油氣水三相多功能檢測系統的製作方法

2023-05-30 04:50:26 2

油氣水三相多功能檢測系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種油氣水三相多功能檢測系統，該系統包括油氣水分離存儲罐、氣體流量產生與調控裝置、液體流量產生與調控裝置和多功能井管裝置，油氣水分離存儲罐為進行油氣水混合流體的分離的裝置，並進行液體存儲和液體參數的調整，氣體流量產生與調控裝置是氣體的產生裝置，提供氣體流動的動力並指示氣體的流量,調節氣體流量的大小使流量恆定，液體流量產生與調控裝置提供液體流動的動力並指示液體的流量,調節液體流量的大小使流量恆定，多功能井管裝置中具有可置換井筒，並帶動該可置換井筒偏轉。
【專利說明】油氣水三相多功能檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及油田開發【技術領域】，特別是涉及到一種油氣水三相多功能檢測系統。【背景技術】
[0002]油井中油氣水三相流體在套管內流動是個複雜的技術問題。為了了解套管井內油氣水的流動狀態，研究流動規律，測量流動中的各個單相的產量，通過建立「油氣水三相流實驗裝置」，模擬井內的原油、天然氣、地層水在套管內流動。使用這類裝置，進行測井儀器的刻度、實驗研究井內流體的流量、流速、油氣水各相的產量等多種參數之間相互關係，為生產、科研提供實驗數據。
[0003]世界上較早的油氣水三相流裝置，1970年代建造於美國休斯敦大學，國內同類裝置1980年代建造於大慶油田。1990年代以後國內許多油田、科研機構，相繼建設了 「油氣水三相流實驗裝置」，它們都可以實現油氣水三相流量的調控，這些流體在模擬井內(裝置的組成部件)混合流動，模擬了井內流體的流量等環境條件，滿足了一般生產、科研的需求。
[0004]隨著科研的深入，對裝置所模擬的井內環境需要進一步接近油井井下實際環境，除了需要模擬不同的流量外，還需要模擬油水的流體特性參數，如粘度、礦化度、密度等。但原有裝置不能滿足這個需求，因為一旦改變流體粘度、礦化度等流體參數，會使得裝置的測控精度下降(系統中流量計受粘度影響後測不準)、部件腐蝕受損(鏽蝕後流體汙染、系統精度更差)、部分管道堵塞等問題發生；另外，原裝置系統龐大，造價高，流量在範圍0-600m3/d的裝置也需要投入數百萬元(人民幣);再者，原裝置依靠高精度流量計(如質量流量計)測量流量、在小流量時，液體、氣體體的流量測量(控制)精度低；還有，原裝置僅僅方便於模擬油井5.5in (英寸)7in少數套管，不方便模擬小管徑(IOOmm以下)管道，不能控制流體混合程度(乳化程度)、不能模擬井內原油中析出天然氣的均勻的微小氣泡；不能有效地控制、測量小氣量；不能控制氣體在井內流體中分布狀態；只用於油井中流體流動，不方便檢驗民用水錶，氣表；用於檢驗測井儀器中的流量儀器，不方便檢驗其他種類的流量計等。也就是說，原裝置具有功能單一(專用且僅僅可以模擬流量變化)、造價高、與低流量下精度差的缺陷。
[0005]以上種種缺陷，使得原裝置已經不能滿足生產和科研需求，例如，生產實踐中發現，粘度、礦化度等參數，對電容式持率(流動中相體積的空間佔有率)計存在明顯影響，需要用試驗手段確定其影響程度，原裝置不能實現這個實驗。油水混合狀態影響測井儀器響應，原裝置不能模擬等。為此我們發明了一種新的油氣水三相多功能檢測系統，解決了以上技術問題。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種低成本、高精度、多功能的油氣水三相多功能檢測系統。 本發明的目的可通過如下技術措施來實現:油氣水三相多功能檢測系統，該油氣水三
相多功能檢測系統包括油氣水分離存儲罐、氣體流量產生與調控裝置、液體流量產生與調控裝置和多功能井管裝置，該油氣水分離存儲罐為進行油氣水混合流體的分離的裝置，並進行液體存儲和液體參數的調整，該氣體流量產生與調控裝置是氣體的產生裝置，提供氣體流動的動力並指示氣體的流量，調節氣體流量的大小使流量恆定，該液體流量產生與調控裝置連接於該油氣水分離存儲罐，提供液體流動的動力並指示液體的流量，調節液體流量的大小使流量恆定，該多功能井管裝置連接於該氣體流量產生與調控裝置和該液體流量產生與調控裝置，該多功能井管裝置中具有可置換井筒，並帶動該可置換井筒偏轉。
[0007]本發明的目的還可通過如下技術措施來實現:
該油氣水三相多功能檢測系統還包括油氣水流量測量罐，該油氣水流量測量罐連接於該多功能井管裝置，以進行油氣水三相的單相流量的測量。
