CN116988775B - 一种气井井场固、液、气三相计量撬装装置及计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非常规气井井口产出物计量技术领域，公开了一种气井井场固、液、气三相计量撬装装置及计量方法。本发明实现气、液、固三相在线分离计量，分离系统采用一用一备结构设计，确保不停产维护使用。分离后固体采用称重计量，气体和液体分离后采用质量流量计进行精确计量，供电系统采用风光发电系统供电，可实现边远气田无差别环境现场使用。本发明装置系统具有计量准确、运行连续、自动化高、操作简单等特点。

Description

一种气井井场固、液、气三相计量撬装装置及计量方法

技术领域

本发明涉及非常规气井井口产出物计量技术领域，公开了一种气井井场固、液、气三相计量撬装装置及计量方法。

背景技术

煤系非常规气井井口产出物含固、液、气三相，其中固相产出物主要包括砂粒、煤粉等，这些固相产出物如果不在井场原位分离，进入管网，可能出现以下问题：①随着管线外输压力降低，在管道拐弯、升降等位置，将出现固相物沉降，堵塞管道；②固相物随管网进入气站，损毁气站设备，带来较大的经济损失和安全隐患。煤系非常规气井的产气量、产液量若不能实时监测，技术人员将无法掌握气井的生产动态，以至于不能制定合理地排采工艺，使得煤系非常规气井的排采工艺与气井的生产动态不符，缩短气井的生命周期，影响气井的产量。因此，煤系非常规气开采领域，急需一种井场固、液、气三相分离及计量装置，实现煤系非常规气井井口产出物的固、液、气三相分离和准确计量，配合智能化、数字化安全生产管理，十分必要。

另外，目前气田建设模式的不断优化，气田滚动开发要求工程施工工期短、建设快，相应的分离计量装置撬装化、可移动是必然趋势。

多相计量的方法根据是否分离以及分离的程度大致分为相关测量法、分离测量法和分流分相测量法。相关测量法是以相关理论和信息理论为基础发展起来的一种测量手段，根据相关法确定噪声的渡越时间，把对流速的测量转变为对渡越时间的测量，分析流动噪声信号进而获得流体速度。理论上任何一种流动系统的流量都可以用该方法进行测量，因此相关法为两相流量计量提供了可行的思路，该方法具有易于实现测量、所用传感器与流体接触少甚至不接触等优点。但是，该方法存在易混淆多峰值以及相关流量计难标定等问题，因此相关测量法准确性还需要进一步提高。

分流分相法测量法首先从多相流中成比例的分配出一小部分具有代表性的分流体，分配的比例一般在1%-20%之间。然后将这一小部分的分流体先用分离器分离成单相气体和单相液体，再用单相仪表分别计量各自流量，总流量则由对应的比例关系来确定。然而与单相流不同，气液两相混合物在通过取样器时，会导致下游各通道的气液相组分与上游管路不同，产生所谓的相分离现象。取样器适应性差、取样流体缺乏代表性、阻力损失大已成为制约该方法进一步发展的瓶颈，严重影响着计量精度的进一步提高。

分离测量法是对多相流体先分离后计量，将两相计量问题转化为单相计量问题，其计量精度高，准确可靠。

目前大多数的测试技术仅局限于实验室研究，为数不多的商品化的多相计量仪表在工业应用中也存在着一定的局限性，并且造价昂贵。另外，由于流量计直接在多相流体中工作，因此仪表受流体波动影响而导致其测量精度较低，并且多相流量计体积十分庞大，占地面积大。

因此，针对煤系非常规气井井口产出物的复杂特性，适宜采用先除砂，然后气液分离，实现三相分离后再计量，准确可靠；另外，针对作业现场实况，小型化、集成化后的撬装结构非常必要。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种气井井场固、液、气三相计量撬装装置及计量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种气井井场固、液、气三相计量撬装装置，所述气井井场固、液、气三相计量撬装装置包括一号分离罐、二号分离罐、储砂罐、第一电动阀、第二电动阀、电控出砂口、收砂漏斗、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第六电动阀、自力式控制器、储砂室砂箱、加热盘管、排砂机构、称重机构、集成撬底座及连接管路；

