专利名称：油气水三相流量连续计量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种油气水三相流量连续计量系统。用于油田油、气、水产量的自动连续计量。
背景技术：
随着油田开发的深入，特别是在油田进入高含水期后，油井产气量和产液量普遍波动较大，且没有规律可循；低产油井还存在产液间歇现象，间歇时间长短不一，短时计量很难得出真实的产量；油井产量差别大、波动大导致不同油井伴生气的产量差别和波动也大；油井产液中的砂和杂质较多，对仪表及其计量的影响较大。目前，国内外各油田采用的传统计量系统主要有以下几种1、两相分离计量系统。把气体和液体分离，油水不分离，通常用取样化验法、平均密度法、密度计和流量计来测量混合液中的油水比率，得到各相流量。由于分离器排液不彻底，不同配比的油水混合液相互掺杂，造成含水仪表测量代表性差，因此导致油水混合液密度测量不准，增加了计量的误差，也给考核带来不便，并且密度计价格昂贵。
2、三相流量计量系统。不使用分离器，而是直接测量油气水三相的流量。一般通过放射线法、电容法或差压法测量流量。该现有技术的缺陷在于第一，利用放射线衰减仪测量气液比和油水比，仪表带有放射性，体积大，精度低，价格昂贵。第二，电容法只适用于油气水混合液中油为连续相的情况，但目前国内油田大多油田进入高含水期，混合液中水为连续相时，电容法不再适用。第三，利用差压传感器测量管道的差压，只能得到取样管道内油气水混合物的总密度，需要推导复杂的数学公式才能获得各相比率，当混合液中含水率较高时，各相比率计算误差大，测量精度较低。
3、三相分离计量系统。传统的三相分离计量系统采用油气水三相分离后计量的方法，其体积一般较大，分离器出气口采用自力式压力调节阀控制气体排出，而自力式压力调节阀是机械操作，不能连续平滑调节分离器内压力，当来气量或来液量有大的波动时，容易超过系统的处理能力，造成分离效果变差，测量精度严重下降。此系统也未能完全实现无人值守，不能自动处理出现的各种故障，增加了控制管理的不便。

发明内容
本实用新型的目的是提供一种油气水三相流量连续计量系统。
它具有卧式三相分离器，在卧式三相分离器内设有油室，油室出口管与油路流量计、油路调节阀、混相器)相接，在卧式三相分离器顶部设有油水界面仪、液位计、压力传感器II、出气管，出气管与气体流量计、气路调节阀、混相器相接，卧式三相分离器上部设有进油管并与进口阀、压力传感器I、温度传感器I相接，卧式三相分离器底部设有出水管，出水管与水路流量计、水路调节阀、混相器相接，出水管经冲沙水泵与插入卧式三相分离器侧向中部的冲沙管相接，混相器与压力传感器III、温度传感器II、出口阀相接，出口阀与旁路阀、进口阀相接，压力传感器I、温度传感器I、油水界面仪、液位计、压力传感器II、冲沙水泵、气体流量计、气路调节阀、油路流量计、油路调节阀、水路流量计、水路调节阀、压力传感器III、温度传感器II与工业控制计算机相接。
本实用新型的优点1)采用内置油室的小型高效的卧式三相分离器，系统体积小，油气水分离后分相计量，油中含水率和水中含油率比较稳定，测量精度显著提高，水室中的混合液包围着内置油室，保持油室中油的温度不降低，保证了油的流动性。
2)系统的油路、气路和水路采用PID控制，油路调节阀控制油室油气界面，气路采用气路调节阀控制分离器内部压力，水路调节阀控制水室油水界面，无需外部干预，对油量、气量和水量的调节范围大。
3)该系统选用的气体流量计9测量气体流量。气路调节阀10控制分离器内的压力始终被控制在设定的压力值上，并大于气液外输的压力，当来气量波动造成分离器内压力变化时，分离器内压力将被自动调节。
