本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種測量多相流中氣液兩相各自流量的臨界流噴嘴流量計(jì)，其包括以下構(gòu)件：節(jié)流型噴嘴(1)，其具有入口、出口和喉部，其中喉部處流體的流通面積最小；伽馬射線探測器，其包括伽馬射線發(fā)射器(2)和伽馬射線接收器(3)，其布置方式使得伽馬射線發(fā)射器發(fā)出的伽馬射線沿直徑方向穿過所述節(jié)流型噴嘴的入口處截面，到達(dá)所述伽馬射線接收器；壓力傳感器，分別用于測量所述節(jié)流型噴嘴的入口處壓力與出口處壓力；溫度傳感器，用于測量所述節(jié)流型噴嘴的入口處溫度。本發(fā)明專利技術(shù)還涉及使用該臨界流噴嘴流量計(jì)來測量多相流中氣液兩相各自流量的測量方法。本發(fā)明專利技術(shù)的臨界流噴嘴流量計(jì)適合在油田井口使用。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于多相流流量計(jì)量領(lǐng)域。具體地，本專利技術(shù)涉及一種用于測量多相流中氣液兩相各自流量的臨界流噴嘴流量計(jì)和測量方法。
技術(shù)介紹
油氣工業(yè)中，油氣井產(chǎn)物同時(shí)包含液相原油/水和氣相天然氣的氣液混合流體，業(yè)內(nèi)稱之為多相流。其中所述氣相包括例如油氣田氣或任何在常溫下不凝的氣體，具體地有如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等；所述液相可包括：油相，例如原油本身以及在原油開采過程中溶解在原油中的液體添加劑，以及水相，例如地層水、采用過程中注入油氣井中的水以及溶解在水相中的其它液體添加劑。在實(shí)踐中，油相和水相可能發(fā)生相分離，也可能油相和水相混合在一起，或是完全乳化的。如何實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地測量從油氣井中采出的氣液混合流體中氣體的流量和液體的流量，以及如何更進(jìn)一步地測量油相、氣相和水相三相各自的流量，是油氣藏管理和生產(chǎn)優(yōu)化所必需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)多相流中的氣相質(zhì)量含量高于80％時(shí)，通常稱為濕氣。海底油氣田和頁巖氣開采中，采出物均為濕氣。當(dāng)油氣井為高壓井時(shí)，井口壓力為十兆帕量級，為了控制氣井產(chǎn)量及井口壓力，油嘴作為一種節(jié)流裝置被廣泛地應(yīng)用于石油工業(yè)?，F(xiàn)實(shí)中，油嘴不僅僅是作為控制油井產(chǎn)量的裝置，客戶對油嘴還有計(jì)量的要求?，F(xiàn)有技術(shù)中用于測量多相流中氣液兩相各自流量的一種方法是文丘里流量計(jì)+伽馬射線法，其原理是利用文丘里管測量濕氣的總體積流量，并用單能伽馬射線探測器測量氣液兩相各自的相分率，然后用總體積流量乘以氣液兩相各自的相分率，得到氣液兩相各自的體積流量。然而，油嘴喉部為音速流動，文丘里差壓法的原理不適合用于音速流動的計(jì)量。現(xiàn)有的油田中，在井筒口處已經(jīng)存在著噴嘴，地下原油經(jīng)過該噴嘴噴出。人們通過長期的生產(chǎn)實(shí)踐，已經(jīng)認(rèn)識到這些噴嘴處的原油流量與噴嘴入口處壓力P1(油田上稱為“油壓”)與噴嘴出口處壓力P2(油田上稱為“回壓”)之間的壓差ΔP存在著一些定量關(guān)系以及經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，可用于粗略估算原有流量，但這種計(jì)量方法誤差很大；另一種方法是試井時(shí)的實(shí)測，試井時(shí)通過試量壓力、溫度，再通過對油井產(chǎn)物進(jìn)行分離后分別計(jì)量氣相和液相，對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。這種方法不適合長期使用，因?yàn)橛途膲毫驮椭械臍庀噘|(zhì)量相含率在生命周期內(nèi)是動態(tài)變化的，如果采用一成不變的計(jì)量公式將帶來很大誤差，甚至誤判油井的產(chǎn)量。此外，人們發(fā)現(xiàn)，在油壓P1基本不變的前提下，當(dāng)差壓ΔP逐漸升高時(shí)，總流量Q也逐漸增大；但當(dāng)差壓ΔP達(dá)到并超過某臨界值ΔPc后，流量Q不再隨差壓ΔP而變化，而是保持某一穩(wěn)定值不再增加，將這種狀態(tài)稱為臨界流狀態(tài)。