[0008]該油氣水流量測量罐包括透明外罐，內外罐間隙容積刻度尺,透明內罐，內罐容積刻度尺，內罐拉繩，滑輪，砝碼，支架和測量流體進入管，該透明內罐位於該透明外罐內，該透明內罐的頂端連接於該內罐拉繩，並通過該支架上的該滑輪與該砝碼相連，該測量流體進入管連接於該透明內罐，為流體進入該透明內罐的管道，該內罐容積刻度尺位於該透明內罐上，以讀取流體體積,該內外罐間隙刻度尺位於該透明外罐上,根據該內外罐間隙刻度尺所指示的水面高度進行該流體體積的計量。
[0009]該油氣水流量測量罐還包括流體進入管和開閉互斥聯動閥門，該開閉互斥聯動閥門控制流體是否從該流體進入管中流入該油氣水流量測量罐。
[0010]該油氣水流量測量罐還包括氣體排空閥，液體排空泵和液體單向閥門，該液體排空泵經過該液體單向閥門，將油水液體輸送到該油氣水分離存儲罐，該氣體排空閥將氣體從該透明內罐中排空。
[0011]該油氣水三相多功能檢測系統還包括流量系統連接管線，該流量系統連接管線為該油氣水三相多功能檢測系統中各個部件間的連接管線。
[0012]該油氣水分離存儲罐包括油氣水分離油水存儲罐、高粘度油和高礦化度水存儲罐、油氣水進入管道、出油管道、出水管道、第一調節閥和第二調節閥，流體從該油氣水進入管道進入該油氣水分離油水存儲罐,並在該油氣水分離油水存儲罐中進行水下、油上的分離，分離後的油通過該出油管道進入該高粘度油和高礦化度水存儲罐，分離後的水通過該出水管道進入該高粘度油和高礦化度水存儲罐，通過該第一調節閥向該高粘度油和高礦化度水存儲罐中的存油空間加入一定量的高粘度油，通過該第二調節閥向該高粘度油和高礦化度水存儲罐中的存水空間加入一定量的高礦化度水。
[0013]該氣體流量產生與調控裝置包括空氣壓縮機，過壓停機旋鈕，氣體逸出調節閥，氣體壓力表，氣體流量調節閥門，氣體流量指示表和出氣管道，該空氣壓縮機抽取環境空間的空氣壓縮後從該出氣管道輸送到該油氣水三相多功能檢測系統，該過壓停機旋鈕在壓縮後的空氣壓力超過預定壓力時，進行自動停機保護，該氣體流量指示表指示該壓縮後的空氣的流量，該氣體壓力表指示該壓縮後的空氣的壓力，該氣體逸出調節閥和該氣體流量調節閥門調節該壓縮後的空氣的流量。
[0014]該油氣水三相多功能檢測系統包括第一液體流量產生與調控裝置和第二液體流量產生與調控裝置，該第一液體流量產生與調控裝置與該油氣水分離油水存儲罐的油層相連，該第二液體流量產生與調控裝置與該油氣水分離油水存儲罐的水層相連。
[0015]該液體流量產生與調控裝置包括液體泵，液體進入管道，超壓自動回流閥門，回流調節閥，壓力表，液體流量指示表，流量調節閥門和出液管道，該油氣水分離油水存儲罐中的液體通過該液體進入管道由該液體泵抽取，並通過該液體泵給液體加壓，該加壓後的液體一路通過該回流調節閥返回到該液體泵的入口的該液體進入管道，再次被吸入該液體泵，該加壓後的液體另一路經過該流量指示表指示流量、該流量調節閥門調節流量，從該出液管道流出進入該油氣水三相多功能檢測系統，該超壓自動回流閥門在該加壓後的液體的壓力超過預定壓力時，進行過壓自動回流保護，該壓力表顯示該加壓後的液體的壓力。
[0016]該多功能井管裝置包括流體進口，流體出口，裝置整體轉動軸、流體回流管道兼骨架和變徑透明井筒，流體通過該流體進口進入該變徑透明井筒，並通過該流體回流管道兼骨架從該流體出口流出，該裝置整體轉動軸連接於該流體回流管道兼骨架，以使該多功能井管裝置整體轉動。
[0017]該多功能井管裝置還包括井管底座、井管頂座、密封蓋、電纜密封器和可伸縮的密封箍，該井管底座位於該多功能井管裝置的底部，下部連接於該流體進口，該流體來源於該液體流量產生與調控裝置，在底部混合併流入該變徑透明井筒，該井筒底座上部連接該可伸縮的密封箍，該可伸縮的密封箍以上連接該變徑透明井筒，該變徑透明井筒頂部連接在該井管頂座，該井管頂座包括兩個出口，一個出口是側面的該流體出口，連接該流體回流管道兼骨架，從該流體回流管道兼骨架進入該油氣水三相多功能檢測系統的流體循環，另一個出口為頂端的該密封蓋，該密封蓋上安裝有電纜密封器，該測井儀器的電纜通過該電纜密封器連接到該變徑透明井筒外，該密封蓋阻擋該流體的逸出並允許該測井儀器的電纜的通過。
[0018]該多功能井管裝置還包括流量計，該流量計置換該變徑透明井筒，以進行民用水錶、氣表的檢測。
