一种累积式井口三相流量计的制作方法

1.本实用新型属于油井的流量计量技术领域，具体涉及一种累积式井口三相流量计。


背景技术：

2.油井产量的计量是油田生产管理中的一项重要工作，对油井产量进行准确、及时的计量，对掌握油藏状况，制定生产方案，具有重要的指导意义。原油单井产出物分相在线计量可以为掌握油井单井生产状况、提出改造措施提供依据，为油田整体的注采参数优化及生产方案调整提供基础数据，准确、即时、成本可控的井口计量设备对油田数字化管理意义重大。
3.目前三相流计量方法众多，包括三相分离计量、不分相计量以及人工抽样计量等方法。现有的三相流量计通常适用于流量较大情况下的计量，启动流量较大，而油田低产液油井单井产液一般介于1～10m3/d，含水50％或更高，并且普遍伴有脱气现象，因此油井内是油、气、水相并存，同时低产液井的另一特征是各相的产液不稳定，甚至是间歇产液，现有的三相流量计无法对低产液单井的流体流量进行测量。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种累积式井口三相流量计。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.一种累积式井口三相流量计，包括：入口管、累积筒、脱气管、输气管、出液管、热式流量计、第一音叉液位开关、第二音叉液位开关、射频探头和控制电路板组件；
6.所述入口管，一端与井口的油管连接，另一端穿过累积筒的底部与所述脱气管的一端连接；
7.所述脱气管，竖立设置在所述累积筒内，另一端延伸至所述累积筒的上部，管壁上开设有多个出液通孔；多个所述出液通孔均匀分布；
8.所述输气管，一端与所述累积筒的上部连接；
9.所述出液管，与所述累积筒的底部连接，设置有电动球阀；
10.所述热式流量计，设置在所述输气管上；
11.所述射频探头，设置在所述累积筒上；
12.所述第一音叉液位开关和所述第二音叉液位开关沿竖直方向间隔设置在所述累积筒上；
13.所述控制电路板组件，与所述热式流量计、所述第一音叉液位开关、所述第二音叉液位开关、所述射频探头和所述电动球阀电连接。
14.在本实用新型的一个实施例中，还包括稳流板；
15.所述稳流板，竖立设置在所述累积筒内，板面上开设有多个稳流通孔；多个所述稳流通孔均匀分布；所述入口管和所述出液管分别位于所述稳流板的两侧。
16.在本实用新型的一个实施例中，所述稳流板的下端开设有缺口。
17.在本实用新型的一个实施例中，还包括：防爆电路箱；
18.所述控制电路板组件，设置在所述防爆电路箱内。
19.在本实用新型的一个实施例中，所述输气管的另一端与所述出液管连接，所述输气管的另一端位于所述电动球阀的下游侧。
20.在本实用新型的一个实施例中，所述控制电路板组件，包括：数据采样与处理电路板、显示屏、射频电路板、流量计电路板、继电器组和数据传输模块；
21.所述数据采样与处理电路板与所述显示屏、所述射频电路板、所述流量计电路板、所述继电器组、所述数据传输模块、所述第一音叉液位开关和所述第二音叉液位开关电连接；
22.所述射频电路板与所述射频探头电连接；
23.所述流量计电路板与所述热式流量计电连接；
24.所述继电器组与所述电动球阀电连接。
25.本实用新型的有益效果：
26.实用新型通过将油井中产生的液体在累积筒中进行产液的累积，累积一定时间之后，累积筒中累积一定量的产液，从而可以满足对产出流量小、间歇性流动的单井进行产液的平均流量计量。同时，通过脱气管实现气体和液体的分离，并通过热式流量计对气体的质量流量进行计量。
27.以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
28.图1是本实用新型实施例提供的一种累积式井口三相流量计的结构示意图；
29.图2是本实用新型实施例提供的稳流板的结构示意图；
30.图3是本实用新型实施例提供的防爆电路箱的结构示意图；
31.图4是本实用新型实施例提供的防爆电路箱的结构示意图。
32.附图标记说明：
33.10-入口管；20-累积筒；21-第一音叉液位开关；22-第二音叉液位开关；23-顶法兰；24-底法兰；30-脱气管；40-输气管；50-出液管；51-电动球阀；60-热式流量计；70-射频探头；80-防爆电路箱；81-控制电路板组件；82-数据采样与处理电路板；83-显示屏；84-射频电路板；85-流量计电路板；86-直流开关电源；87-防爆接头；88-前面板；90-稳流板；91-稳流通孔；92-缺口。
