一種在線測量非常規(guī)天然氣中油、氣、水三相流量的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種在線測量非常規(guī)天然氣中油、水、氣三相流量的裝置，其包括以下構(gòu)件：可切換文丘里管組件，該組件包含至少兩個文丘里管，各文丘里管具有彼此不同的β值；單能伽馬傳感器，其包含在可切換文丘里管組件中的處于工作狀態(tài)的文丘里管的入口處或者喉部處成徑向布置的單能伽馬射線發(fā)射器與伽馬射線檢測器；在線氣液分離裝置，其布置在所述可切換文丘里管組件的下游，且其包括：入口管道、氣液分離器、氣體出口管道和液體出口管道；雙能伽馬傳感器，其包含在所述液體出口管道兩側(cè)成徑向布置的雙能伽馬射線發(fā)射器與伽馬射線檢測器。本實用新型還包括使用上述裝置在線測量非常規(guī)天然氣中油、水、氣三相流量的方法。
【專利說明】一種在線測量非常規(guī)天然氣中油、氣、水三相流量的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于非常規(guī)天然氣(例如頁巖氣、煤層氣、致密氣)流量計量領(lǐng)域。具體地，本實用新型涉及一種在線測量非常規(guī)天然氣中油、氣、水流量的裝置，并涉及一種在線測量非常規(guī)天然氣中油、氣、水流量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]“非常規(guī)天然氣”是指通過常規(guī)開采手段不能得到經(jīng)濟產(chǎn)量的天然氣資源。非常規(guī)天然氣主要包括頁巖氣、煤層氣、致密氣、深源氣、淺層生物氣等。非常規(guī)天然氣的主要特征在于，單井產(chǎn)量低，短期產(chǎn)量波動較大，但從長期來看，產(chǎn)量成遞減趨勢，生產(chǎn)周期長。此外，非常規(guī)天然氣往往是含氣率非常高的油氣水三相的混合物，例如含氣率在85%以上，甚至更高，例如高達95%，甚至高達99%。頁巖氣是典型的非常規(guī)天然氣。
[0003]頁巖氣是指那些聚集在暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣。它與常規(guī)天然氣的理化性質(zhì)完全一樣，只不過賦存于滲透率、孔隙度極低的泥頁巖之中，氣流的阻力比常規(guī)天然氣大，很大程度上增加了頁巖氣的開采難度，因此被業(yè)界歸為非常規(guī)天然氣資源。頁巖自身的有效孔隙度很低，頁巖氣藏主要是由于大范圍發(fā)育的區(qū)域性裂縫，或熱裂解生氣階段產(chǎn)生異常高壓在沿應(yīng)力集中面、巖性接觸過渡面或脆性薄弱面產(chǎn)生的裂縫提供成藏所需的最低限度的儲集孔隙度和滲透率。通?？紫抖茸罡邇H為4%?5%，滲透率小于I X 10-3 μ m。與常規(guī)天然氣相比，開采壽命長，生產(chǎn)周期長。
[0004]目前世界范圍內(nèi)僅美國掌握商業(yè)開采頁巖氣的技術(shù)，僅美國和加拿大有商業(yè)開采頁巖氣氣田。2010年，美國頁巖氣產(chǎn)量超過1379億立方米，占全國天然氣年總產(chǎn)量的23%，超過俄羅斯成為全球第一大天然氣生產(chǎn)國。
[0005]據(jù)國土資源部網(wǎng)站昨日披露的數(shù)據(jù)，近年來，國土資源部對川渝黔鄂、陜蒙晉、新疆等地150萬平方公里富頁巖區(qū)做了初步潛力評價，粗算中國頁巖氣可采資源潛力約31萬億立方米。
