CN111801560A - 气体旁路计量*** - Google Patents

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Abstract

一种技术通过提供计量器来促进流体流测量，该计量器即使液体中存在气体也能够精确地监测液体的流体流。计量器可以包括具有内部流通道和延伸到内部流通道中的楔形件或其他节流件的管道。第一端口位于节流件的上游，并且第二端口位于节流件的下游，以使得能够监测节流件两端的差压。该差压可以用于确定期望的流参数，例如体积流量。***促进气体与液体分离并且利用气体旁路。在将气体引导回到流体流路径中之前，气体旁路将分离的气体绕道经过节流件例如楔形件。

Description

气体旁路计量***
相关申请的交叉引用
本文件基于并要求于2017年9月12日提交的美国临时申请序列号：62/557527的优先权，其通过引用整体并入本文。
背景技术
在各种应用中，楔形计量器用于提供关于流动通过计量器的流体的流测量。楔形计量器具有管状的流主体和在管状的流主体中的平滑的楔形形状的节流件，所述平滑的楔形形状的节流件在流体流动经过节流件时产生压降。楔形计量器可以用于建立和测量气体、蒸汽或包括高黏度液体的液体的差压。然而，当混合的流体流动通过管状的流主体时，楔形计量器往往提供不可靠的例如不稳定的测量。例如，楔形计量器往往提供关于混合有气体的液体流的不稳定测量。流体中足够的气体空隙率(gas void fractions，GVF)可以显著影响楔形计量器的精确性。
发明内容
通常，一种***和方法提供了一种用于即使液体中存在气体也能够精确地监测液体的流体流的计量器。计量***可以包括具有内部流通道和延伸到内部流通道中的楔形件或其他节流件的管道。第一端口可以位于节流件的上游，并且第二端口可以位于节流件的下游，以使得能够监测节流件两端的差压。该差压可以用于确定期望的流参数，例如体积流量。***促进气体与液体分离并且利用气体旁路。在将气体引导回到流体流路径中之前，气体旁路将分离的气体绕道经过节流件例如楔形件。
然而，在没有实质偏离本公开内容的教导的情况下，许多修改是可能的。因此，这些修改旨在包括在如权利要求书所限定的本公开内容的范围内。
附图说明
在下文中将参照附图描述本公开内容的某些实施方式，其中，相同的附图标记表示相同的元件。然而，应当理解，附图示出了本文中描述的各种实现方式，并且不意味着限制本文中描述的各种技术的范围，并且：
图1是根据本公开内容的实施方式的气体旁路计量***的示例的正交图；
图2是根据本公开内容的实施方式的图1中所示的气体旁路计量***的局部截面图；
图3是根据本公开内容的实施方式的图1中所示的气体旁路计量***的左视图；
图4是根据本公开内容的实施方式的大体上沿着图2的线4-4截取的截面图；以及
图5是提供根据本公开内容的实施方式的用于实现气体旁路计量***的方法的示例的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述许多细节以提供对本公开内容的一些实施方式的理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些细节的情况下实践***和/或方法，并且可以根据所描述的实施方式进行许多变型或修改。
本公开内容总体上涉及一种有助于即使在液体中存在气体也能够更精确地监测流动液体的***和方法。该***和方法利用可以在各种与井相关的应用和其他流体流应用中使用的计量***。作为示例，可以在石油和天然气工业应用中使用计量***来测量由螺杆泵送***、电动潜油泵送***或用于通过井口向上泵送石油的其他泵送***产生的液体的流。
根据实施方式，该***利用计量器，该计量器具有管道，该管道具有内部流通道和延伸到内部流通道中的楔形件或其他节流件。节流件/楔形件使得内部流通道内的流动面积减小，并因此建立节流件上游和下游的区域之间的差压。计量器还可以包括位于节流件上游的第一端口和位于节流件下游的第二端口，以使得能够监测差压。