因此，人們利用油嘴控制氣井產(chǎn)量、控制井口壓力，同時(shí)希望油嘴能夠?qū)Ξa(chǎn)物進(jìn)行計(jì)量。但是，目前的油嘴計(jì)量功能十分有限，并不能精確實(shí)時(shí)計(jì)量多相流中氣液兩相各自質(zhì)量流量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的第一方面提供了一種測量多相流中氣液兩相各自流量的臨界流噴嘴流量計(jì)，其包括以下構(gòu)件：節(jié)流型噴嘴(1)，其具有入口、出口和喉部，其中喉部處流體的流通面積最小；伽馬射線探測器，其包括伽馬射線發(fā)射器(2)和伽馬射線接收器(3)，其布置方式使得伽馬射線發(fā)射器發(fā)出的伽馬射線沿直徑方向穿過所述節(jié)流型噴嘴的入口處截面，到達(dá)所述伽馬射線接收器；壓力傳感器，分別用于測量所述節(jié)流型噴嘴的入口處壓力P1與出口處壓力P2。溫度傳感器，用于測量所述節(jié)流型噴嘴的入口處溫度T1。優(yōu)選地，所述節(jié)流型噴嘴的喉部截面積為其入口截面積的1/10-1/2。其中，所述伽馬射線探測器為單能伽馬射線探測器。本專利技術(shù)的第二方面涉及一種測量多相流中氣液兩相各自流量的測量方法，其使用本專利技術(shù)第一方面所述的臨界流噴嘴流量計(jì)，該方法包括以下步驟：a)通過壓力傳感器測量節(jié)流型噴嘴的入口處的壓力P1和出口處的壓力P2，通過溫度傳感器測量節(jié)流型噴嘴的入口處的溫度T1；b)使所述多相流以臨界流方式流過所述臨界流噴嘴流量計(jì)，其中通過以下方式判斷多相流已達(dá)到臨界流：設(shè)r為油嘴出口處壓力與入口處壓力之比通過測量值P1、T1確定氣相密度ρg1；通過單能伽馬測量混合密度值ρm，可知?dú)庀噘|(zhì)量相含率再定義根據(jù)多相流流動達(dá)到臨界流時(shí)氣相為音速流動的特點(diǎn)，可以定義臨界壓比該公式通過迭代求解可得到臨界壓比rc，當(dāng)實(shí)測壓比時(shí)，則判定多相流的流動為臨界流；臨界流時(shí)通過公式計(jì)算氣液相間速度滑移比s；通常，由于井口上游壓力很高，大于2Mpa、甚至高達(dá)數(shù)十MPa，而下游生產(chǎn)管線壓力一般小于1Mpa(通常為500kPa-1Mpa，)，因此壓比的數(shù)值很小，因而一旦安裝好本專利技術(shù)的臨界流噴嘴，打開閥門，則多相流的流動狀態(tài)即處于臨界流狀態(tài)。盡管如此，仍有必要在正式測量前用上述判定方法進(jìn)行判定，以確保流量計(jì)算適用的前提條件是符合的；如果經(jīng)驗(yàn)證多相流流動狀態(tài)不處于臨界流狀態(tài)，則不建議用本專利技術(shù)的設(shè)備和公式去測量，這時(shí)可改用其他方法進(jìn)行計(jì)量。d)通過以下公式來分別計(jì)算多相流的總質(zhì)量流量Qm、氣相質(zhì)量流量Qm,g和液相質(zhì)量流量Qm,l：總質(zhì)量流量：氣相質(zhì)量流量：Qm,g＝QmGMF液相質(zhì)量流量：Qm,l＝Qm(1-GMF)其中：Qm為總質(zhì)量流量，kg/sρg1為氣相在節(jié)流型噴嘴入口處狀態(tài)下的密度，kg/m3ρl為液體密度，kg/m3GMF為氣體質(zhì)量相含率A為節(jié)流型噴嘴的喉部處橫截面積，m2C為節(jié)流型噴嘴流出系數(shù)，為常數(shù)k為氣體的絕熱指數(shù)r為油嘴出口處壓力與入口處壓力之比s為氣液相間速度滑移比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下：1、本專利技術(shù)創(chuàng)造性地使用了單能伽馬射線探測器結(jié)合臨界流噴嘴來測量多相流中的氣液兩相各自的質(zhì)量流量，其中單能伽馬射線探測器實(shí)時(shí)測量氣液混合密度?，F(xiàn)有技術(shù)中也有臨界流噴嘴流量計(jì)，但都只是用于粗略估算氣液混合物總流量的，無法實(shí)時(shí)精確測量多相流中的氣液兩相各自的質(zhì)量流量。2、本專利技術(shù)針對上述獨(dú)創(chuàng)性計(jì)量設(shè)備，專門采用了獨(dú)創(chuàng)性公式去計(jì)算臨界流噴嘴狀態(tài)下氣液兩相各自的質(zhì)量流量。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的臨界流噴嘴流量計(jì)的示意圖。