專利名稱：多相流計(jì)量方法及多相流質(zhì)量流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油田中使用的多相流計(jì)量方法及多相流質(zhì)量流量計(jì)，具體地 說，是測量油、水、氣多相流的各相流量、含水率和氣液比等參量的計(jì)量方 法及質(zhì)量流量計(jì)。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外大型石油公司和相關(guān)機(jī)構(gòu)都致力于多相流計(jì)量方法和裝置 的研究和應(yīng)用。已開發(fā)出的商業(yè)化計(jì)量裝置基本上可分為如下兩大類
一類是對待測油、水、氣多相流預(yù)先進(jìn)行氣液相分離，然后再對分離后的 氣相和液相分別進(jìn)行計(jì)量。這種計(jì)量原理簡單，可達(dá)一定精度，已在油田得到
較廣泛應(yīng)用，例如美國專利US6， 338， 276Bl。由于氣液相分離通常采用重 力分離法或旋流分離法，分離器結(jié)構(gòu)十分龐大，且造價(jià)高、安裝難度大。況且， 計(jì)量精度直接受到氣液相分離效率以及氣液相分別計(jì)量有效控制的制約，要繼 續(xù)提高計(jì)量精度有較大的困難。
另一類是無需對氣液相進(jìn)行預(yù)先分離，而直接對多相流的參數(shù)進(jìn)行計(jì)量。 由于待計(jì)量參數(shù)包括液質(zhì)量流量/體積流量和含水率，以及氣流量和氣液比等 眾多參數(shù)，往往需要在采用孔板(或Venturi)流量計(jì)的同時(shí)，還必須采用伽 馬射線、微波或電容(對油包水成油連續(xù)相)/電導(dǎo)(對水包油成水連續(xù)相) 等計(jì)量方法對相比參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)測量。這種方法可在線計(jì)量，精度較高，在石 油工業(yè)的計(jì)量檢測中占有相當(dāng)?shù)姆蓊~，例如Framo Phase Watch VX或美國專 利US 6,935,189 B2。但由于這種計(jì)量結(jié)果直接受三相流的流型和流態(tài)的影響， 計(jì)量結(jié)果不易穩(wěn)定，計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)與原理十分復(fù)雜，價(jià)格昂貴，標(biāo)定、安裝與 維修相當(dāng)麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多相流計(jì)量方法及多相流質(zhì)量流量計(jì)，無需對 氣、液相預(yù)先分離處理，也無需對相比參量用其它技術(shù)獨(dú)立檢測，可對各相流 量和相比的一次性同時(shí)計(jì)量，且流量計(jì)結(jié)構(gòu)輕巧，精度較高，安裝與維修方 便。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種多相流計(jì)量方法，包括如下步驟在內(nèi)直徑為D的均勻直管內(nèi)的三 相流體的流動(dòng)方向上間隔設(shè)置兩個(gè)內(nèi)直徑分別為dl和d2的孔板；檢測兩個(gè)孔 板處的壓差dpp dp2;檢測兩孔板之間的液相流量Qu;根據(jù)以下公式計(jì)算含
水率WR,和氣液比n1:
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中G表示兩個(gè)孔板對應(yīng)壓差比dp2/dpl和幾何尺寸dl、 d2及均勻管直 徑D的函數(shù)；系數(shù)a、 b、 c分別表示純油、純水、純氣態(tài)G值；其中的
<formula>formula see original document page 5</formula>
根據(jù)下式得到氣、水、油三相的體積流量
