CN108827408A - 一种大深度水下油气多相流量计 - Google Patents

一种大深度水下油气多相流量计 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大深度水下油气多相流量计，包括流量计本体，其内腔为文丘里管，流量计本体外部中间呈长方体结构，其两端分别延伸有对接法兰；长方体结构的一组相对面上安装有两组对称差压传感器及两组压力传感器，两组差压传感器的外部均设有传感器保护罩；长方体结构的另一组相对面上分别安装有第一外螺纹接头、γ射线源、射线发射端T形透窗和射线源舱保护罩，以及第二外螺纹接头、射线接收端T形透窗、计量单元集成电路板、半导体阵列接收器和电子舱保护罩；可对海底输送管道内的油气水等多相混合物的体积、质量流量进行连续实时的计量，以及对设备进行内外压测试，具有结构紧凑，操作方便，耐压密封性好，运行可靠以及测量精度高等优点。

Description

一种大深度水下油气多相流量计
技术领域
本发明涉及深海油气开采测量装备技术领域，尤其是一种大深度水下油气多相流量计。
背景技术
海底油气生产需实时监控单井产量以评估产能，为此需对油气田的液态、气态等多相混合产出物的含量进行计量分析。现有技术中，多采用分离式计量法，需借助***庞大、结构复杂的水下分离器及辅助设备，对待测多相混合产出物进行预先分离，给装配和操作过程带来极大不便，且大深度水下油气流量计需要承受深海环境的静水外压作用，同时其内腔的油气介质也会带来很大的内压载荷，因此对其耐压密封性能和测量精度都会造成影响，易导致因计量误差造成的产量损失，影响深海油气藏的采收率和生产效率。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构紧凑、体积优势明显的大深度水下油气多相流量计，无需进行预分离，即可直接对输送管道内的油气水等多相混合物的体积、质量流量进行连续实时的计量，耐压及密封性能可靠，还可进行内、外压下的整体结构耐压密封测试，可以精确了解海底油气井的产量及成分变化，及时优化开采方案和生产参数，针对海底油气井的开采需求，提高生产效率。
本发明所采用的技术方案如下：
一种大深度水下油气多相流量计，包括流量计本体，所述流量计本体的内腔为文丘里管，所述文丘里管由入口段、收缩段、喉部和扩散段依次连接而成，所述流量计本体外部的中间呈长方体结构，其两端分别延伸有对接法兰；所述长方体结构的一组相对面上对称安装有两组差压传感器及两组压力传感器，每组差压传感器的两端分别连接在入口安装孔和喉部安装孔内，所述入口安装孔和喉部安装孔分别开设在流量计本体内，并与流量计本体的内腔连通；位于喉部安装孔所在的横截面上，设有两个与流量计本体的内腔连通的斜向安装孔，其内安装有所述压力传感器，在两组差压传感器的外部均设有与流量计本体固定的传感器保护罩；所述长方体结构的另一组相对面上分别开有阶梯孔，两个阶梯孔内分别安装有钨合金制的第一外螺纹接头和带锥形内腔的第二外螺纹接头，第一外螺纹接头的端部通过多道氟橡胶O型圈与射线发射端T形透窗压紧，在第一外螺纹接头端部中间位置通过内六角压紧螺钉安装有γ射线源，第一外螺纹接头外部设有与流量计本体固定的射线源舱保护罩；所述第二外螺纹接头的端部通过多道氟橡胶O型圈与射线接收端T形透窗压紧，第二外螺纹接头的外部设有与流量计本体固定的电子舱保护罩，其内壁上安装有电路板安装基座，电路板安装基座上安装有计量单元集成电路板和半导体阵列接收器。
其进一步技术方案在于：
两个对接法兰的外端面均通过外压密封环、双锥环与油气输送管连接，两个对接法兰的外壁均成台阶结构，台阶结构的凸起处设有与油气输送管的法兰连接的卡箍，卡箍呈两个半圆片结构，并通过双头螺栓螺帽及弹簧垫片锁紧，所述双锥环和外压密封环紧靠，外压密封环两侧的凹槽内均安装有氟橡胶O型圈。