4)根据来液中含水率的高低，改变水室油水界面的设定值，可以相应地改变水室中水的含油率，油水界面仪检测出分离器水室中的油水界面信号，输入工业控制计算机，自动控制水路调节阀，调节水流量，使水室中油水界面保持稳定，从而保持水中含油率和油中含水率的稳定，消除来气量或来液量波动对分离的效果和计量的影响。
5)由于油水分离后的原油粘度较大，油路流阻过大，导致油路的流通能力下降，因此该系统水路加装了流阻调节阀，通过增大水路的阻力来平衡油路和水路的流通能力，使油水均能顺畅的流动。
6)分离器内置的油室收集水室中混合液上层的原油，油室中油的含水率显著地降低，液位计检测出分离器油室中的油气界面信号，输入工业控制计算机，自动控制油路调节阀，调节油流量，使油室中油气界面保持稳定，消除来气量或来液量波动对计量精度的不良影响。
7)系统具有自动冲沙功能，冲沙水泵能定时自动启动，冲刷分离器底部，防止油井来液中夹带的泥沙沉积，保证了系统的长期、连续安全运行。
8)系统所采用的仪表均为防爆型，所有检测和控制信号均通过安全栅进行信号隔离，控制流入危险场所的能量在易燃易爆介质的点火能量以下，保证计量系统能在易燃、易爆场合安全运行。
9)该系统运行期间无人值守，根据需要能方便的进行自动与手动控制的切换，完全自动运行，能自动处理各种故障现象，在不中断油井正常生产的情况下，实现油气水三相流量的连续计量。
10)系统安装有功能强大的软件，可随时监控系统的运行状况，显示、打印输出油、水、气量、含水率等数据，自动生成各种生产报表。
11)可用于油井生产的无水期、低含水期、中含水期、高含水期、高含水后期及特高含水期的油井产量计量。通过改变分离器的尺寸和配套不同类型的仪表，本计量系统可以在油田的各种恶劣场合使用。以一个容积为0.8m3的三相分离器为例，本计量系统可以达到下述技术指标日产液量计量范围5-450t日产气量计量范围80-3500Nm3含水率测量范围0-99％日产水量测量误差≤2.5％日产油量测量误差≤2.5％日产气量测量误差≤5％
附图是油气水三相流量连续计量系统结构示意图。
具体实施方式
油气水三相流量连续计量系统具有卧式三相分离器4，在卧式三相分离设内设有油室12，油室出口管与油路流量计11、油路调节阀13、混相器17相接，在卧式三相分离器顶部设有油水界面仪5、液位计6、压力传感器II7、出气管，出气管与气体流量计9、气路调节阀10、混相器17相接，卧式三相分离器上部设有进油管并与进口阀1、压力传感器I2、温度传感器I3相接，卧式三相分离器底部设有出水管，出水管与水路流量计14、水路调节阀15、流阻调节阀16混相器17相接，出水管经冲沙水泵8与插入卧式三相分离器侧向中部的冲沙管相接，混相器17与压力传感器III18、温度传感器II19、出口阀20相接，出口阀20与旁路阀22、进口阀1相接，压力传感器I2、温度传感器I3、油水界面仪5、液位计6、压力传感器II7、冲沙水泵8、气体流量计9、气路调节阀10、油路流量计11、油路调节阀13、水路流量计14、水路调节阀15、压力传感器III18、温度传感器II19与工业控制计算机21相接。
本实用新型进口接于油井来的气液混合管，而气液出口与油井外输管相连。油井产出的气液混合物，由打开的进口阀1，进入卧式三相分离器4进行油、气、水三相分离。初步分离后，气体从分离器顶部出气口排出，水室中混合液上部的原油溢流入分离器内置的油室中，从油室出口排出，水室中的混合液包围着油室，保持油室中油的温度不降低，水室中的水从分离器底部的水出口排出。预先设定分离器的工作压力、水室的油水界面和油室的液位。通过压力传感器II 7的信号检测分离器的内部压力，工业控制计算机21就控制气路调节阀10增大或者减小气流量来调节分离器内的压力，使分离器的内部压力稳定地保持在设定值上，这样实现分离器稳压控制，消除来气量波动对分离效果和测量精度的影响。