[0006]頁巖氣開發(fā)對我國具有戰(zhàn)略意義。清潔低碳的頁巖氣能夠增加天然氣供應(yīng)，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，緩解減排壓力。據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計2011》數(shù)據(jù)，2010年我國天然氣占一次能源消費的比例為4.0%，而同期世界均值為23.81%，相差近6倍，要達到2020年9%、2030年12%的天然氣比例目標，意味著天然氣消費需要完成倍數(shù)級的增長。加快頁巖氣勘探開發(fā)和利用，對滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對于清潔能源的需求、控制溫室氣體排放、改善居民用能環(huán)境具有重要意義。
[0007]據(jù)美國能源信息署(EIA) 2011年4月對全球32個國家48個頁巖氣盆地進行資源評估的初始結(jié)果，我國頁巖氣資源地質(zhì)儲量100萬億立方米，可采資源量36萬億立方米。
[0008]據(jù)國際能源署(IEA)預(yù)測，世界頁巖氣的資源量預(yù)計有456萬億立方米，其中主要分布于北美、中亞、中東、北非、拉丁美洲、俄羅斯等地區(qū)，美國頁巖氣可采資源儲量約為28萬億立方米。
[0009]頁巖氣作為一種特殊的非常規(guī)天然氣，賦存于泥巖或頁巖中，具有自生自儲、無氣水界面、大面積連續(xù)成藏、低孔、低滲等特征，一般無自然產(chǎn)能或低產(chǎn)，需要大型水力壓裂和水平井技術(shù)才能進行經(jīng)濟開采，單井產(chǎn)量很低，遞減快，生產(chǎn)周期長，典型的單井生產(chǎn)特征見附圖6。所以，在進入投產(chǎn)后，如何有效的對單井進行生產(chǎn)優(yōu)化管理，從而有效的實施增產(chǎn)措施，提高產(chǎn)量和采收率至關(guān)重要，而單井產(chǎn)量遞減快這一特點要求用于生產(chǎn)計量的儀表必須具有較寬的量程。同時，頁巖氣開采過程中，采出的頁巖氣通常都為中高含氣的情況，含液率比較低，進而液相中的含水率更低。在含液率低的情況下進行含水的精確測量一直以來是多相在線計量領(lǐng)域的難題。
[0010]而目前應(yīng)用于頁巖氣測量油、氣、水流量裝置主要為分離器，其工作原理如下:通過分離器將氣液兩相混合流體幾乎完全分離成氣相和液相，這種分離器一般是通過重力實現(xiàn)氣液分離，或通過旋流分離器實現(xiàn)氣液分離，然后分別計量氣相和液相的體積流量，同時在液路上進行相應(yīng)的含水計量。但由于分離器以及相關(guān)附屬設(shè)施重達數(shù)十噸，占地幾十平方米，且控制環(huán)節(jié)多，使得分離器的維護和管理十分復(fù)雜，不利于生產(chǎn)過程管理的自動化，尤其不利于在沙漠和海上油田中使用。且這種先分離后測量的方法也并非在線測量方法，存在測量的滯后性，油、氣、水三相測量的準確性完全依賴于氣液分離效果。
[0011]因此，本領(lǐng)域需要一種能夠簡單且精確地在線實時測量非常規(guī)天然氣中油、氣、水三相流量的裝置和方法，并采用非接觸、高精度、寬量程、實時動態(tài)測量的技術(shù)方案，以便及時正確的把握油井的生產(chǎn)動態(tài)，針對性采取措施對油藏進行科學管理。
[0012]上述目標通過本實用新型的裝置和方法實現(xiàn)。
實用新型內(nèi)容
[0013]本實用新型的第一方面提供了一種在線測量非常規(guī)天然氣中油、水、氣三相流量的裝置，其包括以下構(gòu)件:
