專利名稱：低含氣率原油測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一個低含氣率原油的相含率及每相流量測量的裝置和 方法。
原油是典型的多相流， 一般包括油、氣、水三相物質(zhì)。油、氣、水三相在流動過程中相互作用， 分相流量的檢測難度很大。然而，為了油田的合理開發(fā)，必須掌握每口油井的產(chǎn)油量、產(chǎn)水量和產(chǎn)氣 量。目前，大多油田采用分離計量法計量原油的分相流量。分離計量法一般分為完全分離法和部分分 離法。
完全分離法是油田傳統(tǒng)的計量方法，該方法應(yīng)用高效計量分離器將原油分離成油相、水相和氣相， 再采用各單相測量儀表或裝置獲得三組分的各自含量，然后再混合輸送到泵站進(jìn)行生產(chǎn)處理。完全分
離法把原油分相流量測量轉(zhuǎn)化成了單相流體流量測量，具有工作可靠、測量精度高、測量范圍寬且不 受原油流動狀態(tài)變化的影響等優(yōu)點。但該種方法涉及的油、水分離效果容易受多種因素影響，很難做 到高度分離，這將影響單相計量精度。并且，該方法采用的分離設(shè)備體積龐大，分離需要一定的時間， 不能在線測量，從而大大制約了生產(chǎn)效率。
部分分離法包括分流分相法和簡單分離器法。分流分相法首先通過分配器分流出一部分流體，然 后使用分離器將這部分三相流體分離成單相氣體和單相液體，再分別用單相氣體流量計和單相液體流 量計進(jìn)行計量，并根據(jù)比例關(guān)系換算成被測流體的流量和組分，最后分別將這部分單相氣體和單相液 體返回流動管道中。這種方法存在的問題是取樣部分的流體氣液比例往往與原流動中氣液比例存在一 定差異，取樣比例易受流型、流量波動等影響。簡單分離器法是利用小型氣液分離器將三相流進(jìn)行預(yù) 分離，得到以氣相為主的一路和以液相為主的一路，每一路分別用組合儀表及修正關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計量， 求解出油、氣、水三相流量，計量后的流體再混合到一起送回到原管道。這種分離法在一定程度上縮 小了設(shè)備的體積，提高了計量的實時性，因此，近年來推出的多相流量計產(chǎn)品大部分都是采用部分分 離法。但是，部分分離法的氣液分離效果較差，往往在液相中混有一定量的氣體，混有的氣體對液相 流量的計量精度有很大影響，同時也影響到氣體流量的準(zhǔn)確測量。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種低含氣率原油的測量裝置和方法。本發(fā)明提 供的裝置體積小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，可獲測量參數(shù)多，參數(shù)檢測精度高，實時性好，可靠，易于 實現(xiàn)。適用于油田原油分離后低含氣率原油的測量。
為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案-
一種低含氣率原油測量裝置，包括計量管道(1)、電容傳感器(2)、混流器(3)、科氏質(zhì)量流量 計(4)、壓力傳感器(5)、 A/D轉(zhuǎn)換卡(6)、計算機(7)，在計量管道(1)上依次設(shè)有電容傳感器
(2)、混流器(3)、科氏質(zhì)量流量計(4)、壓力傳感器(5), A/D轉(zhuǎn)換卡(6)與電容傳感器(2)、 科氏質(zhì)量流量計(4)、壓力傳感器(5)相連，計算機(7)與A/D轉(zhuǎn)換卡(6)相連。
本發(fā)明同時提供一種上述低含氣率原油測量裝置所采用的測量方法，包括下列步驟
將管截面劃分為W個像素，電容傳感器測量管截面上的電容分布，并根據(jù),=2>,~ 確
背景技術(shù)：

發(fā)明內(nèi)容
3定管截面上第y個像素的灰度值，式中，第/個像素的灰度值，W—電容傳感器提供的測量一
個管截面上電容分布時的電容個數(shù)(例如，對于具有n個電極的電容傳感器，AT = ，il)， c,—第
2
;個測量電容的歸一化值，由電容傳感器測量得到，^一第j'個像素相對于第/個測量電容值的權(quán)重 系數(shù)(即靈敏度)，具體數(shù)值通過有限元分析并輔助實際測量校正獲得。然后，根據(jù)
l一
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乂戶i
A' 4 、
><100%計算低含氣率原油的體積含氣率，式中，a—低含氣率原油的體積含氣
率，4一第/個像素的面積，j一測量管道的截面面積。
根據(jù)科氏質(zhì)量流量計測得的溫度r和壓力傳感器測得的壓力尸計算氣體密度^,并根據(jù)
a = p"—a《計算液體的密度,式中，a一液體的密度，a—低含氣率原油的混合密度，由科氏質(zhì)量 i-《
