[发明专利]一种测量页岩气井口流体质量流量的复合式装置及方法

权利要求书

1.一种测量页岩气井口流体质量流量的复合式装置，其特征在于，包括前部的三通管A(1)、后部的导流切换装置(2)；三通管A(1)与导流切换装置(2)之间通过并列设置的文丘里流量计(3)和喷嘴流量计(4)连通，在文丘里流量计(3)和喷嘴流量计(4)的入口端与喉部之间连接有取压管(5)，取压管(5)上设有差压变送器(6)；导流切换装置(2)的末端设有检测管道(7)；检测管道(7)的内壁设有伽马射线发射器(8)、与伽马射线发射器(8)位置相对的检测管道(7)的外壁设有伽马射线接收器(9)，伽马射线发射器(8)内设置具有至少三种能量级的伽马放射源。

2.如权利要求1所述的测量页岩气井口流体质量流量的复合式装置，其特征在于，导流切换装置(2)包括三通管B和位于三通管B的两个入口端的两个单向电动阀。

3.如权利要求1所述的测量页岩气井口流体质量流量的复合式装置，其特征在于，导流切换装置(2)是三通电动阀。

4.如权利要求1、2或3所述的测量页岩气井口流体质量流量的复合式装置，其特征在于，取压管(5)上还设有温度感应器(10)。

5.如权利要求1、2或3所述的测量页岩气井口流体质量流量的复合式装置，其特征在于，伽马放射源是Ba¹³³或Lu¹⁷⁶，Ba¹³³放出的射线具有31keV、81keV和356keV三种能量级，Lu¹⁷⁶放出的射线具有307keV、202keV和88keV三种能量级。

6.如权利要求4所述的测量页岩气井口流体质量流量的复合式装置，其特征在于，伽马放射源是Ba¹³³或Lu¹⁷⁶，Ba¹³³放出的射线具有31keV、81keV和356keV三种能量级，Lu¹⁷⁶放出的射线具有307keV、202keV和88keV三种能量级。

7.如权利要求5所述的测量页岩气井口流体质量流量的复合式装置，其特征在于，伽马射线发射器(8)到与之位置相对的检测管道(7)的内壁的径向距离在12.5mm至50mm之间。

8.如权利要求6所述的测量页岩气井口流体质量流量的复合式装置，其特征在于，伽马射线发射器(8)到与之位置相对的检测管道(7)的内壁的径向距离在12.5mm至50mm之间。

9.一种基于测量页岩气井口流体质量流量的复合式装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：使页岩气井口流体从三通管A(1)的入口端流入，经过工作状态的文丘里流量计(3)或喷嘴流量计(4)；

S2：由差压变送器(6)测得文丘里流量计(3)或喷嘴流量计(4)的入口端压力P₁、喉部压力P₂及压差ΔP；

S3：页岩气井口流体通过检测管道(7)，由伽马射线发射器(8)发出射线沿检测管道(7)径向穿过页岩气井口流体，并由检测管道(7)外壁的伽马射线接收器(9)接收，测得气相的质量相分率α_gas、油相质量相分率α_oil、水相质量相分率α_water；

S4:计算气相、油相和水相的混合密度ρ：

ρ＝ρ_gas×α_gas+ρ_oil×α_oil+ρ_water×α_water；

式中：ρ_gas为气相的混合密度，单位kg/m³；

ρ_oil为油相的混合密度，单位kg/m³；

ρ_water为水相的混合密度，单位kg/m³；

S5：计算页岩气井口流体总质量流量Q_m：

式中：β为当量直径比；

D为文丘里流量计(3)或喷嘴流量计(4)入口管道直径，单位mm；

d为文丘里流量计(3)或喷嘴流量计(4)喉部管道直径，单位mm；

ε为压缩系数；

C为流出系数；

τ为有差压变送器(6)测得P₂/P₁比；

k为等熵系数；ΔP差压值，单位为kPa；ρ为气相、油相和水相的混合密度，kg/m³；S6：计算气相、油相和水相各自的质量流量：

Q_gas＝Q_m·α_gas

Q_oil＝Q_m·α_oil

Q_water＝Q_m·α_water；

式中：Q_gas为气相的质量流量，单位为kg/h，

Q_oil为油相的质量流量，单位为kg/h；

Q_water为水相的质量流量，单位为kg/h；

Q_m为页岩气井口流体总质量流量，单位为kg/h；

α_gas为气相的质量相分率；

α_oil为油相质量相分率；

α_water为水相质量相分率。