīng)取樣器27、浮動(dòng)式球閥1、裝有左右壓差變送器3的“U”形管11、齒輪泵2、溫度、溫差復(fù)合變送器4、帶有左右加熱棒9的倒“U”形管24、溫度傳感器6、油流量開關(guān)7和取樣回路8組成回路；其中帶有加熱棒9的倒“U”形管24后段與前面的溫度、溫差復(fù)合變送器4之間組成復(fù)合變送器測(cè)溫回路5，在帶有左右加熱棒9的倒“U”形管24上安裝有溫度傳感器6。
在圖2中，對(duì)照?qǐng)D1，基本結(jié)構(gòu)上是一樣的，不同的是含水取樣分析裝置12放在流型整理器14的前面，在設(shè)備進(jìn)口13和含水取樣分析裝置12整體之間多了一個(gè)過濾器26，過濾器26根據(jù)含沙量可裝可不裝；取樣器27下面主管道經(jīng)過球閥1連接流型整理器14。
本發(fā)明系統(tǒng)的用途及測(cè)量方法如圖1所示，被測(cè)流體先經(jīng)過流型整理裝置14，把大部分氣體分出，經(jīng)過上面一路的旋進(jìn)漩渦流量?jī)x16測(cè)量。下面一路液體和少部分氣體經(jīng)倒“U”形管24測(cè)氣、液比，經(jīng)靜態(tài)混合器23混合均勻，再經(jīng)過文丘里管22測(cè)總流量Q，即Q=CΔP2ρm]]>式中C系數(shù)ΔP2文丘里管壓差，單位Paρm混合物密度，單位Kg/m3在流體流經(jīng)倒“U”形管(24)上升段時(shí)測(cè)量此段的壓差ΔP1，此壓差由以下部分組成ΔP1＝ρmgh+ΔPf式中g(shù)重力加速度，單位M/S2h兩取壓點(diǎn)之間高度差，單位MΔPf流動(dòng)阻力，單位Pa其中ΔPf根據(jù)流體力學(xué)原理估算出來，即可求出ρm＝(ΔP1-ΔPf)/gh而同時(shí)ρm＝αQρg+(1-α)QHρw+(1-α)Q(1-H)ρo式中α含氣率H含水率(可由含水測(cè)量段測(cè)出)ρg已知的氣體密度，單位Kg/m3ρw已知的水密度，單位Kg/m3ρo已知的油密度，單位Kg/m3
Q由文丘里管測(cè)出的總流量，單位m3/S因而求出d，從而求出氣體流量Qg，Qg＝αQ，整個(gè)氣體總流量Qg總＝αQ+Qg表式中Qg表為旋進(jìn)漩渦流量?jī)x(16)所測(cè)氣量，單位m3/S流體流經(jīng)倒“U”形管(24)下降管段時(shí)，從流體中取出部分液體，此部分液體由齒輪泵(2)抽出，由含水取樣裝置(12)測(cè)出此部分液體中含有極少量的氣體ΔPxup＝ρmxghx+ΔPfxΔPxdown＝ΔPfx-ρmxghx2Pxdownghx＝ΔPfx-ΔPxdownρmx＝ΔPxup-ΔPxdown)/2ghx----------①式中ρmx＿＿＿＿取樣回路流體密度，單位Kg/m3ΔPxup＿＿＿＿取樣回路上升管壓差，單位Kg/m3ΔPxdown＿＿＿＿取樣回路下降管壓差，單位Kg/m3hx＿＿＿＿取樣差點(diǎn)高度差，單位M然后流體流經(jīng)加熱棒(9)，測(cè)量溫差ΔT和加熱功率WW=QP(ρmxρwH+(1-H)ρoHCW+ρmxρwH+(1-H)ρo(1-H)CO)---(2)]]>①、②聯(lián)立求出含水率H----------式中Qp＿＿＿＿齒輪泵流量，單位m3/SCw＿＿＿＿水比熱，單位w/Kg·℃Co＿＿＿＿油比熱，單位w/Kg·℃通過文丘里管(22)測(cè)出了總流量Q，帶有壓差變送器(3)的倒“U”形管(24)測(cè)出含氣率α，加熱棒(9)測(cè)出含水率H，即分別得出油、氣、水流量Qg＝αQQw＝(1-α)QHQo＝(1-α)Q(1-H)Qg＿＿＿＿氣流量，單位m3/SQw＿＿＿＿水流量，單位m3/SQo＿＿＿＿油流量，單位m3/S在使用中，圖1所示系統(tǒng)由于取樣在流型整理器14后面，適用于對(duì)含水率H測(cè)量的響應(yīng)速度不高的地方，油田生產(chǎn)的特點(diǎn)決定其時(shí)間尺度很長(zhǎng)，對(duì)響應(yīng)速度一般要求不高，如果在對(duì)響應(yīng)速度要求高的場(chǎng)合，可采用圖2所示的系統(tǒng)，把取樣放在流型整理器14的前面。
權(quán)利要求
1.原油-天然氣-水三相流量?jī)x，基本由閥、“U”形管、變送器、含水取樣分析裝置(12)、文丘利管(22)、靜態(tài)混合器(23)組成，其特征是設(shè)備進(jìn)口(13)經(jīng)過流型整理器(14)分成上下兩路；上面一路為氣管路(18)，從流型整理器(14)出口到排液出口(21)依次裝配壓力變送器(15)、旋進(jìn)漩渦流量?jī)x(16)、溫度變送器(17)和并聯(lián)的氣液阻力平衡閥(20)；下面一路為水油管路(25)，從流型整理器(14)出口到排液出口(21)依次裝配帶有壓差變送器(3)的倒“U”形管(24)、靜態(tài)混合器(23)、文丘利管(22)，其中在倒“U”形管(24)下降管段連接含水取樣裝置(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原油-天然氣-水三相流量?jī)x，其特征是在含水取樣裝置(12)中，含水取樣管道(10)進(jìn)口至回路依次是，進(jìn)口經(jīng)取樣器(27)、裝有左右壓差變送器(3)的“U”形管(11)、齒輪泵(2)、溫度、溫差復(fù)合變送器(4)、帶有左右加熱棒(9)的倒“U”形管(24