流量計測量得到。然后，根據(jù)-。=^^計算體積含油率，根據(jù)a"-a計算體積含水率，式中，a、
a—分別為低含氣率原袖的體積含油率和體積含水率，a、 分別為溫度t和壓力？下純原油、 純水的密度。
根據(jù)2,,=^計算低含氣率原油的體積流量，式中，g,—低含氣率原油的休積流量，a—低含氣 率原油的質(zhì)量流量，由科氏質(zhì)量流量計測量得到。
根據(jù)&=、 & = a^。 、 = a t分別計算氣、油、水的體積流量，根據(jù)as =、 o_。 = 、
0 =0 /^分別計算氣、油、水的質(zhì)量流量。
本發(fā)明的有益效果及優(yōu)點是，無需采用高效氣液分離器進(jìn)行氣液分離，采用混流器將低含氣率 原油攪拌成均相流，采用混流器與科氏質(zhì)量流量計組合測量低含氣率原油的含油率與油、氣、水各 分相流量。利用科氏質(zhì)量流量計測量質(zhì)量流量、混合密度和含油率，不需要進(jìn)行油水兩相的完全分 離，解決了基于完全分離法的油、氣、水三相流測量中油水兩相難于完全分離的難題。利用混流器 將待測流體攪拌成均相流，使得科氏質(zhì)量流量計能夠測量低含氣介質(zhì)，解決了氣液分離器分離效果 差的難題。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)檢測精度高，易于實現(xiàn)。適用于油田釆出液分離后低含氣率原油 的測量。


附圖是低含氣率原油測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
低含氣率原油測量裝置具有計量管道(1),在計量管道(1)上依次設(shè)有電容傳感器(2)、混流 器(3)、科氏質(zhì)量流量計(4)、壓力傳感器(5)， A/D轉(zhuǎn)換卡(6)與電容傳感器(2)、科氏質(zhì)量流 量計(4)、壓力傳感器(5)相連，計算機(7)與A/D轉(zhuǎn)換卡(6)相連。下面通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
油田采出液經(jīng)過氣液分離器初步分離后，低含氣率原油進(jìn)入計量管道l，電容傳感器2采集管道 截面上的電容分布，并將電容測量信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡6送入計算機7。由于待測介質(zhì)含有氣體，氣 體在管道中容易形成較大的氣泡或氣彈，從而降低科氏質(zhì)量流量計的測量精度，同時，由于油水分 離效果較差，因此，原油中一般含有一定量的水。含水的原油有可能存在相界面，從而，油、水兩 相處于分離流動狀態(tài)，這種流動狀態(tài)降低科氏質(zhì)量流量計的密度測量精度，從而降低含油率的計算 精度，因此，在本發(fā)明中，流體先通過混流器3，混流器3使流體混合均勻變成均相流。科氏質(zhì)量流 量計4測量流體的質(zhì)量流量、混合密度和溫度，測得的質(zhì)量流量、混合密度和溫度信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換 卡6送入計算機7。壓力傳感器5用來檢測流體的壓力并將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換 卡6送入計算機7。在計算機7中設(shè)有存儲模塊，存儲純油、氣、純水在不同溫度和不同壓力下的密 度值以及電容傳感器測得的各電容值的權(quán)重系數(shù)(即靈敏度)等數(shù)據(jù)。計算機7進(jìn)行實時處理，獲 取低含氣率原油的分相含率和分相流量。
需要特別指出的是，原油的流動狀態(tài)比較復(fù)雜，雖經(jīng)過氣液分離器進(jìn)行了初步的分離，但分離 后的液體仍含有部分氣體。當(dāng)待測液體含氣率小于5%時，液體中氣泡較小且較少，氣泡對科氏質(zhì)量 流量計的測量精度影響較小。但是，當(dāng)待測液體含氣率超過5%時，液體中氣泡變大，質(zhì)量流量計測 量精度明顯下降。同時，流體中的原油(即液相介質(zhì)，或稱為油水混合物)也以不同的狀態(tài)存在。 當(dāng)液體的含水率較低時，液體處于分散流型(即水以氣泡的形式存在于油的連續(xù)相中)下，此時， 根據(jù)科氏質(zhì)量流量計的密度測量值計算的含水率較準(zhǔn)確，但是，當(dāng)液體的含水率與含油率相差不大 時，液體處于分離流型(即油、水以不同的速度分離流動)下，此時，根據(jù)科氏質(zhì)量流量計的密度 測量值計算的含水率精度下降。設(shè)計時，采用混流器將低含氣率原油攪拌成均相流。
另外，科氏質(zhì)量流量計是一種直接式質(zhì)量流量計，能直接對質(zhì)量流量、密度和溫度進(jìn)行測量， 具有精度高、重復(fù)性好、量程比寬、內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單、無活動部件等優(yōu)點。
