专利名称：气液多相流流量测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于多相流测量技术领域，具体地讲，涉及一种适用于气液多相流尤其是油气水三相流的流量测量装置。
气液多相流流量测量技术是决定未来油气工业成功的关键技术之一，尤其是对于海洋、沙漠、极地等环境中的油气田开发而言。近年来，国内外在气液多相流流量测量技术的研究方面已经取得了重要的进展。但是，由于气液多相流的流型的复杂性和多变性，现有的绝大多数的气液多相流流量测量装置还只能适用于某一种或几种流型。因此，目前气液多相流测量技术领域中的技术难点之一就是如何有效地调整和控制气液多相流的流型。在目前已有的技术中，本发明人申请的名称为“段塞发生装置以及使用该装置的油气水三相流量测量装置”的中国实用新型专利申请97229522.4给出了一种气液多相流流型调整和流量测量的技术方案，并且已经在陆上油田的油气生产实践中得到了成功的应用。但是，上述装置中包含有可动部件，在海洋、沙漠、极地油田的无人环境中不适用；在无人环境中，测量装置的可靠性超越了其他所有的技术要求，是用户需要考虑的首要因素。因此，开发研究无可动部件的、能够适用于多种流型的气液多相流流量测量技术是目前多相流技术在海洋、沙漠、极地油田中推广应用所需要解决的最重要的问题之一。
本实用新型的目的在于提供一种能够适应多种流型并且适于安装在无人环境中的气液多相流流量测量装置。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种气液多相流流量装置，安装在一段气液多相流过流管道上，用于测量气液多相流中各相的流量，其特征在于包括顺序安装在气液多相流过流管道上的静态段塞发生装置和互相关流量测量装置；顺序安装在所述气液多相流过流管道上的多相流调整装置和多相流相分率测量装置，其中所述多相流调整装置位于所述互相关流量测量装置的下游，或者所述多相流相分率测量装置位于所述静态段塞发生装置的上游；还包括数据采集和数据处理装置，对所述多相流相分率测量装置和所述互相关流量测量装置的测量数据进行采集和处理，计算气液多相流中各相的流量。
此外，该装置还可以包括一个节流式流量测量装置，安装在所述气液多相流过流管道上位于所述多相流调整装置下游并且与所述多相流相分率测量装置相邻或相同的位置上；以及，一个温度测量装置和一个压力测量装置，分别安装在所述气液多相流过流管道上。
本实用新型所提供的气液多相流流量测量装置结构简单，压力损失小，尤其是该装置没有任何可动部件，可以杜绝机械故障的发生，并能长期可靠地运行，因此非常适合于在海洋、沙漠、极地油田的无人环境中安装使用。此外，该装置能够适用于多种流型，具有较高的测量精度和较宽的适用范围。
通过
以下结合附图对本实用新型的较佳实施例的详细说明，本实用新型的其他优点将会更加明显。
图1是本实用新型的气液多相流流量测量装置的一种实施方式。
图2是本实用新型的气液多相流流量测量装置的又一种实施方式。
图3至图7分别示出了本实用新型中所采用的静态段塞发生装置的多种实现方式。
图1示出了本实用新型的气液多相流流量测量装置的一种实施方式。在图1中，一个静态混合装置2，一个多相流相分率测量装置3，一个静态段塞发生装置4和一个互相关流量测量装置5顺序安装在一段气液多相流过流管道1上，一个数据采集和数据处理装置6对所述多相流相分率测量装置3和所述互相关流量测量装置5的测量数据进行采集和处理，计算出气液多相流中各相的流量值。例如，在油气水三相流进行测量时，所述多相流相分率测量装置3测量出油、气、水三相的相分率fo、fg和fw，所述互相关流量测量装置5测量出油气水三相流的总流量Q，那么，油、气、水三相流各相的流量Qo、Qg和Qw就可以根据下列公式计算得到Qo=Q×fo(1)Qg=Q×fg(2)Qw=Q×fw(3)在本实施例中，所述静态混合装置2安装在所述多相流相分率测量装置3的上游，对被测的气液多相流进行混合，能够有效地消除气液滑脱现象和测量截面上相浓度分布不均匀的现象，从而大大提高多相流相分率的测量精度和代表性；所述静态段塞发生装置4安装在所述互相关流量测量装置的上游，能够产生有利于互相关测量的段塞流流态，从而提高互相关流量测量装置5的测量范围和测量精度。需要说明的是，所述多相流相分率测量装置3必须安装在紧靠所述静态混合装置2的下游的位置上；所述互相关流量测量装置5必须安装在紧靠所述静态段塞发生装置4的下游的位置上；而所述静态混合装置2既可以在所述静态段塞发生装置4的上游，也可以位于其下游。
还需要说明的是，本实施例中还可以包括一个节流式流量测量装置(未示出)，安装在所述气液多相流过流管道1上位于所述静态混合装置2的下游并且与所述多相流相分率测量装置3相邻或相同的位置上，作为辅助测量装置，有助于提高测量精度和拓宽测量范围。
图2示出了本实用新型的气液多相流流量测量装置的又一种实施方式。在图2中，一个段塞发生装置201、一个互相关流量测量装置5，一个静态分流装置202，一个多相流相分率测量装置3和一个节流式流量测量装置203顺序安装在一段气液多相流过流管道1上；一个温度变送器205和一个压力变送器206分别安装在所述互相关流量测量装置5的上、下游传感器之间的管道上；一个数据采集和数据处理装置6对所述互相关流量测量装置5、所述多相流相分率测量装置3、所述节流式流量测量装置203、所述温度变送器205和所述压力变送器206等装置输出的电信号进行数据采集和数据处理并输出测量结果。