其中，集成撬底座通过称重机构连接储砂罐，所述储砂罐内纵向排列有加热盘管，所述储砂罐内设有储砂室砂箱，所述储砂室砂箱通过排砂机构进行出砂；

一号分离系统及二号分离系统并联设于储砂室砂箱上方，其中一号分离系统包括一号分离罐，连接于进口的第一电动阀，连接于气相出口的第二电动阀，连接于液相出口的第三电动阀，二号分离系统包括二号分离罐，连接于进口的第四电动阀，连接于气相出口的第五电动阀，连接于液相出口的第六电动阀，一号分离系统及二号分离系统的气相出口及液相出口连接自力式控制器的气相进口端及液相进口端，

所述一号分离罐与二号分离罐内均设有收砂漏斗，所述收砂漏斗的出口与电控出砂口连通，所述电控出砂口与储砂室砂箱连通。

进一步的所述二号分离系统的进口设有安全阀及压力采集器。

进一步的所述自力式控制器气相出口端连接气体流量计，所述自力式控制器液相出口端连接液体流量计。

进一步的所述一号分离罐与二号分离罐的液相出口前端均设有收液器。

进一步的所述一号分离罐与二号分离罐的进口末端均设有旋流固液分离器。

一种气井井场固、液、气三相计量撬装装置计量方法，应用于上述的一种气井井场固、液、气三相计量撬装装置，包括如下步骤：

S1.气体除砂计量系统发出指令，关闭第四电动阀、第五电动阀、第六电动阀，打开第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀，一号分离罐连通工作，二号分离罐关闭；

S2.气井产出物经第一电动阀进入一号分离罐，通过其内部旋流固液分离器将固液相介质与气体分离，气相通过过滤及捕雾结构从一号分离罐顶部管路排出，过第二电动阀进入自力式控制器；

S3.旋流固液分离器分离出的液相产出物经过旋流固液分离器导槽进入收液器中，从一号分离罐底部过第三电动阀进入自力式控制器，旋流固液分离器分离出的固相颗粒由收砂漏斗过电控出砂口进入储砂室砂箱；从分离罐顶部外输的气体，通过自力式控制器进一步气液分离，然后气体通过气体流量计完成气井产气量的计量；从分离罐底部收集的液体与自力式控制器中分离的液体汇合，通过液体流量计完成气井产液量的计量；储砂罐底部安装有称重机构，实时监测储砂罐中的固相产出物的重量，实现气井固相产出物的计量。

进一步的一号分离罐工作时，第四电动阀关闭，第一电动阀打开，压力采集器实时监测一号分离罐进口的压力；二号分离罐工作时，第一电动阀关闭，第四电动阀打开，压力采集器实时监测二号分离罐进口的压力。

本发明具体的效果如下：

本发明实现气、液、固三相在线分离计量，分离系统采用一用一备结构设计，确保不停产维护使用。分离后固体采用称重计量，气体和液体分离后采用质量流量计进行精确计量，供电系统采用风光发电系统供电，可实现边远气田无差别环境现场使用。本发明装置系统具有计量准确、运行连续、自动化高、操作简单等特点。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1示出气井井场固、液、气三相计量撬装装置。

图2示出气井井场固、液、气三相计量撬装系统图。

图中：

1-安全阀、2-第一电动阀、3-压力采集器、4-旋流固液分离器、5-第二电动阀、6-电控出砂口、7-收砂漏斗、8-收液器、9-第三电动阀、10-第四电动阀、11-第五电动阀、12-第六电动阀、13-自力式控制器、14-气体流量计、15-液体流量计、16-储砂室砂箱、17-加热盘管、18-排砂机构、19-称重机构、20-集成撬底座。

