CN204373715U - 一种多相流微压差测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多相流微压差测量装置，其包括：用于多向流体流通的直管道、电容传感器、密度计传感器、多参数微压差变送器、节流装置、温度传感器、远方数据终端、以及上位机，其中所述直管道包括相反设置的第一端和第二端，所述平行极板式电容传感器安装在靠近第一端的直管道内，所述节流装置安装在靠近第二端的直管道内，所述直管道还包括位于第一端和第二端之间的节流节上游管道、均匀支管道节流、及节流节下游直管道，所述密度计传感器安装在节流节上游管道处，所述多参数微压差变送器安装在均匀支管道节流处，所述温度传感器安装在节流节下游直管道处。

Description

一种多相流微压差测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种流量测量技术，尤其涉及一种多相流微压差测量装置。

背景技术

目前，国内外大型石油公司和相关机构都致力于多相流计量方法和装置的研究和应用。已开发出的商业化计量装置基本上可分为如下两大类：

一类是对待测油、水、气多相流预先进行气液相分离，然后再对分离后的气相和液相分别进行计量。这种计量可达一定精度，已在油田得到广泛应用。由于气液相分离通常采用重力分离法或旋流分离法，分离器结构十分庞大，且造价高、安装难度大。况且，计量精度直接受到气液相分离效率以及气液相分别计量有效控制的制约，要继续提高计量精度有较大的困难。

另一类是无需对多相进行预先分离，而直接对多相流的参数进行计量。由于待计量参数包括液质量流量/体积流量和含水率，以及气流量和气液比等众多参数，往往需要在采用孔板流量计的同时，还必须采用伽玛射线、微波等计量方法对相比参数进行单独测量。这种方法可在线计量，精度较高，在石油工业的计量检测中占有相当的份额，例如美国专利US6935,189B2。但由于这种计量结果直接受多相流的流型和流态的影响，计量结果不易稳定，计量装置结构与原理十分复杂，价格昂贵，标定、安装与维修相当麻烦。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种轻巧、精度高、安装与维修方便的多相流微压差测量装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种多相流微压差测量装置，其包括：用于多向流体流通的直管道、电容传感器、密度计传感器、多参数微压差变送器、节流装置、温度传感器、远方数据终端、以及上位机，其中所述直管道包括相反设置的第一端和第二端，所述平行极板式电容传感器安装在靠近第一端的直管道内，所述节流装置安装在靠近第二端的直管道内，所述直管道还包括位于第一端和第二端之间的节流节上游管道、均匀支管道节流、及节流节下游直管道，所述密度计传感器安装在节流节上游管道处，所述多参数微压差变送器安装在均匀支管道节流处，所述温度传感器安装在节流节下游直管道处。

本实用新型进一步的改进如下：

进一步地，所述直管道的第二端与远方数据终端通过有线连接。

进一步地，所述远方数据终端与上位机通过无线GPRS连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：该多相流微压差测量装置的流量计量方法无需气液相预先分离，本实用新型设计采用多参数变送器检测相关参数，通过巧妙的温压补偿方式，即解决了参变量对传感系数的影响，又解决了由于流体雷诺数变化对流体流出系数及可膨胀系数的影响，从而避免了零点漂移，确保了计量精度；该多相流微压差测量装置具有结构紧凑简单、线性重复性好、计量精度高、操作方便、适用面宽、易于推广等特点；可广泛适用于油气田、石油化工、普通化工、冶金、污水处理等行业。

