專利名稱：多相流計量方法及多相流質量流量計的制作方法
技術領域：
本發明屬于油田中使用的多相流計量方法及多相流質量流量計，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量方 法及質量流量計。
背景技術：
目前，國內外大型石油公司和相關機構都致力于多相流計量方法和裝置 的研究和應用。已開發出的商業化計量裝置基本上可分為如下兩大類
一類是對待測油、水、氣多相流預先進行氣液相分離，然后再對分離后的 氣相和液相分別進行計量。這種計量原理簡單，可達一定精度，已在油田得到
較廣泛應用，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，分離器結構十分龐大，且造價高、安裝難度大。況且， 計量精度直接受到氣液相分離效率以及氣液相分別計量有效控制的制約，要繼 續提高計量精度有較大的困難。
另一類是無需對氣液相進行預先分離，而直接對多相流的參數進行計量。 由于待計量參數包括液質量流量/體積流量和含水率，以及氣流量和氣液比等 眾多參數，往往需要在采用孔板(或Venturi)流量計的同時，還必須采用伽 馬射線、微波或電容(對油包水成油連續相)/電導(對水包油成水連續相) 等計量方法對相比參數進行單獨測量。這種方法可在線計量，精度較高，在石 油工業的計量檢測中占有相當的份額，例如Framo Phase Watch VX或美國專 利US 6,935,189 B2。但由于這種計量結果直接受三相流的流型和流態的影響， 計量結果不易穩定，計量裝置結構與原理十分復雜，價格昂貴，標定、安裝與 維修相當麻煩。
發明內容
本發明的目的在于提供一種多相流計量方法及多相流質量流量計，無需對 氣、液相預先分離處理，也無需對相比參量用其它技術獨立檢測，可對各相流 量和相比的一次性同時計量，且流量計結構輕巧，精度較高，安裝與維修方 便。
為了達到上述目的，本發明的技術方案如下
一種多相流計量方法，包括如下步驟在內直徑為D的均勻直管內的三 相流體的流動方向上間隔設置兩個內直徑分別為dl和d2的孔板；檢測兩個孔 板處的壓差dpp dp2;檢測兩孔板之間的液相流量Qu;根據以下公式計算含
水率WR,和氣液比n1:
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其中G表示兩個孔板對應壓差比dp2/dpl和幾何尺寸dl、 d2及均勻管直 徑D的函數；系數a、 b、 c分別表示純油、純水、純氣態G值；其中的
<formula>formula see original document page 5</formula>
根據下式得到氣、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。 本發明與現有相關技術相比，優點在于該計量方法既無需氣液相預先分 離，也無需對三相流中的相比(如氣液比和含水率等)另外添加專門技術單獨 檢測，方法簡單，且精度高，重復性好，操作方便，易于推廣應用。
相應地，對應上述計量方法的多相流質量流量計，包括兩個孔板流量計，
安裝在均勻直圓管內的兩孔板處；超聲多普勒流量計，安裝在均勻直圓管上， 且位于所述兩個孔板流量計之間；分別與兩個孔板流量計對應的差壓變送器， 安裝在均勻直圓管內的兩孔板處；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。
本發明提供的多相流質量流量計主要部件是孔板流量計和超聲多普勒流 量計，原理成熟，工藝規范，造價低廉。無需像其他多相流檢測中需要采用價 格昂貴的伽馬射線或其他電磁影象技術，或者采用分離器對氣液相預先分離處 理。該裝置精度高，重復性好，操作方便，易于安裝與維修，在油田(特別是 對海上油田)的采油計量中更顯示其獨特的優越性，因為對于油田特別是海上 油田采油平臺，計量裝置的小型化和輕巧化是至關重要的。
優選地，該流量計還包括一個智能化二次儀表，接收來自差壓變送器檢測 的差壓dpl、 dp2，超聲多普勒流量計檢測的流量QS，以及傳感器所檢測的壓 力P和溫度T，計算得到油水氣三相流中各相的流量和相比。
優選地，該流量計還包括一個計量結果顯示裝置，與所述智能化二次儀表 相連，接收由智能化二次儀表計算得到的油水氣三相流中各相的流量和相比數 據并顯示。
圖r是本發明的多相流質量流量計的結構示意圖2是本發明的多相流質量流量計的原理示意圖3是本發明的多相流質量流量計的工作流程示意圖。
圖中標號說明 10-均勻直圓管
1- 上游孔板流量計
11-第一檢測孔板
2- 下游孔板流量計
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
6- 壓力傳感器
7- 溫度傳感器
8- 二次儀表
9- 計量結果顯示裝置 X-流動方向
具體實施例方式
下面根據圖1至圖3，給出本發明的較佳實施例，并予以詳細描述，使能 更好地理解本發明的功能、特點。
本發明的差壓式多相流質量流量計的結構示意圖表示在圖1中，相應的原 理示意圖表示在圖2中。
本發明的差壓式質量流量計，其特征是在一根內直徑為D的圓管10內， 安裝一定間距的兩個孔板流量計1和2，其中上游孔板11的內直徑為dl，下 游孔板21的內直徑為d2。在孔板11和21之間安裝超聲多普勒流量計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。
當油水氣三相流體在圓管10內以箭頭X所指方向流動，在孔板11處由 于管截面局部狹窄，產生壓力降，經差壓變送器3檢測為壓差dpl。同樣，在 孔板21處，局部狹窄產生壓力降經差壓變送器4檢測為壓差dp2。與此同時， 超聲多普勒流量計5將檢測到相應流量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計算 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數學表達式。