[0014]可切換文丘里管組件，該組件包含至少兩個文丘里管，各文丘里管具有彼此不同的β值，所述β值定義為文丘里管的喉部管道直徑d與入口管道直徑D之比；
[0015]單能伽馬傳感器，其包含單能伽馬射線發(fā)生器與伽馬射線檢測器，二者的布置方式使得所述單能伽瑪射線發(fā)生器發(fā)出的伽瑪射線能夠沿徑向穿過所述可切換文丘里管組件中的處于工作狀態(tài)的文丘里管的入口處或喉部處的橫截面，達到所述伽瑪射線檢測器；
[0016]在線氣液分離裝置，其布置在所述可切換文丘里管組件的下游，且其包括:入口管道、氣液分離器、氣體出口管道和液體出口管道；
[0017]雙能伽馬傳感器，其包含雙能伽馬射線發(fā)生器與伽馬射線檢測器，二者的布置方式使得所述雙能伽瑪射線發(fā)生器發(fā)出的伽瑪射線能夠沿徑向穿過所述液體出口管道的橫截面，達到所述伽瑪射線檢測器。
[0018]本實用新型的第二方面涉及一種在線測量非常規(guī)天然氣中油、水、氣三相流量的方法，包括以下步驟:
[0019]I)使非常規(guī)天然氣流入豎直設(shè)置的可切換文丘里管組件的處于工作狀態(tài)的文丘里管中；
[0020]2)利用該處于工作狀態(tài)的文丘里管測量該非常規(guī)天然氣的總體積流量Qv ；
[0021]3)利用單能伽瑪傳感器在所述處于工作狀態(tài)的文丘里管的入口處或喉部處測量所述非常規(guī)天然氣的含氣率GVF ；[0022]4)利用在所述可切換文丘里管下游的在線氣液分離裝置對所述非常規(guī)天然氣進行氣液分離；
[0023]5)使前一步驟中氣液分離后得到的液相流過一段豎直管道，并使用雙能伽馬傳感器測量液相中的含水率WLR ；
[0024]6)計算所述非常規(guī)天然氣的油、氣、水各相的體積流量；
[0025]7)當所述非常規(guī)天然氣的流量的變化超過預(yù)定的閾值時，切換所述可切換文丘里管組件中的文丘里管，重復(fù)上述步驟I)?步驟6)，以在所述非常規(guī)天然氣的流量發(fā)生變化后仍保持預(yù)定的測量精度。
[0026]為了便于理解本實用新型，首先對非常規(guī)天然氣以及多相流計量領(lǐng)域中的一些術(shù)語簡單介紹如下:
[0027]“非常規(guī)天然氣”和“頁巖氣”如上文【背景技術(shù)】一節(jié)所定義。
[0028]“多相流”是指由氣相、液相構(gòu)成的混合流體。其中液相可分為油相和水相，油相主要是原油，水相主要來自地下水以及為開采石油而進行水力壓裂時所使用的水，油相和水相基本上不可混溶。氣相可以是地層伴生氣，例如各種烷烴。
[0029]“豎直”是指與重力加速度方向同向或反向。
[0030]“水平”是指與重力加速度方向呈90°角的方向。
[0031]“相分率”是指多相流中液相(又分為油相或水相)或氣相所占的百分比。相分率通常分為線性相分率、截面相分率、體積相分率，在多相流中測量中，通常我們需要假設(shè)三相介質(zhì)均勻混合。在測量中，通?？稍诙嘞嗔鞴苈分性O(shè)有專門的促進流體混合的裝置，例如混合器或折流板或盲三通等，以使油氣水三相充分混合，以使實際情況達到或盡可能接近上述“均勻混合”的假設(shè)。根據(jù)Y射線的指數(shù)衰減規(guī)律，透射Y射線的強度與它所穿過的介質(zhì)的厚度有關(guān)，用Y傳感器直接測量的是在它穿行的途徑上各相介質(zhì)的厚度比，即直接測量的是“線性相分率”。在三相介質(zhì)均勻混合的前提下，則可以由線性相分率結(jié)合管道截面幾何參數(shù)推算面積相分率。而在實際總流量測量中，我們將三相作為一相進行處理，這就需要我們假設(shè)各相間不存在相速度差(即不存在滑差)，即三相流中的氣相與液相在任何一個橫截面處具有相同的流動速度。