[0019]本發明中的油氣水三相多功能檢測系統，是在長期使用「油氣水三相流實驗裝置」的實踐中，不斷地發現了這種裝置的某種缺陷與不足，同時，也逐步地對其局部進行改造，不斷地完善其功能，使用簡單的控制工藝，逐步替代了原裝置複雜的設施，大大降低設備成本；通過改善原裝置各類設施的工藝關係，實現了小流量下的高精度的測量與控制；依據科研需要，不斷增加一新功能，尤其是改變流體粘度等參數的功能等。把這些改動綜合起來，構成了本發明中的油氣水三相多功能檢測系統。本發明中的油氣水三相多功能檢測系統，使用簡易的控制工藝分別調節、氣、水單相的壓力，從而調控了其流量大小，實現流量測控低成本；使用測量罐測量流量，避免粘度、礦化度等流體參數對流量計的不利影響，保證了測量高精度；主要部件採用耐腐蝕器材解決原裝置不耐腐蝕的問題；使用方便置換的模擬井管裝置，實現多種儀表的檢測，使用目標的多樣化；油水免控制的自動分離循環使用；在液體存儲實施中調控流體粘度、礦化度等參數。通過以上措施保證了系統的高精度、多功能、低成本的特點的實現，可以為油田實驗室、科研院所實驗室提供新功能的實驗設備，對研究油井內油氣水流動規律具有重要作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實施例的結構示意圖；
圖2為圖1中的油氣水分離存罐的結構示意圖；
圖3為圖1中的氣體流量產生與調控裝置的結構示意圖；
圖4為圖1中的液體流量產生與調控裝置的結構示意圖； 圖5為圖1中多功能井管裝置的結構示意圖；
圖6為圖1中多功能井管裝置的另一結構示意圖；
圖7為圖1中的油氣水流量測量罐的結構示意圖；
圖8是使用本發明進行電容持水率測井儀器受到原油粘度影響實驗結果圖板。
【具體實施方式】
[0021]為使本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
[0022]本發明的油氣水三相多功能檢測系統是一種模擬多種流體混合流動的實驗設施，其主體是一個流體循環流動的管路系統。系統中的油氣水混合流動，其中各單相流體的流量可調整、可控制。系統的管道中流動的流體自身的參數允許改變(油粘度、密度、水礦化度等)。系統中多功能井管裝置，是實現系統功能的實用部件，通過它來實施「模擬油井內油氣水多相流體流動」、模擬直井、斜井、水平井的流動，測井儀器的標定檢驗、民用氣表水錶檢驗等多種功能。
[0023]如圖1所示，圖1為本發明的油氣水三相多功能檢測系統的一具體實施例的結構圖。該油氣水三相多功能檢測系統由油氣水分離存儲罐101、氣體流量產生與調控裝置102、液體流量產生與調控裝置103、多功能井管裝置104、油氣水流量測量罐105和流量系統連接管線106等功能模塊組成。
[0024]油氣水分離存儲罐101是進行油氣水混合流體的分離、存儲、液體參數調整的裝置，它實現油氣水混合流體的分離，進行液體存儲，循環使用，還用於液體介質的粘度、礦化度等參數的調整。
[0025]氣體流量產生與調控裝置102是氣體的產生裝置，提供氣體流動的動力，直接指示氣體的流量，並可調節氣體流量的大小並使氣體流量恆定。
[0026]液體流量產生與調控裝置103連接於油氣水分離存儲罐101，提供液體流動的動力，可直接指示油、水的流量，並調節油、水流量的大小並保持恆定。
[0027]多功能井管裝置104連接於氣體流量產生與調控裝置102和液體流量產生與調控裝置103，多功能井管裝置104中可以置換井筒，並可以帶動井筒偏轉。置換井管的井筒的功能，井筒置換為不同的內徑管道，就模擬了多種規格的套管，把井筒置換等待檢測的民用水錶(油表、氣表)，就可以實施儀表的檢驗或刻度。使用透明材料製造井筒，可以對流體流動過程進行觀察，記錄；把井筒兩端增加快速閥門，可以瞬間截取井內流體，測量混合流體的持率，得到井內總流量、持率、井斜、流體粘度、密度、等多種參數之間相互制約的關係。這些關係是實驗研究多相流體混合流動規律的基礎數據，使用本系統，可以模擬更多的參數，實驗結果更接近油井實際，更具科學研究價值。
[0028]改變井管的傾斜角度Θ，就模擬了不同斜度的油井中的流體流動，把測井儀器置入井管中，進行模擬測井，實現各種井斜、流量、含率(單相流量與總流量之比)條件下的測井儀器「刻度」，當井管中流體的粘度介質特性改變後，模環境更加接近油井的實際環境，儀器刻度的效果更好。