具体实施方式
34.下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
35.实施例一
36.请参见图1，一种累积式井口三相流量计，包括：入口管10、累积筒20、脱气管30、输气管40、出液管50、热式流量计60、第一音叉液位开关21、第二音叉液位开关22、射频探头70和控制电路板组件81。入口管10的一端与井口的油管连接，入口管10的另一端穿过累积筒
20的底部与脱气管30的一端连接。累积筒20竖立设置。脱气管30竖立设置在累积筒20内，脱气管30的另一端延伸至累积筒20的上部，脱气管30的管壁上开设有多个出液通孔，多个出液通孔均匀地分布在脱气管30的管壁上。脱气管30的另一端(上端)与累积筒20内部连通。本实施例中，油井的三相流体从入口管10进入脱气管30中，由于气体始终漂浮在液体上方，在重力作用下，大部分气体沿脱气管30向上运动，脱气管30中的液体通过出液通孔进入累积筒20中进行累积。输气管40的一端与累积筒20的上部连接。热式流量计60设置在输气管40上。气体沿脱气管30进入累积筒20的上部，最终进入输气管40中，热式流量计60对输气管40中的气体流量进行检测，可以得到气体的质量流量。
37.出液管50与累积筒20的底部连接，出液管50上设置有电动球阀51。射频探头70设置在累积筒20上。第一音叉液位开关21和第二音叉液位开关22沿竖直方向间隔设置在累积筒20上。第一音叉液位开关21和第二音叉液位开关22其中一个位置较高，另一个位置较低。
38.本实施例中，液体从脱气管30中流入累积筒20中进行累积，当液位到达低位的音叉液位开关时例如第一音叉液位开关21，开始计时，当液位到达设置在累积筒20上部的高位的音叉液位开关时例如第二音叉液位开关22，停止计时，累积筒20中累积了一定量的产液(油水混合液)，通过第一音叉液位开关21和第二音叉液位开关22之间的累积筒20的容积及累积时间可以得到产液总的平均流量。本实施例中，将油井中产生的液体在累积筒20中进行液体的累积，从而可以对产出流量小、间歇性流动的单井进行产液的平均流量的计量。同时，通过脱气管30实现气体和液体的分离，并通过热式流量计60对气体的质量流量进行计量。其中，第一音叉液位开关21和第二音叉液位开关22之间的累积筒20的容积可以预先测算出来。
39.此外，通过设置在累积筒20中的射频探头70测量累积筒20内液体的含水率的相关参数，通过产液总的平均流量和射频探头70检测的相关参数可以得到累积时间段内油水分相平均流量。
40.本实施例中，当液位到达设置在累积筒20上部的高位的音叉液位开关时，停止累积，此时，控制电路板组件81控制电动球阀51打开，液体从出液管50流出累积筒20，当液位降落到位于累积筒20下部的低位的音叉液位开关时，控制电路板组件81控制电动球阀51关闭，电动球阀51关闭后液位开始上升，当液位上升到位于累积筒20下部的音叉液位开关时，重新开始计时，开始一个新的计量周期。根据射频探头70检测累积筒20内产液的含水率相关参数，从而可以得到水和油的分相平均流量，实现水油分相单独计量。
41.本实施例中，控制电路板组件81与热式流量计60、第一音叉液位开关21、第二音叉液位开关22、射频探头70和电动球阀51电连接。本实施例中，通过重力实现气液分离，从而可以分相进行计量，通过音叉液位开关监控累积筒中的液位，并通过电动球阀开闭实现周期性累积和泄放，以实现产出流量小、间歇性流动的单井进行产液的平均流量计量。
42.在一种可行的实现方式中，射频探头70位于第一音叉液位开关21和第二音叉液位开关22之间，且位于累积筒20的中部。
43.在一种可行的实现方式中，如图1所示，累积筒20为一圆柱形不锈钢筒，累积筒20的上端通过顶法兰23密封，下端通过底法兰24密封，底法兰24上固设有入口管10和出液管50。
44.在一种可行的实现方式中，脱气管30为不锈钢管，优选的，出液通孔的孔径为
10mm，多个出液通孔的孔距为8mm。