在氣液相劇烈混合的條件下，通常認為這種無滑差的前提是成立的。在“無滑差”的前提下，管道橫截面上氣相所占的面積與管道橫截面積之比(相面積比)就等于含氣率。類似地，當液相中的水與油在某一處具有相同的流動速度時，該處的管道橫截面上水所占的面積與液相所占面積之比(相面積比)就等于含水率，并認為面積相分率就是體積相分率。在此發(fā)明中，如果沒有特別指出，基于“均勻混合”和“無滑差”這兩個前提，認為測量了某一截面處各相的線性相分率，則基于管道截面的幾何參數(shù)，就可以推算該截面處的面積相分率和體積相分率。
[0032]“含氣率”(GVF)定義為:在環(huán)境溫度和壓力的條件下(工況下)氣體體積流量與多相流總體積流量之比。通常用百分數(shù)表示。在“均勻混合”和“無滑差”的前提下，含氣率就是截面的氣相面積相分率。
[0033]“含水率”(WC)定義為:在標準溫度和壓力的條件下(標況下)水的體積流量與液體體積流量之比。通常用百分數(shù)表示。在“均勻混合”和“無滑差”的前提下，含水率就是截面的水相面積相分率。
[0034]本實用新型第一方面涉及一種非常規(guī)天然氣中油、氣、水三相在線流量測量裝置，下面對其所包括的構(gòu)件進行詳細介紹。
[0035]本實用新型裝置的可切換文丘里管組件包含至少兩個文丘里管，各文丘里管具有彼此不同的β值，所述β值定義為文丘里管的喉部管道直徑d與入口管道直徑D之比。參見附圖3，該至少兩個文丘里管容納在可切換文丘里管組件的主體3-1中，并配有用于在線切換各文丘里管的移動機構(gòu)3-2。其中每個文丘里管由入口管段、圓錐收縮段、圓筒喉部、圓錐擴散段組成，且其中每個文丘里管的圓錐擴散段最寬處直徑D相同，但具有彼此不同的圓筒喉部直徑d。所述至少兩個文丘里管彼此平行安裝，且所述組件上游連接流體輸入管道，下游連接流體輸出管道。其中，流體正在其內(nèi)流通的那個文丘里管稱為處于工作狀態(tài)的文丘里管。文丘里管上還設(shè)置有用于測量溫度和入口處與喉部處壓差的測量元件，這些都是文丘里管的標準配件，不再贅述。關(guān)于文丘里管的詳細結(jié)構(gòu)及加工規(guī)范，可以參見中國國家標準GB-T2624，本文不再贅述。本實用新型專利中需要特別指出的是，文丘里管的β值(定義為文丘里管的喉部直徑d值與入口管段最大直徑D之比，S卩i3=d / D)是決定文丘里管的測量范圍的重要參數(shù)。本文所述的可切換文丘里管組件中的各個文丘里管具有不同的β值，例如β值可在0.35到0.75之間變動，此時流量的最大測量范圍和最小測量范圍之比可達32。當然，具體不同文丘里管β值的選取可以根據(jù)實際設(shè)計需要在其它數(shù)值范圍內(nèi)變化，以達到更大的最大測量范圍與最小測量范圍之比。所述移動結(jié)構(gòu)為任何適合使所述裝置主體發(fā)生平移或旋轉(zhuǎn)的裝置，以便切換各個文丘里管使得在某一時刻總有一個文丘里管道與裝置上下游管道相連接，以此方式來實現(xiàn)喉部直徑d的切換。其中所述移動包括平移或旋轉(zhuǎn)。所述移動結(jié)構(gòu)可以手動移動或通過機械來使裝置主體移動，例如在自動控制機構(gòu)的控制下進行移動。所述移動結(jié)構(gòu)上面還可以根據(jù)需要設(shè)置限位裝置，以便使各個文丘里管的切換更加精準，或使得切換后文丘里管位置固定。