两个对接法兰的外端面分别连接有盲板，盲板端面上开有盲板螺纹孔，盲板螺纹孔一端延伸有穿通孔，并与流量计本体内腔连通；所述入口安装孔和喉部安装孔内分别安装有第一差压传感器堵头和第二差压传感器堵头，所述斜向安装孔内安装有压力传感器堵头。
所述盲板螺纹孔与盲板堵头连接，所述电子舱保护罩的顶部连接有电子舱堵头。
所述入口段内设有第一取压孔，所述喉部内设有第二取压孔和第三取压孔，第一取压孔和第二取压孔分别与所述入口安装孔和喉部安装孔的位置相对应，第三取压孔与所述斜向安装孔的位置相对应。
所述喉部安装孔及斜向安装孔所在的横截面上设有V形斜交孔，V形斜交孔包括对称成V型的两条孔道，两条孔道内分别穿过两组差压传感器和压力传感器的导线，并连接到所述计量单元集成电路板上，穿线后的V形斜交孔用环氧树脂或硅橡胶封口。
所述差压传感器两端分别通过S形弯管结构延伸有触头。
所述射线发射端T形透窗、射线接收端T形透窗与流量计本体接触的端面上均设有多道氟橡胶O型圈。
所述射线发射端T形透窗和射线接收端T形透窗的头部均与所述喉部对接，射线发射端T形透窗和射线接收端T形透窗均由PEEK材料制成。
所述电子舱保护罩的顶部连接有耐压水密电缆。
本发明的有益效果如下：
1、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过差压传感器和压力传感器均各布置两套，互为备份，提高了***工作的冗余度和可靠性；
2、本发明的差压传感器两端带有S形弯管结构，能够吸收一定的纵向伸缩变形，安装更方便；
3、本发明的各密封面采用多重密封结构：弹簧垫片可防止装配结构在外压下松动，使密封面之间始终紧密贴合，以保证密封效果；氟橡胶O型圈能耐受油气介质的高温，大大提高了流量计在水下长期工作的密封可靠性；
4、本发明的射线接收端T形透窗和射线发射端T形透窗由PEEK材料制成，具有良好的透波性，能承受油气的内压载荷，且不含传统的铍片等有毒物质；
5、本发明的半导体阵列接收器通过水下环境到达降温效果，无需增加额外的冷却***，节约成本，运行可靠性高；
6、本发明的V形斜交孔可实现传感器保护罩与电子舱保护罩的连通，其夹角较大，既可避免正交孔穿线拐弯的困难，也减小了与流量计本体结构表面O型圈槽对线路的干扰；
7、本发明还可通过流量计本体、传感器保护罩、电子舱保护罩、射线源舱保护罩以及卡箍等构件可整体进行耐压密封性能测试，通过盲板螺纹孔23连接高压软管、压力表或控制阀等设备，利用高压泵施加内压；通过替换堵头避免损坏相关传感器，操作方便，灵活性高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图(全剖视图)。
图2为图1中沿B-B截面的全剖视图。
图3为图2中A部的局部放大图。
图4为图1中沿C-C截面的剖视图。
图5为图1中沿D-D截面的剖视图。
图6为本发明卡箍的装配结构示意图。
图7为本发明换装盲板的示意图。
图8为本发明电子舱堵头、第一差压传感器堵头和压力传感器堵头的安装示意图。
图9为本发明第二差压传感器堵头的安装示意图。
其中：1、流量计本体；2、传感器保护罩；3、差压传感器；4、外压密封环；5、双锥环；6、卡箍；7、双头螺栓螺帽；8、油气输送管；9、电子舱保护罩；10、第二外螺纹接头；11、射线接收端T形透窗；12、耐压水密电缆；13、半导体阵列接收器；14、计量单元集成电路板；15、射线发射端T形透窗；16、第一外螺纹接头；17、射线源舱保护罩；18、γ射线源；19、内六角压紧螺钉；20、压力传感器；21、盲板；22、盲板堵头；23、盲板螺纹孔；24、电子舱堵头；25、第一差压传感器堵头；26、第二差压传感器堵头；27、压力传感器堵头；101、入口段；102、收缩段；103、喉部；104、扩散段；105、对接法兰；106、第一取压孔；107、第二取压孔；108、第三取压孔；109、V形斜交孔；110、喉部安装孔；111、斜向安装孔；112、入口安装孔；301、S形弯管结构；901、电路板安装基座。