專利名稱：氣液多相流流量測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于多相流測量技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種適用于氣液多相流尤其是油氣水三相流的流量測量裝置。
氣液多相流流量測量技術(shù)是決定未來油氣工業(yè)成功的關(guān)鍵技術(shù)之一，尤其是對于海洋、沙漠、極地等環(huán)境中的油氣田開發(fā)而言。近年來，國內(nèi)外在氣液多相流流量測量技術(shù)的研究方面已經(jīng)取得了重要的進(jìn)展。但是，由于氣液多相流的流型的復(fù)雜性和多變性，現(xiàn)有的絕大多數(shù)的氣液多相流流量測量裝置還只能適用于某一種或幾種流型。因此，目前氣液多相流測量技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)難點(diǎn)之一就是如何有效地調(diào)整和控制氣液多相流的流型。在目前已有的技術(shù)中，本發(fā)明人申請的名稱為“段塞發(fā)生裝置以及使用該裝置的油氣水三相流量測量裝置”的中國實(shí)用新型專利申請97229522.4給出了一種氣液多相流流型調(diào)整和流量測量的技術(shù)方案，并且已經(jīng)在陸上油田的油氣生產(chǎn)實(shí)踐中得到了成功的應(yīng)用。但是，上述裝置中包含有可動部件，在海洋、沙漠、極地油田的無人環(huán)境中不適用；在無人環(huán)境中，測量裝置的可靠性超越了其他所有的技術(shù)要求，是用戶需要考慮的首要因素。因此，開發(fā)研究無可動部件的、能夠適用于多種流型的氣液多相流流量測量技術(shù)是目前多相流技術(shù)在海洋、沙漠、極地油田中推廣應(yīng)用所需要解決的最重要的問題之一。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠適應(yīng)多種流型并且適于安裝在無人環(huán)境中的氣液多相流流量測量裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種氣液多相流流量裝置，安裝在一段氣液多相流過流管道上，用于測量氣液多相流中各相的流量，其特征在于包括順序安裝在氣液多相流過流管道上的靜態(tài)段塞發(fā)生裝置和互相關(guān)流量測量裝置；順序安裝在所述氣液多相流過流管道上的多相流調(diào)整裝置和多相流相分率測量裝置，其中所述多相流調(diào)整裝置位于所述互相關(guān)流量測量裝置的下游，或者所述多相流相分率測量裝置位于所述靜態(tài)段塞發(fā)生裝置的上游；還包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理裝置，對所述多相流相分率測量裝置和所述互相關(guān)流量測量裝置的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，計算氣液多相流中各相的流量。
此外，該裝置還可以包括一個節(jié)流式流量測量裝置，安裝在所述氣液多相流過流管道上位于所述多相流調(diào)整裝置下游并且與所述多相流相分率測量裝置相鄰或相同的位置上；以及，一個溫度測量裝置和一個壓力測量裝置，分別安裝在所述氣液多相流過流管道上。
本實(shí)用新型所提供的氣液多相流流量測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，壓力損失小，尤其是該裝置沒有任何可動部件，可以杜絕機(jī)械故障的發(fā)生，并能長期可靠地運(yùn)行，因此非常適合于在海洋、沙漠、極地油田的無人環(huán)境中安裝使用。此外，該裝置能夠適用于多種流型，具有較高的測量精度和較寬的適用范圍。
通過
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明，本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)將會更加明顯。


圖1是本實(shí)用新型的氣液多相流流量測量裝置的一種實(shí)施方式。
圖2是本實(shí)用新型的氣液多相流流量測量裝置的又一種實(shí)施方式。
圖3至圖7分別示出了本實(shí)用新型中所采用的靜態(tài)段塞發(fā)生裝置的多種實(shí)現(xiàn)方式。
圖1示出了本實(shí)用新型的氣液多相流流量測量裝置的一種實(shí)施方式。在圖1中，一個靜態(tài)混合裝置2，一個多相流相分率測量裝置3，一個靜態(tài)段塞發(fā)生裝置4和一個互相關(guān)流量測量裝置5順序安裝在一段氣液多相流過流管道1上，一個數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理裝置6對所述多相流相分率測量裝置3和所述互相關(guān)流量測量裝置5的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，計算出氣液多相流中各相的流量值。