一種管道式高含水油井產液三相計量裝置的製作方法

2023-06-02 15:20:06

本實用新型涉及油田三相流測量技術，尤其是一種管道式高含水油井產液三相計量裝置。

背景技術：

油田生產過程中，油井採出液主要含有油、伴生氣、水等，產出液在井下油管和地面管道中流動過程中，其流量和相含量的測量都屬於典型多相流計量問題。本實用新型中的「三相」是指油田伴生氣相、油相、水相。由於多相流動的複雜性，油氣水多相流量計的研製有較大的難度，目前存在多種多相流量計的研製技術路線。

在兩相流測量技術中，分離法仍然是目前最可靠和精度最高的技術。如中國專利ZL200810112558.3,ZL200710046862.8等都是採用大型容器作為油氣水三相分離系統，然後在採用單相計量的方法。因為這種方法是把多相流體中油氣水三相流體分離成單相氣體和油和水後，再分別用單相流量計測量各相流量，因而避免流型變化和流動不穩定等因素對測量的影響。但是實際多相流體測量中，很多流體有時無法做到經濟有效的完全分離，這個多相計量帶來了很多的麻煩。考慮以上問題，國內外研究人員也採用了部分分離技術，如美國專利US6128962，採用部分分離法，縮小分離器尺寸，但不是將全部三相流徹底分離成單相流，影響了計量精度。中國專利ZL98113068.2也採用了類似的一種分流分相式測量方法，但是當兩相流中的液相或氣相的流量很小(低含氣率或高含水率)時，經過分流，從分離器流出的氣相或油相流量就更小，無法代表整體，導致計量誤差大。美國專利US5390547和US7311001分別公開了一種多相流測量裝置,僅利用多相流體管道本身構成一種分離系統。該系統放棄了傳統的分離器，但採用外置式旋風分離方式，因此實質上它與傳統的分離法並沒有實質的區別。近年來，隨著相關研究工作的進展，多相檢測的新技術不斷出現，這使得未來多相流量計的性能有可能得到很大改善。如採用採用電、磁或放射性的方式進行在線測量油氣水三相的相密度、相含率和相速度方法，從而實現油氣水三相測量，如ZL201410468193.3和200810150257.X等，但針對油井採出液這種流量和相含率波動範圍大和流動複雜的場合，現有技術的應用依然有很大困難。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種管道式高含水油井產液三相計量裝置，將產出液的氣相和油水液相進行分離，分離出的氣體由專門管道引出，並採用差壓或者熱式質量流量 計等進行氣體準確質量計量；經過均混器後的油水混合流體，此時水會成為連續相而油成為分散其中的游離相，採用電容的方式可以實現高含水情況下的含水率的測量，然後以上流體流過後端採用電磁、聲波或射線方式流量測量區域，實現流量測量，結合含水參數和溫度及壓力測量結果，實現產出液的水的質量流量和油的質量流量測量。

本實用新型的目的可通過如下技術措施來實現：

該管道式高含水油井產液三相計量裝置，包括自下而上依次連接在主管道上的旋流裝置、氣核取樣管、油水均混器、含水測量系統、流量測量系統，所述氣核取樣管中設置氣液旋流分離器。

本實用新型的目的還可通過如下技術措施來實現：

所述氣液旋流分離器下端連接油水排出管，油水排出管向上連接到油水均混器下方，氣液旋流分離器上端連接氣相排出管，所述氣相排出管穿出主管道後在流量測量系統的上方再連接主管道內部。

所述氣液旋流分離器和油水均混器之間設置阻力件一，所述流量測量系統上方設置阻力件二。

所述氣相排出管上設置氣相流量計；所述含水測量系統設置含水率測量計，所述流量測量系統設置油水流量計；所述主管道末端設置壓力傳感器、溫度傳感器。

所述溫度傳感器、壓力傳感器、氣相流量計、含水率測量計、油水流量計均與數據採集及計量系統連接。

所述氣液旋流分離器用支撐板支撐，所述含水測量系統用支撐系統支撐。

根據主管道末端設置壓力傳感器、溫度傳感器，結合含水參數和溫度及壓力測量結果，實現產出液的水的質量流量和油的質量流量測量。

本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型利用旋流裝置，採用旋流強制流動的手段，增加了油田產出液分離適用範圍，不僅適用於低流速下的分層流、波狀分層流，還適用於高流速下的環狀流和彈狀流。

