本實(shí)用新型涉及油田三相流測(cè)量技術(shù)，尤其是一種管道式高含水油井產(chǎn)液三相計(jì)量裝置。

背景技術(shù)：

油田生產(chǎn)過(guò)程中，油井采出液主要含有油、伴生氣、水等，產(chǎn)出液在井下油管和地面管道中流動(dòng)過(guò)程中，其流量和相含量的測(cè)量都屬于典型多相流計(jì)量問(wèn)題。本實(shí)用新型中的“三相”是指油田伴生氣相、油相、水相。由于多相流動(dòng)的復(fù)雜性，油氣水多相流量計(jì)的研制有較大的難度，目前存在多種多相流量計(jì)的研制技術(shù)路線。

在兩相流測(cè)量技術(shù)中，分離法仍然是目前最可靠和精度最高的技術(shù)。如中國(guó)專利ZL200810112558.3,ZL200710046862.8等都是采用大型容器作為油氣水三相分離系統(tǒng)，然后在采用單相計(jì)量的方法。因?yàn)檫@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后，再分別用單相流量計(jì)測(cè)量各相流量，因而避免流型變化和流動(dòng)不穩(wěn)定等因素對(duì)測(cè)量的影響。但是實(shí)際多相流體測(cè)量中，很多流體有時(shí)無(wú)法做到經(jīng)濟(jì)有效的完全分離，這個(gè)多相計(jì)量帶來(lái)了很多的麻煩?？紤]以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究人員也采用了部分分離技術(shù)，如美國(guó)專利US6128962，采用部分分離法，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(jì)量精度。中國(guó)專利ZL98113068.2也采用了類似的一種分流分相式測(cè)量方法，但是當(dāng)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(shí)，經(jīng)過(guò)分流，從分離器流出的氣相或油相流量就更小，無(wú)法代表整體，導(dǎo)致計(jì)量誤差大。美國(guó)專利US5390547和US7311001分別公開(kāi)了一種多相流測(cè)量裝置,僅利用多相流體管道本身構(gòu)成一種分離系統(tǒng)。該系統(tǒng)放棄了傳統(tǒng)的分離器，但采用外置式旋風(fēng)分離方式，因此實(shí)質(zhì)上它與傳統(tǒng)的分離法并沒(méi)有實(shí)質(zhì)的區(qū)別。近年來(lái)，隨著相關(guān)研究工作的進(jìn)展，多相檢測(cè)的新技術(shù)不斷出現(xiàn)，這使得未來(lái)多相流量計(jì)的性能有可能得到很大改善。如采用采用電、磁或放射性的方式進(jìn)行在線測(cè)量油氣水三相的相密度、相含率和相速度方法，從而實(shí)現(xiàn)油氣水三相測(cè)量，如ZL201410468193.3和200810150257.X等，但針對(duì)油井采出液這種流量和相含率波動(dòng)范圍大和流動(dòng)復(fù)雜的場(chǎng)合，現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用依然有很大困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種管道式高含水油井產(chǎn)液三相計(jì)量裝置，將產(chǎn)出液的氣相和油水液相進(jìn)行分離，分離出的氣體由專門管道引出，并采用差壓或者熱式質(zhì)量流量 計(jì)等進(jìn)行氣體準(zhǔn)確質(zhì)量計(jì)量；經(jīng)過(guò)均混器后的油水混合流體，此時(shí)水會(huì)成為連續(xù)相而油成為分散其中的游離相，采用電容的方式可以實(shí)現(xiàn)高含水情況下的含水率的測(cè)量，然后以上流體流過(guò)后端采用電磁、聲波或射線方式流量測(cè)量區(qū)域，實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量，結(jié)合含水參數(shù)和溫度及壓力測(cè)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出液的水的質(zhì)量流量和油的質(zhì)量流量測(cè)量。

本實(shí)用新型的目的可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：

該管道式高含水油井產(chǎn)液三相計(jì)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(cè)量系統(tǒng)、流量測(cè)量系統(tǒng)，所述氣核取樣管中設(shè)置氣液旋流分離器。

本實(shí)用新型的目的還可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：

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后在流量測(cè)量系統(tǒng)的上方再連接主管道內(nèi)部。

所述氣液旋流分離器和油水均混器之間設(shè)置阻力件一，所述流量測(cè)量系統(tǒng)上方設(shè)置阻力件二。

所述氣相排出管上設(shè)置氣相流量計(jì)；所述含水測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置含水率測(cè)量計(jì)，所述流量測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置油水流量計(jì)；所述主管道末端設(shè)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(jì)、含水率測(cè)量計(jì)、油水流量計(jì)均與數(shù)據(jù)采集及計(jì)量系統(tǒng)連接。