[0029]油氣水流量測量罐105連接於多功能井管裝置104和流量系統連接管線106，實現油氣水三相的單相流量(及總流量)的精確測量的功能。[0030]本發明的油氣水三相多功能檢測系統在運行時，流體的整體流動循環過程:油水從油氣水分離存儲罐101中流出，經過液體流量產生與調控裝置103增壓，產生液體流量，氣體直接從環境空間經過氣體發生裝置102增壓，產生氣體流量。從氣體發生裝置102，液體流量產生與調控裝置103流出的流體，經過流量系統連接管線106，流入到多功能井管裝置104的底端混合，然後向上流經多功能井管裝置104，再從頂部經流量系統連接管線106返回到底端後分為二選一的兩路，一路是進入油氣水流量測量罐105，進行高精度的油氣水三相流量的精確測量，測量後液體返回到油氣水分離存儲罐101，繼續參與流體循環；第二路是流體直接從多功能井管裝置104流出後返回油氣水分離存儲罐101。在油氣水分離存儲罐101內，實現油氣水分離，其中氣體從101的頂端逸出，液體分離後再次進入系統，流體如此循環不止，直到氣體流量產生與調控裝置102和液體流量產生與調控裝置103停泵，系統停止運行。
[0031]存儲罐是存儲油水的容器，原裝置一般分為存油罐、存水罐，連接在分離罐後面，共計3個罐體實現油氣水的分離、存儲功能，本發明把3罐合一，叫做「油氣水分離、存儲一體罐」節省了該部件的空間與造價。在此基礎上，為了增加「改變流體粘度、礦化度等功能」又增加了(新功能的需要)用於流體參數調整的液體存儲罐。這2個罐結合，實現為系統提供油、水液體的功能，所提供的油水，允許改變粘度、礦化度，氣體不參與整體流體循環。如圖2所示，圖2為圖1中的油氣水分離存罐I的一具體實施例的結構圖。油氣水分離存儲罐由油氣水分離油水存儲罐1、高粘度油和高礦化度水存儲罐2、油氣水進入管道3、出油管道8、出水管道9和第一調節閥10和第二調節閥11等組成。
[0032]流體分離過程為:在系統中流動的流體，從油氣水進入管道3進入油氣水分離油水存儲罐I，在油氣水分離油水存儲罐I中，流體從油氣水進入管道3緩慢流向出油管道8和出水管道9。混合流體中的氣體，很快從氣水分離油水存儲罐I的頂部分離、逸出，油水混合的液體，在緩慢流動中，在重力作用下自然實現水下、油上的自動分離，只要時間合適，進入罐體的液體流到出口前就實現了油水分離。油氣水分離油水存儲罐I的進口區域4和5是油水分離區域,而出口區域是油上水下的存儲區域；油氣水分離油水存儲罐I是油氣水分離罐也是液體存儲罐，是實現液體循環使用、流體參數改變的主要設施。
[0033]粘度、礦化度等流體參數調節過程為:高粘度油和高礦化度水存儲罐2是高粘度油、高礦化度水的存儲罐，罐的空間6存高粘度油，空間7存高礦化度水；在流體流動中，打開第一調節閥10的一段時間，向流體中增加了一定量的高粘度油，繼續流體的循環流動，並提取樣品進行粘度檢驗，直到調節到預定數值後，停止，系統的流體粘度參數調節完畢。系統中水的礦化度參數調節過程與粘度調節過程類似，打開出水管道9，打開第二調節閥11從空間7向系統中注入一定量的高礦化度水，循環後提取樣品測量水的礦化度，調節到預定數值。
[0034]如果模擬「聚合物」(油田採油注入地層的化工流體)，則把油氣水分離油水存儲罐I內的流體全部置換為聚合物。全部器材使用耐腐蝕的非金屬材料，預防高礦化度液體的腐蝕。系列罐(容器)的組合，實現了油氣水免控制自動分離、液體循環使用、粘度、礦化度調控等功能。
[0035]液體從油氣水分離油水存儲罐I流出，進入流量產生與調控裝置103，實現流體流動、流量調節、流量穩定的功能。原裝置這些功能實現需要使用穩壓罐、高壓罐、壓力測量-穩壓反饋自動控制，電控調節閥門，等複雜的設施。本發明極大簡化了該功能的實現所需要的部件，使用簡易的閥門等調控，實現了流量的調節與自動穩定流動的功能，在功能基本一樣的前提下，極大降低了部件的造價。
[0036]如圖3所示，圖3為圖1中的氣體流量產生與調控裝置102的一具體實施實例的結構圖。氣體流量產生與調控裝置包括空氣壓縮機12，空氣壓縮機12自帶的過壓停機旋鈕13，氣體逸出調節閥14，氣體壓力表15，氣體流量調節閥門16，氣體流量指示表17和出氣管道18。氣體壓縮機12抽取環境空間的空氣，產生氣體流量後從出氣管道18輸送到系統的管道中使用，最後在油氣水分離油水存儲罐I中逸出，返回到系統外的空間。該過壓停機旋鈕13在壓縮後的空氣壓力超過預定壓力時，進行自動停機保護，該氣體流量指示表17指示該壓縮後、經過氣體逸出調節閥14分流後流動的氣體的流量，該氣體壓力表15指示流動中氣體的壓力。該氣體逸出調節閥14和該氣體流量調節閥門16調節該壓縮後的空氣的流量，調節停止後，氣體流量自動保持恆定。
