一种组合式多相流流体测量系统技术方案

本发明专利技术涉一种组合式多相流流体测量系统，包括文丘里和微波传感器一体化模块、电磁层析成像模块和数据采集与处理模块；文丘里和微波传感器一体化模块包括文丘里部分和微波传感器部分；文丘里部分包括文丘里管及设置在文丘里管上的取压模块、压力感应模块和温度感应模块；文丘里管包括上游管路、收缩段、喉部、扩张段以及下游管路；电磁层析成像模块位于文丘里管的喉部，靠近上游管路的位置。本发明专利技术将电磁层析成像技术、微波检测技术与文丘里相结合，利用各传感器的信号联合对多相流量和含水率进行求解；整个测量系统无侵入管道内部的零部件，无放射源，具有实现安全环保，非侵入非接触式，不影响流型，不受结垢影响的特点。

A combined multiphase flow measurement system

【技术实现步骤摘要】
一种组合式多相流流体测量系统
本专利技术涉及一种组合式多相流流体测量系统。
技术介绍
自二十世纪八十年代早期，如何计量油水气三相流混合物已成为石油工业感兴趣的问题。油气水多相流中的油相是指油井产出液中的液烃相，气相是指天然气、轻烃、非轻烃气体，水相主要是指矿化水，同时还有极少量的固相(砂、蜡和水合物等)。多相流测量在石油生产、输送过程中具有重要意义。为了实现最佳化的油田/气田生产能力和寿命，操作者需要能够定期监测油田中每一口井的输出，从而进行最优化生产操作。石油工业对储油层的最优化生产操作依赖于油井流出液的流量和组分(各相的比例)的参数获取。然而，如何测量石油流出液流量和组分的问题是复杂的，这是由于石油流出液通常由三相(油相，气相和水相)组成，并且由于流量、流体摩擦力、压力、上游管的几何形状等因素造成采出液的流动状态发生改变，包括某些极不均匀和不稳定特性的状况，在流动的方向上和垂直于流动的方向上，流体混合物中各相比例可能会有相当大的变化，这种对于测量带来了极大的挑战。传统的流量计量方式是使用计量分离器，计量分离器昂贵，占用较大空间，该区块的众多油/气井的产量只能定期轮流进行计量，不能用于单井连续的监测，对于指导优化生产操作，提高油井寿命效果微弱。为了解决传统分离器计量带来的问题，在上世纪八十年代，油田现场工程师提出了多相流量计(Multi-PhaseFlowMeter,简称MPFM)的概念。多相流量计按照工作原理可分为两大类：基于预分离的流量计和无需任何预处理的流量计。基于预分离的流量计尺寸仍然较大，结构复杂，分离后大多采用传统单相流量表进行计量方式，存在分离不完全时单相流量表计量误差大的问题，计量效率低，如专利202252857U中提出，通过对多相流体进行混合和加速，形成对称的环状流后，再对其进行两级分流：将环状流分成十六个对称分布的独立流道，取其中间隔均匀的四股为一路，然后再分离、分别计量的方法。由于其技术的核心还是分离计量，因此存在结构复杂压损较大以及计量效率有限等弱点。无需任何预处理的流量计是在不作任何分离的情况下直接在线测量，实现油、气、水多相流量计量，具有线实时检测、体积小等优点，是多相流量计发展的主要方向。目前具有成熟的不分离的多相流量计的国内外公司主要有艾默生、海默、联恒星科技等。其中艾默生、海默都使用了gamma射线用于油-气-水多相的含水率分析，结合文丘里管、V锥、孔板等节流装置进行气液流量计量。如专利103076057B中提出一种通过X射线的衰减信息对油-气-水多相进行含水率分析的计量方法。该方法虽可对多相流中的液相有较高的识别率，但其缺陷在于所使用的放射性方案是存在较大的安全隐患，在我国的工业界还鲜有运用。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出一种组合式多相流流体测量系统，该测量系统将电磁层析成像技术、微波检测技术与文丘里相结合，利用各传感器的信号联合对多相流量和含水率进行求解；整个测量系统无侵入管道内部的零部件，无放射源，具有实现安全环保，非侵入非接触式，不影响流型，不受结垢影响的特点。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种组合式多相流流体测量系统，其特殊之处在于:包括文丘里和微波传感器一体化模块、电磁层析成像模块和数据采集与处理模块；所述文丘里和微波传感器一体化模块包括文丘里部分和微波传感器部分；所述文丘里部分包括文丘里管，以及，设置在文丘里管上的取压模块、压力感应模块和温度感应模块；文丘里管包括上游管路、收缩段、喉部、扩张段以及下游管路；所述电磁层析成像模块位于文丘里管的喉部，靠近上游管路的位置；微波传感器模块设置在文丘里管的喉部，靠近下游管路的位置；数据采集与处理模块与取压模块、压力感应模块、温度感应模块、电磁层析成像模块、微波传感器模块电连接，用于采集并处理各功能模块的数据。优先地，所述文丘里管的内径在50-250mm之间；喉部与上游管路或者下游管路的直径比在0.4-0.75之间；收缩段的收缩角范围为16-25°；扩张段的扩张角在7-15°之间；喉部的长度范围在300-600mm。优先地，所述取压模块包括第一取压模块、第二取压模块、第三取压模块、第四取压模块；第一取压模块设置在上游管路处，第二取压模块设置在靠近上游管路的喉部，第三取压模块靠近下游管路的喉部，第四取压模块设置在下游管路处，第一取压模块、第二取压模块之间连接差压变送器，用于测量收缩段的压降；第三取压模块、第四取压模块之间连接差压变送器，用于测量扩张段的差压。优先地，第二取压模块、第三取压模块之间的间距不小于200mm。