油井三相流自動計量裝置的製作方法

2023-05-05 02:09:06 2

專利名稱：油井三相流自動計量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種油井產出液三相流計量裝置，尤其是油水氣三相流流量自動計量裝置。
背景技術：
油井產量的計量是油田生產管理中的一項重要工作，準確、及時的計量油井產量，對掌握油藏狀況，制定生產方案，具有十分重要的指導意義。
目前，國內各油田採用的油井產量計量方法主要有玻璃管量油、翻鬥量油、軟體量油、兩相分離密度法和三相分離計量方法等。玻璃管量油是國內各油田普遍採用的傳統方法，約佔油井總數的80％以上，採用間歇、人工計量的方式來折算產量，計量系統誤差較大。軟體儀量油是針對油井低產少氣的特點或者環狀流程的油井，應用了液面恢復法、功圖法等原理的量油方式，通常採用可攜式量油儀在井口測取油井的產液量，這種量油方式可大幅度降低投資，簡化管理，但也存在其局限性，對於環狀流程、螺杆泵採油的油井不能使用，以及對間歇出油、氣量較大的油井使用效果不理想。因此油井計量將隨著技術的進步及油田開發形式的變化，越來越需要功能強、計量精度、自動化程度高的計量設備，以降低工人勞動強度、提高勞動生產率和油田的管理水平。在現有的油井計量技術中，中國專利公開了一種「油氣自動計量裝置」(ZL 200420041937.5)，給出了一種油氣自動計量裝置，並且已經在陸上油田的生產中得到成功應用，但是，上述裝置對於油井計量而言，尤其是應用於撬裝測量和海洋平臺，其結構仍顯得複雜，存在體積偏大的缺陷。

發明內容
為了克服現有技術的不足之處，本發明的目的是為提供一種油井三相流自動計量裝置；該計量裝置結構簡單、體積小；無需電控輔助系統、壓力損失小；適用於單井、氣液混輸等多種流型的油、水、氣自動分相在線計量、尤其是撬裝式測量和海洋平臺的多相流量測量，且分相液量測量精確度可達到±1～2％。
本發明的目的可通過如下措施來實現一種油井三相流自動計量裝置是通過法蘭與管線分離控制罐、液體流量計、油水氣組分儀、氣體計量儀、氣液緩衝罐連接組成油水氣分相計量管網。分離控制罐上部與氣體出口管、氣液進口管相連，其下部與液體出口管連通，氣液進口管與分離控制罐相連處設有氣液旋流離心分離器，分離控制罐內裝有浮球調節閥，氣體出口管線上裝有氣體出口閥和氣體計量儀，氣體計量儀出口端與氣液匯管之間裝有氣液緩衝罐；液體出口管線上裝有液體出口閥、液體流量計和油水氣組分儀；氣液匯管處開有氣液出口管，壓力變送器和溫度變送器均設於分離控制罐上。
上述的氣液旋流離心分離器為圓筒形結構，豎直置於分離控制罐內的中上部，且中心對稱；其離心分離器入口一端與氣液進口管相連，另一端與螺旋離心管切線連接；螺旋離心管為方形或矩形，自上而下螺旋置於導向分離套管內，螺旋至少為二圈，螺旋離心管的流通面積小於或等於氣液進口管的流通面積；導向分離套管呈中空套管狀，與分離控制罐同心，下段套管面上有網孔。
上述的浮球調節閥的閥座連接管與閥座、氣體出口管光滑過渡連接，閥座連接管與氣體出口管連通，並固定在分離控制罐頂部端蓋中心的下部，閥座中心有一閥孔，閥孔直徑小於氣體出口管管徑；閥芯的底面與閥體光滑過渡連接；浮球連杆的一端與閥體中心對稱光滑過渡連接，另一端中心對稱穿透浮球，並光滑過渡連接；閥芯為圓錐體；閥體為光滑球面形或圓臺形，其外徑大於閥孔孔徑；浮球為空心球體或空心圓柱體，置於分離控制罐內的浮球導向器上，浮球連杆為直徑小於閥體直徑的圓管。