圖中，附圖標(biāo)記含義如下：1、油嘴連接端口；2、壓力、溫度復(fù)合傳感器；3、伽馬射線發(fā)射器；4、壓力傳感器；5、伽馬射線接收器；6、油嘴喉部；7、油嘴出口。以上附圖僅用于示例性地說明本專利技術(shù)的技術(shù)構(gòu)思和技術(shù)方案，而不以任何方式限制本專利技術(shù)。具體實(shí)施方式下面描述使用本專利技術(shù)的臨界流噴嘴流量計(jì)測量多相流中氣液兩相各自流量的測量方法，該方法包括以下步驟：a)通過壓力傳感器測量節(jié)流型噴嘴的入口處的壓力P1和出口處的壓力P2，通過溫度傳感器測量節(jié)流型噴嘴的入口處的溫度T1；b)使所述多相流以臨界流方式流過所述臨界流噴嘴流量計(jì)，其中通過以下方式判斷多相流已達(dá)到臨界流：設(shè)r為油嘴出口處壓力與入口處壓力之比通過測量值P1、T1確定氣相密度ρg1；通過單能伽馬測量混合密度值ρm，可知?dú)庀噘|(zhì)量相含率再定義根據(jù)多相流流動達(dá)到臨界流時(shí)氣相為音速流動的特點(diǎn)，可以定義臨界壓比該公式通過迭代求解可得到臨界壓比rc，當(dāng)實(shí)測壓比時(shí)，則判定多相流的流動為臨界流；臨界流時(shí)通過公式計(jì)算氣液相間速度滑移比s；d)通過以下公式來分別計(jì)算多相流的總質(zhì)量流量Qm、氣相質(zhì)量流量Qm,g和液相質(zhì)量流量Qm,l：總質(zhì)量流量：氣相質(zhì)量流量：Qm,g＝QmGMF液相質(zhì)量流量：Qm,l＝Qm(1-GMF)其中：Qm為總質(zhì)量流量，kg/sρg1為氣相在節(jié)流型噴嘴入口處狀態(tài)下的密度，kg/m3ρl為液體密度，kg/m3GMF為氣體質(zhì)量相含率A為本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種測量多相流中氣液兩相各自流量的臨界流噴嘴流量計(jì)，其特征在于，包括以下構(gòu)件：節(jié)流型噴嘴(1)，其具有入口、出口和喉部，其中喉部處流體的流通面積最?。毁ゑR射線探測器，其包括伽馬射線發(fā)射器(2)和伽馬射線接收器(3)，其布置方式使得伽馬射線發(fā)射器發(fā)出的伽馬射線沿直徑方向穿過所述節(jié)流型噴嘴的入口處截面，到達(dá)所述伽馬射線接收器；壓力傳感器，分別用于測量所述節(jié)流型噴嘴的入口處壓力與出口處壓力；溫度傳感器，用于測量所述節(jié)流型噴嘴的入口處溫度。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種測量多相流中氣液兩相各自流量的臨界流噴嘴流量計(jì)，其特征在于，包括以下構(gòu)件：節(jié)流型噴嘴(1)，其具有入口、出口和喉部，其中喉部處流體的流通面積最?。毁ゑR射線探測器，其包括伽馬射線發(fā)射器(2)和伽馬射線接收器(3)，其布置方式使得伽馬射線發(fā)射器發(fā)出的伽馬射線沿直徑方向穿過所述節(jié)流型噴嘴的入口處截面，到達(dá)所述伽馬射線接收器；壓力傳感器，分別用于測量所述節(jié)流型噴嘴的入口處壓力與出口處壓力；溫度傳感器，用于測量所述節(jié)流型噴嘴的入口處溫度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臨界流噴嘴流量計(jì)，其特征在于：所述節(jié)流型噴嘴的喉部截面積為其入口截面積的1/10-1/2。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述伽馬射線探測器為單能伽馬射線探測器。4.一種測量多相流中氣液兩相各自流量的測量方法，其使用前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的臨界流噴嘴流量計(jì)，其特征在于，包括以下步驟：a)通過壓力傳感器測量節(jié)流型噴嘴的入口處的壓力P1和出口處的壓力P2，通過溫度傳感器測量節(jié)流型噴嘴的入口處的溫度...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳繼革，吳治永，徐斌，
申請(專利權(quán))人：無錫洋湃科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32
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