)和取樣回路(8)，其中帶有加熱棒(9)的倒“U”形管(24)后段與前面的溫度、溫差復(fù)合變送器(4)之間組成復(fù)合變送器測(cè)溫回路(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原油-天然氣-水三相流量?jī)x，其特征是在帶有左右加熱棒(9)的倒“U”形管(24)上部或者含水取樣管道(10)上連接安裝有溫度傳感器(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原油-天然氣-水三相流量?jī)x，其特征是在含水取樣管道(10)進(jìn)口處連接球閥(1)，在取樣回路(8)上或者含水取樣管道(10)上連接連接油流量開關(guān)(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原油-天然氣-水三相流量?jī)x，其特征是測(cè)量方法是被測(cè)流體先經(jīng)過流型整理器(14)處理分作兩路，上面一路是分出的大部分氣體，經(jīng)旋進(jìn)漩渦流量?jī)x(16)測(cè)量；下面一路是分出的液體和少部分氣體經(jīng)倒“U”形管(24)測(cè)氣、液比，經(jīng)靜態(tài)混合器(23)混合均勻，再經(jīng)過文丘里管測(cè)總流量QQ=CΔP2ρm]]>式中C系數(shù)ΔP2文丘里管壓差，單位Paρm混合物密度，單位Kg/m3在流體流經(jīng)倒“U”形管(24)上升段時(shí)測(cè)量此段的壓差ΔP1，此壓差由以下部分組成ΔP1＝ρmgh+ΔPf式中g(shù)重力加速度，單位M/S2h兩取壓點(diǎn)之間高度差，單位MΔPf流動(dòng)阻力，單位Pa其中ΔPf根據(jù)流體力學(xué)原理估算出來，即可求出ρm＝(ΔP1-ΔPf)/gh而同時(shí)ρm＝αQρg+(1-α)QHρW+(1-α)Q(1-H)ρo式中α含氣率H含水率(可由含水測(cè)量段測(cè)出)ρg已知的氣體密度，單位Kg/m3ρW已知的水密度，單位Kg/m3ρo已知的油密度，單位Kg/m3Q由文丘里管測(cè)出的總流量，單位m3/S因而求出α，從而求出氣體流量Qg，Qg＝αQ，整個(gè)氣體總流量Qg總＝αQ+Qg表式中Qg表為旋進(jìn)漩渦流量?jī)x(16)所測(cè)氣量，單位m3/S流體流經(jīng)倒“U”形管(24)下降管段時(shí)，從流體中取出部分液體，此部分液體由齒輪泵(2)抽出，由含水取樣裝置(12)測(cè)出此部分液體中含有極少量的氣體ΔPxup＝ρmxghx+ΔPfx△Pxdown＝△Pfx-ρmxghx2Pxdownghx＝ΔPfx-ΔPxdownρmx＝ΔPxup-ΔPxdown)/2ghx----------①式中ρmx_______取樣回路流體密度，單位Kg/m3ΔPxup_____取樣回路上升管壓差，單位Kg/m3ΔPxdown___取樣回路下降管壓差，單位Kg/m3hx_________取樣差點(diǎn)高度差，單位M然后流體流經(jīng)加熱棒(9)，測(cè)量溫差ΔT和加熱功率WW=QP(ρmxρwH+(1-H)ρoHCw+ρmxρwH+(1-H)ρo(1-H)Co)---(2)]]>①、②聯(lián)立求出含水率H----------式中Qp_________齒輪泵流量，單位m3/SCw_________水比熱，單位w/Kg·℃Co_________油比熱，單位w/Kg·℃通過文丘里管(22)測(cè)出了總流量Q，帶有壓差變送器(3)的倒“U”形管(24)測(cè)出含氣率α，加熱棒(9)測(cè)出含水率H，即分別得出油、氣、水流量Qg＝αQQw＝(1-α)Q HQo＝(1-α)Q(1-H)Qg________氣流量，單位m3/SQw________水流量，單位m3/SQo________油流量，單位m3/S。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種原油－天然氣－水三相流量?jī)x。目前三相流量?jī)x主要使用文丘里管三相總流量，γ射線測(cè)相比率，由于采用了γ射線，對(duì)安全防護(hù)有較高要求，限制了此類產(chǎn)品的使用范圍，很難精確測(cè)定含水率。本發(fā)明的目的是提供一種新的原油－天然氣－水三相流量?jī)x及測(cè)量方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)備進(jìn)口經(jīng)過流型整理器分兩路，一路依次裝配壓力變送器、旋進(jìn)漩渦流量?jī)x、溫度變送器和并聯(lián)的氣液阻力平衡閥；另一路依次裝配倒“U”形管、含水取樣分析裝置、靜態(tài)混合器、文丘利管。優(yōu)點(diǎn)此結(jié)構(gòu)依賴?yán)碚撚?jì)算方法，避免了傳熱計(jì)算中的經(jīng)驗(yàn)成分，因而量程范圍和精度極大提高，調(diào)試過程簡(jiǎn)化，擴(kuò)大量程范圍，簡(jiǎn)化調(diào)試過程，適用范圍廣，精度高。
文檔編號(hào)G01F1/34GK1793787SQ20051002278
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者易楠, 周芳德, 郭輝, 劉彬, 王濤 申請(qǐng)人:西安開爾能源工程有限責(zé)任公司