通过油水界面仪5的信号检测分离器水室的油水界面，工业控制计算机21就控制水路调节阀15增大或者减小水流量来调节分离器水室的油水界面，使分离器水室的油水界面稳定地保持在预先设定的值上，这样实现水室的油水界面自动调节，根据被计量油井含水率的不同，可以调节油水界面的设定值，相应地改变水中的含油率并保持其稳定，由水中含油率可以对油的流量进行校正，提高了油的计量精度。在计量高含水油井时，油水初步分离后的原油能稳定地流入分离器内置的油室中，油室中油中含水率显著变小，然后通过油路流量计检测的密度参数来修正油的流量，而分离后水室中水中含油率也保持稳定，可以对油的流量进行校正，这样油的测量精度就得到大幅度地提高。由于油水分离后的原油粘度较大，油路流阻过大，油路的流动性变差，因此在水路加装了流阻调节阀，通过增大水路的阻力来平衡油路和水路的流通能力。通过液位计6的信号检测分离器油室的液位，工业控制计算机21就控制油路调节阀13增大或者减小油流量，使分离器油室液位稳定地保持在预先设定的值上，这样实现油室液位自动调节。当油室液位低于水室的溢流板时，液位计6检测的是油室内的油气界面，当油室液位高于水室的溢流板时，液位计6检测的是卧式三相分离器内总的液位，这样实现了用一个液位计测量两个液位，此时根据油水界面仪和液位计的测量信号可以计算出分离器内油层的厚度。当来气量或来液量产生波动时，计量系统通过自动调节三相的流量使分离器内部压力、水室油水界面和油室液位始终保持稳定，消除波动对分离效果和计量产生的不良影响，提高了系统测量的精度。
系统一般运行在以下五种状态第一种状态，系统刚开机。
系统的油气水三路均切换至手动状态，把气路阀门关闭，水路和油路的阀门全开，不控制水室油水界面和油室液位，让混合液通过分离器自由流入管道中，依靠混合液的温度使分离器和管道预热。当压力传感器II7检测到分离器的内部压力达到正常工作压力时，把气路切换至自动状态，工业控制计算机21通过PID算法控制气路调节阀10调节分离器内的压力，使分离器的内部压力稳定的保持在设定值上，系统运行一段时间后，温度传感器II19检测到出口的温度达到运行要求，手动调节油路和水路调节阀，使水室油水界面和油室液位达到预先的设定值，把油路和水路切换至自动状态，系统进入正常运行状态。
第二种状态，系统正常运行。
系统开机过程结束后，系统的油气水三路均切换至自动状态，工业控制计算机21通过PID算法控制气路调节阀10、油路调节阀13和水路调节阀15，使分离器内压力、水室油水界面和油室液位均稳定地控制在预先设定值上，当来气量或来液量产生波动时，系统能及时调节油气水三相的流量，消除波动产生的不良影响。
第三种状态，系统冲沙。
来液中的砂和杂质较多，长时间运行容易黏附在分离器的底部，对系统的影响较大。本实用新型采用了自动冲沙措施，系统定时自动启动冲沙水泵8，同时停止水路PID控制，把水路调节阀15置于全开，通过冲沙水泵8把分离器水出口的水通过分离器上的冲沙口重新输入分离器中，在分离器内部人为制造涡流，冲刷分离器底部黏附的泥沙，并从分离器水出口排出。冲刷一段时间后，系统自动停止冲沙水泵8，同时启动水路PID控制。冲沙这段时间内，水中含油率会有变化，可以通过测量曲线进行校正，测量精度不受影响。系统定时自动冲沙，消除了分离器内泥沙淤积的现象，保证系统能长时间连续运行。
第四种状态，系统停机。
关闭系统的进口阀1，系统的油气水三路均切换至手动状态，把气路阀门关闭，水路调节阀15和油路调节阀13全开，把分离器水室和油室中的液体全部排出。
第五种状态，系统故障。
系统能自动处理出现的故障，避免人工干预，实现安全运行。系统故障分为以下九种情况掉电故障、油路调节阀13故障、气路调节阀10故障、水路调节阀15故障、流量计故障、压力传感器II7故障、管路堵塞、倒灌故障、工业控制计算机21故障。
