專利名稱：低含氣率原油測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一個(gè)低含氣率原油的相含率及每相流量測(cè)量的裝置和 方法。
原油是典型的多相流， 一般包括油、氣、水三相物質(zhì)。油、氣、水三相在流動(dòng)過(guò)程中相互作用， 分相流量的檢測(cè)難度很大。然而，為了油田的合理開發(fā)，必須掌握每口油井的產(chǎn)油量、產(chǎn)水量和產(chǎn)氣 量。目前，大多油田采用分離計(jì)量法計(jì)量原油的分相流量。分離計(jì)量法一般分為完全分離法和部分分 離法。
完全分離法是油田傳統(tǒng)的計(jì)量方法，該方法應(yīng)用高效計(jì)量分離器將原油分離成油相、水相和氣相， 再采用各單相測(cè)量?jī)x表或裝置獲得三組分的各自含量，然后再混合輸送到泵站進(jìn)行生產(chǎn)處理。完全分
離法把原油分相流量測(cè)量轉(zhuǎn)化成了單相流體流量測(cè)量，具有工作可靠、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍寬且不 受原油流動(dòng)狀態(tài)變化的影響等優(yōu)點(diǎn)。但該種方法涉及的油、水分離效果容易受多種因素影響，很難做 到高度分離，這將影響單相計(jì)量精度。并且，該方法采用的分離設(shè)備體積龐大，分離需要一定的時(shí)間， 不能在線測(cè)量，從而大大制約了生產(chǎn)效率。
部分分離法包括分流分相法和簡(jiǎn)單分離器法。分流分相法首先通過(guò)分配器分流出一部分流體，然 后使用分離器將這部分三相流體分離成單相氣體和單相液體，再分別用單相氣體流量計(jì)和單相液體流 量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，并根據(jù)比例關(guān)系換算成被測(cè)流體的流量和組分，最后分別將這部分單相氣體和單相液 體返回流動(dòng)管道中。這種方法存在的問(wèn)題是取樣部分的流體氣液比例往往與原流動(dòng)中氣液比例存在一 定差異，取樣比例易受流型、流量波動(dòng)等影響。簡(jiǎn)單分離器法是利用小型氣液分離器將三相流進(jìn)行預(yù) 分離，得到以氣相為主的一路和以液相為主的一路，每一路分別用組合儀表及修正關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計(jì)量， 求解出油、氣、水三相流量，計(jì)量后的流體再混合到一起送回到原管道。這種分離法在一定程度上縮 小了設(shè)備的體積，提高了計(jì)量的實(shí)時(shí)性，因此，近年來(lái)推出的多相流量計(jì)產(chǎn)品大部分都是采用部分分 離法。但是，部分分離法的氣液分離效果較差，往往在液相中混有一定量的氣體，混有的氣體對(duì)液相 流量的計(jì)量精度有很大影響，同時(shí)也影響到氣體流量的準(zhǔn)確測(cè)量。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種低含氣率原油的測(cè)量裝置和方法。本發(fā)明提 供的裝置體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，可獲測(cè)量參數(shù)多，參數(shù)檢測(cè)精度高，實(shí)時(shí)性好，可靠，易于 實(shí)現(xiàn)。適用于油田原油分離后低含氣率原油的測(cè)量。
為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案-
一種低含氣率原油測(cè)量裝置，包括計(jì)量管道(1)、電容傳感器(2)、混流器(3)、科氏質(zhì)量流量 計(jì)(4)、壓力傳感器(5)、 A/D轉(zhuǎn)換卡(6)、計(jì)算機(jī)(7)，在計(jì)量管道(1)上依次設(shè)有電容傳感器
(2)、混流器(3)、科氏質(zhì)量流量計(jì)(4)、壓力傳感器(5), A/D轉(zhuǎn)換卡(6)與電容傳感器(2)、 科氏質(zhì)量流量計(jì)(4)、壓力傳感器(5)相連，計(jì)算機(jī)(7)與A/D轉(zhuǎn)換卡(6)相連。
本發(fā)明同時(shí)提供一種上述低含氣率原油測(cè)量裝置所采用的測(cè)量方法，包括下列步驟
將管截面劃分為W個(gè)像素，電容傳感器測(cè)量管截面上的電容分布，并根據(jù),=2>,~ 確
背景技術(shù)：

發(fā)明內(nèi)容