然后该差压可以用于确定期望的流参数，例如体积流量。例如，楔形件类型节流件可以用于产生可以与体积流量相关联的差压。在一些实施方式中，该差压可以通过利用标准流方程与液体的体积流率相关联。然而，也可以使用校准曲线来确定在节流件/楔形件两端测量的差压与体积流率之间的对应关系。在一些应用中，由节流件产生的差压可以与液体的质量流量或与其他流参数相关联。
为了减少可能由液体内混合的气体导致的误差，该***被构造成促进气体与液体分离并然后将气体绕道经过节流件。根据实施方式，在将气体引导回到流体流路径中之前，可以使用气体旁路将从内部流通道分离的气体绕道经过节流件，例如楔形件。作为示例，可以通过流矫直段或其他合适的气体分离段来促使气体的分离。气体旁路将气体绕道经过节流件/楔形件，并且可以包括耦接至节流件/楔形件上游和下游的管道。另外，各种类型的差压监测器/发送器可以与第一端口和第二端口耦接，以使得能够连续监测节流件两端的差压。
总体参照图1，示出了气体旁路计量***20的实施方式。在该示例中，出于说明的目的，气体旁路计量***20包括将被描述为楔形计量器的计量器22。然而，楔形计量器22可以利用具有楔形形状或能够建立合适的差压的其他类型形状的各种类型的节流件。在所示的示例中，楔形计量器22包括具有内部流通道25的管道24。楔形计量器22被构造成用于耦接至各种流体流动***例如井***26中。作为示例，楔形计量器22可以包括连接器27例如法兰连接器或其他合适的连接器，管道24可以通过连接器耦接至井***26或其他流体流***的流体流路径中。
另外参照图2，计量器22还包括延伸到内部流通道25中以建立减小的流动面积区域30的节流件28，例如楔形件。例如，节流件/楔形件28可以从管道24的壁延伸到内部流通道25中。计量器22还可以包括位于节流件28上游的第一端口32和位于节流件28下游的第二端口34。在一些实施方式中，可以使用多个第一端口32和/或多个第二端口34。端口32、34形成为穿过管道24的壁，以使得能够监测节流件28上游的区域与节流件28下游的区域之间的压差。
在所示的实施方式中，气体旁路计量***20还包括气体分离段36，例如流矫直段，其可以在节流件/楔形件28上游的位置处沿着管道24被耦接。作为示例，流矫直段36可以包括当流体移动通过管道24时用于矫直由箭头40表示的流体流的多个流矫直叶片38。在一些应用中，如在图3中进一步示出的，流矫直叶片38可以是并排堆叠的穿孔管42的形式。
流矫直段36矫直由箭头40表示的流体流，并且还生成恒定的流剖面。对流动通过流矫直段36的流体的附加影响包括流体流40内气体与液体部分分离。在分离之后，较轻气体迁移到管道24的上部，这使得能够将气体经由气体旁路44从内部流通道25去除。
在所示的实施方式中，气体旁路44包括导管46，导管46从流矫直段36延伸并延伸成与节流件28下游的内部流通道25连通。作为示例，导管46可以被放置成经由一对旁路导管连接器48在节流件28上方和下方与内部流通道25流体连通，一对旁路导管连接器48将导管46耦接至管道24。导管连接器48可以包括各种类型的连接器。作为示例，每个连接器48可以包括阳管配合端50，该阳管配合端50被以螺纹连接的方式容纳在焊接至管道24或以其他方式固定至管道24的相应容器52中。
另外，阀54可以沿着气体旁路44定位并且可以是针阀或其他合适的气体流阀的形式。在所示的示例中，阀54沿着导管46定位，并且可调节以使得能够控制沿着气体旁路44的气体流量。
根据给定应用的参数，可以使用各种类型的差压监测器56来监测节流件/楔形件28两端的差压。作为示例，差压监测器56可以包括用于感测差压数据的差压传感器以及用于将差压数据发送至合适的处理***例如基于计算机的处理***的发送器。处理***则可以用于基于标准流方程、校准曲线或其他合适的关联/建模技术来自动地确定期望的流参数，例如流动液体的体积流量。还可以将由监测器56提供的差压数据与适当的校准曲线或其他压力/流量关联数据手动进行比较，以估算液体的体积流量或质量流量。