当故障发生时，工业控制计算机21自动判断故障的类型并执行相应的故障处理程序。保证了系统的长期安全地运行。
原理上和实验中证明，在气量大而液量小、气量小而液量大、气量液量都大、气量液量都小、甚至气量极小而液量极大的各种工况下，系统均可正常高效的运行。分离器内的工作压力始终能控制在排液所需要的压力并不受来气液量和外输压力波动的影响；根据来液中的含水率情况，可以调节水室油水界面的设定值，相应地改变水室中水的含油率并保持其稳定；内置的油室收集水室中混合液上层的原油，因此油室中油的含水率显著地降低，并保持其稳定；系统采用的测控技术使分离器内压力、水室的油水界面和油室的油气界面均能得到平稳可靠的控制，且分离效果不受来气液量的影响。尤其在计量高含水油井时，油中含水率和水中含油率能始终保持稳定，并据此对油流量加以校正，大幅度提高了系统测量的精度。本实用新型所配套选用油路流量计11、水路流量计14均无转动部件，并且智能化、数字化。气体流量计9可以检测出分离后气体的体积流量，通过温度和压力补偿转换成标准状况下的气体流量；油路流量计11检测出分离后油的质量流量、密度及温度；水路流量计14检测出分离后水的体积流量，上述被检测到的流量信号，输入工业控制计算机21，即可精确地计算出油井的气、油、水三相的产量，可以根据油气水的产量，选择不同量程的配套仪表，适用范围广。工业控制计算机能定时自动启动冲沙水泵冲刷分离器底部，防止油井来液中夹带的泥沙沉积。系统能方便的进行自动与手动控制的切换，可随时显示、打印和输出净油、净水、气量和含水率等数据，自动生成各种生产报表。
权利要求1.一种油气水三相流量连续计量系统，其特征在于它具有卧式三相分离器(4)，在卧式三相分离器内设有内置油室(12)，油室出口管与油路流量计(11)、油路调节阀(13)、混相器(16)相接，在卧式三相分离器顶部设有油水界面仪(5)、液位计(6)、压力传感器II(7)、出气管，出气管与气体流量计(9)、气路调节阀(10)、混相器(16)相接，卧式三相分离器上部设有进油管并与进口阀(1)、压力传感器I(2)、温度传感器I(3)相接，卧式三相分离器底部设有出水管，出水管与水路流量计(14)、水路调节阀(15)、流阻调节阀(16)、混相器(17)相接，出水管经冲沙水泵(8)与插入卧式三相分离器侧向中部的冲沙管相接，混相器(17)与压力传感器III(18)、温度传感器II(19)、出口阀(20)相接，出口阀(20)与旁路阀(22)、进口阀(1)相接，压力传感器I(2)、温度传感器I(3)、油水界面仪(5)、液位计(6)、压力传感器II(7)、冲沙水泵(8)、气体流量计(9)、气路调节阀(10)、油路流量计(11)、油路调节阀(13)、水路流量计(14)、水路调节阀(15)、压力传感器III(18)、温度传感器II(19)与工业控制计算机(21)相接。
专利摘要本实用新型是一种油气水三相流量连续计量系统，由卧式三相分离器、液位计、电动调节阀、冲沙水泵、气体流量计、油路流量计、水路流量计、压力传感器等组成。本实用新型可用于油田油气水三相流量的计量。其特征是采用小型高效内置油室的卧式三相分离器，并采用双液位加稳压测控方案，使分离器内压力、水室油水界面和油室液位始终保持稳定，有效地消除来气量或来液量的波动对分离效果和测量精度的影响，显著地提高了流量测量的精度，实现油气水连续自动计量。本实用新型具有测量精度高、体积小、安全可靠的特点。
文档编号G01F7/00GK2702277SQ20042002270
公开日2005年5月25日 申请日期2004年5月10日 优先权日2004年5月10日
发明者冀海峰, 何潮洪, 贾幼尧, 傅天耀, 黄志尧, 朱明乔, 梁其林 申请人:浙江大学, 杭州创联电子技术有限公司