3定管截面上第y個(gè)像素的灰度值，式中，第/個(gè)像素的灰度值，W—電容傳感器提供的測(cè)量一
個(gè)管截面上電容分布時(shí)的電容個(gè)數(shù)(例如，對(duì)于具有n個(gè)電極的電容傳感器，AT = ，il)， c,—第
2
;個(gè)測(cè)量電容的歸一化值，由電容傳感器測(cè)量得到，^一第j'個(gè)像素相對(duì)于第/個(gè)測(cè)量電容值的權(quán)重 系數(shù)(即靈敏度)，具體數(shù)值通過(guò)有限元分析并輔助實(shí)際測(cè)量校正獲得。然后，根據(jù)
l一
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A' 4 、
><100%計(jì)算低含氣率原油的體積含氣率，式中，a—低含氣率原油的體積含氣
率，4一第/個(gè)像素的面積，j一測(cè)量管道的截面面積。
根據(jù)科氏質(zhì)量流量計(jì)測(cè)得的溫度r和壓力傳感器測(cè)得的壓力尸計(jì)算氣體密度^,并根據(jù)
a = p"—a《計(jì)算液體的密度,式中，a一液體的密度，a—低含氣率原油的混合密度，由科氏質(zhì)量 i-《
流量計(jì)測(cè)量得到。然后，根據(jù)-。=^^計(jì)算體積含油率，根據(jù)a"-a計(jì)算體積含水率，式中，a、
a—分別為低含氣率原袖的體積含油率和體積含水率，a、 分別為溫度t和壓力？下純?cè)汀?純水的密度。
根據(jù)2,,=^計(jì)算低含氣率原油的體積流量，式中，g,—低含氣率原油的休積流量，a—低含氣 率原油的質(zhì)量流量，由科氏質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量得到。
根據(jù)&=、 & = a^。 、 = a t分別計(jì)算氣、油、水的體積流量，根據(jù)as =、 o_。 = 、
0 =0 /^分別計(jì)算氣、油、水的質(zhì)量流量。
本發(fā)明的有益效果及優(yōu)點(diǎn)是，無(wú)需采用高效氣液分離器進(jìn)行氣液分離，采用混流器將低含氣率 原油攪拌成均相流，采用混流器與科氏質(zhì)量流量計(jì)組合測(cè)量低含氣率原油的含油率與油、氣、水各 分相流量。利用科氏質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量質(zhì)量流量、混合密度和含油率，不需要進(jìn)行油水兩相的完全分 離，解決了基于完全分離法的油、氣、水三相流測(cè)量中油水兩相難于完全分離的難題。利用混流器 將待測(cè)流體攪拌成均相流，使得科氏質(zhì)量流量計(jì)能夠測(cè)量低含氣介質(zhì)，解決了氣液分離器分離效果 差的難題。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)檢測(cè)精度高，易于實(shí)現(xiàn)。適用于油田釆出液分離后低含氣率原油 的測(cè)量。


附圖是低含氣率原油測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
低含氣率原油測(cè)量裝置具有計(jì)量管道(1),在計(jì)量管道(1)上依次設(shè)有電容傳感器(2)、混流 器(3)、科氏質(zhì)量流量計(jì)(4)、壓力傳感器(5)， A/D轉(zhuǎn)換卡(6)與電容傳感器(2)、科氏質(zhì)量流 量計(jì)(4)、壓力傳感器(5)相連，計(jì)算機(jī)(7)與A/D轉(zhuǎn)換卡(6)相連。下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
油田采出液經(jīng)過(guò)氣液分離器初步分離后，低含氣率原油進(jìn)入計(jì)量管道l，電容傳感器2采集管道 截面上的電容分布，并將電容測(cè)量信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡6送入計(jì)算機(jī)7。由于待測(cè)介質(zhì)含有氣體，氣 體在管道中容易形成較大的氣泡或氣彈，從而降低科氏質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量精度，同時(shí)，由于油水分 離效果較差，因此，原油中一般含有一定量的水。含水的原油有可能存在相界面，從而，油、水兩 相處于分離流動(dòng)狀態(tài)，這種流動(dòng)狀態(tài)降低科氏質(zhì)量流量計(jì)的密度測(cè)量精度，從而降低含油率的計(jì)算 精度，因此，在本發(fā)明中，流體先通過(guò)混流器3，混流器3使流體混合均勻變成均相流?？