另外参照图4，差压监测器56可以被放置成经由适当的流导管、流歧管或其他合适的流回路与第一端口32和第二端口34流体连通。在一些实施方式中，阀58例如三通阀可以经由合适的安装夹具60与管道24耦接，并且被放置成与差压监测器56以及与第一端口32和第二端口34流体连通。阀58可以用作流隔离装置以及用于将差压监测器56调零的装置。
总体参照图5，提供了说明用于实现气体旁路计量***20的方法的流程图。在该操作示例中，如由框62所示，沿着管道24的内部流通道25设置节流件28。在各种实施方式中，节流件28可以是如上所述的楔形件28的形式。
如由框64所示，在节流件28上游的位置处沿着管道24放置流矫直段36。如由框66所示，沿着管道24的内部流通道25流动的流体被引导通过流矫直段36并经过节流件28。如由框68所示，当流体流动通过流矫直段36时，气体从流体分离。
气体经由上游连接器48向上移动进入气体旁路44的上游端。然后分离的气体能够单独地移动通过气体旁路44，例如通过导管46。如由框70所示，然后分离的气体可以被重新引入到节流件28下游的内部流通道25中。如上所述，气体旁路44可以包括导管46，导管46经由旁路导管连接器48耦接成与节流件28上游和下游的内部流通道25流体连通，从而使得气体能够绕过节流件28流动。
“低气体含量”的流体/液体继续流动经过节流件28，并且建立节流件28上游和下游的内部流通道25的区域之间的差压。如由框72所示，该差压可以经由监测器56被测量并且用于确定期望的流参数。有效地，管道24、节流件28、流矫直段36和气体旁路44配合工作以建立能够精确地确定期望的流参数例如流体的液相的体积流量的气体旁路计量***20。
气体旁路计量***20可以与各种***配合使用，以在流体流动通过***时获得关于期望的流参数的数据。例如，如由框74所示，管道24可以与井***26的井***管道耦接，以提供能够测量关于通过井***管道的流体流的期望流参数的流参数计量器22。移动通过井***管道(或其他***管道)的流体流的至少一部分能够流动通过管道24，从而可以经由气体旁路计量***20确定适合的井***流体流参数数据。
应当注意，井***管道可以是具有相应流体流的各种井***26的一部分。可以与气体旁路计量***20组合的井***26的示例包括螺杆泵送***、电动潜油泵送***、其他泵送***或者各种流体流控制或引导***。气体旁路计量***20还可以用于测量关于通过非与井相关的***的流体流的选定流体参数。
因此，气体旁路计量***20可以用于许多类型的井应用以及非井应用。在各种这样的操作中，气体分离段36是用于使流体流平滑的流矫直段，从而使气体能够从液体逸出。然而，可以采用其他类型的气体分离段36。气体旁路44提供用于使气体从管道24的内部流通道25离开并绕过节流件/楔形件28流动的路径。通过去除气体，经过节流件28的液体流建立可以经由差压监测器56监测和发送的更一致和精确的差压。因此，可靠的差压数据可用于提供对通过计量器22的液体流40的精确监测。
根据气体旁路计量***20的具体使用，可以调节气体旁路计量***20的部件和特征。例如，各种类型的差压监测器56可以用于测量和利用在节流件28上游侧和下游侧建立的差压。另外，气体旁路44可以包括用于引导气体绕过节流件28的管道或各种其他导管，例如通道。节流件28可以形成为从形成管道24的壁向内延伸的楔形件，或者节流件28可以具有其他合适的形状和配置。节流件28被构造成当液体(低气体流体)移动经过节流件时产生期望的差压。可以根据给定***和/或环境的特性来选择气体旁路计量***20的各种部件的尺寸、形状和材料。
尽管上面已经详细描述了本公开内容的一些实施方式，但是本领域的普通技术人员将容易理解，在没有实质脱离本公开内容的教导的情况下，许多修改是可能的。因此，这些修改旨在包括在如权利要求书所限定的本公开内容的范围内。