[0037]氣體流量產生與調控裝置的操作俞運行過程:把過壓停機旋鈕13調節到預定壓力(過壓自動停機保護)；半開氣體逸出調節閥14和氣體流量調節閥門16 ;空氣壓縮機12供電，開始運轉；空氣壓縮機12從環境中直接抽取空氣壓縮(增壓)後從出氣管道18進入流體系統；觀察氣體流量指示表17指示的流量，流量較小，則部分關閉氣體逸出調節閥14，增加氣體壓力表15的壓力，進入系統的流量增加，氣體流量指示表17自動指示新流量，也可以增加氣體流量調節閥門16的開度，同樣增加系統流量；當流量大於設定值後，進行相反的操作；當調節停止後，系統將自動保持壓力穩定，流量穩定；但這是流量的粗略顯示，要保證流量的精度，還另需要使用「流量測量罐」進行更精確的測量，測量後再次調整流量的大小。
[0038]如圖4所示，圖4為圖1中的液體流量產生與調控裝置103的一具體實施實例的結構圖。液體流量產生與調控裝置包括液體泵19，液體(油或水)進入管道20(來自油氣水分離油水存儲罐I)，超壓自動回流閥門21，回流調節閥22，壓力表23，液體流量指示表24，流量調節閥門25和出液管道26。系統中油水分別單獨使用圖4所示流量裝置。液體來自油氣水分離油水存儲罐1，經本裝置增壓、穩流後從出液管道26提供給系統使用，最後返回到油氣水分離油水存儲罐1，循環使用。液體從油氣水分離油水存儲罐1，經過進入管道20抽取到液體泵19，經過液體泵19給液體增壓，增壓後的液體流動分為二路，一路從回流調節閥22返回到液體泵19的入口的進入管道20，再次被吸入液體泵19，該路流體為局部循環流動，二路流體從液體泵19增加後，經過流量指示表24、流量調節閥門25，從出液管道26流出，輸送到系統中參與系統的流體循環。液體泵19輸出流量是固定數值，等於一路、二路流量之合，調解回流調節閥22、流量調節閥門25的開度，就是調節第二路流體流量的大小，當調節停止後，二路流量自動穩定在一個確定的數值。當調節回流調節閥22、流量調節閥門25的開度同時接近關閉時，壓力表23的壓力快速增大，為了保護液體泵19，設置了超壓自動回流閥門21，在壓力超過預定壓力時，超壓自動回流閥門21自動打開進行過壓自動回流保護。
[0039]該液體泵從分離存儲一體罐中抽取液體並給液體加壓，加壓後的液體的壓力超過預定壓力時，過壓自動回流保護閥門自動開啟，確保壓力不再上升，當壓力處在正常工作範圍時，調整回流閥與流量控制法的開度，可以調整流量的大小，經過調整的流量的液體的流動壓力靠壓力表指示其大小，靠流量表指示流量的大小，通過該出液管道進入該油氣水三相多功能檢測系統，當停止流量的調節後，裝置自動實現液體流量恆定。
[0040]圖4所示的裝置的操作過程:把超壓自動回流閥門21調節到預定壓力(過壓自動回流保護)；半開回流調節閥22和流量調節閥門25 ;電機供電，液體泵19開始運轉；液體泵19從油氣水分離油水存儲罐I抽取液體(油或水)後從液體進入管道20進入本裝置；觀察液體流量指示表24指示的流量，流量較小，則部分關閉半開回流調節閥22，增加壓力表23的壓力，進入系統的流量增加，液體流量指示表24自動指示新流量，也可以增加流量調節閥門25的開度，同樣增加系統流量；當流量大於設定值後，進行相反的操作；當調節停止後，系統將自動保持壓力穩定(壓力表23自動顯示),流量穩定(液體流量指示表24自動指示)；要保證流量的精度，還需要使用「流量測量罐」進行更精確的測量，再次調整流量的大小，直到達到預定數值。本裝置採用了簡易工藝技術，實現液體流量的發生、流量大小的調整與自動穩定流動。
[0041]流體從液體流量產生與調控裝置經過管道連接流入多功能井管裝置。多功能井管裝置是實現系統的「多功能」的主要部件。該部件坐落在可以轉動的支架上，允許井筒傾斜，模擬斜井，該部件，通過置換管道，實現「管徑任意調節」，檢測民用水錶氣表等多種功能。如圖5所示，圖5為圖1中多功能井管裝置104的一具體實施實例的結構圖。多功能井管裝置包括流體進口 27，流體出口 28，裝置整體轉動軸29、流體回流管道兼骨架30、井管底座31、變徑透明井筒32、井管頂座33、密封蓋34、電纜密封器35和可伸縮的密封箍36。