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中Q^為氣相體積流量，Qw為水相體積流量，Q。,為油相體積流量。 本發(fā)明與現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)在于該計(jì)量方法既無需氣液相預(yù)先分 離，也無需對三相流中的相比(如氣液比和含水率等)另外添加專門技術(shù)單獨(dú) 檢測，方法簡單，且精度高，重復(fù)性好，操作方便，易于推廣應(yīng)用。
相應(yīng)地，對應(yīng)上述計(jì)量方法的多相流質(zhì)量流量計(jì)，包括兩個(gè)孔板流量計(jì)，
安裝在均勻直圓管內(nèi)的兩孔板處；超聲多普勒流量計(jì)，安裝在均勻直圓管上， 且位于所述兩個(gè)孔板流量計(jì)之間；分別與兩個(gè)孔板流量計(jì)對應(yīng)的差壓變送器， 安裝在均勻直圓管內(nèi)的兩孔板處；以及在均勻直圓管的管壁上安裝壓力傳感器
和溫度傳感器各一個(gè)。
本發(fā)明提供的多相流質(zhì)量流量計(jì)主要部件是孔板流量計(jì)和超聲多普勒流 量計(jì)，原理成熟，工藝規(guī)范，造價(jià)低廉。無需像其他多相流檢測中需要采用價(jià) 格昂貴的伽馬射線或其他電磁影象技術(shù)，或者采用分離器對氣液相預(yù)先分離處 理。該裝置精度高，重復(fù)性好，操作方便，易于安裝與維修，在油田(特別是 對海上油田)的采油計(jì)量中更顯示其獨(dú)特的優(yōu)越性，因?yàn)閷τ谟吞锾貏e是海上 油田采油平臺，計(jì)量裝置的小型化和輕巧化是至關(guān)重要的。
優(yōu)選地，該流量計(jì)還包括一個(gè)智能化二次儀表，接收來自差壓變送器檢測 的差壓dpl、 dp2，超聲多普勒流量計(jì)檢測的流量QS，以及傳感器所檢測的壓 力P和溫度T，計(jì)算得到油水氣三相流中各相的流量和相比。
優(yōu)選地，該流量計(jì)還包括一個(gè)計(jì)量結(jié)果顯示裝置，與所述智能化二次儀表 相連，接收由智能化二次儀表計(jì)算得到的油水氣三相流中各相的流量和相比數(shù) 據(jù)并顯示。


圖r是本發(fā)明的多相流質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的多相流質(zhì)量流量計(jì)的原理示意圖3是本發(fā)明的多相流質(zhì)量流量計(jì)的工作流程示意圖。
圖中標(biāo)號說明 10-均勻直圓管
1- 上游孔板流量計(jì)
11-第一檢測孔板
2- 下游孔板流量計(jì)
21-第二檢測孔板
3- 第一差壓變送器
4- 第二差壓變送器
5- 超聲多普勒流量計(jì)
6- 壓力傳感器
7- 溫度傳感器
8- 二次儀表
9- 計(jì)量結(jié)果顯示裝置 X-流動(dòng)方向
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)圖1至圖3，給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，使能 更好地理解本發(fā)明的功能、特點(diǎn)。
本發(fā)明的差壓式多相流質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖表示在圖1中，相應(yīng)的原 理示意圖表示在圖2中。
本發(fā)明的差壓式質(zhì)量流量計(jì)，其特征是在一根內(nèi)直徑為D的圓管10內(nèi)， 安裝一定間距的兩個(gè)孔板流量計(jì)1和2，其中上游孔板11的內(nèi)直徑為dl，下 游孔板21的內(nèi)直徑為d2。在孔板11和21之間安裝超聲多普勒流量計(jì)5。壓 力及溫度傳感器6和7在同一管線上的安裝位置可隨意。
當(dāng)油水氣三相流體在圓管10內(nèi)以箭頭X所指方向流動(dòng)，在孔板11處由 于管截面局部狹窄，產(chǎn)生壓力降，經(jīng)差壓變送器3檢測為壓差dpl。同樣，在 孔板21處，局部狹窄產(chǎn)生壓力降經(jīng)差壓變送器4檢測為壓差dp2。與此同時(shí)， 超聲多普勒流量計(jì)5將檢測到相應(yīng)流量Qs以及壓力和溫度傳感器6和7將檢 測到三相流的壓力P和溫度T，下面將給出如何通過上述直接檢測的參數(shù)計(jì)算 三相流中的相比(含水率和氣液比等)和各相流量的方法和相應(yīng)數(shù)學(xué)表達(dá)式。