例如，在油氣水三相流進(jìn)行測量時，所述多相流相分率測量裝置3測量出油、氣、水三相的相分率fo、fg和fw，所述互相關(guān)流量測量裝置5測量出油氣水三相流的總流量Q，那么，油、氣、水三相流各相的流量Qo、Qg和Qw就可以根據(jù)下列公式計算得到Qo=Q×fo(1)Qg=Q×fg(2)Qw=Q×fw(3)在本實(shí)施例中，所述靜態(tài)混合裝置2安裝在所述多相流相分率測量裝置3的上游，對被測的氣液多相流進(jìn)行混合，能夠有效地消除氣液滑脫現(xiàn)象和測量截面上相濃度分布不均勻的現(xiàn)象，從而大大提高多相流相分率的測量精度和代表性；所述靜態(tài)段塞發(fā)生裝置4安裝在所述互相關(guān)流量測量裝置的上游，能夠產(chǎn)生有利于互相關(guān)測量的段塞流流態(tài)，從而提高互相關(guān)流量測量裝置5的測量范圍和測量精度。需要說明的是，所述多相流相分率測量裝置3必須安裝在緊靠所述靜態(tài)混合裝置2的下游的位置上；所述互相關(guān)流量測量裝置5必須安裝在緊靠所述靜態(tài)段塞發(fā)生裝置4的下游的位置上；而所述靜態(tài)混合裝置2既可以在所述靜態(tài)段塞發(fā)生裝置4的上游，也可以位于其下游。
還需要說明的是，本實(shí)施例中還可以包括一個節(jié)流式流量測量裝置(未示出)，安裝在所述氣液多相流過流管道1上位于所述靜態(tài)混合裝置2的下游并且與所述多相流相分率測量裝置3相鄰或相同的位置上，作為輔助測量裝置，有助于提高測量精度和拓寬測量范圍。
圖2示出了本實(shí)用新型的氣液多相流流量測量裝置的又一種實(shí)施方式。在圖2中，一個段塞發(fā)生裝置201、一個互相關(guān)流量測量裝置5，一個靜態(tài)分流裝置202，一個多相流相分率測量裝置3和一個節(jié)流式流量測量裝置203順序安裝在一段氣液多相流過流管道1上；一個溫度變送器205和一個壓力變送器206分別安裝在所述互相關(guān)流量測量裝置5的上、下游傳感器之間的管道上；一個數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理裝置6對所述互相關(guān)流量測量裝置5、所述多相流相分率測量裝置3、所述節(jié)流式流量測量裝置203、所述溫度變送器205和所述壓力變送器206等裝置輸出的電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理并輸出測量結(jié)果。
如圖2所示，所述靜態(tài)分流裝置202由一個緩沖管段207和旁通管段208組成；所述緩沖管段207有一個流入端、一個流出端和一個旁通端，并且，在重力方向上，所述流出端的位置低于所述流入端和所述旁通端的位置；所述緩沖管段207的流入端和流出端分別連接在所述氣液多相流過流管道204上；所述旁通管段208的一端連接在所述緩沖管段207的旁通端上，所述旁通管段208的另一端連接在所述氣液多相流過流管道1上位于所述多相流相分率測量裝置3和所述節(jié)流式流量測量裝置203的下游的位置上。使用所述靜態(tài)分流裝置202，能夠在高含氣的條件下通過所述旁通管段208將一部分氣體分流，使得通過所述多相流相分率測量裝置3和所述節(jié)流式流量測量裝置203的氣液多相流保持較低的含氣率，從而提高液相流量和相分率的測量精度。
在本實(shí)施例中，利用所述互相關(guān)流量測量裝置5測量氣液多相流的總流量，利用所述多相流相分率測量裝置3和所述節(jié)流式流量測量裝置203測量液體中各相的流量，氣相流量可以通過氣液多相流總流量減去液相總流量得到。此外，本實(shí)施例中使用了所述溫度變送器205和所述壓力變送器206，對被測流體的溫度和壓力進(jìn)行測量，就能夠?qū)?shí)際狀況下的流量測量值換算成為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量值。
同樣需要說明的是，所述多相流相分率測量裝置3和所述節(jié)流式流量測量裝置203必須安裝在緊靠所述靜態(tài)分流裝置202的下游的位置上；所述互相關(guān)流量測量裝置5必須安裝在緊靠所述靜態(tài)段塞發(fā)生裝置201的下游的位置上；而所述靜態(tài)分流裝置202既可以在所述靜態(tài)段塞發(fā)生裝置201的上游，也可以位于其下游。
還需要進(jìn)一步說明的是，本實(shí)施例中使用所述節(jié)流式流量測量裝置203在高含氣條件能夠達(dá)到更為理想的測量效果，但這并不是必需的。在一般情況下，即使不包括所述節(jié)流式流量測量裝置203，本實(shí)施例中的其余部分也構(gòu)成了一個完整的氣液多相流測量裝置；在這種情況下，所述數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理裝置6根據(jù)所述互相關(guān)流量測量裝置5的測量數(shù)據(jù)計算氣液多相流的總流量Q，根據(jù)所述多相流相分率測量裝置3和所述互相關(guān)流量測量裝置5的上、下游傳感器的測量數(shù)據(jù)計算氣液多相流各相的相分率fi，其中i代表氣液多相流中的各相。再根據(jù)以下公式計算出氣液多相流中各相的流量QiQi=Q×fi(4)其中i代表氣液多相流中的各相。