剖腺|(zhì)量流 量計(jì)4測(cè)量流體的質(zhì)量流量、混合密度和溫度，測(cè)得的質(zhì)量流量、混合密度和溫度信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換 卡6送入計(jì)算機(jī)7。壓力傳感器5用來(lái)檢測(cè)流體的壓力并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換 卡6送入計(jì)算機(jī)7。在計(jì)算機(jī)7中設(shè)有存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)純油、氣、純水在不同溫度和不同壓力下的密 度值以及電容傳感器測(cè)得的各電容值的權(quán)重系數(shù)(即靈敏度)等數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)7進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，獲 取低含氣率原油的分相含率和分相流量。
需要特別指出的是，原油的流動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜，雖經(jīng)過(guò)氣液分離器進(jìn)行了初步的分離，但分離 后的液體仍含有部分氣體。當(dāng)待測(cè)液體含氣率小于5%時(shí)，液體中氣泡較小且較少，氣泡對(duì)科氏質(zhì)量 流量計(jì)的測(cè)量精度影響較小。但是，當(dāng)待測(cè)液體含氣率超過(guò)5%時(shí)，液體中氣泡變大，質(zhì)量流量計(jì)測(cè) 量精度明顯下降。同時(shí)，流體中的原油(即液相介質(zhì)，或稱為油水混合物)也以不同的狀態(tài)存在。 當(dāng)液體的含水率較低時(shí)，液體處于分散流型(即水以氣泡的形式存在于油的連續(xù)相中)下，此時(shí)， 根據(jù)科氏質(zhì)量流量計(jì)的密度測(cè)量值計(jì)算的含水率較準(zhǔn)確，但是，當(dāng)液體的含水率與含油率相差不大 時(shí)，液體處于分離流型(即油、水以不同的速度分離流動(dòng))下，此時(shí)，根據(jù)科氏質(zhì)量流量計(jì)的密度 測(cè)量值計(jì)算的含水率精度下降。設(shè)計(jì)時(shí)，采用混流器將低含氣率原油攪拌成均相流。
另外，科氏質(zhì)量流量計(jì)是一種直接式質(zhì)量流量計(jì)，能直接對(duì)質(zhì)量流量、密度和溫度進(jìn)行測(cè)量， 具有精度高、重復(fù)性好、量程比寬、內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)活動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)。
具體測(cè)量模型及求解方案如下 1、含氣率測(cè)量模型<formula>formula see original document page 5</formula>上述各式中，《一低含氣率原油的體積含氣率，w—電容傳感器提供的測(cè)量一個(gè)管截面上電容分布
時(shí)的電容個(gè)數(shù)(例如，對(duì)于具有"個(gè)電極的電容傳感器，iV = ^^), 4—第y個(gè)像素的面積，^
一測(cè)量管道的截面面積，第_/個(gè)像素的灰度值，c,—第i個(gè)測(cè)量電容的歸一化值，由電容傳感
器測(cè)量得到，~—第y個(gè)像素相對(duì)于第z個(gè)測(cè)量電容值的權(quán)重系數(shù)(即靈敏度)，具體數(shù)值通過(guò)有限元 分析并輔助實(shí)際測(cè)量校正獲得。.《(3)(4)上述各式中，a—低含氣率原油的體積含油率，p。、 a、 a—分別為溫度r和壓力p下純?cè)?、氣?純水的密度，a—液體的密度，a—低含氣率原油的混合密度，由科氏質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量得到。3、 含水率測(cè)量模型式中，a—低含氣率原油的體積含水率。4、 分相流量測(cè)量模型(5)(6)(7)2V。K (8) ^=2A (9)a,,^ (io)m (i2) 上述各式中，a—低含氣率原油的體積流量，^一低含氣率原油的質(zhì)量流量，由科氏質(zhì)量流量計(jì)測(cè)
權(quán)利要求