通過旋流裝置將流型複雜的油水產出液整理成想要的水環在外，油核在內環狀流，同時也完全不同於井下常規的旋風分離的方式和方法,縮小了分離裝置，提高了分離效果。

該油井油氣水三相自動計量系統還包括溫度傳感器和壓力傳感器，該溫度傳感器連接於主管，以獲得溫度值，對油氣水三相流體的密度、體積參數進行校驗，該壓力傳感器也連接於主管，以獲得壓力值，對油氣水三相流體的密度、體積參數進行校驗。

將該油井油氣水三相自動計量系統油氣水的物理化學特性輸入到系統的計算機中，再根據採集到的含水率、流量值、溫度值和壓力值，形成新的特徵曲線和參數再對所採集到的數據進行處理和計算，以獲得油氣水各相的體積流量和質量流量。以電磁流量測試為例，通過液體電極電容方法(zl201010220880.5)測得均混器後的含水率：αw，然後採用放射性方法(zl：201310003740.6)或者電磁流量計的方法測油水混合物的總流量：Qtotal，可以得到油水混合物中的水相體積流量：Qw＝αwQtotal，油水混合物中的油相體積流量：Qo＝(1-αw)Qtotal，通過噴嘴測得氣體在此溫度和壓力下的氣相體積流量：Qg，通過氣相和油相和水相的質量累加，可以得到油井產出液的油氣水三相體積流量。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的結構示意圖；

圖2為旋流裝置示意圖；

圖3為旋流裝置旋流後的流型圖；

圖3-1為圖3的A-A剖面圖；

圖3-2為圖3的B-B剖面圖。

圖中：1、產液入口段；2、旋流裝置；3、氣核取樣管；4、氣液旋流分離器；5、支撐板；6、油水排出管；7、氣相排出管；8、阻力件一；9、油水排出管出口；10、油水均混器；11、氣相流量計；12、支撐系統；13、含水測量系統；14、流量測量系統；15、阻力件二；16、壓力傳感器；17、溫度傳感器；18、數據採集及顯示系統。61、產出液普通流型；62、旋流裝置；63、環狀流型。

具體實施方式

有關本實用新型的詳細說明及技術內容，配合附圖說明如下，然而附圖僅提供參考與說明之用，並非用來對本實用新型加以限制。

根據圖1-3，其中圖3為油田產出液在垂直圓形管道內不同流型通過旋轉裝置4後轉化為氣液或油水的環狀流的流型示意圖；圖3-1為管道截面顯示的分層流，圖3-2為管道截面顯示的環狀流。

管道式高含水油井產液三相計量裝置，包括自下而上依次連接在主管道上的旋流裝置2、氣核取樣管3、油水均混器10、含水測量系統13、流量測量系統14，所述氣核取樣管中設置氣液旋流分離器4。所述氣液旋流分離器下端連接油水排出管6，油水排出管向上連接到油水均混器10下方，氣液旋流分離器上端連接氣相排出管7，所述氣相排出 管穿出主管道後在流量測量系統的上方再連接主管道內部。所述氣液旋流分離器和油水均混器之間設置阻力件一8，所述流量測量系統上方設置阻力件二15。所述氣液旋流分離器用支撐板5支撐，所述含水測量系統用支撐系統12支撐。

所述氣相排出管上設置氣相流量計11，圖紙顯示為Q9；所述含水測量系統設置含水率測量計，圖紙內顯示Q1，所述流量測量系統設置油水流量計，圖紙內顯示為au；所述主管道末端設置壓力傳感器16、溫度傳感器17。所述溫度傳感器、壓力傳感器、氣相流量計、含水率測量計、油水流量計均與數據採集及計量系統18連接。