所述氣液旋流分離器用支撐板支撐，所述含水測(cè)量系統(tǒng)用支撐系統(tǒng)支撐。

根據(jù)主管道末端設(shè)置壓力傳感器、溫度傳感器，結(jié)合含水參數(shù)和溫度及壓力測(cè)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出液的水的質(zhì)量流量和油的質(zhì)量流量測(cè)量。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型利用旋流裝置，采用旋流強(qiáng)制流動(dòng)的手段，增加了油田產(chǎn)出液分離適用范圍，不僅適用于低流速下的分層流、波狀分層流，還適用于高流速下的環(huán)狀流和彈狀流。

通過(guò)旋流裝置將流型復(fù)雜的油水產(chǎn)出液整理成想要的水環(huán)在外，油核在內(nèi)環(huán)狀流，同時(shí)也完全不同于井下常規(guī)的旋風(fēng)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(dòng)計(jì)量系統(tǒng)還包括溫度傳感器和壓力傳感器，該溫度傳感器連接于主管，以獲得溫度值，對(duì)油氣水三相流體的密度、體積參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，該壓力傳感器也連接于主管，以獲得壓力值，對(duì)油氣水三相流體的密度、體積參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。

將該油井油氣水三相自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)油氣水的物理化學(xué)特性輸入到系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中，再根據(jù)采集到的含水率、流量值、溫度值和壓力值，形成新的特征曲線和參數(shù)再對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，以獲得油氣水各相的體積流量和質(zhì)量流量。以電磁流量測(cè)試為例，通過(guò)液體電極電容方法(zl201010220880.5)測(cè)得均混器后的含水率：α_w，然后采用放射性方法(zl：201310003740.6)或者電磁流量計(jì)的方法測(cè)油水混合物的總流量：Q_total，可以得到油水混合物中的水相體積流量：Q_w＝α_wQ_total，油水混合物中的油相體積流量：Q_o＝(1-α_w)Q_total，通過(guò)噴嘴測(cè)得氣體在此溫度和壓力下的氣相體積流量：Q_g，通過(guò)氣相和油相和水相的質(zhì)量累加，可以得到油井產(chǎn)出液的油氣水三相體積流量。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為旋流裝置示意圖；

圖3為旋流裝置旋流后的流型圖；

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(chǎn)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(jì)；12、支撐系統(tǒng)；13、含水測(cè)量系統(tǒng)；14、流量測(cè)量系統(tǒng)；15、阻力件二；16、壓力傳感器；17、溫度傳感器；18、數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)。61、產(chǎn)出液普通流型；62、旋流裝置；63、環(huán)狀流型。

具體實(shí)施方式

有關(guān)本實(shí)用新型的詳細(xì)說(shuō)明及技術(shù)內(nèi)容，配合附圖說(shuō)明如下，然而附圖僅提供參考與說(shuō)明之用，并非用來(lái)對(duì)本實(shí)用新型加以限制。

根據(jù)圖1-3，其中圖3為油田產(chǎn)出液在垂直圓形管道內(nèi)不同流型通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置4后轉(zhuǎn)化為氣液或油水的環(huán)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(huán)狀流。

管道式高含水油井產(chǎn)液三相計(jì)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(cè)量系統(tǒng)13、流量測(cè)量系統(tǒng)14，所述氣核取樣管中設(shè)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 管穿出主管道后在流量測(cè)量系統(tǒng)的上方再連接主管道內(nèi)部。所述氣液旋流分離器和油水均混器之間設(shè)置阻力件一8，所述流量測(cè)量系統(tǒng)上方設(shè)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(cè)量系統(tǒng)用支撐系統(tǒng)12支撐。

所述氣相排出管上設(shè)置氣相流量計(jì)11，圖紙顯示為Q9；所述含水測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置含水率測(cè)量計(jì)，圖紙內(nèi)顯示Q1，所述流量測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置油水流量計(jì)，圖紙內(nèi)顯示為au；所述主管道末端設(shè)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(jì)、含水率測(cè)量計(jì)、油水流量計(jì)均與數(shù)據(jù)采集及計(jì)量系統(tǒng)18連接。

數(shù)據(jù)采集及計(jì)量系統(tǒng)：成熟技術(shù)，原理及加工可借鑒，數(shù)據(jù)采集電路可借鑒勝利油田東勝公司，型號(hào)：XDY，也可以借鑒文章：SXL—1型油氣水三相流量計(jì)量?jī)x的研究，雜志，管道技術(shù)與設(shè)備，1996；

氣液旋流分離器：成熟技術(shù)，原理及加工可借鑒，具體結(jié)構(gòu)可借鑒CN200820026737.0，制造商，梅科閥業(yè)，型號(hào)QF；