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2、图3和图4所示，本实施例的大深度水下油气多相流量计，包括流量计本体1，流量计本体1的内腔为文丘里管，文丘里管由入口段101、收缩段102、喉部103和扩散段104依次连接而成，流量计本体1外部的中间呈长方体结构，其两端分别延伸有对接法兰105；长方体结构的一组相对面上对称安装有两组对称差压传感器3及两组压力传感器20，每组差压传感器3的两端分别通过S形弯管结构301延伸有触头，差压传感器3两端的触头分别连接在入口安装孔112和喉部安装孔110内，入口安装孔112和喉部安装孔110分别开设在流量计本体1上，并与流量计本体1的内腔连通；位于喉部安装孔110所在的横截面上，设有两个与流量计本体1的内腔连通的斜向安装孔111，其内安装有压力传感器20，在两组差压传感器3的外部均设有与流量计本体1固定的传感器保护罩2；
两个对接法兰105的外端面均通过外压密封环4、双锥环5与油气输送管8连接，两个对接法兰105的外壁均成台阶结构，台阶结构的凸起处设有与油气输送管8的法兰连接的卡箍6，卡箍6呈两个半圆片结构，并通过双头螺栓螺帽7及弹簧垫片锁紧，所述双锥环5和外压密封环4紧靠，外压密封环4两侧的凹槽内均安装有氟橡胶O型圈，氟橡胶O型圈能耐受油气介质约150℃的高温。
如图2和图3所示，长方体结构的另一组相对面上分别安装有钨合金制的第一外螺纹接头16和带锥形内腔的第二外螺纹接头10，第一外螺纹接头16的端部通过多道氟橡胶O型圈与射线发射端T形透窗15压紧，在第一外螺纹接头16内部通过内六角压紧螺钉19安装有γ射线源18，第一外螺纹接头16外部设有与流量计本体1固定的射线源舱保护罩17；第二外螺纹接头10的端部通过多道氟橡胶O型圈与射线接收端T形透窗11压紧，第二外螺纹接头10的外部设有与流量计本体1固定的电子舱保护罩9，其内壁上安装有电路板安装基座901，电路板安装基座901上安装有计量单元集成电路板14和半导体阵列接收器13；射线发射端T形透窗15和射线接收端T形透窗11的头部均与所述喉部103对接；电子舱保护罩9的顶部连接有耐压水密电缆12。
入口段101内设有第一取压孔106，喉部103内设有第二取压孔107和第三取压孔108，第一取压孔106和第二取压孔107分别与入口安装孔112和喉部安装孔110的位置相对应，第三取压孔108与斜向安装孔111的位置相对应。
如图4所示，喉部安装孔110及斜向安装孔111所在的横截面上设有V形斜交孔109，V形斜交孔109包括对称成V型的两条孔道，两条孔道内分别穿过两组差压传感器3和压力传感器20的导线，并连接到计量单元集成电路板14上，穿线后的V形斜交孔109用环氧树脂或硅橡胶封口。
如图5所示，压差传感器的一端连接至入口安装孔112中，入口安装孔112与流量计本体1内腔的入口段101连通。
射线发射端T形透窗15和射线接收端T形透窗11与流量计本体1接触的端面上均设有多道氟橡胶O型圈。
射线发射端T形透窗15和射线接收端T形透窗11均由PEEK(聚醚醚酮)材料制成，具有良好的透波性，既能承受油气的内压载荷，也能保证γ射线透过，且不含铍片等有毒物质。
如图6所示，卡箍6呈两个半圆片结构，并通过双头螺栓螺帽7及弹簧垫片锁紧。
如图7所示，两个对接法兰105分别连接有盲板21，盲板21端面上开有盲板螺纹孔23，盲板螺纹孔23一端延伸有穿通孔，并与流量计本体1内腔连通，盲板螺纹孔23与盲板堵头22连接；电子舱保护罩9的顶部连接有电子舱堵头24。