油水氣三相流體經(jīng)孔板11和21的質(zhì)量流]
<formula>formula see original document page 7</formula>式中
4
Q,和^為孔板11和孔板21的流量系數(shù)， A和A為孔板11和21處的三相流體密度，
記
<formula>formula see original document page 7</formula>
(2)
由質(zhì):
:流量守恒知
Qm1=Qm2將式(1)代入上式，整體后得
G = ^ = A = ^ (3)式中
Q =^和込=^分別表示經(jīng)孔板11和21的體積流量。 現(xiàn)在若以下標(biāo)o、 w和g表示油、水和氣，即
22=a2+ew2+&2 (4)
從孔板11到孔板21，三相流中油、水和氣的體積流量之間分別成線性關(guān)
系，
由式(3)得
記經(jīng)孔板11后的含水率WR,和氣液比n,為
=gwl ， a = ggl (6)
則由式(5)進(jìn)一步得
p &傘2a(l - ,0 + 6附,+ ,，、
1 + w，
顯然上式中的系數(shù)a、 b和c可分別由純油、純水和純氣態(tài)的G值表示為
a=G
純油態(tài) b=G
純水態(tài)
c=G
純氣態(tài)
另一方面，超聲多普勒流量計(jì)檢測體積流量(^與液相流量01,之間關(guān)系為
a-丄a, (8)
因而
^^-H (10)
a, 屯
聯(lián)合關(guān)系式(7)和(9)，可確定氣液比n,和含水率WR,分別用超聲多普 勒流量計(jì)檢測流量Q.,和不同相態(tài)所對應(yīng)的G值表示出來。
特別地，對于純液態(tài)(油水兩相)流，Qgl=0，或氣液比n產(chǎn)0，由式(7) 可直接得到含水率WR,用G值表出的關(guān)系式
G = ^^ = (6-fl)附,+a (11) 夂電
最后，由式(8)確定液相體積流量Qu后，氣、水和油各相的體積流量 可分別表為<formula>formula see original document page 9</formula>圖3給出差壓式三相流質(zhì)量流量計(jì)的工作流程示意圖。將差壓變送器3 和4檢測的壓差dp,和dp2以及超聲多普勒流量計(jì)測得體積流量Ql (=sQs)， 輸入智能化二次儀表8，由式(10)和(7)的相應(yīng)軟件可算得氣液比m和含 水率WR1Q最后，由式(12)的相應(yīng)軟件可算得氣、水、油各相流量。表示 圖3中的傳感器6和7檢測壓力P和溫度T可對上述檢測的氣相流量變換為 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣相流量。圖3中的計(jì)量結(jié)果由顯示裝置9顯示結(jié)果，包括相比 (含水率、氣液比和各相流流量等)。
本發(fā)明與現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)
(1) 本發(fā)明提供的多相流質(zhì)量流量計(jì)既無需氣液相預(yù)先分離，也無需對 三相流中的相比(如氣液比和含水率等)另外添加專門技術(shù)單獨(dú)檢測，結(jié)構(gòu)簡 單、輕巧，安裝和維修方便。
(2) 本發(fā)明提供的多相流質(zhì)量流量計(jì)主要部件是孔板流量計(jì)(2個(gè))和 超聲多普勒流量計(jì)，原理成熟，工藝規(guī)范，造價(jià)低廉。無需象其他多相流檢測 中需要采用價(jià)格昂貴的伽馬射線或其他電磁影象技術(shù)，或者采用分離器對氣液 相預(yù)先分離處理。
(3) 本發(fā)明提供差壓式質(zhì)量流量計(jì)精度高，重復(fù)性好，操作方便，易于 推廣應(yīng)用。
(4) 本發(fā)明提供的多相流質(zhì)量計(jì)在油田(特別是對海上油田)的采油計(jì) 量中更顯示其獨(dú)特的優(yōu)越性，因?yàn)閷τ谟吞锾貏e是海上油田采油平臺，計(jì)量裝 置的小型化和輕巧化是至關(guān)重要的。