含水測(cè)量系統(tǒng)：成熟技術(shù)，原理及加工可借鑒，具體結(jié)構(gòu)可借鑒文章“水平管內(nèi)兩相流動(dòng)網(wǎng)絲電容層析成像”熱能動(dòng)力工程，2006或者專利用于多相流持液率測(cè)量的具有液體電極的電容式傳感器申請(qǐng)?zhí)枺?01010220880.5；

流量測(cè)量系統(tǒng)(電磁流量計(jì)就行)：成熟技術(shù)，原理及加工可借鑒，橫河電磁流量計(jì)AXF一體型制造商：哈爾濱恒河自動(dòng)化控制有限公司。

油井產(chǎn)出液的油氣水三相自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)，其核心是采用管內(nèi)旋流裝置將高含水的油氣水三相產(chǎn)出液整流成氣核和液環(huán)的流型，然后利用管道內(nèi)的緊湊型氣液水力旋流分離器將產(chǎn)出液的氣相和油水液相進(jìn)行分離，分離出的氣體由專門管道引出，并采用差壓或者熱式質(zhì)量流量計(jì)等進(jìn)行氣體準(zhǔn)確質(zhì)量計(jì)量。分離出的油水混合液體通過(guò)分離器底端的出口引回到主管道內(nèi)阻力件后、油水均混器之前進(jìn)行充分混合并消除前段旋流造成的影響，經(jīng)過(guò)均混器后的油水混合流體，此時(shí)水會(huì)成為連續(xù)相而油成為分散其中的游離相，采用電容的方式可以實(shí)現(xiàn)高含水情況下的含水率的測(cè)量，然后以上流體流過(guò)后端采用電磁、聲波或射線方式流量測(cè)量區(qū)域，實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量，結(jié)合含水參數(shù)和溫度及壓力測(cè)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出液的水的質(zhì)量流量和油的質(zhì)量流量測(cè)量，測(cè)量后的流體經(jīng)過(guò)阻力件后與返回的氣體流量混合，繼續(xù)沿管道輸送，完成油井產(chǎn)液的三相自動(dòng)計(jì)量。

實(shí)施例1：

油井產(chǎn)出液通過(guò)豎直安裝的產(chǎn)液入口段1流入旋流裝置2后，來(lái)流被整流成氣核和油水混合物的外環(huán)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(shí)全部氣核和油水混合物通過(guò)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，然后高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)入氣液旋流分離器4中依靠旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和重力實(shí)現(xiàn)氣液的有效分離。分離出的油水通過(guò)油水排出管6重新流入主管道，分離出的氣相通過(guò)頂部的出口，穿出主管道通過(guò)氣相排出管7并通過(guò)專門的氣相質(zhì)量流量計(jì)11對(duì)分離出的氣體進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。除去氣體后的油水混合物流過(guò)氣液旋流分離器4后繼續(xù)沿著主管道流動(dòng)，通過(guò)阻力件8后，與氣液旋流器分離出來(lái)的油水混合物混合，并一同進(jìn)入油水均混器10，該油水均混器采用正反葉片結(jié)構(gòu)。通過(guò)內(nèi)外旋向相反而形成分層和剪切作用，將來(lái)流的油水產(chǎn)出液摻混并充分混合?；旌虾蟮挠退a(chǎn)出液，由于產(chǎn)出液是高含水，均混后的流體因此形成的比較均勻的水為連續(xù)相，油為分散相的流體。采用油水均混器之前進(jìn)行充分混合并消除前段旋流造成的影響，經(jīng)過(guò)均混器后的油水混合流體，此時(shí)水會(huì)成為連續(xù)相而油成為分散其中的游離相，采用電容的方式的含水測(cè)量系統(tǒng)13可以實(shí)現(xiàn)高含水情況下的含水率的測(cè)量，然后以上流體流過(guò)后端采用電磁、聲波或射線方式的流量測(cè)量系統(tǒng)14，實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。結(jié)合含水參數(shù)和溫度及壓力測(cè)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出液的水的質(zhì)量流量和油的質(zhì)量流量測(cè)量，測(cè)量后的流體經(jīng)過(guò)阻力件15后與返回的氣體流量混合，然后通過(guò)在線的壓力傳感器和溫度傳感器，并將采集到含水、流量、溫度、壓力進(jìn)行運(yùn)算和在線顯示，從而完成油井產(chǎn)液的三相自動(dòng)計(jì)量。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，非用以限定本實(shí)用新型的專利范圍，其他運(yùn)用本實(shí)用新型的專利精神的等效變化，均應(yīng)俱屬本實(shí)用新型的專利范圍。