CN107882547B - 管道式高含水油井产液三相计量装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了管道式高含水油井产液三相计量装置与方法，其中装置包括自下而上依次连接在主管道上的旋流装置、气核取样管、油水均混器、含水测量***、流量测量***，所述气核取样管中设置气液旋流分离器。本发明将产出液的气相和油水液相进行分离，分离出的气体由专门管道引出，并采用差压或者热式质量流量计等进行气体准确质量计量；经过均混器后的油水混合流体，此时水会成为连续相而油成为分散其中的游离相，采用电容的方式可以实现高含水情况下的含水率的测量，然后以上流体流过后端采用电磁、声波或射线方式流量测量区域，实现流量测量，结合含水参数和温度及压力测量结果，实现产出液的水的质量流量和油的质量流量测量。
Description
技术领域
本发明涉及油田三相流测量技术，具体地说是管道式高含水油井产液三相计量装置与方法。
背景技术
油田生产过程中，油井采出液主要含有油、伴生气、水等，产出液在井下油管和地面管道中流动过程中，其流量和相含量的测量都属于典型多相流计量问题。本发明中的“三相”是指油田伴生气相、油相、水相。由于多相流动的复杂性，油气水多相流量计的研制有较大的难度，目前存在多种多相流量计的研制技术路线。
在两相流测量技术中，分离法仍然是目前最可靠和精度最高的技术。如中国专利ZL200810112558.3,ZL200710046862.8等都是采用大型容器作为油气水三相分离***，然后在采用单相计量的方法。因为这种方法是把多相流体中油气水三相流体分离成单相气体和油和水后，再分别用单相流量计测量各相流量，因而避免流型变化和流动不稳定等因素对测量的影响。但是实际多相流体测量中，很多流体有时无法做到经济有效的完全分离，这个多相计量带来了很多的麻烦。考虑以上问题，国内外研究人员也采用了部分分离技术，如美国专利US6128962，采用部分分离法，缩小分离器尺寸，但不是将全部三相流彻底分离成单相流，影响了计量精度。中国专利ZL98113068.2也采用了类似的一种分流分相式测量方法，但是当两相流中的液相或气相的流量很小(低含气率或高含水率)时，经过分流，从分离器流出的气相或油相流量就更小，无法代表整体，导致计量误差大。美国专利US5390547和US7311001分别公开了一种多相流测量装置,仅利用多相流体管道本身构成一种分离***。该***放弃了传统的分离器，但采用外置式旋风分离方式，因此实质上它与传统的分离法并没有实质的区别。近年来，随着相关研究工作的进展，多相检测的新技术不断出现，这使得未来多相流量计的性能有可能得到很大改善。如采用采用电、磁或放射性的方式进行在线测量油气水三相的相密度、相含率和相速度方法，从而实现油气水三相测量，如ZL201410468193.3和200810150257.X等，但针对油井采出液这种流量和相含率波动范围大和流动复杂的场合，现有技术的应用依然有很大困难。
发明内容
本发明的目的在于提供管道式高含水油井产液三相计量装置与方法，将产出液的气相和油水液相进行分离，分离出的气体由专门管道引出，并采用差压或者质量流量计等进行气体准确质量计量；经过均混器后的油水混合流体，此时水会成为连续相而油成为分散其中的游离相，采用电容的方式实现高含水情况下的含水率的测量，然后以上流体流过后端采用电磁、声波或射线方式流量测量区域，实现流量测量，结合含水参数和温度及压力测量结果，实现产出液的水的质量流量和油的质量流量测量。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，管道式高含水油井产液三相计量装置，包括自下而上依次连接在主管道上的旋流装置、气核取样管、油水均混器、含水测量***、流量测量***，所述气核取样管中设置气液旋流分离器。