上述的浮球導向器的導杆一端垂直固定在底盤的中心，另一端豎直向上；底盤水平固定於分離控制罐內中下部並與氣液分離控制罐同中心，底盤上開有成網形的液流孔。上述的螺旋離心管的流通面積小於或等於氣液進口管的流通面積。
導向分離套管的內徑大於浮球的外徑，導向分離套管外徑小於或等於分離控制罐內徑。
閥體與閥孔的接觸面為光滑球面形或圓臺形。
閥芯錐度大小和錐體長度取決於測量氣液量程範圍大小，其最大底面直徑小於閥孔；導杆的直徑小於浮球連杆的內徑，長度大於閥芯的長度；液流孔開孔的總流通面積大於氣液進口管的流通面積。
氣液匯管的氣液出口高度高於置於分離控制罐內的浮球起浮時的液位高；低於閥體頂到閥座在分離控制罐內的液位高度。
氣液緩衝罐的容積大於氣體出口管到氣液緩衝罐上端之間管道內的容積。
本發明與現有技術相比具有如下優點1、本發明結構簡單、體積小、重量輕、拆裝便捷省時，自動化程度高，非常適用於撬裝測量和海洋平臺的多相流測量及陸地、沙漠、高寒油田無人值守環境中安裝使用。
2、本發明計量精度高，且不受氣液流型和流體狀態影響，設計液量計量誤差可達±1.0％以上，實際計量誤差可達±2％以內，且重複性、可靠性好。
3、本發明的測量量程寬，最大可達1∶30以上，且線性好，尤其適用於低產、間歇出油、氣量變化比較大的油井測量。
4、本發明氣液分相測量平穩，整個裝置無輔助電控系統，最大壓力損失小於0.025MPa；


圖1是本發明的結構示意2a、是圖1的氣液旋流離心分離器的結構示意2b是圖1的導向分離套管網孔示意3a是圖1閥座連結管與閥座結構示意3b是圖1浮球調節閥結構示意4是圖1的浮球導向器結構示意圖附圖標記說明如下1-氣液進口管2-分離控制罐3-分離控制罐頂部端蓋4-氣液旋流離心分離器41-離心分離器入口42-螺旋離心管43-導向分離套管 44-網孔5-浮球調節閥50-閥座連接管51-閥座 511-閥孔52-閥芯53-閥體 54-浮球連杆55-浮球6-氣體出口管7-浮球導向器 71-導杆72-底盤73-液流孔
8-液體出口管 9-液體出口閥 10-液體流量計11-油水氣組分儀12-氣體出口閥13-氣體計量儀14-氣液緩衝罐15-氣液匯管16-氣液出口管17-壓力變送器18-溫度變送器19-控制罐底座20-排汙閥21-計量裝置底座具體實施方式
下面結合附圖對本發明再作進一步的描述如圖1所示，氣液進口管1與設置於分離控制罐2內中上部的氣液旋流離心分離器4的離心分離器入口41相連通，分離控制罐2上部與氣體出口管6連通，氣液混合液由氣液進口管1(切向)進入氣液旋流離心分離器4，氣液通過螺旋離心管42實現氣液初步分離，經過螺旋離心管42分離的含氣液體在慣性——重力和離心力的作用下在導向分離套管43內繼續離心分離，後順著分離控制罐2的內壁流下，由此經氣液旋流離心分離器4的離心分離，由氣液進口管1來的氣液混合液中的游離氣可達到完全分離以及大部分孵化氣離心分離。
氣液旋流離心分離器4為圓筒形結構，豎直置於分離控制罐2內的中上部，且中心對稱(參照圖2a、圖2b)，離心分離器入口41一端與氣液進口管1相連，另一端與螺旋離心管42(切向)連通；螺旋離心管42為方形，自上而下螺旋置於導向分離套管43內，螺旋為二圈，螺旋離心管42的流通面積小於或等於氣液進口管1的流通面積；導向分離套管43呈中空套管狀，與分離控制罐2同心，下段套管面上有網孔44，以便增加液氣分離表面，確保被分離析出的氣體上流；氣液旋流離心分離器4的外徑小於分離控制罐2的內徑，其目的是為了從螺旋離心管42旋流落下來的液體順分離控制罐2內壁流下，使液體內少量餘留氣體進一步析出，同時避免脈動進液和進液時對浮球55的擾動。