本實(shí)用新型所采用的靜態(tài)段塞發(fā)生裝置有多種實(shí)現(xiàn)方式。
本實(shí)用新型所采用的靜態(tài)段塞發(fā)生裝置可以由一個或多個盲三通裝置構(gòu)成。如圖3所示，一個盲三通裝置301安裝在氣液多相流過流管道1上，構(gòu)成了一個靜態(tài)段塞發(fā)生裝置；所述盲三通裝置301，包括一個三通管302和一個盲板303；所述盲三通裝置301的流入端和流出端分別連接在氣液多相流過流管道1上，所述盲板303安裝在所述盲三通裝置301的盲端上。另外，如圖4所示，第一個盲三通裝置301和第二個盲三通裝置401順序安裝在氣液多相流過流管道1上，構(gòu)成了一個效果較好的靜態(tài)段塞發(fā)生裝置。
本實(shí)用新型所采用的靜態(tài)段塞發(fā)生裝置還可以由一個或多個倒裝U型管構(gòu)成。如圖5所示，第一個倒裝U型管501和第二個倒裝U型管502順序安裝在氣液多相流過流管道1上，構(gòu)成了一個效果較好的靜態(tài)段塞發(fā)生裝置。
本實(shí)用新型所采用的靜態(tài)段塞發(fā)生裝置還可以由一個或多個折線管構(gòu)成。如圖6所示，一個折線管601安裝在氣液多相流過流管道1上，構(gòu)成了一個靜態(tài)段塞發(fā)生裝置。
本實(shí)用新型所采用的靜態(tài)段塞發(fā)生裝置還可以由盲三通裝置、折線管和倒裝U型管等裝置中的任意幾種組合而成。如圖7所示，一個折線管601和一個倒裝U型管501順序安裝在氣液多相流過流管道1上，構(gòu)成了一個效果較好的靜態(tài)段塞發(fā)生裝置。
在本發(fā)明人所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，用柴油、空氣和自來水混合后形成油氣水三相流，將一個根據(jù)本實(shí)用新型的氣液多相流流量測量裝置安裝在φ50的水平輸送管線上進(jìn)行了試驗(yàn)。如圖2所示，所述過流管道1為內(nèi)徑50mm的無縫鋼管，通過法蘭連接在所述氣液多相流輸送管道(未示出)上；所述互相關(guān)流量測量裝置5由順序安裝在所述氣液多相流過流管道1上的兩個單能γ射線密度計組成；所述多相流相分率測量裝置3采用了一個雙能γ射線相分率計；所述節(jié)流式流量測量裝置203采用了一個文丘利流量計；所述溫度測量裝置205和所述壓力測量裝置206分別采用了鉑電阻溫度變送器和壓阻式壓力變送器；所述緩沖管段207采用內(nèi)徑為150mm的無縫鋼管，而所述旁通管道208則采用了內(nèi)徑為30mm的無縫鋼管；所述數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理裝置6由基于個人計算機(jī)的定時計數(shù)和模數(shù)轉(zhuǎn)換接口線路和一臺工業(yè)PC機(jī)組成。上述實(shí)驗(yàn)在含水率0-100％和含氣率10％-95％的范圍內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果表明，本實(shí)用新型的氣液多相流流量測量裝置能夠適用于氣泡流、氣團(tuán)流、層狀流、段塞流、環(huán)狀流等多種流型，并且在上述試驗(yàn)范圍內(nèi)達(dá)到較高的測量精度。
應(yīng)該注意的是，上面所述的各種較佳的實(shí)施方式只是用于說明本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。
雖然以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，但是對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員，仍可以對上述實(shí)施方式作出各種修改和變更而不違背本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和范圍。因此，本實(shí)用新型的范圍僅由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1．氣液多相流流量測量裝置，安裝在一段氣液多相流過流管道上，用于測量氣液多相流中各相的流量，其特征在于包括一個靜態(tài)段塞發(fā)生裝置和一個互相關(guān)流量測量裝置，沿著氣液多相流流動方向順序安裝在所述氣液多相流過流管道上；一個多相流調(diào)整裝置和一個多相流相分率測量裝置，沿著氣液多相流流動方向順序安裝在所述氣液多相流過流管道上，其中所述多相流調(diào)整裝置位于所述互相關(guān)流量測量裝置的下游，或者所述多相流相分率測量裝置位于所述靜態(tài)段塞發(fā)生裝置的上游；所述氣液多相流流量測量裝置還包括一個數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理裝置，對所述多相流相分率測量裝置和所述互相關(guān)流量測量裝置的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，計算氣液多相流中各相的流量。