所述气液旋流分离器下端连接油水排出管，油水排出管向上连接到油水均混器下方，气液旋流分离器上端连接气相排出管，所述气相排出管穿出主管道后在流量测量***的上方再连接主管道内部。
所述气液旋流分离器和油水均混器之间设置阻力件一，所述流量测量***上方设置阻力件二。
所述气相排出管上设置气相流量计；所述含水测量***设置含水率测量计，所述流量测量***设置油水流量计；所述主管道末端设置压力传感器、温度传感器。
所述温度传感器、压力传感器、气相流量计、含水率测量计、油水流量计均与数据采集及计量***连接。
所述气液旋流分离器用支撑板支撑，所述含水测量***用支撑***支撑。
为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，管道式高含水油井产液三相计量方法，油井产出液通过竖直安装的产液入口段流入旋流装置后，来流被整流成气核和油水混合物的外环贴壁流体，其中的气核被安置在主管道中心的气核取样管取出，此时全部气核和油水混合物通过气核取样管和气液旋流分离器的夹壁空间切向气液旋流分离器入口，然后高速旋转进入气液旋流分离器中依靠旋转产生的离心力和重力实现气液的有效分离；分离出的油水通过油水排出管重新流入主管道，分离出的气相通过气液旋流分离器顶部的出口，穿出主管道通过气相排出管并通过气相质量流量计对分离出的气体进行准确计量；
除去气体后的油水混合物流过气液旋流分离器后继续沿着主管道流动，通过阻力件一后，与气液旋流器分离出来的油水混合物混合，并一同进入油水均混器，该油水均混器采用正反叶片结构；通过内外旋向相反而形成分层和剪切作用，将来流的油水产出液掺混并充分混合；混合后的油水产出液，由于产出液是高含水，均混后的流体因此形成的比较均匀的水为连续相，油为分散相的流体；采用油水均混器之前进行充分混合并消除前段旋流造成的影响，经过均混器后的油水混合流体，此时水会成为连续相而油成为分散其中的游离相，采用电容的方式的含水测量***实现高含水情况下的含水率的测量，然后以上流体流过采用电磁、声波或射线方式的流量测量***，实现流量测量；
根据主管道末端设置压力传感器、温度传感器，结合含水参数和温度及压力测量结果，实现产出液的水的质量流量和油的质量流量测量。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明利用旋流装置，采用旋流强制流动的手段，增加了油田产出液分离适用范围，不仅适用于低流速下的分层流、波状分层流，还适用于高流速下的环状流和弹状流。
通过旋流装置将流型复杂的油水产出液整理成想要的水环在外，油核在内环状流，同时也完全不同于井下常规的旋风分离的方式和方法,缩小了分离装置，提高了分离效果。
该油井油气水三相自动计量***还包括温度传感器和压力传感器，该温度传感器连接于主管，以获得温度值，对油气水三相流体的密度、体积参数进行校验，该压力传感器也连接于主管，以获得压力值，对油气水三相流体的密度、体积参数进行校验。
将该油井油气水三相自动计量***油气水的物理化学特性输入到***的计算机中，再根据采集到的含水率、流量值、温度值和压力值，形成新的特征曲线和参数再对所采集到的数据进行处理和计算，以获得油气水各相的体积流量和质量流量。以电磁流量测试为例，通过液体电极电容方法(zl201010220880.5)测得均混器后的含水率：αw，然后采用放射性方法(zl：201310003740.6)或者电磁流量计的方法测油水混合物的总流量：Qtotal，得到油水混合物中的水相体积流量：Qw＝αw·Qtotal，油水混合物中的油相体积流量：Qo＝(1-αw)·Qtotal，通过喷嘴测得气体在此温度和压力下的气相体积流量：Qg，通过气相和油相和水相的质量累加，得到油井产出液的油气水三相体积流量。
附图说明
图1为本发明管道式高含水油井产液三相计量装置的结构示意图；
图2为旋流装置示意图；
图3为旋流装置旋流后的流型图；
图3-1为图3的A-A剖面图；
图3-2为图3的B-B剖面图。