优先地，第一取压模块与收缩段起始端距离大于0.5D；第四取压模块与扩张段的末端距离大于6D，其中，D为上游管路或者下游管路的内直径，上游管路和下游管路的内直径相等。优先地，压力感应模块用于检测文丘里管上游位置处的压力值，温度感应模块用于检测文丘里管下游位置处的温度值，两感应模块位置可调换。优先地，微波传感器模块包括内部填充非导电材质(非导电材质可以是特氟龙，亚克力，PEEK等材质)的金属腔体、与金属腔体一端相连且同轴的金属圆柱体、发射天线和接收天线；金属腔体为圆柱形，文丘里管喉部位于腔体内部；金属圆柱体作为微波传感器的一部分，主要影响微波传感器工作频率和信号强度，金属圆柱体直径尺寸在0.2Dr-0.6Dr之间，其中，Dr为金属腔体的内直径；发射天线和接收天线垂直于腔体放置，发射和接收天线采用单偶极子天线，其横截面为圆形、方形、或长方形；两个天线共地。每个天线都具有用于传输电磁波信号的连接口；每个天线能够辐射电磁波或者接收电磁波，天线沿金属圆柱体垂直方向移动，影响微波传感器的信号强度。优选地，发射天线和接收天线垂直于腔体放置，在金属圆柱体末端附近的信号强度最佳。本专利技术的优点：本专利技术提供的组合式多相流测量系统，将电磁层析成像技术、文丘里、微波测量技术相结合，流量测量与含水率测量一体化非侵入结构，利用各传感器的信号联合对多相流量进行求解；并将各传感器设计为标准化模块形式，使其在文丘里上的位置可灵活变动，通过调整测量位置对不同流型的多相流动提供精确测量；文丘里管和微波传感器一体化模块有效缩短设备尺寸，具有便携性，安装简单的优势。整个测量系统无侵入管道内部的零部件，无放射源，具有实现安全环保，信号提取稳定，响应频率高，不影响流型，不受结垢影响等优点。附图说明图1为本专利技术组合式多相流流体测量系统的结构示意图；图2为本专利技术中微波传感器模块结构的剖面图；图3是本专利技术的工作原理图。其中：1、上游管路；2、收缩段；3、喉部；4、扩张段；5、下游管路；6、第一取压模块；7、第二取压模块；8、第三取压模块；9、第四取压模块；10、压力感应模块；11、温度感应模块；12、电磁层析成像模块；13、金属圆柱体；14、发射天线；15、接收天线；16、数据采集与处理模块；67、第一差压变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合式多相流流体测量系统，其特征在于，包括以下步骤：/n包括文丘里和微波传感器一体化模块、电磁层析成像模块(12)和数据采集与处理模块(16)；/n所述文丘里和微波传感器一体化模块包括文丘里部分和微波传感器部分；/n所述文丘里部分包括文丘里管，以及，设置在文丘里管上的取压模块、压力感应模块(10)和温度感应模块(11)；文丘里管包括上游管路(1)、收缩段(2)、喉部(3)、扩张段(4)以及下游管路(5)；/n所述电磁层析成像模块(12)位于文丘里管的喉部(3)，靠近上游管路(1)的位置；微波传感器部分设置在文丘里管的喉部(3)，靠近下游管路(5)的位置；/n数据采集与处理模块(16)与取压模块、压力感应模块(10)、温度感应模块(11)、电磁层析成像模块(12)、微波传感器模块(100)电连接，用于采集并处理各功能模块的数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种组合式多相流流体测量系统，其特征在于，包括以下步骤：
包括文丘里和微波传感器一体化模块、电磁层析成像模块(12)和数据采集与处理模块(16)；
所述文丘里和微波传感器一体化模块包括文丘里部分和微波传感器部分；
所述文丘里部分包括文丘里管，以及，设置在文丘里管上的取压模块、压力感应模块(10)和温度感应模块(11)；文丘里管包括上游管路(1)、收缩段(2)、喉部(3)、扩张段(4)以及下游管路(5)；
所述电磁层析成像模块(12)位于文丘里管的喉部(3)，靠近上游管路(1)的位置；微波传感器部分设置在文丘里管的喉部(3)，靠近下游管路(5)的位置；
数据采集与处理模块(16)与取压模块、压力感应模块(10)、温度感应模块(11)、电磁层析成像模块(12)、微波传感器模块(100)电连接，用于采集并处理各功能模块的数据。


2.根据权利要求1所述的一种组合式多相流流体测量系统，其特征在于：
所述文丘里管的内径为50-250mm；喉部(3)与上游管路(1)或者下游管路(5)的直径比为0.4-0.75；收缩段(2)的收缩角范围为16-25°；扩张段(4)的扩张角为7-15°；喉部(3)的长度范围在300-600mm。


3.根据权利要求1所述的一种组合式多相流流体测量系统，其特征在于：
所述取压模块包括第一取压模块(6)、第二取压模块(7)、第三取压模块(8)、第四取压模块(9)；
第一取压模块(6)设置在上游管路(1)处，第二取压模块(7)设置在靠近上游管路(1)的喉部(3)，第三取压模块(8)靠近下游管路(5)的喉部(3)，第四取压模块(9)设置在下游管路(5)处，
第一取压模块(6)、第二取压模块(7)之间连接第一差压变送器(67)，用于测量收...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍国柱，张茂懋，李轶，
申请(专利权)人：深圳市联恒星科技有限公司，清华珠三角研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44