前面提供了對較佳實(shí)施例的描述，以使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員可使用或 利用本發(fā)明。對該較佳實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明原理的基 礎(chǔ)上，可以作出各種修改或者變換。應(yīng)當(dāng)理解，這些修改或者變換都不脫離本 發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種多相流計(jì)量方法，包括如下步驟在內(nèi)直徑為D的均勻直管內(nèi)的三相流體的流動(dòng)方向上間隔設(shè)置兩個(gè)內(nèi)直徑分別為d1和d2的孔板；檢測兩個(gè)孔板處的壓差dp1，dp2；檢測兩孔板之間的液相流量QL1；根據(jù)以下公式計(jì)算含水率WR1和氣液比n1其中G表示兩個(gè)孔板對應(yīng)壓差比dp2/dpl和幾何尺寸d1、d2及均勻管直徑D的函數(shù)；系數(shù)a、b、c分別表示純油、純水、純氣態(tài)G值；其中的根據(jù)下式得到氣、水、油三相的體積流量Qg1＝n1QL1Qw1＝WR1·QL1Qo1＝(1-WR1)QL1其中Qg1為氣相體積流量，Qw1為水相體積流量，Qo1為油相體積流量。
2、 如權(quán)利要求1所述的多相流計(jì)量方法，其特征在于，還包括檢測管內(nèi) 三相流體的壓力P和溫度T的步驟，并根據(jù)壓力P和溫度T，將算得的三相體 積流量變換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣相流量后顯示。
3、 一種采用如權(quán)利要求1或2所述的多相流計(jì)量方法的多相流質(zhì)量流量 計(jì)，包括兩個(gè)孔板流量計(jì)，安裝在均勻直圓管內(nèi)的兩孔板處； 超聲多普勒流量計(jì)，安裝在均勻直圓管上，且位于所述兩個(gè)孔板流量計(jì)之間；分別與兩個(gè)孔板流量計(jì)對應(yīng)的差壓變送器，安裝在均勻直圓管內(nèi)的兩孔板處；以及在均勻直圓管的管壁上安裝壓力傳感器和溫度傳感器各一個(gè)。
4、 如權(quán)利要求3所述的多相流質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，該流量計(jì)還包 括一個(gè)智能化二次儀表，接收來自差壓變送器檢測的差壓dpl、 dp2，超聲多 普勒流量計(jì)檢測的流量Qs，以及傳感器所檢測的壓力P和溫度T，計(jì)算得到 油水氣三相流中各相的流量和相比。
5、 如權(quán)利要求4所述的多相流質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，該流量計(jì)還包 括一個(gè)計(jì)量結(jié)果顯示裝置，與所述智能化二次儀表相連，接收由智能化二次儀 表計(jì)算得到的油水氣三相流中各相的流量和相比數(shù)據(jù)并顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多相流計(jì)量方法及多相流質(zhì)量流量計(jì)。由差壓變送器檢測的壓差dp₁和dp₂，超聲多普勒流量計(jì)測得體積流量Q_L，輸入智能化二次儀表8，以算得氣液比n₁和含水率WR₁，以及氣、水、油各相流量；對上述檢測的氣相流量變換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣相流量。本發(fā)明與現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)在于該計(jì)量方法既無需氣液相預(yù)先分離，也無需對三相流中的相比(如氣液比和含水率等)另外添加專門技術(shù)單獨(dú)檢測，方法簡單，且精度高，重復(fù)性好，操作方便，易于推廣應(yīng)用。
文檔編號G01F15/00GK101363745SQ20071004462
公開日2009年2月11日 申請日期2007年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月7日
發(fā)明者竹 柳, 柳兆榮 申請人:上海麥登電子設(shè)備有限公司