[发明专利]一种油井油气水三相流计量装置和计量方法

权利要求书

1.一种油井油气水三相流计量装置，其特征在于：包括智能控制器(99)、双向油缸(41)、称重传感器(43)和底座(91)，所述的双向油缸(41)通过称重传感器(43)和底座(91)连接，所述的双向油缸(41)侧面设置有拉杆式的电子尺(51)，所述电子尺(51)的拉杆(52)上端固接有横梁(53)，横梁(53)和所述的双向油缸(41)的活塞杆固定连接，从而拉杆(52)与活塞同步移动，所述的横梁(53)的另一端设置永久磁铁(54)，永久磁铁(54)所在相位角的双向油缸(41)上方分别设置有下限位霍尔开关(55)和上限位霍尔开关(56)，所述的称重传感器(43)、电子尺(51)、上限位霍尔开关(56)和下限位霍尔开关(55)分别与所述的智能控制器(99)电连接；

所述的双向油缸(41)下部开有连通内外的A口，上部开有连通内外的B口，A口通过管路与井口来油端口(11)连接，管路上设置有来油控制电磁阀A(33)，B口通过管路与井口来油端连接，管路上设置有来油控制电磁阀B(31)，A口通过管路与井口回油端口(12)连接，管路上设置有回油控制电磁阀A(34)，B口通过管路与井口回油端口(12)连接，管路上设置有回油控制电磁阀B(32)；所述的来油控制电磁阀A(33)、来油控制电磁阀B(31)、回油控制电磁阀A(34)和回油控制电磁阀B(32)分别与智能控制器(99)电连接；

所述的A口连接有液位传感器A(82)，B口连接有液位传感器B(81)，所述的双向油缸(41)外部设置有缸体温度传感器(73)、校准液位传感器C(83)和具有温度控制的电加热保温装置(93)，液位传感器A(82)、液位传感器B(81)、缸体温度传感器(73)、校准液位传感器C(83)和电加热保温装置(93)分别与所述的智能控制器(99)电连接；

来油控制电磁阀A(33)与来油控制电磁阀B(31)的上游设置有用于测试来油压力的来油压力传感器(61)，来油压力传感器(61)上游设置有来油控制截止阀(21)，回油控制电磁阀A(34)与回油控制电磁阀B(32)的下游依次设置有用于测试回油温度的回油温度传感器(71)以及用于测试回油压力的回油压力传感器(62)，回油压力传感器(62)下游设置有回油控制截止阀(24)所述的来油压力传感器(61)、回油压力传感器(62)和回油温度传感器(71)分别与所述的智能控制器(99)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种油井油气水三相流计量装置，其特征在于：所述的油井来油端口(11)和油井回油端口(12)之间设置有安全阀(23)和来油旁路控制截止阀(22)。

3.根据权利要求1所述的一种油井油气水三相流计量装置，其特征在于：还包括套管来气管(13)，套管来气管(13)的一端与油井套管连通，另一端与井口回油端口(12)连通，套管来气管(13)上设置有集套管气温度传感器(72)、套管气压力传感器(63)于一体的气体流量计(42)、套管气控制电磁阀(35)和单向阀(25)所述的气体流量计(42)和套管气控制电磁阀(35)分别与所述的智能控制器(99)电连接。

4.一种采用权利要求1所述的一种油井油气水三相流计量装置测量油井油气水三相流量的计量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，初始状态下，所有控制阀、电磁阀处于常开状态，井口来油端口(11)的来油、来气直接进入井口回油端口(12)；

S2，智能控制器(99)上电初始化，关闭套管气控制电磁阀(35)，检测油井套管压力和温度，如果套管压力大于设定值则打开套管气控制电磁阀(35)，让套管气进入井口回油端口(12)，同时气体流量计(42)测量气体流量数据，反之，则关闭套管气控制电磁阀(35)，使套压处于设置值的范围；

S3，智能控制器(99)记录当前时间为t1、气体流量计(42)的底数Q₁；

S4，智能控制器(99)打开连接双向油缸(41)A口的来油控制电磁阀A(33)、连接B口的回油控制电磁阀B(32)，关闭连接A口的回油控制电磁阀A(34)、连接B口的来油控制电磁阀B(31)，来液进入A口，随着产量的增加，双向油缸(41)活塞向上运动，电子尺(51)测量活塞的位置，智能控制器(99)实时记录所有传感器的数据；

S5，随着油井不断地产出气液，双向油缸(41)活塞持续地向上运动，当到达顶点时，上限位霍尔开关(56)给出信号，智能控制器(99)记录这个时刻的时间为t2、称重传感器(43)的读数为W₁、来油压力传感器(61)的压力为P_A、电子尺(51)的读数为L_A、液位传感器A(82)的液位值为H_A、校准液位传感器C(83)的液位值为H_校、回油压力传感器(62)的压力为P_B、回油温度传感器(71)的温度值为T，气体流量计(42)的底数Q₂；

S6，打开连接双向油缸(41)B口的来油控制电磁阀B(31)、连接A口的回油控制电磁阀A(34)，关闭连接B口的回油控制电磁阀B(32)、连接A口的来油控制电磁阀A(33)，产出液进入双向油缸(41)B口，活塞向下运行；

S7，设双向油缸(41)皮重为W₀、半径为r，校准液位传感器C(83)的实际值为H₀、原油的密度为ρ、长度单位采用米(m)、重量单位采用吨(t)：

液位修正系数k＝H₀/H_校

液体的体积：V_液＝kπr² H_A

液体重量：W＝W₁-W₀

因为：W＝(V_液-V_油)*1+V_油*ρ

所以：V_油＝(V_液-W)/(1-ρ)

W_油＝V_油*ρ

W_水＝W-W_油

含水率＝W_水/W*100％

气体的体积是：V_气＝πr²(L_A-kH_A)

折算成标准气体为：Q标＝μ*V_气

μ为天然气在T温度、P_A压力下的体积系数；

流量计瞬时流量：Δt＝(t2-t1)

Q液方＝V_液/Δt(m³/h)

Q液吨＝W/Δt(t/h)

Q油方＝V_油/Δt(m³/h)

Q油吨＝W_油/Δt(m³/h)

Q气方＝(Q₂-Q₁+Q标)/Δt(m³/h)

Q含水率＝W_水/W*100％

流量计累积值：

总液量方：Vs＝Vs+V_液(m³)

总液量吨：Ws＝Ws+W(t)

总水量吨：W_水S＝W_水S+W_水(t)

总油量吨：W_油S＝W_油S+W_油(t)

总气量方：V_气S＝V_气S+Q₂-Q₁+Q标(m³)

S8，切换到下行程后，油井产出的气液进入双向油缸(41)B口，t1到t2时刻产出进入回油管线，下行程计量方法，需要减去活塞杆的体积，其他与上行程计量方法相同；

S9，智能控制器(99)通过记录每个油井冲次对应的液位和电子尺(51)数据可以统计出单个冲次的产量，据此能够分析判断出抽油机的工况。