如图8和图9所示，入口安装孔112和喉部安装孔110内分别安装有第一差压传感器堵头25、第二差压传感器堵头26，斜向安装孔111内安装有压力传感器堵头27。
本实施例的一种大深度水下油气多相流量计，各部件的工作原理和主要功能如下：
钨合金制的第一外螺纹接头16能够屏蔽辐射，可防护γ射线源，γ射线源18发出的γ射线穿过射线发射端T形透窗15，照射喉部103的油气水等多相混合物，再穿过射线接收端T形透窗11，经第二外螺纹接头10的锥形内腔，最终照射到半导体阵列接收器13上，并测量出油气水等各相物对γ射线各能级的敏感度差异，而计量单元集成电路板14将综合分析差压传感器3、压力传感器20和半导体阵列接收器13的测量数据，计算出各相介质的体积流量和质量流量等。电子舱保护罩9顶部装的耐压水密电缆12，能将上述数据由水下传输至水面。
两套差压传感器和两套压力传感器可以提高***工作的冗余度和可靠性；差压传感器3两端带有S形弯管结构301，能够吸收一定的纵向伸缩变形，从而保证差压传感器3的两端更容易装入喉部安装孔110、入口安装孔112；差压传感器3可测量油气介质在入口段101和喉部103的压力差异，压力传感器20可测量喉部103的绝对压力；
传感器保护罩2、电子舱保护罩9、射线源舱保护罩17起耐压密封作用，为传感器等提供常压、干式的环境；流量计本体1的表面与传感器保护罩2、射线源舱保护罩17和电子舱保护罩9等部件的固定连接处等密封面上均设置有多道氟橡胶O型圈，双锥环5可实现内压下的内腔密封，外压密封环4借助两侧的氟橡胶O型圈可实现外压下的内腔密封；卡箍6、双头螺栓螺帽7及对接法兰105等在海水外压作用下可能松动，因此依靠弹簧垫片使密封面之间始终紧密贴合，大大提高了流量计在水下长期工作的密封可靠性；
V形斜交孔109可供差压传感器3和压力传感器20的导线穿过并进入电子舱保护罩9，接入计量单元集成电路板14；V形斜交孔109可实现传感器保护罩2与电子舱保护罩9内部空间的连通，V形斜交孔109两条孔道的夹角较大，既可避免直角正交孔穿线拐弯的困难，也减小了与流量计本体结构表面O型圈槽的干扰，V形斜交孔109穿线完成后，用环氧树脂或硅橡胶封住，避免传感器保护罩2、电子舱保护罩9因可能的渗漏而相互影响。
电子舱保护罩9外部的海水对半导体阵列接收器13有降温效果，无需额外的冷却***；
流量计本体1、卡箍6、对接法兰105、各保护罩等大部分构件采用高强度钢锻件由机加工成型，可承受大深度的静水外压和较高的油气内压；
流量计本体1、传感器保护罩2、电子舱保护罩9、射线源舱保护罩17以及卡箍6等构件可整体进行耐压密封性能测试，并通过替换堵头避免损坏相关传感器。内压测试时，先安装第一差压传感器堵头25、第二差压传感器堵头26及压力传感器堵头27，再在流量计本体1两端安装盲板21，通过盲板螺纹孔23连接高压软管、压力表或控制阀等设备，利用高压泵施加内压；此外，通过加装盲板堵头22、电子舱堵头24等，可在压力筒设备中进行外压测试。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种大深度水下油气多相流量计，其特征在于：包括流量计本体(1)，所述流量计本体(1)的内腔为文丘里管，所述文丘里管由入口段(101)、收缩段(102)、喉部(103)和扩散段(104)依次连接而成，所述流量计本体(1)外部的中间呈长方体结构，其两端分别延伸有对接法兰(105)；所述长方体结构的一组相对面上对称安装有两组差压传感器(3)及两组压力传感器(20)，每组差压传感器(3)的两端分别连接在入口安装孔(112)和喉部安装孔(110)内，所述入口安装孔(112)和喉部安装孔(110)分别开设在流量计本体(1)内，并与流量计本体(1)的内腔连通；位于喉部安装孔(110)所在的横截面上，设有两个与流量计本体(1)的内腔连通的斜向安装孔(111)，其内安装有所述压力传感器(20)，在两组差压传感器(3)的外部均设有与流量计本体(1)固定的传感器保护罩(2)；