附图说明

图1是本实用新型一种多相流微压差测量装置的结构示意图。

图2是本实用新型一种多相流微压差测量装置的流量计量方法工作流程图。

其中：1.平行极板式电容传感器，2.密度计传感器，3.多参数微压差变送器，4.节流装置，5.温度传感器，6.远方数据终端，7.上位机，8.系统软件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1至图2所示，为符合本实用新型一种多相流微压差测量装置及流量计量方法结构示意图。一种多相流微压差测量装置，其包括：用于多向流体流通的直管道、平行极板式电容传感器1、密度计传感器2、多参数微压差变送器3、节流装置4、温度传感器5、远方数据终端6、以及上位机7。所述直管道包括相反设置的第一端(未标号)和第二端(未标号)，所述平行极板式电容传感器1安装在靠近第一端的直管道内，所述节流装置4安装在靠近第二端的直管道内，所述直管道还包括位于第一端和第二端之间的节流节上游管道、均匀支管道节流、及节流节下游直管道。所述密度计传感器2安装在节流节上游管道处，所述多参数微压差变送器3安装在均匀支管道节流处，所述温度传感器5安装在节流节下游直管道处。所述直管道的第二端与远方数据终端通过有线连接。所述远方数据终端(RTU)6与上位机7通过无线GPRS连接。

所述多相流微压差测量装置的流量计量方法包括如下步骤：

(1)所述节流装置4检测流体的混合电容率、检测流体的混合电导率、检测节流差压、检测流体的压力、检测流体的温度、检测流体的混合密度；

(2)通过远方数据终端(RTU)6将这些数据无线发送给上位机7,再由上位机7中计量模型计算各相比率及流量。所述多参数微压差变送器3检测压差、静压；所述密度计传感器2检测混合密度信号；所述温度传感器5检测温度信号；所述平行极板式电容传感器1检测电容率和电导率信号；将检测节流压差，静压，温度，混合密度、电容率、电导率信号集成在一块表的电路中集中处理。所述远方数据终端(RTU)6接收多参数微压差变送器检测的信号，通过无线传给上位机7，上位机7用于实现对数据的计算、显示和存储。将检测的数据利用计算机技术和数据处理技术，进行大量数学计算和温压补偿计算。

将平行极板式电容传感器1和节流装置4安装直管道中,密度计传感器2安装在节流节上游管道处,多参数微压差变送器3安装在均匀支管道节流处,温度传感器5安装在节流节下游直管道处,将检测的信号集中一个表中发射，并由远方数据终端(RTU)6由无线传至上位机7，再由系统软件8分析计算处理并显示各相比数据和各相流量值。

图2是本实用新型一种多相流微压差测量装置及流量计量方法工作流程示意图。将平行极板式电容传感器检测的电容率和电导率，密度计传感器检测的密度ρ，多参数微压差变送器检测的压差△P，压力P，温度传感器检测的温度T，由电控柜中远方数据终端(RTU)通过GPRS远传至中控室上位机，上位机中计量软件系统通过分析计算后并显示各相比数据和各相流量值。

根据电容率方程：

ε_混合物＝αε_气+βε_水+γε_油

式中：ε_混合物为混合物电容率，F/m(法拉/米)；α为气相分率；β为水相分率；

γ为油相分率；ε_气为气相电容率；ε_水为水相电容率；为ε_油油相电容率。

电导率方程：

σ_混合物＝ασ_气+βσ_水+γσ_油

式中：σ_混合物为混合物电导率，S/m(西门子/米)；σ_气为气相电导率；σ_水为水相电导率；σ_油为油相电导率。

密度方程：

ρ_混合物＝αρ_气+βρ_水+γρ_油

式中：ρ_混合物为混合物密度，kg/m3(千克/立方米)；ρ_气为气相密度；ρ_水为水相密度；ρ_油为油相密度。

归一方程：

α+β+γ＝1

其中，ε_油根据输入的流体PVT参数由流量计算机求得，ε_水为常数约等于70F/m，ε_气为常数约等于1F/m；σ_水根据输入的流体PVT参数由流量计算机求得，σ_油和σ_气均为常数，数值趋于无穷大；ρ_混合物用密度传感器可测得，ε_混合物用电容传感器可测得，σ_混合物用电导率传感器可测得；α为单位时间内气相在混合物中占的体积百分数，β为单位时间内水相在混合物中占的体积百分数，γ为单位时间内油相在混合物中占的体积百分数，α、β和γ均为方程中的未知变量。

