[发明专利]一种孔板涡街气液计量装置及其计算方法

说明书

技术领域

本发明属于流量测量的技术领域，具体涉及一种应用于气井的气液两相不分离测量装置及其计算方法。

背景技术

传统的气田单井计量主要采用气液分离计量工艺，流程复杂，投资高。近年来，国内气田应用了各类气液两相不分离计量装置，直接用于气井井口气液两相计量，国内现有流量计通过测量孔板差压波动幅度值(即计算差压方根的相对方差)来计算含液率，进而得出气液流量，但由于流体机械杂志、气流波动、差压传感器精度等因素影响，差压波动幅度值不能完全反应含液率，导致计量误差增大，适用范围有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种孔板涡街气液两相计量装置及其计算方法，解决气井气液两相在线计量难题，代替传统的分离计量工艺，简化工艺流程，降低投资。

本发明采用以下技术方案：

一种孔板涡街气液计量装置，包括用于将气液两相流均匀混合成雾状流的旋流气液混合器、用于产生差压的孔板节流装置以及测量混合流体工况体积流量的涡街流量计，所述旋流气液混合器、孔板节流装置和涡街流量计连接，所述旋流气液混合器和孔板节流装置之间设置有压力变送器，所述孔板节流装置上设置有差压变送器，在所述孔板节流装置和涡街流量计之间设置有温度变送器，所述压力变送器、差压变送器、温度变送器和涡街流量计分别通过信号线将测量信号传输至气液流量计算仪，通过所述气液流量计算仪进行气、液流量计算、输出和显示。

进一步的，所述气液流量计算仪设置在所述差压变送器内。

进一步的，所述旋流气液混合器、孔板节流装置和涡街流量计采用法兰依次连接。

进一步的，所述旋流气液混合器、涡街流量计和孔板节流装置采用法兰依次连接。

本发明还公开了一种孔板涡街气液计量装置的计算方法，包括以下步骤：

S1、从气井井筒出来的气液两相流体通过旋流气液混合器使气液混合成近似雾状的气液混合流体；

S2、步骤S1所述气液混合流体依次通过孔板节流装置和涡街流量计，通过测得的差压、压力、温度参数，得到混合流体质量流量Q_m和混合流体工况体积流量Q_v；

S3、通过设置的压力传感器、差压传感器、温度传感器、涡街流量计将测得的流体压力、孔板前后差压、流体温度、流体工况体积流量参数通过信号线传输至气液流量计算仪；

S4、所述气液流量计算仪根据步骤S3获得的参数计算输出气、液各相工况体积流量Q_气和Q_液、流体压力、温度参数。

进一步的，步骤S2中，所述混合流体质量流量Q_m计算如下：

其中，C为流出系数，β为节流装置直径比，ε膨胀系数，d为孔板孔径，ρ为气液混合流体工况平均密度，ΔP为差压。

进一步的，步骤S2中，所述混合流体工况体积流量Q_v计算如下：

其中，C为流出系数，β为节流装置直径比，ε膨胀系数，d为孔板孔径，ρ为气液混合流体工况平均密度，ΔP为差压。

进一步的，步骤S4中，所述气、液各相工况体积流量Q_气和Q_液计算如下：

其中，ρ为混合流体工况平均密度，ρ_气、ρ_液为气、液单相工况密度，Q_v为气、液单相工况体积流量之和，根据已知的流体压力、温度参数，由式(6)、(7)即可得出气液工况体积流量。

进一步的，所述混合流体工况平均密度ρ计算如下：

其中，ΔP为差压，C为流出系数，β为节流装置直径比，ε膨胀系数，d为孔板孔径，Q_v为混合流体工况体积流量。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明孔板涡街气液计量装置通过将孔板流量计与涡街流量计串联测量气液两相流量，并在装置前段设置有旋流气液混合器，使气液两相均匀混合近似雾状流，使计算出的混合流体工况平均密度更加接近真实值，提高流量测量精度。

进一步的，气液流量计算仪可以模块化设置在差压变送器内，简化结构。

进一步的，旋流气液混合器、孔板节流装置和涡街流量计采用法兰依次连接，且孔板节流装置和涡街流量计可互换安装，便于根据现场气井井口实际尺寸进行安装。