分離控制罐2主要是由罐主體、分離控制罐頂部端蓋3、氣液旋流離心分離器4、浮球調節閥5、氣體出口管6、液體出口管8、排汙閥20和浮球導向器7組成分離控制罐頂部端蓋3用螺栓固定在罐主體的頂部，閥座連接管50與閥座51連接固定在分離控制罐頂部端蓋3上；浮球調節閥5的出口閥座連接管50與氣體出口管6和氣體出口閥12相連通，再後與氣體計量儀13、氣液緩衝罐14、氣液匯管15與氣液出口管16相連；分離控制罐2中下部設有液體出口管8，液體出口管線上裝有液體出口閥9、液體流量計10和油水氣組分儀11；底部設有排汙口20。分離控制罐2底部設有分離控制罐底座19，整個裝置座落在計量裝置底座21上。
如圖3a、3b所示，浮球調節閥5設於分離控制罐2的內部，是由閥座連接管50、閥座51、閥芯52、閥體53、浮球連杆54、浮球55組成。閥座連接管50固定在分離控制罐頂部端蓋3中心的下部，閥座連接管50與閥座51、氣體出口管6光滑過渡連接，閥座51中心有一閥孔511，閥孔511孔徑小於氣體出口管6管徑；閥芯52為圓錐體，錐度大小和錐體長度取決於測量氣液量程範圍大小，其最大底面直徑小於閥孔511孔徑；閥體53與閥座51的接觸面是光滑球面形，閥體53其最大外徑大於閥孔511孔徑；閥芯52的底面(最大端面)與閥體53光滑過渡連接；浮球連杆54為直徑小於閥體53的圓管，浮球55為空心圓柱體；浮球連杆54的一端與閥體53中心對稱光滑過渡連接，另一端中心對稱穿透浮球55並光滑過渡連接；浮球55置於分離控制罐2內的浮球導向器7上，且在浮力的作用下隨罐內液面波動而在浮球導向器7上上下浮動分離控制罐2的液位波動由浮球55通過浮球連杆54作用閥芯52在閥座51的閥孔511內上下動作，以調節氣體出口的有效截面，以此達到自動調節穩定分離控制罐2內與氣液出口管16之間的壓差及控制罐體上部的氣體流量和下部的液體流量。
參照圖4，浮球導向器7置於分離控制罐2內中下部並同心，浮球導向器7由導杆71、底盤72和液流孔73組成。導杆71一端垂直固定在底盤72的中心，另一端豎直向上。導杆71的直徑小於浮球連杆54的內徑、長度大於閥芯52的長度；底盤72水平固定置於氣液分離控制罐2內中下部並與罐體同中心，底盤72上開有呈網形的液流孔73，所開孔的總流通面積大於進口管1的流通面積，以確保浮球導向器7上下液體無壓損流動。設置浮球導向器7的目的是用於控制浮球55在液面上升或下降時左右擺動而影響液面的穩定。
液體出口管8、液體出口閥9和液體流量計10在同一管線上相連，油水氣組分儀11豎直連接於液體流量計10的出口端和氣液匯管15間，氣液匯管15的水平出口高度需高於置於分離控制罐2內的浮球55起浮時的液位高度，低於閥體53頂到閥座51在分離控制罐2內的液位高度；氣液緩衝罐14下端豎直與氣液匯管15連接，上端與氣體計量儀13出口連接，氣液緩衝罐14的容積需大於氣體出口管6到氣液緩衝罐14上端之間管道內的容積，其目的是為了阻止氣液匯管15處液體的返流而影響氣體計量儀13的測量精度。
本發明採用離心旋流分離和浮球液位調節控制，有效組合滿足了管道氣液混合液中游離氣的完全分離和大部分孵化氣的自動分離。浮球調節閥5利用液位高低直接控制了氣體出口的流量、藉助出口氣液匯管15的高度和液路流阻形成的差壓間接控制液體出口的流量，實現了對氣液流量的自動平穩控制；其工作原理是油水氣混合液通過螺旋離心管42實現游離氣離心旋流的初步分離，經過螺旋離心管42分離的含氣液體在慣性(重力和離心力)的作用下沿導向分離套管43內繼續離心分離，後順著分離控制罐2的內壁流下，由此經氣液旋流離心分離器4的離心分離，管線來的氣液混合液中的游離氣可達到完全分離以及大部分孵化氣離心分離。