混合物低含水期电容传感器工作时，电容率方程、密度方程和归一方程3个方程联立求解油气水各相相分率；混合物高含水期电导率传感器工作时，电导率方程、密度方程和归一方程3个方程联立求解油气水各相相分率。

再根据多相流体积流量计算公式：

$Q=86.4\frac{\mathrm{\η}\·C\·\mathrm{\ϵ}}{\sqrt{1-{\mathrm{\β}}^4}}\frac{\mathrm{\π}}{4}{d}^2\sqrt{\frac{2\mathrm{\ΔP}}{{\mathrm{\ρ}}_1}}$

式中：

Q—流体的体积流量，[m3/d]；(工况下总流体的体积流量)；

ε—被测介质的可膨胀性系数，对于液体ε＝1；对气体、蒸汽、溶解油等可压缩流体ε<1，

$\mathrm{\&epsiv;}=1-(0.351+0.256\&CenterDot;{\mathrm{\&beta;}}^4+0.93\&CenterDot;{\mathrm{\&beta;}}^8)\&CenterDot;[1-{\left(\frac{P_2}{P_1}\right)}^{1/\mathrm{\&kappa;}}]$

d—工作状况下微差压计的等效开孔直径，[mm]；

△P—节流差压，即油压-回压，△P＝P1-P2，[MPa]；

ρ₁—工作状况下，节流前上游处流体的密度，[kg/m3]；

C—流出系数，无量纲；

β—直径比，无量纲，β＝d/D；

D—管线直径，[mm]；

k—天然气的等熵指数；

p₁—工况下微差压计上游取压孔处可压缩流体的绝对静压；

η—在线补偿系数

当精确确定了多相流的各相比率和流体总流量，从而得到精确的液量、油量、气量。

本实用新型提供的多参数微压差变送器安装在均匀支管道节流处，能够检测节流压差，流体的静压，流体的温度，混合密度、电容率、电导率，集成在一块表的电路中集中处理。RTU将接收检测的这些信号，通过本身自带的GPRS模块，将数据传至控制室上位机。利用计算机技术和数据处理技术，进行大量的各相分率的计算和温压补偿计算得到多相流的流量和相比数并将其显示。本实用新型与现有技术相比优点在于：该计量方法无需气液相预先分离，本实用新型设计采用多参数变送器检测相关参数，通过巧妙的温压补偿方式，即解决了参变量对传感系数的影响，又解决了由于流体雷诺数变化对流体流出系数及可膨胀系数的影响，从而避免了零点漂移，确保了计量精度。该计量装置具有结构紧凑简单、线性重复性好、计量精度高、操作方便、适用面宽、易于推广等特点。可广泛适用于油气田、石油化工、普通化工、冶金、污水处理等行业。

本实用新型不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多相流微压差测量装置，其包括：用于多向流体流通的直管道、平行极板式电容传感器、密度计传感器、多参数微压差变送器、节流装置、温度传感器、远方数据终端、以及上位机，其特征在于：所述直管道包括相反设置的第一端和第二端，所述平行极板式电容传感器安装在靠近第一端的直管道内，所述节流装置安装在靠近第二端的直管道内，所述直管道还包括位于第一端和第二端之间的节流节上游管道、均匀支管道节流、及节流节下游直管道，所述密度计传感器安装在节流节上游管道处，所述多参数微压差变送器安装在均匀支管道节流处，所述温度传感器安装在节流节下游直管道处。

2.如权利要求1所述的多相流微压差测量装置，其特征在于：所述直管道的第二端与远方数据终端通过有线连接。

3.如权利要求1所述的多相流微压差测量装置，其特征在于：所述远方数据终端与上位机通过无线GPRS连接。