數據採集及計量系統：成熟技術，原理及加工可借鑑，數據採集電路可借鑑勝利油田東勝公司，型號：XDY，也可以借鑑文章：SXL—1型油氣水三相流量計量儀的研究，雜誌，管道技術與設備，1996；

氣液旋流分離器：成熟技術，原理及加工可借鑑，具體結構可借鑑CN200820026737.0，製造商，梅科閥業，型號QF；

含水測量系統：成熟技術，原理及加工可借鑑，具體結構可借鑑文章「水平管內兩相流動網絲電容層析成像」熱能動力工程，2006或者專利用於多相流持液率測量的具有液體電極的電容式傳感器申請號：201010220880.5；

流量測量系統(電磁流量計就行)：成熟技術，原理及加工可借鑑，橫河電磁流量計AXF一體型製造商：哈爾濱恆河自動化控制有限公司。

油井產出液的油氣水三相自動計量系統，其核心是採用管內旋流裝置將高含水的油氣水三相產出液整流成氣核和液環的流型，然後利用管道內的緊湊型氣液水力旋流分離器將產出液的氣相和油水液相進行分離，分離出的氣體由專門管道引出，並採用差壓或者熱式質量流量計等進行氣體準確質量計量。分離出的油水混合液體通過分離器底端的出口引回到主管道內阻力件後、油水均混器之前進行充分混合併消除前段旋流造成的影響，經過均混器後的油水混合流體，此時水會成為連續相而油成為分散其中的游離相，採用電容的方式可以實現高含水情況下的含水率的測量，然後以上流體流過後端採用電磁、聲波或射線方式流量測量區域，實現流量測量，結合含水參數和溫度及壓力測量結果，實現產出液的水的質量流量和油的質量流量測量，測量後的流體經過阻力件後與返回的氣體流量混合，繼續沿管道輸送，完成油井產液的三相自動計量。

實施例1：

油井產出液通過豎直安裝的產液入口段1流入旋流裝置2後，來流被整流成氣核和油水混合物的外環貼壁流體，其中的氣核被安置在主管道中心的氣核取樣管3取出，此 時全部氣核和油水混合物通過氣核取樣管3和氣液旋流分離器4的夾壁空間切向氣液旋流分離器4入口，然後高速旋轉進入氣液旋流分離器4中依靠旋轉產生的離心力和重力實現氣液的有效分離。分離出的油水通過油水排出管6重新流入主管道，分離出的氣相通過頂部的出口，穿出主管道通過氣相排出管7並通過專門的氣相質量流量計11對分離出的氣體進行準確計量。除去氣體後的油水混合物流過氣液旋流分離器4後繼續沿著主管道流動，通過阻力件8後，與氣液旋流器分離出來的油水混合物混合，並一同進入油水均混器10，該油水均混器採用正反葉片結構。通過內外旋向相反而形成分層和剪切作用，將來流的油水產出液摻混並充分混合。混合後的油水產出液，由於產出液是高含水，均混後的流體因此形成的比較均勻的水為連續相，油為分散相的流體。採用油水均混器之前進行充分混合併消除前段旋流造成的影響，經過均混器後的油水混合流體，此時水會成為連續相而油成為分散其中的游離相，採用電容的方式的含水測量系統13可以實現高含水情況下的含水率的測量，然後以上流體流過後端採用電磁、聲波或射線方式的流量測量系統14，實現流量測量。結合含水參數和溫度及壓力測量結果，實現產出液的水的質量流量和油的質量流量測量，測量後的流體經過阻力件15後與返回的氣體流量混合，然後通過在線的壓力傳感器和溫度傳感器，並將採集到含水、流量、溫度、壓力進行運算和在線顯示，從而完成油井產液的三相自動計量。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，非用以限定本實用新型的專利範圍，其他運用本實用新型的專利精神的等效變化，均應俱屬本實用新型的專利範圍。