[发明专利]异型文丘里流量计和用其测量多相流中气液相流量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及湿气计量设备和计量方法领域，尤其是一种异型文丘里流量计和用其 测量多相流中气液相流量的方法。

背景技术

在多相流计量领域涉及的一些基础概念如下：“总质量流量”是指单位时间内流量 测量段管道截面的气相和液相的质量之和。“气质量流量”是指单位时间内流过测量段管道 截面的气相的质量。“液质量流量”是指单位时间内流过测量段管道截面的液相的质量。“滑 移比”指气相流体的速度和液相的流体速度之比，用S表示。“前差压”是指文丘里喉部上游 的直管段取压点与喉部取压点之间的压力差。“后差压”是指文丘里喉部下游的直管段取压 点与喉部取压点之间的压力差。“干度”是指湿气中气相的质量流量与气液总质量流量的 比。“质量含液率”是指液相质量流量占总质量流量的百分比，数值上与干度的和为1。

文丘里流量计是最常规的一类流体流量计量设备，其利用文丘里管上游与文丘里 管喉部处的压差（即所谓的文丘里效应）来测量流体流量，但常规文丘里流量计只能测量流 体总流量。天然气开采过程中，从地下采出的天然气往往是包含气、液两相的湿气，为了生 产管理，需要对气液两相各自的流量进行准确计量。因此，传统的文丘里流量计并不能完成 在线测量湿气气液两相各自流量的作用。

一种解决方法是使用相分率计与传统文丘里流量计组合使用，靠传统文丘里流量 计测量气液两相总流量，靠相分率计在线测量气液相分率，然后计算气液两相各自的流量。 这样的相分率计例如伽马射线相分率计，但使用相分率计要引入放射源，石油生产商对此 有所顾虑。另外，使用相分率计会增加流量计量设备的体积，在某些苛刻、恶劣测量条件下， 例如在井下测量的情况下，需要将流量计安装在空间很有限的地下井筒内，体积过大的流 量计将无法深入到地下井筒中。

一种改进的做法同时测量文丘里管的前后两个差压值，并基于以下假定的理论模 型来计算，即假定前后差压只跟2个参数有关，这2个参数分别反映流体的气质量流量和干 度（质量含气率）。通过实验数据拟合前后差压与这2个参数的关系，并联立求解，即可求的 测量条件下的气液质量流量。但事实上，影响前后差压的因素很多，上述假定与真实情况相 差较多，致使测量结果准确度很低，最重要的是这种方法的普适性较差，当井况和介质性质 发生变化时，测量精度会大打折扣。

现有技术认为，文丘里管的前差压和后差压的值同时受流体性质、工况条件和文 丘里结构三大方面的影响。目前使用双差压文丘里测量湿气两相流的方法主要有两种。一 种方法认为文丘里前后差压的大小只跟气液相的质量流量（具体表现为气相质量流量与干 度，液相质量流量与干度，或总质量流量与干度的参数组合）以及喉部压力有关，而前后差 压对这些参数组合（如气相质量流量、干度、压力组合；液相质量流量、干度、喉部压力组合； 总质量流量、干度、喉部压力组合）的反映不一样。通过拟合前后差压与上述参数组合的函 数关系，联立方程组求解可以得到气液相的质量流量。另一种方法认为湿气流过文丘里时， 由于液相引入，使得文丘里收缩段差压高于纯干气流过时产生的差压，从而导致气相的高 估，即所谓的“虚高”。通过前后差压建立一定的“虚高”模型，采用迭代求解的方法得到气液 质量流量。需要说明的是该“虚高”模型的表达式也是通过实验室数据拟合得到的。由于不 同气井的流体性质和工况条件都有所不同，采用实验室数据拟合方法得到的表达式普适性 很差，但是如果采用现场介质和现场工况来拟合，又受到现场条件限制（无参照标准）几乎 是无法实现的。因此这两种方法在普适性上存在较大的问题。

因此，人们希望能开发不使用相分率计也能在线测量多相流中气液两相各自流量 的设备，且越小巧越好，便于在例如空间很有限的井下使用，并希望有更准确的计算方法来 计算气液两相流量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种结构简单、体积小、适用于 井下使用的异型文丘里流量计。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种异型文丘里流量计，包括文丘 里管和压力监测器，其特征在于：所述文丘里管由依次相连的前直管段、收缩段、喉部段、扩 张段和后直管段构成，前直管段和后直管段的内径为D，喉部段的内径为d，收缩段和扩张端 均呈锥形，文丘里管的结构参数β=d/D=0.45-0.75，喉部段长度为2d-8d，收缩段锥度为 10.5°，扩张段锥度为7.5°。