具体实施方式

如图1所示气井井场固、液、气三相计量撬装装置主要由一号分离罐、二号分离罐、储砂罐、安全阀1、第一电动阀2、压力采集器3、旋流固液分离器4、第二电动阀5、电控出砂口6、收砂漏斗7、收液器8、第三电动阀9、第四电动阀10、第五电动阀11、第六电动阀12、自力式控制器13、气体流量计14、液体流量计15、储砂室砂箱16、加热盘管17、排砂机构18、称重机构19、集成撬底座20及各种管汇组成。

气井产出物固、液、气三相分离在分离罐中完成，分离系统采用一用一备结构设计，图1中的一号分离罐和二号分离罐结构相同，功能相同。

一号分离系统及二号分离系统并联设于储砂室砂箱上方，其中一号分离系统包括一号分离罐，连接于进口的第一电动阀2，连接于气相出口的第二电动阀5，连接于液相出口的第三电动阀9，二号分离系统包括二号分离罐，连接于进口的第四电动阀10，连接于气相出口的第五电动阀11，连接于液相出口的第六电动阀12，一号分离系统及二号分离系统的气相出口及液相出口连接自力式控制器13的气相进口端及液相进口端。

气体除砂计量系统发出指令，关闭第四电动阀10、第五电动阀11、第六电动阀12，打开第一电动阀2、第二电动阀5、第三电动阀9，一号分离罐连通工作，二号分离罐关闭。

气井产出物固、液、气三相混合物由设备“进口”经第一电动阀2进入一号分离罐，通过其内部旋流固液分离器4将固液相介质与气体分离，气相通过过滤、捕雾等结构从一号分离罐顶部管路排出，过第二电动阀5进入自力式控制器13。

旋流固液分离器4分离出的液相产出物经过旋流固液分离器导槽进入收液器8中，从一号分离罐底部过第三电动阀9进入自力式控制器13。

旋流固液分离器4分离出的固相颗粒砂粒、煤粉等由收砂漏斗7过电控出砂口6进入储砂室砂箱16，由于储砂罐内均布加热盘管17，保证储砂室砂箱中的干燥，防止储砂室砂箱内固相颗粒板结。