[0042]流體通過該流體進口 27進入該變徑透明井筒32，並通過該流體回流管道兼骨架30從該流體出口 28流出，該裝置整體轉動軸29連接於該流體回流管道兼骨架30，以使該多功能井管裝置整體轉動。該井管底座31位於該裝置的底部，下部連接於油氣水進入流體進口 27，油氣水來源於液體流量產生與調控裝置103，在底部流體進口 27混合併流入井筒，井管底座31的埠是DN125法蘭，其作用是更換井筒與支撐井筒。在井筒的底座以上的井筒中連接可伸縮的密封箍36，該可伸縮的密封箍36以上連接變徑透明井筒32，該可伸縮的密封箍36的作用是允許整體井筒在一定長度內伸縮，方便井筒的安裝、更換。變徑透明井筒32頂部連接在井管頂座33，井管頂座33位於井筒頂部，其埠也是DN125法蘭，法蘭的作用也是支撐固定井筒。井管頂座33分為兩個出口，其一是側面的流體出口 28，連接著流體回流管道兼骨架30，從流體回流管道兼骨架30流入出口 28進入流體循環，其二是頂端的密封蓋34，該密封蓋34的作用阻擋流體的逸出但允許測井電纜通過，在密封蓋34上安裝有電纜密封器35，該電纜密封器35用於處於井筒內部的測井井內儀器與地面儀表的連接。當不使用測井儀器時，密封蓋34、電纜密封器35隻起流體密封作用。在井管底座31、井管頂座33之間的變徑透明井筒32是可以置換的，變徑透明井筒32的兩端是DN125法蘭，變徑透明井筒32的中間段，也是試驗所需的井筒段，可以製作任意的尺寸、形狀。不同的尺寸可以模擬不同規格的套管，不同的形狀可以適應不同的需要，例如安裝、檢測民用流量儀表，模擬油井地面出口管道，用於研究油井地面油水計量。整個三相流系統的多功能在這個設施上得到實現。
[0043]整體的裝置圍繞裝置整體轉動軸29，可以偏轉角度Θ，模擬不同斜度的油井；當井筒垂直時，Θ定義為0°，水平為90°，裝置可以模擬0-120°內任意的井斜角度。
[0044]圖6為圖1中的多功能井管裝置104的另一具體實施例的結構圖。與圖5的部件編號基本一致，本圖6中，圖5中的變徑透明井筒32置換為圖6的流量計37，以進行民用水錶、氣表的檢測。從圖5與圖6的實例，看出系統多功能的實現方式。
[0045]如圖1所示，流體從多功能井管裝置104流出後，經過閥門選擇，流入油氣水流量測量罐105，實現系統中另一關鍵的技術-流量高精度測量。原裝置流量測量使用多隻(流量範圍不同)流量計測量儀表、微機接口、測量軟體等複雜系統構成，即便如此，還是在小流量下測量不準，導致系統控制的流量精度降低，另外，這些流量計不能有效測量高粘度的液體(精度嚴重變差)，使得整個系統不可改變流體的粘度的缺陷發生。本發明首先改變了原裝置的測量流量的方式，重要改變有兩點，一是原系統在流量調整區域實施流量檢測，本發明則是把原流量調控區域的流量計作為現場指示儀表，把正式的流量測量改變到現在的區域-流過井筒之後，這一改變主要針對原裝置這樣的問題，即在井筒之前測量流量，只能保證了流量計所處的管道的流量，當油氣水混合流動時，流量計不能準確反映井筒(裝置功能發揮的區域)內真正的流量，小流量下尤其嚴重(具體原因的說明超出本發明需要的範圍，不具體介紹)，這是導致原裝置精度差，尤其是小氣量的精度差的重要原因。把流量測量改到流過井筒之後，就保證了測量的是模擬井內的流量，克服了原裝置的不足。第二種改變的作用更重要-改變測量方式，該流量測量為計量罐測量。流體計量罐測量流量是精度最高的流量測量方法。任何種類的流量計都需要使用計量罐，使用計量罐可以保證系統的流量高精度測量。油氣水三相(單相、或兩相、或三相)流體混合流動，同時測量其中的每個單相流體的流量，這種計量罐目前沒有實際的產品，為配合本新發明，特專門設計、製造了這種罐。罐體測量流量不受流體粘度影響，對高粘度流體同樣實現高精度測量。圖7為圖1中的油氣水流量測量罐105的一具體實施例的結構圖；
流量測量罐也是一個小系統，由底座38，透明外罐39，內外罐間隙容積刻度尺40，透明內罐41，內罐容積刻度尺42，內罐拉繩43，滑輪44，砝碼45，支架46，流體進入管47，開閉互斥聯動閥門48，流通管道49，測量流體進入管50，氣體排空閥51，液體排空泵52，液體單向閥門53等組成。
[0046]系統工作的初始狀態為透明內罐41中預先充滿水54。透明內罐41位於透明外罐39內，該透明內罐41的頂端連接於內罐拉繩43，並通過支架46上的滑輪44與砝碼45相連。開閉互斥聯動閥門48控制流體是否從流體進入管47中流入該油氣水流量測量罐。測量流體進入管50連接於透明內罐41，為流體進入透明內罐41的管道。內罐容積刻度尺42位於透明內罐41上，以讀取流體體積，內外罐間隙刻度尺40位於透明外罐39上，根據內外罐間隙刻度尺40所指示的水面高度進行流體體積的微量計量。配合時間計量。測量流體的總流量，分別計量油氣水的單項體積，分別同時測量油、氣、水的單項流量。
[0047]液體排空泵52經過液體單向閥門53，把油水液體輸送到油氣水分離存儲罐101中(圖1)，氣體排空閥51用於將氣體從透明內罐41中排空。