所述长方体结构的另一组相对面上分别开有阶梯孔，两个阶梯孔内分别安装有钨合金制的第一外螺纹接头(16)和带锥形内腔的第二外螺纹接头(10)，第一外螺纹接头(16)的端部通过多道氟橡胶O型圈与射线发射端T形透窗(15)压紧，在第一外螺纹接头(16)端部中间位置通过内六角压紧螺钉(19)安装有γ射线源(18)，第一外螺纹接头(16)外部设有与流量计本体(1)固定的射线源舱保护罩(17)；所述第二外螺纹接头(10)的端部通过多道氟橡胶O型圈与射线接收端T形透窗(11)压紧，第二外螺纹接头(10)的外部设有与流量计本体(1)固定的电子舱保护罩(9)，其内壁上安装有电路板安装基座(901)，电路板安装基座(901)上安装有计量单元集成电路板(14)和半导体阵列接收器(13)。
2.如权利要求1所述的一种大深度水下油气多相流量计，其特征在于：两个对接法兰(105)的外端面均通过外压密封环(4)、双锥环(5)与油气输送管(8)连接，两个对接法兰(105)的外壁均成台阶结构，台阶结构的凸起处设有与油气输送管(8)的法兰连接的卡箍(6)，卡箍(6)呈两个半圆片结构，并通过双头螺栓螺帽(7)及弹簧垫片锁紧，所述双锥环(5)和外压密封环(4)紧靠，外压密封环(4)两侧的凹槽内均安装有氟橡胶O型圈。
3.如权利要求1所述的一种大深度水下油气多相流量计，其特征在于：两个对接法兰(105)的外端面分别连接有盲板(21)，盲板(21)端面上开有盲板螺纹孔(23)，盲板螺纹孔(23)一端延伸有穿通孔，并与流量计本体(1)内腔连通；所述入口安装孔(112)和喉部安装孔(110)内分别安装有第一差压传感器堵头(25)和第二差压传感器堵头(26)，所述斜向安装孔(111)内安装有压力传感器堵头(27)。
4.如权利要求3所述的一种大深度水下油气多相流量计，其特征在于：所述盲板螺纹孔(23)与盲板堵头(22)连接，所述电子舱保护罩(9)的顶部连接有电子舱堵头(24)。
5.如权利要求1所述的一种大深度水下油气多相流量计，其特征在于：所述电子舱保护罩(9)的顶部连接有耐压水密电缆(12)。
6.如权利要求1所述的一种大深度水下油气多相流量计，其特征在于：所述入口段(101)内设有第一取压孔(106)，所述喉部(103)内设有第二取压孔(107)和第三取压孔(108)，第一取压孔(106)和第二取压孔(107)分别与所述入口安装孔(112)和喉部安装孔(110)的位置相对应，第三取压孔(108)与所述斜向安装孔(111)的位置相对应。
7.如权利要求1所述的一种大深度水下油气多相流量计，其特征在于：所述喉部安装孔(110)及斜向安装孔(111)所在的横截面上设有V形斜交孔(109)，V形斜交孔(109)包括对称成V型的两条孔道，两条孔道内分别穿过两组差压传感器(3)和压力传感器(20)的导线，并连接到所述计量单元集成电路板(14)上，穿线后的V形斜交孔(109)用环氧树脂或硅橡胶封口。
8.如权利要求1所述的一种大深度水下油气多相流量计，其特征在于：所述差压传感器(3)两端分别通过S形弯管结构(301)延伸有触头。
9.如权利要求1所述的一种大深度水下油气多相流量计，其特征在于：所述射线发射端T形透窗(15)、射线接收端T形透窗(11)与流量计本体(1)接触的端面上均设有多道氟橡胶O型圈。
10.如权利要求1所述的一种大深度水下油气多相流量计，其特征在于：所述射线发射端T形透窗(15)和射线接收端T形透窗(11)的头部均与所述喉部(103)对接，射线发射端T形透窗(15)和射线接收端T形透窗(11)均由PEEK材料制成。
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