[0036]在保持各文丘里管的出進口端最大直徑D相同的而喉部直徑d不同的情況下，根據(jù)文丘里設(shè)計規(guī)范，不同β值的文丘里管的圓錐收縮段和圓錐擴散段的長度會存在差異，為了便于與上下游管道的接合，可在具有較大喉部管道直徑的文丘里管的進口端配有補齊直管道并在出口端配有補齊直管道，以進行長度補齊，即使得具有較大喉部管道直徑的文丘里管的長度加上其兩端的補齊直管道的長度后，等于具有較小喉部管道直徑的文丘里管的長度。所述裝置的外部還需要套裝密封箱體以防止流體泄漏。在有效防止流體泄漏的情況下，可以在線切換各個文丘里管而無需關(guān)閉上下游管道。密封箱體的結(jié)構(gòu)可以為任何使流體不泄露的結(jié)構(gòu)，且可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)具體情況進行設(shè)計。
[0037]本實用新型中，所述可切換文丘里管組件豎直布置。在本實用新型的優(yōu)選實施方案中，在所述文丘里管的上游的水平管道處最好還設(shè)置一個盲三通，以使多相流由水平流向轉(zhuǎn)為豎直流向，并通過流體在盲三通處的碰撞作用而使多相流混合均勻。
[0038]本實用新型裝置中的單能伽馬傳感器，主要由伽馬射線發(fā)射器與伽馬射線檢測器組成。伽瑪射線探測器是多相流流量計領(lǐng)域中常用的一種探測器，其工作原理是，由位于管道一側(cè)的伽馬射線發(fā)射器中的放射源發(fā)出具有一定初始強度即發(fā)射強度Ntl的伽瑪射線，優(yōu)選為經(jīng)過準直的伽瑪射線，該伽瑪射線穿過吸收介質(zhì)時，會因與吸收介質(zhì)發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對產(chǎn)生等相互作用，而發(fā)生強度衰減，即被吸收介質(zhì)吸收掉至少一部分，然后位于管道另一側(cè)的伽馬射線檢測器檢測衰減后的伽瑪射線強度即透射強度N，并基于一定的公式計算出吸收介質(zhì)的吸收系數(shù)。其中所述放射源可以采用各種合適的放射源。[0039]在多相流體作為吸收介質(zhì)的情況下，由于氣相、液相(該液相又分為油相和水相)對于伽瑪射線具有不同的吸收系數(shù)，因此，對于具有不同的氣相一油相一水相三相比例的多相流來說，將具有不同的吸收系數(shù)。結(jié)合純氣體、純油相和純水相的吸收系數(shù)，對測得的三相混合物的吸收系數(shù)進行分析計算，將有可能提供各相的相分率的信息。
[0040]單能伽馬傳感器是利用準直的單一能量的Y光子束透射原理的同位素儀表，例如使用241Am放射源，其發(fā)出的伽瑪射線的能量為59.5keV ;或使用137Cs放射源，發(fā)出的Y射線能量:662keV。在多相流計量領(lǐng)域，單能伽瑪傳感器主要用來測量多相流體的相分率，主要用來測量含氣率或三相混合密度，它的結(jié)構(gòu)如附圖2所示，伽馬射線發(fā)射器主要包括放射源及源倉(2-1)、源倉護套(2-2)以及密封墊(2-3)，而伽馬射線檢測器主要包括伽馬探測器(2-5)、密封墊(2-4)、探測器套筒(2-6)。
[0041]本實用新型中，要求單能伽馬傳感器的單能伽馬射線發(fā)射器與伽馬射線檢測器的布置方式使得所述單能伽瑪射線發(fā)射器發(fā)出的伽瑪射線能夠沿徑向穿過所述可切換文丘里管組件中的處于工作狀態(tài)的文丘里管的入口處或喉部處的橫截面，達到所述伽瑪射線檢測器。