Claims (20)

1.一种用于监测流的***，包括：
楔形计量器，所述楔形计量器具有管道，所述管道具有内部流通道、延伸到所述内部流通道中的楔形件、在所述楔形件上游的第一端口和在所述楔形件下游的第二端口；
在所述楔形件上游的位置处沿着所述管道耦接的流矫直段；以及
气体旁路，所述气体旁路具有从所述流矫直段延伸并与所述楔形件下游的所述内部流通道连通的导管。
2.根据权利要求1所述的***，还包括与所述第一端口和所述第二端口耦接的压差监测器。
3.根据权利要求1所述的***，其中，所述气体旁路包括能够被调节以控制气体流的阀。
4.根据权利要求1所述的***，其中，所述流矫直段包括多个叶片，所述多个叶片的取向被设置成在流体流动通过所述多个叶片时矫直流体流并且促进气体从所述流体释放。
5.根据权利要求4所述的***，其中，所述多个叶片包括多个穿孔管。
6.根据权利要求1所述的***，其中，所述气体旁路的所述导管经由一对旁路连接器连接至所述管道。
7.一种用于监测流的***，包括：
计量器，所述计量器具有管道，所述管道具有内部流通道、位于所述内部流通道中的节流件、在所述节流件上游的第一端口和在所述节流件下游的第二端口；
在所述节流件上游的位置处沿着所述管道耦接的流矫直段；以及
气体旁路，所述气体旁路被定位成接收从流动通过所述流矫直段的流体分离的气体，所述气体旁路包括导管，所述导管从所述流矫直段延伸并与所述节流件下游的所述内部流通道连通。
8.根据权利要求7所述的***，其中，所述节流件是从所述管道的壁延伸到所述内部流通道中的楔形件的形式。
9.根据权利要求7所述的***，其中，沿着所述气体旁路的气体流通过旁路阀来控制。
10.根据权利要求7所述的***，还包括与所述第一端口和所述第二端口耦接的压差监测器。
11.根据权利要求7所述的***，其中，所述流矫直段包括多个叶片，所述多个叶片的取向被设置成矫直流体流并因此促进气体从所述流体释放。
12.根据权利要求11所述的***，其中，所述多个叶片包括多个穿孔管。
13.根据权利要求7所述的***，其中，所述计量器与井***管道耦接。
14.一种用于监测流的方法，包括：
沿着管道的内部流通道设置节流件；
在所述节流件上游的位置处沿着所述管道布置气体分离段；
使沿着所述内部流通道的流体流动通过所述气体分离段并且然后经过所述节流件；
在将气体重新引入到所述节流件下游的所述内部流通道中之前，将在所述气体分离段处从所述流体分离的气体沿着气体旁路引导；以及
使用所述节流件上游和下游的所述内部流通道的区域之间的差压来确定所述流体的期望的流参数。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，设置包括：设置从所述管道的壁延伸到所述内部流通道中的楔形件形式的所述节流件。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，气体的引导包括：通过旁路阀控制沿着所述气体旁路的气体流。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，使所述流体流动通过所述气体分离段包括：使所述流体流动通过具有多个叶片的流矫直段，所述多个叶片的取向被设置成当所述流体移动通过所述流矫直段时矫直流体流。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括将所述多个叶片形成为多个穿孔管。
19.根据权利要求14所述的方法，还包括将压差监测器与位于所述节流件上游的第一管道端口以及位于所述节流件下游的第二管道端口耦接。
20.根据权利要求14所述的方法，还包括将所述管道与井***管道耦接，使得所述气体分离段、所述节流件和所述气体旁路能够用作用于监测关于通过所述井***管道的流的流参数的计量器。
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