如图2所示，所述静态分流装置202由一个缓冲管段207和旁通管段208组成；所述缓冲管段207有一个流入端、一个流出端和一个旁通端，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；所述缓冲管段207的流入端和流出端分别连接在所述气液多相流过流管道204上；所述旁通管段208的一端连接在所述缓冲管段207的旁通端上，所述旁通管段208的另一端连接在所述气液多相流过流管道1上位于所述多相流相分率测量装置3和所述节流式流量测量装置203的下游的位置上。使用所述静态分流装置202，能够在高含气的条件下通过所述旁通管段208将一部分气体分流，使得通过所述多相流相分率测量装置3和所述节流式流量测量装置203的气液多相流保持较低的含气率，从而提高液相流量和相分率的测量精度。
在本实施例中，利用所述互相关流量测量装置5测量气液多相流的总流量，利用所述多相流相分率测量装置3和所述节流式流量测量装置203测量液体中各相的流量，气相流量可以通过气液多相流总流量减去液相总流量得到。此外，本实施例中使用了所述温度变送器205和所述压力变送器206，对被测流体的温度和压力进行测量，就能够将实际状况下的流量测量值换算成为标准状况下的流量值。
同样需要说明的是，所述多相流相分率测量装置3和所述节流式流量测量装置203必须安装在紧靠所述静态分流装置202的下游的位置上；所述互相关流量测量装置5必须安装在紧靠所述静态段塞发生装置201的下游的位置上；而所述静态分流装置202既可以在所述静态段塞发生装置201的上游，也可以位于其下游。
还需要进一步说明的是，本实施例中使用所述节流式流量测量装置203在高含气条件能够达到更为理想的测量效果，但这并不是必需的。在一般情况下，即使不包括所述节流式流量测量装置203，本实施例中的其余部分也构成了一个完整的气液多相流测量装置；在这种情况下，所述数据采集和数据处理装置6根据所述互相关流量测量装置5的测量数据计算气液多相流的总流量Q，根据所述多相流相分率测量装置3和所述互相关流量测量装置5的上、下游传感器的测量数据计算气液多相流各相的相分率fi，其中i代表气液多相流中的各相。再根据以下公式计算出气液多相流中各相的流量QiQi=Q×fi(4)其中i代表气液多相流中的各相。
本实用新型所采用的静态段塞发生装置有多种实现方式。
本实用新型所采用的静态段塞发生装置可以由一个或多个盲三通装置构成。如图3所示，一个盲三通装置301安装在气液多相流过流管道1上，构成了一个静态段塞发生装置；所述盲三通装置301，包括一个三通管302和一个盲板303；所述盲三通装置301的流入端和流出端分别连接在气液多相流过流管道1上，所述盲板303安装在所述盲三通装置301的盲端上。另外，如图4所示，第一个盲三通装置301和第二个盲三通装置401顺序安装在气液多相流过流管道1上，构成了一个效果较好的静态段塞发生装置。
本实用新型所采用的静态段塞发生装置还可以由一个或多个倒装U型管构成。如图5所示，第一个倒装U型管501和第二个倒装U型管502顺序安装在气液多相流过流管道1上，构成了一个效果较好的静态段塞发生装置。
本实用新型所采用的静态段塞发生装置还可以由一个或多个折线管构成。如图6所示，一个折线管601安装在气液多相流过流管道1上，构成了一个静态段塞发生装置。
本实用新型所采用的静态段塞发生装置还可以由盲三通装置、折线管和倒装U型管等装置中的任意几种组合而成。如图7所示，一个折线管601和一个倒装U型管501顺序安装在气液多相流过流管道1上，构成了一个效果较好的静态段塞发生装置。
在本发明人所进行的实验中，用柴油、空气和自来水混合后形成油气水三相流，将一个根据本实用新型的气液多相流流量测量装置安装在φ50的水平输送管线上进行了试验。如图2所示，所述过流管道1为内径50mm的无缝钢管，通过法兰连接在所述气液多相流输送管道(未示出)上；所述互相关流量测量装置5由顺序安装在所述气液多相流过流管道1上的两个单能γ射线密度计组成；所述多相流相分率测量装置3采用了一个双能γ射线相分率计；所述节流式流量测量装置203采用了一个文丘利流量计；所述温度测量装置205和所述压力测量装置206分别采用了铂电阻温度变送器和压阻式压力变送器；所述缓冲管段207采用内径为150mm的无缝钢管，而所述旁通管道208则采用了内径为30mm的无缝钢管；所述数据采集和数据处理装置6由基于个人计算机的定时计数和模数转换接口线路和一台工业PC机组成。上述实验在含水率0-100％和含气率10％-95％的范围内进行，试验结果表明，本实用新型的气液多相流流量测量装置能够适用于气泡流、气团流、层状流、段塞流、环状流等多种流型，并且在上述试验范围内达到较高的测量精度。
应该注意的是，上面所述的各种较佳的实施方式只是用于说明本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
虽然以上结合附图详细描述了本实用新型的实施例，但是对于本领域内熟练的技术人员，仍可以对上述实施方式作出各种修改和变更而不违背本实用新型的实质和范围。因此，本实用新型的范围仅由所附权利要求限定。