[0042]本實用新型的裝置中的雙能伽馬傳感器主要由雙能伽馬射線發(fā)生器與伽馬接收器組成。雙能伽馬發(fā)生器是利用一雙能Y束(其中包含能量不同的兩種Y光子)穿過被測介質(zhì)，然后分別由雙能伽馬接收器測量兩種能量光子的透射強度。這樣它相當于兩個單能伽馬傳感器，但在以下兩點上又不同于兩個單能Y傳感器。其一，兩組Y光子能量不同，因此可以列出兩個獨立的吸收方程，其二，兩種能量的Y光子所穿過介質(zhì)的狀況完全相同，因此兩個吸收方程中的被測量是同一介質(zhì)。由此可以把兩個吸收方程聯(lián)立解出兩個未知數(shù):含水率和液相厚度(含液率，其中含液率=1-含氣率)。這樣它就解決了單能含水儀測量原油含水率時被測原油不能含氣的限制。
[0043]雙能Y傳感器的結(jié)構(gòu)基本上和單能的相同。不同的是源倉的結(jié)構(gòu)需要根據(jù)放射源的選取進行相應(yīng)設(shè)計。常用可行的方案為雙能Y源的源倉是由兩個241Am源組成的一個復(fù)合結(jié)構(gòu)或者選用133Ba的單顆放射源結(jié)構(gòu)。例如，在使用241Am放射源的情況下，產(chǎn)生59.5keV的伽瑪射線,使該伽瑪射線中的一股作為高能伽瑪射線直接穿過吸收介質(zhì),而使該伽瑪射線中的另一股轟擊由銀做成的靶材從而激發(fā)銀發(fā)出能量為22keV的低能伽瑪射線，并沿著與前述高能伽瑪射線相同的路徑通過該吸收介質(zhì)，并一起被伽瑪射線檢測器檢測它們的透射強度；還可以以其它方式獲得雙能伽瑪射線，例如使用133Ba,該放射源發(fā)出的伽瑪射線具有三個主要能級，分別為31keV，81keV，356keV，選取其中的任意兩種的組合，例如采用31keV+81keV的組合方式,分別作為所述高能伽瑪射線和低能伽瑪射線。使用雙能伽瑪射線，能提供更多的關(guān)于多相流體內(nèi)部組成的信息。在雙能Y射線探測器的選擇上，本領(lǐng)域技術(shù)人員會根據(jù)待測對象的具體性質(zhì)來選擇具體使用的兩種能量。例如，測量重介質(zhì)需要選擇能量較高的Y射線。對輕介質(zhì)，如油水混合物，兩個能量最合適的范圍大致在20KeV到IOOKeV之間。通常把兩種能量的Y射線中能量較高的稱為高能Y射線，而另一個則為低能Y射線。本實用新型中使用的伽瑪射線探測器是雙能伽馬射線探測器，其是已知的，關(guān)于其更多工作原理和設(shè)備細節(jié)，可參見相關(guān)的專著。本文不再贅述。
[0044]簡而言之，伽馬射線探測器是一種以非接觸、非損傷的方式測量管內(nèi)流體的各相組成的信息的方法。本實用新型的裝置中，雙能伽瑪射線發(fā)射器和伽瑪射線接收器要沿豎直圓管的橫截面呈徑向布置。
[0045]本實用新型裝置中的在線氣液分離裝置，主要作用是通過在線的氣液相分離或部分分離，與原始多相流相比，得到相對更富含氣體的氣相和相對更富含液體的液相。該在線氣液分離裝置位于所述可切換文丘里管組件的下游。如前所述，如果多相流中含液率過低，則在測量液相中的含水率時誤差會較大。通過進行在線氣液分離，可以對所述相對更富含液體的液相進行含水率測量，提高含水率測量精度。所述在線氣液分離裝置也可以稱為在線液體取樣裝置，其一般包含入口管道、氣液分離器、氣體出口管道和液體出口管道，以及其它必要的附件等。在線氣液分離的方式可以有很多種，本實用新型采用的是“旋流分離+碰撞分離”的方式，其結(jié)構(gòu)見附圖4，主要由入口管道(4-1)，上旋流倉(4-2)，腔體(4-3)，下旋流倉(4-4)，液體出口管道(4-5)，碰撞倉(4-6)組成。該在線氣液分離裝置的主體是兩個旋流倉，其可以為圓柱形的、圓錐形的或圓柱形與圓錐形二者的組合。例如，其可以為上柱下錐形狀。在工作狀態(tài)下，該旋流倉的軸線一般豎直放置。為保證在多相流在倉內(nèi)充分旋流后形成較穩(wěn)定的流態(tài)，使倉內(nèi)液體出口處氣體含量較低，旋流倉的直徑一般為入口管道直徑的6倍以上，高度為入口管道直徑的2倍以上，而腔體直徑取2倍入口管道直徑。