具體測量模型及求解方案如下 1、含氣率測量模型<formula>formula see original document page 5</formula>上述各式中，《一低含氣率原油的體積含氣率，w—電容傳感器提供的測量一個管截面上電容分布
時的電容個數(shù)(例如，對于具有"個電極的電容傳感器，iV = ^^), 4—第y個像素的面積，^
一測量管道的截面面積，第_/個像素的灰度值，c,—第i個測量電容的歸一化值，由電容傳感
器測量得到，~—第y個像素相對于第z個測量電容值的權(quán)重系數(shù)(即靈敏度)，具體數(shù)值通過有限元 分析并輔助實際測量校正獲得。.《(3)(4)上述各式中，a—低含氣率原油的體積含油率，p。、 a、 a—分別為溫度r和壓力p下純原油、氣、 純水的密度，a—液體的密度，a—低含氣率原油的混合密度，由科氏質(zhì)量流量計測量得到。3、 含水率測量模型式中，a—低含氣率原油的體積含水率。4、 分相流量測量模型(5)(6)(7)2V。K (8) ^=2A (9)a,,^ (io)m (i2) 上述各式中，a—低含氣率原油的體積流量，^一低含氣率原油的質(zhì)量流量，由科氏質(zhì)量流量計測
權(quán)利要求
1、一種低含氣率原油測量裝置，其特征在于它具有計量管道(1)，在計量管道(1)上依次設(shè)有電容傳感器(2)、混流器(3)、科氏質(zhì)量流量計(4)、壓力傳感器(5)，A/D轉(zhuǎn)換卡(6)與電容傳感器(2)、科氏質(zhì)量流量計(4)、壓力傳感器(5)相連，計算機(7)與A/D轉(zhuǎn)換卡(6)相連。
2、 一種權(quán)利要求l所述的低含氣率原油測量裝置所采用的測量方法，其特征在于，包括下列步驟(1)將管截面劃分為W個像素，電容傳感器測量管截面上的電容分布，并根據(jù),=|>,~/|>y確定管截面上第y個像素的灰度值，式中，y;—第y個像素的灰度值，電容傳感器提供的測量一個管截面上電容分布時的電容個數(shù)(例如，對于具有w個電極的電容傳感器，w=，2), c,—第z個測量電容的歸一化值，由電容傳感器測量得到，^一第y個像素相對于第/個測量電容值的權(quán)重系數(shù)(即靈敏度)，具體數(shù)值通過有限元分析并輔助實際測量校正獲得。然后，根據(jù)《=<formula>formula see original document page 2</formula>"00%計算低含氣率原油的體積含氣率，式、戶i a中，低含氣率原油的體積含氣率，4—第/個像素的面積，」一測量管道的截面面積。(2) 根據(jù)科氏質(zhì)量流量計測得的溫度r和壓力傳感器測得的壓力尸計算氣體密度^ ，并根據(jù)A^^"， —^《計算液體的密度，式中，A—液體的密度，y^—低含氣率原油的混合密度，由科氏質(zhì)量流量計測量得到。然后，根據(jù)-。=^^計算體積含油率，根據(jù)^=1--。計算體積含水率，式中，-。、分別為低含氣率原油的體積含油率和體積含水率，分別為溫度r和壓力尸下純原油、純水的密度。(3) 根據(jù)2 =^計算低含氣率原油的體積流量，式中，2V—低含氣率原油的體積流量，0 —/° 低含氣率原油的質(zhì)量流量，由科氏質(zhì)量流量計測量得到。(4) 根據(jù)a,^a《、a。=a&、 Ow^a么分別計算氣、純原油、純水的體積流量，根據(jù)o g = a^g、仏,a義、2, = &^ 分別計算氣、純原油、純水的質(zhì)量流量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低含氣率原油測量裝置及方法，屬于流體測量技術(shù)領(lǐng)域。低含氣率原油測量裝置包括計量管道、計量管道前端的電容傳感器、計量管道中部的混流器、計量管道后端的科氏質(zhì)量流量計和壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換卡和計算機。電容傳感器、科氏質(zhì)量流量計、壓力傳感器均經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡接計算機。本發(fā)明還提供一種該種裝置采用的測量方法。本發(fā)明具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，可獲測量參數(shù)多，參數(shù)檢測精度高，實時性好，可靠，易于實現(xiàn)等優(yōu)點。適用于油田低含氣率原油的測量。
文檔編號G01N27/22GK101666770SQ20091017198
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者任東順, 朱小倩, 樊尚春, 平 王, 王微微 申請人:中國石油大學(xué)(華東)