在分離控制罐2正常液位尚未建立起來之前，浮球調節閥5在重力的作用小處於最底位，即完全打開的狀態。經分離的氣體通過打開的閥孔511和閥芯52之間無阻排出，此時由於罐內液位低於出口氣液匯管15的出口高度，無液量排出；當分離控制罐2的液位逐漸上升到控制範圍下限並繼續上升，浮球55在浮力的作用下順浮球導向器7向上浮升，閥芯52隨浮球55而上升，閥孔511和閥芯52之間的流通面積減小，氣體排出量減少，罐內液位進一步上升，分離控制罐2與氣液匯管15處的差壓逐漸上升，當罐內液位上升到高於氣液匯管15出口的高度、罐內壓力與出口匯管15的差壓達到排液所需的壓差(流阻差壓)時，液體開始排出分離控制罐2，此時氣液進口管1來液大，罐內液位繼續上升，則氣體排出流量減少、差壓增大，排液流量隨之增大；隨後罐內液位開始下降、浮球閥流通面積變大、出口氣量增大，差壓隨之減小，出口液量也隨之減小，重複上述過程，最後達到一種氣液進出平穩狀態；如來氣流量大，差壓增大，罐內液位開始下降，當下降到低於氣液匯管15出口的高度和排液所需差壓時，排液流量隨之變小，同時分離控制罐2的液位又開始逐漸上升，重複上述液位上升下降過程，達到分離控制罐2內液位在一定高度範圍內變化。此後，若管線來的氣液混合液的氣液比和外排管線壓力變化，造成分離控制罐2內液位的上升或下降，浮球調節閥5都會自動把壓差控制在排液所需的數值上，把液位控制在設定的範圍內。對於小流量，藉助氣液匯管15出口的高度和液路流阻所需的差壓，形成間隙排液計量(氣壓排液)；對於小氣量也同樣是間隙排氣計量。
分離控制罐2下部安裝溫度變送器18、壓力變送器17，氣體出口管6後分別安裝氣體出口閥12、氣體計量儀13、氣液緩衝罐14、液體流量計10和油水氣組分儀11，並與計算機系統配套使用，組成一套完整的氣液混輸流體的在線計量裝置。其中安裝氣液緩衝罐14目的是為了迴避氣液出口管23的壓力波動引起液體反灌到氣體流量計影響氣量計量精度，油水氣組分儀11用於在線監測液路流體的含水率、含氣率。
權利要求
1.一種油井三相流自動計量裝置是通過法蘭與管線將分離控制罐(2)、液體流量計(10)、油水氣組分儀(11)、氣體計量儀(13)、氣液緩衝罐(14)連接組成油水氣分相計量管網，其特徵是分離控制罐(2)上部與氣體出口管(6)、氣液進口管(1)相連，其下部與液體出口管(8)連通，氣液進口管(1)與分離控制罐(2)相連處設有氣液旋流離心分離器(4)，分離控制罐(2)內裝有浮球調節閥(5)，氣體出口管(6)的管線上裝有氣體出口閥(12)和氣體計量儀(13)，氣體計量儀(13)出口端與氣液匯管(15)之間裝有氣液緩衝罐(14)；液體出口管(8)的管線上裝有液體出口閥(9)、液體流量計(10)和油水氣組分儀(11)；氣液匯管(15)處開有氣液出口管(16)，壓力變送器(17)和溫度變送器(18)均設於分離控制罐(2)上。
2.根據權利要求1所述的一種油井三相流自動計量裝置，其特徵是氣液旋流離心分離器(4)為圓筒套管形結構，豎直置於分離控制罐(2)內的中上部，且中心對稱，其離心分離器入口(41)一端與氣液進口管(1)相連，另一端與螺旋離心管(42)切線連接；螺旋離心管(42)為方形或矩形，自上而下螺旋置於導向分離套管(43)內，螺旋至少為二圈，螺旋離心管(42)的流通面積小於或等於氣液進口管(1)的流通面積；導向分離套管(43)呈中空套管狀，與分離控制罐(2)同心，下段套管面上有網孔(44)。