图中：1、产液入口段；2、旋流装置；3、气核取样管；4、气液旋流分离器；5、支撑板；6、油水排出管；7、气相排出管；8、阻力件一；9、油水排出管出口；10、油水均混器；11、气相流量计；12、支撑***；13、含水测量***；14、流量测量***；15、阻力件二；16、压力传感器；17、温度传感器；18、数据采集及计量***。6-1、产出液普通流型；6-2、环状流型。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
根据图1-3，其中图3为油田产出液在垂直圆形管道内不同流型通过旋流装置2后转化为气液或油水的环状流的流型示意图；图3-1为管道截面显示的分层流，图3-2为管道截面显示的环状流。
管道式高含水油井产液三相计量装置，包括自下而上依次连接在主管道上的旋流装置2、气核取样管3、油水均混器10、含水测量***13、流量测量***14，所述气核取样管中设置气液旋流分离器4。所述气液旋流分离器下端连接油水排出管6，油水排出管向上连接到油水均混器10下方，气液旋流分离器上端连接气相排出管7，所述气相排出管穿出主管道后在流量测量***的上方再连接主管道内部。所述气液旋流分离器和油水均混器之间设置阻力件一8，所述流量测量***上方设置阻力件二15。所述气液旋流分离器用支撑板5支撑，所述含水测量***用支撑***12支撑。
所述气相排出管上设置气相流量计11，图纸显示为Q9；所述含水测量***设置含水率测量计，图纸内显示Q1，所述流量测量***设置油水流量计，图纸内显示为au；所述主管道末端设置压力传感器16、温度传感器17。所述温度传感器、压力传感器、气相流量计、含水率测量计、油水流量计均与数据采集及计量***18连接。
数据采集及计量***：成熟技术，原理及加工可借鉴，数据采集电路可借鉴胜利油田东胜公司，型号：XDY，也可以借鉴文章：SXL—1型油气水三相流量计量仪的研究，杂志，管道技术与设备，1996；
气液旋流分离器：成熟技术，原理及加工可借鉴，具体结构可借鉴CN200820026737.0，制造商，梅科阀业，型号QF；
含水测量***：成熟技术，原理及加工可借鉴，具体结构可借鉴文章“水平管内两相流动网丝电容层析成像”热能动力工程，2006或者专利用于多相流持液率测量的具有液体电极的电容式传感器申请号：201010220880.5；
流量测量***(电磁流量计就行)：成熟技术，原理及加工可借鉴，横河电磁流量计AXF一体型制造商：哈尔滨恒河自动化控制有限公司。
油井产出液的油气水三相自动计量***，其核心是采用管内旋流装置将高含水的油气水三相产出液整流成气核和液环的流型，然后利用管道内的紧凑型气液水力旋流分离器将产出液的气相和油水液相进行分离，分离出的气体由专门管道引出，并采用差压或者质量流量计等进行气体准确质量计量。分离出的油水混合液体通过分离器底端的出口引回到主管道内阻力件后、油水均混器之前进行充分混合并消除前段旋流造成的影响，经过均混器后的油水混合流体，此时水会成为连续相而油成为分散其中的游离相，采用电容的方式实现高含水情况下的含水率的测量，然后以上流体流过采用电磁、声波或射线方式流量测量区域，实现流量测量，结合含水参数和温度及压力测量结果，实现产出液的水的质量流量和油的质量流量测量，测量后的流体经过阻力件后与返回的气体流量混合，继续沿管道输送，完成油井产液的三相自动计量。
实施例1：