入口管道則在旋流倉的側(cè)面沿著圓周切線方向通入該旋流倉。所述入口管道上游連接多相流輸入管道。一般來說，該入口管道在旋流倉的側(cè)面中上部沿著圓周切線方向通入該旋流倉。優(yōu)選地，該入口管道在旋流倉的側(cè)面頂部沿著圓周切線方向通入該旋流倉。對該入口管道的截面形狀沒有要求，但優(yōu)選為圓形。該入口管道與水平線的夾角在O到90度之間，優(yōu)選0-75度之間，更優(yōu)選0-60度之間。實踐中，為了優(yōu)化裝置高度和方便聯(lián)接，優(yōu)選水平安裝。
[0046]在旋流倉的頂部設(shè)有一個碰撞倉，該碰撞倉的入口與所述旋流倉的頂部連通，該碰撞倉的入口本身作為所述旋流倉的氣體出口管道。該碰撞倉內(nèi)交錯設(shè)置至少2層篩網(wǎng)，旋流倉出口氣體流經(jīng)該篩網(wǎng)時，其中攜帶的液相經(jīng)過碰撞作用而被篩網(wǎng)捕集，并返回至旋流倉中。因此，該碰撞倉的存在，可大大降低氣體中所攜帶的液體量，進而有利于提高在線氣液分離器的氣液分離效率。所述碰撞倉的具體結(jié)構(gòu)可以是板式，也可以是桶式，同時設(shè)計需要綜合考慮氣液的流通量和壓損。
[0047]所述在線氣液分離裝置的液體出口管道上可以設(shè)置含水率測量儀器，例如本實用新型所述的雙能伽瑪射線傳感器，以測量液體樣品的含水率。在優(yōu)選實施方案中，所述雙能伽瑪傳感器設(shè)置在該液體出口管道的一段豎直布置的管道處，以消除油水分層的影響，提高測量準確度。本實用新型中的雙能伽瑪傳感器包含雙能伽馬射線發(fā)射器與伽馬射線檢測器的布置方式使得所述雙能伽瑪射線發(fā)射器發(fā)出的伽瑪射線能夠沿徑向穿過所述液體出口管道的橫截面，達到所述伽瑪射線檢測器。
[0048]所述在線氣液分離裝置的各部件的尺寸以及彼此之間的布置關(guān)系，主要是入口角度，碰撞倉的結(jié)構(gòu)和尺寸，可針對油井含氣率的特定范圍使用流體計算軟件計算后優(yōu)化，或根據(jù)有限次實驗后進行優(yōu)化設(shè)計。
[0049]由所述在線氣液分離裝置所分成的氣相和液相，可以根據(jù)需要在本實用新型的裝置下游的某處匯合，重新生成非常規(guī)天然氣流股，繼續(xù)輸送。因此，本實用新型的裝置對非常規(guī)天然氣的輸送不造成干擾。
[0050]本實用新型的第二方面涉及一種在線測量非常規(guī)天然氣中油、水、氣三相流量的方法，該方法中所使用的裝置如上文所述。下面對該方法所包括的各步驟進行詳細介紹。[0051]本實用新型的在線測量非常規(guī)天然氣中油、水、氣三相流量的方法包括:
[0052]I)使非常規(guī)天然氣流入豎直設(shè)置的可切換文丘里管組件的處于工作狀態(tài)的文丘里管中。如果之前所述非常規(guī)天然氣是在水平管中流動，則使之流過一個盲三通使流動方向由水平變?yōu)榇怪毕蛏希缓筮M入該豎直設(shè)置的處于工作狀態(tài)的文丘里管中。盲三通的作用還在于通過流體的折流碰撞，促使流體混合均勻。