45.在一种可行的实现方式中，当累计筒中的液面接触音叉液位开关及液面脱离音叉液位开关时分别给出接合及断开的开关信号。优选的，第一音叉液位开关21和第二音叉液位开关22设置间距为500mm。
46.实施例二
47.如图1和图2所示，本实施例是在实施例一的基础上，进一步限定了一种累积式井口三相流量计还包括稳流板90。稳流板90竖立设置在累积筒20内，稳流板90的板面上开设有多个稳流通孔91。多个稳流通孔91均匀地分布在稳流板90上。入口管10和出液管50分别位于稳流板90的两侧。本实施例中，稳流板90将累积筒20内分为左右两部分，入口管10和脱气管30位于稳流板90的一侧，出液管50位于稳流板90的另一侧，脱气管30中的产液通过稳流通孔91流入出液管50一侧，能够减少脱气管30一侧液体流动带来的液面扰动，减少第一音叉液位开关21和第二音叉液位开关22触发的误差。
48.在一种可行的实现方式中，稳流板90的宽度与累积筒20的内径相等，高度与累积筒20内高相等，优选的，稳流板90上的稳流通孔91的孔径为5mm，孔距为5mm。
49.进一步地，稳流板90的下端开设有缺口92。本实施例中，稳流板90的缺口92可以防止原油力的沉沙在累积筒20底部沉积。缺口92为矩形缺口，缺口92可以防止原油里的沉砂在筒中累积，优选的，稳流板90下部矩形开孔高度为20mm，宽度为120mm。
50.进一步地，输气管40的另一端与出液管50连接，输气管40的另一端位于电动球阀51的下游侧。本实施例中，累积筒20中的产液累积完成后，由出液管50排出，并与输气管40汇合后，进入下游输油管线。同时，在电动球阀51故障不能开启时，累积筒20中的产液可以经过输气管40排出至下游输油管线，可以避免管路堵塞。
51.进一步地，如图1所示，一种累积式井口三相流量计还包括：防爆电路箱80。控制电路板组件81设置在防爆电路箱80内。
52.进一步地，如图3和图4控制电路板组件81，包括：数据采样与处理电路板82、显示屏83、射频电路板84、流量计电路板85、继电器组和数据传输模块。
53.数据采样与处理电路板82与显示屏83、射频电路板84、流量计电路板85、继电器组、数据传输模块、第一音叉液位开关21和第二音叉液位开关22电连接。射频电路板84与射频探头70电连接。流量计电路板85与热式流量计60电连接。继电器组与电动球阀51电连接。本实施例中，电动球阀51接收继电器组的信号进行启闭工作，继电器组的动作时间越短，总体计量误差越小，优选的，动作时间为5s。射频电路板84用于向射频探头70中的发射探头输出发射信号，并接收射频探头70的测量探头测量到的射频电压信号并将射频电压信号发送至数据采样与处理电路板82。显示屏83设置在防爆电路箱80的前面板88上。显示屏83与数据采样与处理电路板82相连接，用于显示计算所得的上述检测数据和流量数据等数据。数据采样与处理电路板82用于各个电元件的信号采集、计算、处理、显示、存储及回传。数据传输模块用于将计算所得的检测数据和流量数据等数据通过无线信号回传给后台的数据库服务器。其中，还包括直流开关电源86，用于给相关的用电元件供电。直流开关电源86的输入端与220v交流电源相连接，输出端与数据采样与处理电路板82、射频电路板84、流量计电路板85、继电器组、数据传输模块等电连接。
54.其中，防爆电路箱80优选但不限于具有防爆功能，防爆电路箱80上设置有防爆接
头87。数据采样与处理电路板82优选但不限于arm(advanced risc machine，进阶精简指令集机器)开发板及plc(programmable logic controller，可编程逻辑控制器)板。数据传输模块优选但不限于dtu(data transfer unit，数据传输装置)通讯模块。直流开关电源86优选但不限于220vac-24vdc电源。
55.在一种可行的实现方式中，数据采样与处理电路板82接收第一音叉液位开关21和第二音叉液位开关22发送的信号进行计时，并控制电动球阀51的启闭。
56.在使用本实用新型的过程中，流量计算和日产量计算还能够通过下面的计算过程进行计算。
57.在一种可行的实现方式中，控制电路板组件81用于根据第一音叉液位开关21和第二音叉液位开关22之间的累积筒20的容积v、累积时间δt和含水率βw确定第i个累积时间段内油液的平均流量qo。