1、一種低含氣率原油測(cè)量裝置，其特征在于它具有計(jì)量管道(1)，在計(jì)量管道(1)上依次設(shè)有電容傳感器(2)、混流器(3)、科氏質(zhì)量流量計(jì)(4)、壓力傳感器(5)，A/D轉(zhuǎn)換卡(6)與電容傳感器(2)、科氏質(zhì)量流量計(jì)(4)、壓力傳感器(5)相連，計(jì)算機(jī)(7)與A/D轉(zhuǎn)換卡(6)相連。
2、 一種權(quán)利要求l所述的低含氣率原油測(cè)量裝置所采用的測(cè)量方法，其特征在于，包括下列步驟(1)將管截面劃分為W個(gè)像素，電容傳感器測(cè)量管截面上的電容分布，并根據(jù),=|>,~/|>y確定管截面上第y個(gè)像素的灰度值，式中，y;—第y個(gè)像素的灰度值，電容傳感器提供的測(cè)量一個(gè)管截面上電容分布時(shí)的電容個(gè)數(shù)(例如，對(duì)于具有w個(gè)電極的電容傳感器，w=，2), c,—第z個(gè)測(cè)量電容的歸一化值，由電容傳感器測(cè)量得到，^一第y個(gè)像素相對(duì)于第/個(gè)測(cè)量電容值的權(quán)重系數(shù)(即靈敏度)，具體數(shù)值通過(guò)有限元分析并輔助實(shí)際測(cè)量校正獲得。然后，根據(jù)《=<formula>formula see original document page 2</formula>"00%計(jì)算低含氣率原油的體積含氣率，式、戶i a中，低含氣率原油的體積含氣率，4—第/個(gè)像素的面積，」一測(cè)量管道的截面面積。(2) 根據(jù)科氏質(zhì)量流量計(jì)測(cè)得的溫度r和壓力傳感器測(cè)得的壓力尸計(jì)算氣體密度^ ，并根據(jù)A^^"， —^《計(jì)算液體的密度，式中，A—液體的密度，y^—低含氣率原油的混合密度，由科氏質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量得到。然后，根據(jù)-。=^^計(jì)算體積含油率，根據(jù)^=1--。計(jì)算體積含水率，式中，-。、分別為低含氣率原油的體積含油率和體積含水率，分別為溫度r和壓力尸下純?cè)汀⒓兯拿芏取?3) 根據(jù)2 =^計(jì)算低含氣率原油的體積流量，式中，2V—低含氣率原油的體積流量，0 —/° 低含氣率原油的質(zhì)量流量，由科氏質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量得到。(4) 根據(jù)a,^a《、a。=a&、 Ow^a么分別計(jì)算氣、純?cè)?、純水的體積流量，根據(jù)o g = a^g、仏,a義、2, = &^ 分別計(jì)算氣、純?cè)汀⒓兯馁|(zhì)量流量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低含氣率原油測(cè)量裝置及方法，屬于流體測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。低含氣率原油測(cè)量裝置包括計(jì)量管道、計(jì)量管道前端的電容傳感器、計(jì)量管道中部的混流器、計(jì)量管道后端的科氏質(zhì)量流量計(jì)和壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換卡和計(jì)算機(jī)。電容傳感器、科氏質(zhì)量流量計(jì)、壓力傳感器均經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡接計(jì)算機(jī)。本發(fā)明還提供一種該種裝置采用的測(cè)量方法。本發(fā)明具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，可獲測(cè)量參數(shù)多，參數(shù)檢測(cè)精度高，實(shí)時(shí)性好，可靠，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。適用于油田低含氣率原油的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N27/22GK101666770SQ20091017198
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者任東順, 朱小倩, 樊尚春, 平 王, 王微微 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)