3.根據權利要求1所述的一種油井三相流自動計量裝置，其特徵在於浮球調節閥(5)的閥座連接管(50)與閥座(51)、氣體出口管(6)光滑過渡連接，閥座連接管(50)與氣體出口管(6)連通，並固定在分離控制罐頂部端蓋(3)中心的下部，閥座(51)中心有一閥孔(511)，閥孔(511)直徑小於氣體出口管(6)管徑；閥芯(52)的底面與閥體(53)光滑過渡連接；浮球連杆(54)的一端與閥體(53)中心對稱光滑過渡連接，另一端中心對稱穿透浮球(55)，並光滑過渡連接；閥芯(52)為圓錐體；閥體(53)為光滑球面形或圓臺形，其最大外徑大於閥孔(511)孔徑；浮球(55)為空心球體或空心圓柱體，置於分離控制罐(2)內的浮球導向器(7)上，浮球連杆(54)為直徑小於閥體(53)直徑的圓管。
4.根據權利要求3所述的一種油井三相流自動計量裝置，其特徵是浮球導向器(7)的導杆(71)一端垂直固定在底盤(72)的中心，另一端豎直向上；底盤(72)水平固定於分離控制罐(2)內中下部並與氣液分離控制罐(2)同中心，底盤(72)上開有成網形的液流孔(73)。
5.根據權利要求2或3所述的一種油井三相流自動計量裝置，其特徵是導向分離套管(43)的內徑大於浮球(55)的外徑，導向分離套管(43)外徑小於或等於分離控制罐(2)內徑。
6.根據權利要求3所述的一種油井三相流自動計量裝置，其特徵是閥體(53)與閥孔(511)的接觸面為光滑球面形或圓臺形。
7.根據權利要求3所述的一種油井三相流自動計量裝置，其特徵是閥芯(52)錐度大小和錐體長度取決於測量氣液量程範圍大小，其最大底面直徑小於閥孔(511)孔徑。
8.根據權利要求3或4所述的一種油井三相流自動計量裝置，其特徵是導杆(71)的直徑小於浮球連杆(54)的內徑、長度大於閥芯(52)的長度；液流孔(73)開孔的總流通面積大於氣液進口管(1)的流通面積。
9.根據權利要求1或3所述的一種油井三相流自動計量裝置，其特徵是氣液匯管(15)的水平出口高度高於置於分離控制罐(2)內的浮球(55)起浮時的液位高度，低於閥體(53)頂到閥座(51)在分離控制罐(2)內的液位高度。
10.根據權利要求1所述的一種油井三相流自動計量裝置，其特徵是氣液緩衝罐14的容積大於氣體出口管6到氣液緩衝罐14上端之間管道內的容積。
全文摘要
本發明涉及一種油井產出油水氣三相流流量自動計量裝置。本裝置通過法蘭與管線將分離控制罐、液體流量計、油水氣組分儀、氣體計量儀、氣液緩衝罐連接組成油水氣分相計量管網。分離控制罐上部與氣體排出管、氣液進口管相連，內有浮球調節閥，下部與液體出口管相連；其中氣體出口管與排液管匯流與氣液出口管相接；在該排氣管上設有氣體計量儀；在該排液管上設有液體流量計和油水氣組分儀。本發明的計量精確度高，設計液量計量精度可達±1％以上，實際計量精度可達±2％以內，且重複性、可靠性好；其次測量量程寬，最大可達1∶30以上，且線性好，尤其適用於低產、間歇出油、氣量變化比較大的油井測量。本發明自動化程度高、結構簡單、體積小、重量輕、拆裝便捷省時、維修簡便，非常適用於撬裝測量和海洋平臺的多相流測量以及沙漠、高寒油田無人值守環境中安裝使用。
文檔編號G01F15/00GK1908594SQ20061010500
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月8日 優先權日2006年8月8日
發明者壽煥根 申請人:壽煥根