58.具体地，根据公式一计算第i个累积时间段内油液的平均流量qo。
[0059][0060]
其中，v的单位为立方米(m3)；δt的单位为秒(s)；βw为无量纲；qo的单位为立方米/秒(m3/s)。
[0061]
具体地，根据射频探头70的检测数据和相应的辅助参数确定累积筒20内的流体的持水率βw。具体地，根据射频探头70测量到的射频电压信号ua和三个射频标定系数k1,k2,k3确定持水率βw。射频探头70包括一个发射探头和一个测量探头，根据被测介质介电常数不同实现对油气和水的区分(油气介电常数远小于水)，根据射频探头70结构及频率的不同，可以由测量探头接收到的射频信号的相位和幅度来确定持水率βw，信号幅度随介质持水率增加而降低，射频电压信号指示射频信号的幅度。
[0062]
具体地，通过公式二计算持水率βw：
[0063]
βw＝f(k1,k2,k3,ua)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式二)；
[0064]
其中，βw为无量纲，ua的单位为伏特(v)，射频标定系数k1,k2,k3为根据射频探头70的结构和信号频率等因素测定的常数。持水率βw通过对k1,k2,k3，ua拟合得到，优选地，可以采用最小二乘法拟合。
[0065]
需要说明的是，标定系数表示在实际的使用的计量装置根据传感器数据解算流量所需要的模型参数，是为了补偿某种仪器在制造过程中机械、电子等部件上一些不可避免的误差而存在的。每一台具体的仪器都会有一组与其相适应的标定系数。
[0066]
在一种可行的实现方式中，控制电路板组件81用于根据第一音叉液位开关21和第二音叉液位开关22之间的累积筒20的容积v、累积时间δt和含水率βw确定第i个累积时间段内水的平均流量qw。
[0067]
具体地，根据公式三计算第i个累积时间段内水的平均流量qw：
[0068][0069]
其中，v的单位为立方米(m3)；δt的单位为秒(s)；βw为无量纲；qw的单位为立方米/秒(m3/s)。
[0070]
在一种可行的实现方式中，控制电路板组件81还用于根据油液的平均流量qo和第
i个周期时间δt(i)确定油液日产量qo。其中，每天进行多个周期的测量，每个周期进行一次累积，第i个周期时间也即是第i个累积时间。
[0071]
具体地，根据公式四计算qo：
[0072][0073]
其中，qo的单位为吨/天(t/d)；δt(i)的单位为秒(s)；qo的单位为立方米/秒(m3/s)。
[0074]
在一种可行的实现方式中，控制电路板组件81还用于根据水的平均流量qw和第i个周期时间δt(i)确定水的日产量qw。
[0075]
具体地，根据公式五计算qw：
[0076][0077]
其中，qw的单位为吨/天(t/d)；δt(i)的单位为秒(s)；qw的单位为立方米/秒(m3/s)。
[0078]
在一种可行的实现方式中，控制电路板组件81还用于根据热式流量计60检测到的气体的质量流量qg、第i个周期时间δt(i)和产出气体在标准状况下的密度ρ
gstd
确定气体的日产量qg。
[0079]
具体地，根据公式六计算qg：
[0080][0081]
其中，qg的单位为立方米/天δt(i)的单位为秒(s)；qg的单位为千克/秒(kg/s)，
dt
ρ
sg
的单位为千克/立方米(kg/m3)。
[0082]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0083]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0084]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0085]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通
过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0086]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
[0087]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。