油井产出液通过竖直安装的产液入口段1流入旋流装置2后，来流被整流成气核和油水混合物的外环贴壁流体，其中的气核被安置在主管道中心的气核取样管3取出，此时全部气核和油水混合物通过气核取样管3和气液旋流分离器4的夹壁空间切向气液旋流分离器4入口，然后高速旋转进入气液旋流分离器4中依靠旋转产生的离心力和重力实现气液的有效分离。分离出的油水通过油水排出管6重新流入主管道，分离出的气相通过顶部的出口，穿出主管道通过气相排出管7并通过气相质量流量计11对分离出的气体进行准确计量。除去气体后的油水混合物流过气液旋流分离器4后继续沿着主管道流动，通过阻力件一后，与气液旋流器分离出来的油水混合物混合，并一同进入油水均混器10，该油水均混器采用正反叶片结构。通过内外旋向相反而形成分层和剪切作用，将来流的油水产出液掺混并充分混合。混合后的油水产出液，由于产出液是高含水，均混后的流体因此形成的比较均匀的水为连续相，油为分散相的流体。采用油水均混器之前进行充分混合并消除前段旋流造成的影响，经过均混器后的油水混合流体，此时水会成为连续相而油成为分散其中的游离相，采用电容的方式的含水测量***13实现高含水情况下的含水率的测量，然后以上流体流过采用电磁、声波或射线方式的流量测量***14，实现流量测量。结合含水参数和温度及压力测量结果，实现产出液的水的质量流量和油的质量流量测量，测量后的流体经过阻力件二后与返回的气体流量混合，然后通过在线的压力传感器和温度传感器，并将采集到含水、流量、温度、压力进行运算和在线显示，从而完成油井产液的三相自动计量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。
Claims (2)
1.一种使用管道式高含水油井产液三相计量装置的测量方法，其特征在于，所述管道式高含水油井产液三相计量装置包括自下而上依次连接在主管道上的旋流装置、气核取样管、油水均混器、含水测量***、流量测量***，所述气核取样管中设置气液旋流分离器；所述气液旋流分离器下端连接油水排出管，油水排出管向上连接到油水均混器下方，气液旋流分离器上端连接气相排出管，所述气相排出管穿出主管道后在流量测量***的上方再连接主管道内部；气液旋流分离器和油水均混器之间设置阻力件一，流量测量***上方设置阻力件二；所述气相排出管上设置气相流量计；所述含水测量***设置含水率测量计，所述流量测量***设置油水流量计；所述主管道末端设置压力传感器、温度传感器；所述温度传感器、压力传感器、气相流量计、含水率测量计、油水流量计均与数据采集及计量***连接；
所述测量方法包括：将油井产出液通过竖直安装的产液入口段流入旋流装置后，来流被整流成气核和油水混合物的外环贴壁流体，其中的气核被安置在主管道中心的气核取样管取出，此时全部气核和油水混合物通过气核取样管和气液旋流分离器的夹壁空间切向气液旋流分离器入口，然后高速旋转进入气液旋流分离器中依靠旋转产生的离心力和重力实现气液的有效分离；分离出的油水通过油水排出管重新流入主管道，分离出的气相通过气液旋流分离器顶部的出口，穿出主管道通过气相排出管并通过气相质量流量计对分离出的气体进行准确计量；
除去气体后的油水混合物流过气液旋流分离器后继续沿着主管道流动，通过阻力件一后，与气液旋流器分离出来的油水混合物混合，并一同进入油水均混器，该油水均混器采用正反叶片结构；通过内外旋向相反而形成分层和剪切作用，将来流的油水产出液掺混并充分混合；混合后的油水产出液，由于产出液是高含水，均混后的流体因此形成的比较均匀的水为连续相，油为分散相的流体；采用油水均混器之前进行充分混合并消除前段旋流造成的影响，经过油水均混器后的油水混合流体，此时水会成为连续相而油成为分散其中的游离相，采用电容方式的含水测量***实现高含水情况下的含水率的测量，然后流过含水测量***的油水混合流体流过后端与之相连的流量测量***，该流量测量***为采用电磁、声波或射线方式的流量测量***，实现流量测量；
根据主管道末端设置压力传感器、温度传感器，结合含水参数和温度及压力测量结果，实现产出液的水的质量流量和油的质量流量测量。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述气液旋流分离器用支撑板支撑，
所述含水测量***用支撑***支撑。
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