[0048]油氣水體積流量的測量過程:需要秒表(計時器)配合；系統的流體在非測量狀態下，從流體進入管47流入，經過開閉互斥聯動閥門48的控制，不流經本測量罐，而是直接通過流通管道49流向大系統的油氣水分離存儲罐101 (圖1)，參與流體循環。在某時刻，旋動開閉互斥聯動閥門48 (測量開使、計時開始)，流體通過測量流體進入管50進入透明內罐41中，隨著流體總量在罐內積累，透明內罐41受流體浮力的作用後重力減小，加上砝碼45拉力作用，透明內罐41向上漂浮，在流體流入透明內罐41的過程中，氣體快速從液體中逸出並聚集在透明內罐41的頂部，透明內罐41的下部除了原來預存的水外，新增加油水混合液體，在經過一段時間t後，再次旋動開閉互斥聯動閥門48 (計時結束)，流體從流體進入管47直接流入流通管道49，不再流入測量罐。罐內待測量的流體,等待數分鐘時間，液體的油水自然分離，調整調節砝碼45的重量，確保透明內罐41的液體上表面與內外罐之間液體的上表面處在相同的高度(保證內罐41中氣體的壓力等於罐體外的大氣壓力、標準氣壓)，使用內罐容積刻度尺42讀取氣體體積Vgas,油體積Voil，水體積Vwater,並使用內外罐間隙刻度尺40所指示的水面高度進行流體體積的微量調整，得到時間t內的流入罐體油氣水體積Vg, Vo, Vw，則所測的油氣水混合流體的總體積流量Q=( Qg+Qo+Qw) /1= Vg/ t +Vot /+Vw/ t=氣體流量+油流量+水流量。測量結束後，用液體排空泵52經過液體單向閥門53，把油水液體輸送到分離罐101 (圖1);減輕砝碼45的重量，打開氣體排空閥51，把氣體從透明內罐41中排空；測量罐整體恢復到原始狀態。準備進行下一次的測量。
[0049]使用測量罐測量流量，有四個優點，一是精度高，罐體的容積用國家標準的0.02%的標準計量罐傳遞刻度，流量測量精度可以達到0.1%,遠遠高於普通流量計，尤其是氣體流量測量；二是長期穩定性好，罐體的容積長期穩定不變可以確保測量精度穩定。三是不受流體粘度、礦化度的影響。四是成本低。使用這種測量方式，克服了原裝置改變流體粘度、礦化度精度下降的問題。主要器材使用非金屬材料，預防高礦化度液體的腐蝕。
[0050]根據使用目標，本發明提出的油氣水三相多功能檢測系統可以變為油氣、水、單相流裝置、油水兩相、氣水兩相流裝置。具體製造這種裝置，可以根據圖1-圖7部件設計圖，同時依據使用目標，流量範圍設計具體尺寸。基本原則是，採用耐腐蝕材料。
[0051]油是一種易燃品，受到國家安全部門的管理與安全控制，製造使用本裝置，必須依照國家有關規定，安全使用油品。油也是一種汙染源，受到國家環保部門的管理與控制，製造使用本裝置，必須依照國家有關規定，接受環保的監督。該裝置需要在室內使用，溫度範圍0-40°C。系統各個部件，需要良好接地，防止靜電積累。存油罐，加裝呼吸閥門，避雷。油的液化氣、霧化氣易燃易爆品，有危險。
[0052]本發明中的油氣水三相多功能檢測系統實現了系統油氣水流量測量的高精度、低成本、多功能3重目標。液體精度0.1%，氣體精度0.5%。系統製造成本在同等流量範圍下，是原裝置的1/3?1/5。在繼續保持了原裝置功能外，新增加改變流體粘度等參數的功能，擴展了實驗適應範圍，為油田、科研院所提供了新一代油氣水多相流實驗設備。使用本發明中的油氣水三相多功能檢測系統進行原裝置不能實現的模擬實驗研究-變粘度、變礦化度、變乳化程度等新實驗，得到油水混合流動中對測井儀器影響的實驗數據。該裝置的發明為科研進一步深入，提供了基礎手段、設施。對油田油井測量【技術領域】的技術進步具有重要意義。
[0053]圖8是使用本發明中的油氣水三相多功能檢測系統進行電容持水率測井儀器受到原油粘度影響實驗結果圖板。實驗結果證實，電容持水率測井儀器受到粘度影響很大，原油粘度增加，儀器的輸出向油增加的方向偏移。如果不加修正，資料解釋處理會存在較大誤差。使用本系統進行粘度模擬實驗，可以建立修正圖板，不但可以定性地、而且可以定量地抵消原油粘度對測井儀器的不利影響，這對提高測井資料解釋精度具重要作用。
【權利要求】
1.油氣水三相多功能檢測系統，其特徵在於，該油氣水三相多功能檢測系統包括油氣水分離存儲罐、氣體流量產生與調控裝置、液體流量產生與調控裝置和多功能井管裝置，該油氣水分離存儲罐為進行油氣水混合流體的分離的裝置，並進行液體存儲和液體參數的調整，該氣體流量產生與調控裝置是氣體的產生裝置，提供氣體流動的動力並指示氣體的流量，調節氣體流量的大小使流量恆定，該液體流量產生與調控裝置連接於該油氣水分離存儲罐，提供液體流動的動力並指示液體的流量，調節液體流量的大小使流量恆定，該多功能井管裝置連接於該氣體流量產生與調控裝置和該液體流量產生與調控裝置，該多功能井管裝置中具有可置換井筒，並帶動該可置換井筒偏轉。