权利要求1．气液多相流流量测量装置，安装在一段气液多相流过流管道上，用于测量气液多相流中各相的流量，其特征在于包括一个静态段塞发生装置和一个互相关流量测量装置，沿着气液多相流流动方向顺序安装在所述气液多相流过流管道上；一个多相流调整装置和一个多相流相分率测量装置，沿着气液多相流流动方向顺序安装在所述气液多相流过流管道上，其中所述多相流调整装置位于所述互相关流量测量装置的下游，或者所述多相流相分率测量装置位于所述静态段塞发生装置的上游；所述气液多相流流量测量装置还包括一个数据采集和数据处理装置，对所述多相流相分率测量装置和所述互相关流量测量装置的测量数据进行采集和处理，计算气液多相流中各相的流量。
2．如权利要求1所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于还包括一个节流式流量测量装置，安装在所述气液多相流过流管道上位于所述多相流调整装置下游并且与所述多相流相分率测量装置相邻或相同的位置上。
3．如权利要求1或2所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于还包括一个温度测量装置和一个压力测量装置，分别安装在所述气液多相流过流管道上。
4．如权利要求1或2所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于所述静态段塞发生装置包括至少一个盲三通装置。
5．如权利要求4所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于所述盲三通装置由一个三通管和一个盲板组成；所述三通管有一个流入端、一个流出端和一个盲端；所述盲板与所述三通管的盲端相连接。
6．如权利要求1或2所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于所述静态段塞发生装置包括至少一个倒装U型管。
7．如权利要求1或2所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于所述静态段塞发生装置包括至少一个折线型管。
8．如权利要求1或2所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于所述多相流调整装置是一个静态混合装置。
9．如权利要求1所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于所述多相流调整装置是一个静态分流装置。
10．如权利要求9所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于所述静态分流装置包括一个缓冲管段和旁通管段；所述缓冲管段有一个流入端、一个流出端和一个旁通端，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；所述缓冲管段的流入端和流出端分别连接在所述气液多相流过流管道上；所述旁通管段的一端连接在所述缓冲管段的旁通端上，所述旁通管段的另一端连接在所述气液多相流过流管道上位于所述多相流相分率测量装置的下游的位置上。
11．如权利要求10所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于所述静态分流装置的缓冲管段的口径远远大于所述气液多相流过流管道的口径和所述静态分流装置的旁通管段的口径。
12．如权利要求2所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于所述多相流调整装置是一个静态分流装置。
13．如权利要求12所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于所述静态分流装置包括一个缓冲管段和旁通管段；所述缓冲管段有一个流入端、一个流出端和一个旁通端，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；所述缓冲管段的流入端和流出端分别连接在所述气液多相流过流管道上；所述旁通管段的一端连接在所述缓冲管段的旁通端上，所述旁通管段的另一端连接在所述气液多相流过流管道上位于所述多相流相分率测量装置和所述节流式流量测量装置的下游的位置上。
14．如权利要求13所述的气液多相流流量测量装置，其特征在于所述静态分流装置的缓冲管段的口径远远大于所述气液多相流过流管道的口径和所述静态分流装置的旁通管段的口径。
专利摘要气液多相流流量测量装置,包括:顺序安装在气液多相流过流管道上的静态段塞发生装置和互相关流量测量装置;顺序安装在所述气液多相流过流管道上的多相流调整装置和多相流相分率测量装置,其中所述多相流调整装置位于所述互相关流量测量装置的下游,或者所述多相流相分率测量装置位于所述静态段塞发生装置的上游;还包括:数据采集和数据处理装置,对所述多相流相分率测量装置和所述互相关流量测量装置的测量数据进行采集和处理,计算气液多相流中各相的流量。
文档编号G01F1/712GK2349553SQ9821770
公开日1999年11月17日 申请日期1998年7月28日 优先权日1998年7月28日
发明者窦剑文 申请人:窦剑文