[0053]2)利用該處于工作狀態(tài)的文丘里管測量該非常規(guī)天然氣的總體積流量Qv ;文丘里管可用于測量該非常規(guī)天然氣的入口處與喉部處之間的壓差Λ P。用這些數(shù)據(jù)，結(jié)合文丘里管本身的設(shè)計參數(shù)，就可以計算該非常規(guī)天然氣的總體積流量，具體公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種在線測量非常規(guī)天然氣中油、氣、水三相流量的裝置，其包括以下構(gòu)件: 可切換文丘里管組件，該組件包含至少兩個文丘里管，各文丘里管具有彼此不同的β值，所述β值定義為文丘里管的喉部管道直徑d與入口管道直徑D之比； 單能伽馬傳感器，其包含單能伽馬射線發(fā)射器與伽馬射線檢測器，二者的布置方式使得所述單能伽瑪射線發(fā)射器發(fā)出的伽瑪射線能夠沿徑向穿過所述可切換文丘里管組件中的處于工作狀態(tài)的文丘里管的入口處或者喉部處的橫截面，達到所述伽瑪射線檢測器； 在線氣液分離裝置，其布置在所述可切換文丘里管組件的下游，且其包括:入口管道、氣液分離器、氣體出口管道和液體出口管道； 雙能伽馬傳感器，其包含雙能伽馬射線發(fā)射器與伽馬射線檢測器，二者的布置方式使得所述雙能伽瑪射線發(fā)射器發(fā)出的伽瑪射線能夠沿徑向穿過所述液體出口管道的橫截面，達到所述伽瑪射線檢測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其還包括位于所述可切換文丘里管組件上游的用于使流體混合均勻的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述可切換文丘里管組件豎直布置；且所述雙能伽瑪傳感器安裝在所述液體出口管道的一段豎直設(shè)置的管道處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述單能伽馬傳感器使用241Am或137Cs作為伽馬放射源，其中241Am發(fā)出的伽瑪射線的能量為59.5keV, 137Cs發(fā)出的Y射線能量為662keV ；所述雙能伽瑪射線探測器使用241Am或133Ba作為伽瑪射線放射源，其中在使用241Am放射源的情況下，產(chǎn)生59.5keV的伽瑪射線，使其中第一股伽瑪射線直接穿過吸收介質(zhì)而發(fā)生吸收，而另一股則轟擊由銀做成的靶片從而激發(fā)銀發(fā)出能量為22keV的能量相對較低的伽瑪射線，并沿著與第一股伽瑪射線相同的路徑通過該吸收介質(zhì)而被吸收，并一起被伽瑪射線檢測器檢測它們的透射強度；而在使用133Ba作為放射源的情況下，133Ba發(fā)出的伽瑪射線具有三個主要能級，分別為31keV，81keV，356keV，選取其中的任意兩種的組合，分別作為所述雙能伽瑪射線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述可切換文丘里組件包含移動機構(gòu)，通過該移動機構(gòu)對所述至少兩個具有不同β值的文丘里管進行在線切換，所述切換包括平移切換或旋轉(zhuǎn)切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述在線氣液分離裝置中的氣液分離器包括旋流倉和碰撞倉，其中通過使流體經(jīng)由與該旋流倉呈切向布置的入口管道進入旋流倉而產(chǎn)生的旋流分離作用來進行氣液分離，分離后得到的氣體流經(jīng)設(shè)置在所述碰撞倉內(nèi)的交錯布置的至少2層篩網(wǎng)，以進一步捕集液相，提高氣液分離效率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中所述旋流倉的軸線沿豎直方向設(shè)置。
【文檔編號】G01F1/36GK203572524SQ201320550259
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】陳繼革, 謝建華, 葉俊杰 申請人:蘭州海默科技股份有限公司