2.根據權利要求1所述的油氣水三相多功能檢測系統，其特徵在於，該油氣水三相多功能檢測系統還包括油氣水流量測量罐，該油氣水流量測量罐連接於該多功能井管裝置，以進行油氣水三相的單相流量的測量。
3.根據權利要求2所述的油氣水三相多功能檢測系統，其特徵在於，該油氣水流量測量罐包括透明外罐，內外罐間隙容積刻度尺，透明內罐，內罐容積刻度尺，內罐拉繩，滑輪，砝碼，支架和測量流體進入管，該透明內罐位於該透明外罐內，該透明內罐的頂端連接於該內罐拉繩，並通過該支架上的該滑輪與該砝碼相連，該測量流體進入管連接於該透明內罐，為流體進入該透明內罐的管道，該內罐容積刻度尺位於該透明內罐上，以讀取流體體積，該內外罐間隙刻度尺位於該透明外罐上,根據該內外罐間隙刻度尺所指示的水面高度進行該流體體積的計量。
4.根據權利要求3所述的油氣水三相多功能檢測系統，其特徵在於，該油氣水流量測量罐還包括流體進入管和開閉互斥聯動閥門，該開閉互斥聯動閥門控制流體是否從該流體進入管中流入該油氣水流量測量罐。
5.根據權利要求3所述的油氣水三相多功能檢測系統，其特徵在於，該油氣水流量測量罐還包括氣體排空閥，液體排空泵和液體單向閥門，該液體排空泵經過該液體單向閥門，將油水液體輸送到該油氣水分離存儲罐，該氣體排空閥將氣體從該透明內罐中排空。
6.根據權利要求1所述的油氣水三相多功能檢測系統，其特徵在於，該油氣水三相多功能檢測系統還包括流量系統連接管線，該流量系統連接管線為該油氣水三相多功能檢測系統中各個部件間的連接管線。
7.根據權利要求1所述的油氣水三相多功能檢測系統，其特徵在於，該油氣水分離存儲罐包括油氣水分離油水存儲罐、高粘度油和高礦化度水存儲罐、油氣水進入管道、出油管道、出水管道、第一調節閥和第二調節閥，流體從該油氣水進入管道進入該油氣水分離油水存儲罐，並在該油氣水分離油水存儲罐中進行水下、油上的分離，分離後的油通過該出油管道進入該高粘度油和高礦化度水存儲罐，分離後的水通過該出水管道進入該高粘度油和高礦化度水存儲罐，通過該第一調節閥向該高粘度油和高礦化度水存儲罐中的存油空間加入一定量的高粘度油，通過該第二調節閥向該高粘度油和高礦化度水存儲罐中的存水空間加入一定量的高礦化度水。
8.根據權利要求1所述的油氣水三相多功能檢測系統，其特徵在於，該氣體流量產生與調控裝置包括空氣壓縮機，過壓停機旋鈕，氣體逸出調節閥，氣體壓力表，氣體流量調節閥門，氣體流量指示表和出氣管道，該空氣壓縮機抽取環境空間的空氣壓縮後從該出氣管道輸送到該油氣水三相多功能檢測系統，該過壓停機旋鈕在壓縮後的空氣壓力超過預定壓力時，進行自動停機保護，該氣體流量指示表指示該壓縮後的空氣的流量，該氣體壓力表指示該壓縮後的空氣的壓力，該氣體逸出調節閥和該氣體流量調節閥門調節該壓縮後的空氣的流量。
9.根據權利要求1所述的油氣水三相多功能檢測系統，其特徵在於，該油氣水三相多功能檢測系統包括第一液體流量產生與調控裝置和第二液體流量產生與調控裝置，該第一液體流量產生與調控裝置與該油氣水分離油水存儲罐的油層相連，該第二液體流量產生與調控裝置與該油氣水分離油水存儲罐的水層相連。
10.根據權利要求1所述的油氣水三相多功能檢測系統，其特徵在於，該液體流量產生與調控裝置包括液體泵，液體進入管道，超壓自動回流閥門，回流調節閥，壓力表，液體流量指示表，流量調節閥門和出液管道，該油氣水分離油水存儲罐中的液體通過該液體進入管道由該液體泵抽取，並通過該液體泵給液體加壓，該加壓後的液體一路通過該回流調節閥返回到該液體泵的入口的該液體進入管道，再次被吸入該液體泵，該加壓後的液體另一路經過該流量指示表指示流量、該流量調節閥門調節流量，從該出液管道流出進入該油氣水三相多功能檢測系統，該超壓自動回流閥門在該加壓後的液體的壓力超過預定壓力時，進行過壓自動回流保護，該壓力表顯示該加壓後的液體的壓力。
【文檔編號】E21B43/34GK103541717SQ201210421718
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年10月30日 優先權日:2012年7月11日
【發明者】謝景平, 王學元, 王強, 趙國華, 劉樹勤 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化集團勝利石油管理局測井公司