储砂罐中的储砂室砂箱16将固相颗粒收集进排砂机构18，排砂机构18在电机带动下定期定量从出砂口排出气井固相产出物。

从分离罐顶部外输的气体，通过自力式控制器13进一步气液分离，然后气体通过气体流量计14完成气井产气量的计量。

从分离罐底部收集的液体与自力式控制器13中分离的液体汇合，通过液体流量计15完成气井产液量的计量。

储砂罐底部安装有称重机构19，实时监测储砂罐中的固相产出物的重量，实现气井固相产出物的计量。

一号分离罐工作时，第四电动阀10关闭，第一电动阀2打开，压力采集器3可以实时监测一号分离罐进口的压力。

二号分离罐工作时，第一电动阀2关闭，第四电动阀10打开，压力采集器3可以实时监测二号分离罐进口的压力。

当一号分离罐或二号分离罐工作时，出现外输气管线堵塞，气罐进口压力超出安全阀1的安全阈值，安全阀1自动开启，安全泄压。

如图2所示气井井场固、液、气三相计量撬装系统还包括气体除砂计量系统和风光发电系统。

本发明能够实现气液固分相计量：

从分离罐顶部外输的气体，通过自力式控制器13进一步气液分离，然后气体通过气体流量计14完成气井产气量的计量。

从分离罐底部收集的液体与自力式控制器13中分离的液体汇合，通过液体流量计15完成气井产液量的计量。

储砂罐底部安装有称重机构19，实时监测储砂罐中的固相产出物的重量，实现气井固相产出物的计量。

本发明能够实现压力检测及安全泄压：

一号分离罐工作时，第四电动阀10关闭，第一电动阀2打开，压力采集器3可以实时监测一号分离罐进口的压力。

二号分离罐工作时，第一电动阀2关闭，第四电动阀10打开，压力采集器3可以实时监测二号分离罐进口的压力。

当一号分离罐或二号分离罐工作时，出现外输气管线堵塞，气罐进口压力超出安全阀1的安全阈值，安全阀1自动开启，安全泄压。

本发明能够实现自动控制及自供电，分离后固体采用称重计量，气体和液体分离后采用质量流量计进行精确计量，系统通过软件控制自动除砂、自动称重、自动排砂、数据记录保存，供电系统采用风光发电系统供电，可实现边远气田无差别环境现场使用。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种气井井场固、液、气三相计量撬装装置计量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.气体除砂计量系统发出指令，关闭第四电动阀、第五电动阀、第六电动阀，打开第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀，一号分离罐连通工作，二号分离罐关闭；

S2.气井产出物经第一电动阀进入一号分离罐，通过其内部旋流固液分离器将固液相介质与气体分离，气相通过过滤及捕雾结构从一号分离罐顶部管路排出，过第二电动阀进入自力式控制器；

S3.旋流固液分离器分离出的液相产出物经过旋流固液分离器导槽进入收液器中，从一号分离罐底部过第三电动阀进入自力式控制器，旋流固液分离器分离出的固相颗粒由收砂漏斗过电控出砂口进入储砂室砂箱；从分离罐顶部外输的气体，通过自力式控制器进一步气液分离，然后气体通过气体流量计完成气井产气量的计量；从分离罐底部收集的液体与自力式控制器中分离的液体汇合，通过液体流量计完成气井产液量的计量；储砂罐底部安装有称重机构，实时监测储砂罐中的固相产出物的重量，实现气井固相产出物的计量；

气井井场固、液、气三相计量撬装装置包括由一号分离罐、二号分离罐、储砂罐、第一电动阀（2）、第二电动阀（5）、电控出砂口（6）、收砂漏斗（7）、第三电动阀（9）、第四电动阀（10）、第五电动阀（11）、第六电动阀（12）、自力式控制器（13）、储砂室砂箱（16）、加热盘管（17）、排砂机构（18）、称重机构（19）、集成撬底座（20）及连接管路；其中，集成撬底座通过称重机构连接储砂罐，所述储砂罐内纵向排列有加热盘管，所述储砂罐内设有储砂室砂箱，所述储砂室砂箱通过排砂机构进行出砂；一号分离系统及二号分离系统并联设于储砂室砂箱上方，其中一号分离系统包括一号分离罐，连接于进口的第一电动阀，连接于气相出口的第二电动阀，连接于液相出口的第三电动阀，二号分离系统包括二号分离罐，连接于进口的第四电动阀，连接于气相出口的第五电动阀，连接于液相出口的第六电动阀，一号分离系统及二号分离系统的气相出口及液相出口连接自力式控制器的气相进口端及液相进口端，所述自力式控制器气相出口端连接气体流量计（14），所述自力式控制器液相出口端连接液体流量计（15），从分离罐顶部外输的气体，通过自力式控制器（13）进一步气液分离，然后气体通过气体流量计（14）完成气井产气量的计量，所述一号分离罐与二号分离罐内均设有收砂漏斗，所述收砂漏斗的出口与电控出砂口连通，所述电控出砂口与储砂室砂箱连通，一号分离罐与二号分离罐的进口末端均设有旋流固液分离器（4）。

2.根据权利要求1所述的一种气井井场固、液、气三相计量撬装装置计量方法，一号分离罐工作时，第四电动阀关闭，第一电动阀打开，压力采集器实时监测一号分离罐进口的压力；二号分离罐工作时，第一电动阀关闭，第四电动阀打开，压力采集器实时监测二号分离罐进口的压力。

3.根据权利要求1所述的一种气井井场固、液、气三相计量撬装装置计量方法，其特征在于，所述二号分离系统的进口设有安全阀（1）及压力采集器（3）。

4.根据权利要求1所述的一种气井井场固、液、气三相计量撬装装置计量方法，其特征在于，所述一号分离罐与二号分离罐的液相出口前端均设有收液器（8）。