油水氣三相流體經孔板11和21的質量流]
<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， 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:
: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=^分別表示經孔板11和21的體積流量。 現在若以下標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
系，
由式(3)得
記經孔板11后的含水率WR,和氣液比n,為
=gwl ， a = ggl (6)
則由式(5)進一步得
p &傘2a(l - ,0 + 6附,+ ,，、
1 + w，
顯然上式中的系數a、 b和c可分別由純油、純水和純氣態的G值表示為
a=G
純油態 b=G
純水態
c=G
純氣態
另一方面，超聲多普勒流量計檢測體積流量(^與液相流量01,之間關系為
a-丄a, (8)
因而
^^-H (10)
a, 屯
聯合關系式(7)和(9)，可確定氣液比n,和含水率WR,分別用超聲多普 勒流量計檢測流量Q.,和不同相態所對應的G值表示出來。
特別地，對于純液態(油水兩相)流，Qgl=0，或氣液比n產0，由式(7) 可直接得到含水率WR,用G值表出的關系式
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量流量計的工作流程示意圖。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)的相應軟件可算得氣液比m和含 水率WR1Q最后，由式(12)的相應軟件可算得氣、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 標準狀態下的氣相流量。圖3中的計量結果由顯示裝置9顯示結果，包括相比 (含水率、氣液比和各相流流量等)。
本發明與現有相關技術相比有如下優點
(1) 本發明提供的多相流質量流量計既無需氣液相預先分離，也無需對 三相流中的相比(如氣液比和含水率等)另外添加專門技術單獨檢測，結構簡 單、輕巧，安裝和維修方便。
(2) 本發明提供的多相流質量流量計主要部件是孔板流量計(2個)和 超聲多普勒流量計，原理成熟，工藝規范，造價低廉。無需象其他多相流檢測 中需要采用價格昂貴的伽馬射線或其他電磁影象技術，或者采用分離器對氣液 相預先分離處理。
(3) 本發明提供差壓式質量流量計精度高，重復性好，操作方便，易于 推廣應用。
(4) 本發明提供的多相流質量計在油田(特別是對海上油田)的采油計 量中更顯示其獨特的優越性，因為對于油田特別是海上油田采油平臺，計量裝 置的小型化和輕巧化是至關重要的。
前面提供了對較佳實施例的描述，以使本領域內的任何技術人員可使用或 利用本發明。對該較佳實施例，本領域內的技術人員在不脫離本發明原理的基 礎上，可以作出各種修改或者變換。應當理解，這些修改或者變換都不脫離本 發明的保護范圍。
權利要求
1、一種多相流計量方法，包括如下步驟在內直徑為D的均勻直管內的三相流體的流動方向上間隔設置兩個內直徑分別為d1和d2的孔板；檢測兩個孔板處的壓差dp1，dp2；檢測兩孔板之間的液相流量QL1；根據以下公式計算含水率WR1和氣液比n1其中G表示兩個孔板對應壓差比dp2/dpl和幾何尺寸d1、d2及均勻管直徑D的函數；系數a、b、c分別表示純油、純水、純氣態G值；其中的根據下式得到氣、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、 如權利要求1所述的多相流計量方法，其特征在于，還包括檢測管內 三相流體的壓力P和溫度T的步驟，并根據壓力P和溫度T，將算得的三相體 積流量變換為標準狀態下的氣相流量后顯示。
3、 一種采用如權利要求1或2所述的多相流計量方法的多相流質量流量 計，包括兩個孔板流量計，安裝在均勻直圓管內的兩孔板處； 超聲多普勒流量計，安裝在均勻直圓管上，且位于所述兩個孔板流量計之間；分別與兩個孔板流量計對應的差壓變送器，安裝在均勻直圓管內的兩孔板處；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。
4、 如權利要求3所述的多相流質量流量計，其特征在于，該流量計還包 括一個智能化二次儀表，接收來自差壓變送器檢測的差壓dpl、 dp2，超聲多 普勒流量計檢測的流量Qs，以及傳感器所檢測的壓力P和溫度T，計算得到 油水氣三相流中各相的流量和相比。
5、 如權利要求4所述的多相流質量流量計，其特征在于，該流量計還包 括一個計量結果顯示裝置，與所述智能化二次儀表相連，接收由智能化二次儀 表計算得到的油水氣三相流中各相的流量和相比數據并顯示。
全文摘要
本發明公開了一種多相流計量方法及多相流質量流量計。由差壓變送器檢測的壓差dp<sub>1</sub>和dp<sub>2</sub>，超聲多普勒流量計測得體積流量Q<sub>L</sub>，輸入智能化二次儀表8，以算得氣液比n<sub>1</sub>和含水率WR<sub>1</sub>，以及氣、水、油各相流量；對上述檢測的氣相流量變換為標準狀態下的氣相流量。本發明與現有相關技術相比，優點在于該計量方法既無需氣液相預先分離，也無需對三相流中的相比(如氣液比和含水率等)另外添加專門技術單獨檢測，方法簡單，且精度高，重復性好，操作方便，易于推廣應用。
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 優先權日2007年8月7日
發明者竹 柳, 柳兆榮 申請人:上海麥登電子設備有限公司