[发明专利]油气水三相流量测量方法及其装置

说明书

本发明属于测量技术领域，更进一步涉及一种用于原油、天然气以及水三相流量的相关分析与压力差测量方法及其装置。

原油生产过程中，原油、天然气是和水同时存在并被开采出来，随着油井开采过程的延长、含水量会越来越多。同时，数量不等的微小砂粒也会夹带在三相流体中，给流量测量带来许多困难。现有的测量方法是将液体（油和水混合物）和天然气经加热分离后，分别以单相流量计计量，整个设备庞大，投资和运行费用高。操作复杂，在加热分离气液两相流体时要消耗大量的天然气。一套计量设备供3-8口油井合用，对每口油井每天测量1-2小时，因此，无法准确地给出每一口油井的精确产量。目前，国外已有油气水三相流量仪如英国的欧洲能源工程公司生产的油气水三相流量仪，结构十分复杂，用二套γ-射线衰减仪测量液气比和油水比，设备总重量达10号，价格为30-40万英磅。类似的还有美国Texco石油公司提出的样机，和英国公司类似，采用γ-射线衰减法测量油气比，这种测量方法存在的最大问题是精度低，价格昂贵。《国外油田工程》1992年第2期“一种新型的三相流量计”;1993年第2期“国外多相流计量技术发展近况”。

本发明的目的是提供一种可实现对油气水三相流量自动地连续在线测量方法。

本发明的另一个目的是提供一种测量可靠、稳定、测量精度高以及成本低的油气水三相流量测量装置。

本发明的流量测量方法分三步，第一步，以电容相关分析技术测量油气水三相混合物的总流量速度;第二步，用差压传感器测量取样管道的压差，由此得到液相在三相混合物中的比率以及油水比率;第三步，根据多相流体流动理论，分别获得油、气、水各相的流量。

本发明的测量装置包括取样管道、传感器、信号采集与处理装置。取样管道垂直放置，它通过三通接口与主管道和主通道连接，取样管道与主通道的底部分别装有控制阀门，由同一直径的两只非金属绝缘管组成倒U型油水与气比例测量段，分别装于测量段两端的流体压力差测量孔的高度相等。传感器压力感应膜片将三相流体与压力传递流体分隔开，电容传感器分别装于非金属绝缘管的外壁，并分别与高灵敏度电容器相连。温敏传感器、压力传感器、压力差测量传感器均与二次仪表相连，二次仪表采集的电压量、电流通过电容仪进行相关分析及数据处理。

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1为本发明装置的整体结构示意图。

本发明装置中与油井相连的主管道1经三通接头分别接垂直取样管道2和主通道4，垂直取样管道2的长度大于0.5米。主通道4与主管道1上面0.2米以上处改成水平位置。垂直取样管道2的下部安装阀门3，取样通道2和主通道4的出口汇接处安装阀门5。温敏传感器6和压力传感器7分别装于水平主管道4内。两根非绝缘管8、9两端以法兰10、11、12、13连接，绝缘管8、9组成倒U型测量段。流体压力差测量孔14、15、16、17分别等高装于非金属绝缘管8、9的两端，各输出端分别与压力差测量传感器21、22相连。测量装置18、19置于垂直取样管道2的两端，压力差测量传感器20与测量装置18、19连接。电容传感器23、24装于非金属绝缘管8的外壁，并分别经电缆与高灵敏度电容仪25、26相连，两电容仪采用同一个振荡源，防止信号相互干扰。温敏传感器6、压力传感器7，压力差测量传感器20、21、学22，高灵敏度电容仪25、26与二次仪表27相接，二次仪表27采集电压量、电流量，通过电容仪25、26进行相关分析及数据处理。

本发明应用以电容传感器23、24接收流体流动信号，对这些信号进行相关分析，经测量油气水三相混合物的总流量速度。

Rxy（τ）＝1/(T) ∫^T₀x（t-τ）y（t）dt（1）

对应于互相关系数的极大值的τ_m即是流体通过距离为S（两个传感器之间的距离）的速度。

两电容传感器23、24采用同一个振荡源，以防止信号相互干扰。这样三相混合物总流量为

Q_总＝K·S/τm·A （2）

式中，K为流动常数，与多相流流动有关。A为管道截面积。

第二步：以一种特殊设计的压力差测量传感器21、22测量测量装置14、15与16、17处的压力差，并可由此得到液相在三相混合物中的比率：