2．如權(quán)利要求1所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于還包括一個節(jié)流式流量測量裝置，安裝在所述氣液多相流過流管道上位于所述多相流調(diào)整裝置下游并且與所述多相流相分率測量裝置相鄰或相同的位置上。
3．如權(quán)利要求1或2所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于還包括一個溫度測量裝置和一個壓力測量裝置，分別安裝在所述氣液多相流過流管道上。
4．如權(quán)利要求1或2所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于所述靜態(tài)段塞發(fā)生裝置包括至少一個盲三通裝置。
5．如權(quán)利要求4所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于所述盲三通裝置由一個三通管和一個盲板組成；所述三通管有一個流入端、一個流出端和一個盲端；所述盲板與所述三通管的盲端相連接。
6．如權(quán)利要求1或2所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于所述靜態(tài)段塞發(fā)生裝置包括至少一個倒裝U型管。
7．如權(quán)利要求1或2所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于所述靜態(tài)段塞發(fā)生裝置包括至少一個折線型管。
8．如權(quán)利要求1或2所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于所述多相流調(diào)整裝置是一個靜態(tài)混合裝置。
9．如權(quán)利要求1所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于所述多相流調(diào)整裝置是一個靜態(tài)分流裝置。
10．如權(quán)利要求9所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于所述靜態(tài)分流裝置包括一個緩沖管段和旁通管段；所述緩沖管段有一個流入端、一個流出端和一個旁通端，并且，在重力方向上，所述流出端的位置低于所述流入端和所述旁通端的位置；所述緩沖管段的流入端和流出端分別連接在所述氣液多相流過流管道上；所述旁通管段的一端連接在所述緩沖管段的旁通端上，所述旁通管段的另一端連接在所述氣液多相流過流管道上位于所述多相流相分率測量裝置的下游的位置上。
11．如權(quán)利要求10所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于所述靜態(tài)分流裝置的緩沖管段的口徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述氣液多相流過流管道的口徑和所述靜態(tài)分流裝置的旁通管段的口徑。
12．如權(quán)利要求2所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于所述多相流調(diào)整裝置是一個靜態(tài)分流裝置。
13．如權(quán)利要求12所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于所述靜態(tài)分流裝置包括一個緩沖管段和旁通管段；所述緩沖管段有一個流入端、一個流出端和一個旁通端，并且，在重力方向上，所述流出端的位置低于所述流入端和所述旁通端的位置；所述緩沖管段的流入端和流出端分別連接在所述氣液多相流過流管道上；所述旁通管段的一端連接在所述緩沖管段的旁通端上，所述旁通管段的另一端連接在所述氣液多相流過流管道上位于所述多相流相分率測量裝置和所述節(jié)流式流量測量裝置的下游的位置上。
14．如權(quán)利要求13所述的氣液多相流流量測量裝置，其特征在于所述靜態(tài)分流裝置的緩沖管段的口徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述氣液多相流過流管道的口徑和所述靜態(tài)分流裝置的旁通管段的口徑。
專利摘要氣液多相流流量測量裝置,包括:順序安裝在氣液多相流過流管道上的靜態(tài)段塞發(fā)生裝置和互相關(guān)流量測量裝置;順序安裝在所述氣液多相流過流管道上的多相流調(diào)整裝置和多相流相分率測量裝置,其中所述多相流調(diào)整裝置位于所述互相關(guān)流量測量裝置的下游,或者所述多相流相分率測量裝置位于所述靜態(tài)段塞發(fā)生裝置的上游;還包括:數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理裝置,對所述多相流相分率測量裝置和所述互相關(guān)流量測量裝置的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理,計算氣液多相流中各相的流量。
文檔編號G01F1/712GK2349553SQ9821770
公開日1999年11月17日 申請日期1998年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月28日
發(fā)明者竇劍文 申請人:竇劍文