一种自动倒井及油气水多相流计量系统、控制方法及应用

技术领域

本发明属于石油、化工等油气集输计量系统技术领域，尤其涉及一种自动倒井及油气水多相流计量系统、控制方法及应用。

背景技术

目前，随着油气开采钻井技术的发展，丛式井被广泛应用与油气田开采，丛式井是指在一个井场钻出若干口油气井进行集中开发，尤其是海洋石油生产平台，其优势为节约井场占用土地资源、节约平台建造面积，便于完井后油井的集中管理，减少集输流程，节省人、财、物的投资。在油气田生产管理过程中，为监测油气井生产流量实施动态变化情况，需要在生产管线上安装多相流量计，用于实时计量天然气、原油和水的产量，获得油气井连续生产的实时数据，用于动态监控气井生产、优化生产工艺。随着油气田开采数字化发展需求，多路阀取代传统手动阀门、管汇等，在油田现场推广使用，其优势节约固定投入成本、节省整体撬装空间、节省操作人力成本、节省后期维护成本、节省安装时间、施工费用、实现自动化控制。

当前，油气田现场所用的多相流量计和多路阀，都是按照两个独立的设备安装，两者之间通过现场管汇连接，再由中控系统单独控制两套设备。此生产工艺流程虽然成熟，但需要配置额外的工艺管线和两套控制系统，相对而言系统复杂、占地面积大、增加了建造成本。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：基于井口设备安全设计要求等，多路阀与多相流量计两套独立设备分别配置有紧急关断阀、安全阀及其排出管线、放空排液管线、温度压力监控系统等，导致现有的生产工艺流程系统复杂、占地面积大、建造成本高；且多路阀与多相流量计为两套独立系统，需要两套控制系统及控制策略，控制系统复杂、容易出现多路阀与多相流量计未能同步等。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种自动倒井及油气水多相流计量系统、控制方法及应用。

本发明是这样实现的，一种自动倒井及油气水多相流计量系统设置有：

撬架；

所述撬架内集成安装有多路阀，所述多路阀输出端分别连接有计量出口管线和管汇出口管线，所述计量出口管线通过工艺管线连接有多相流量计，所述管汇出口管线连接至下游集输管线；所述管汇出口管线出口端设置有截止阀；所述多路阀、多相流量计电性连接有控制装置。

进一步，所述多路阀设置有4-16个入口，分别与井场的每一口单井生产计量管线连接；所述多路阀设置有两个出口，分别与所述汇管出口和计量出口管线连接。

进一步，所述多相流量计设置有入口盲三通结构件，所述入口盲三通结构件与所述计量出口管线连通；所述入口盲三通结构件上安装有温度变送器，所述入口盲三通结构件上端连接有测量管线，所述测量管线与所述入口盲三通结构件垂直设置；所述测量管线上依次安装有压力变送器、差压变送器、文丘里流量计和气液比传感器。

进一步，所述测量管线的输出端设置有取样器，所述取样器下端内部设置有中心管，所述中心管上端通过虹吸溢流管连接有阀门，所述中心管下端与所述阀门另一端连接；所述取样器于所述虹吸溢流管之间设置有相分率传感器。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述自动倒井及油气水多相流计量系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：多路阀接受计算机控制装置的信息并把需要计量的单井阀位切换并与计量出口管线接通，单井产出流体进入工艺管线，依次由温度变送器测量流体的温度、由压力变送器测量工艺管线和测量管线内流体的压力、由差压变送器测量流体通过文丘里流量计时产生的压力差，由气液比传感器利用不同物质对伽马射线的吸收率不同，测量多相流中的含气率，之后流体进入取样器，通过取样器气液部分分离后，取低含气液样进入相分率传感器，由相分率传感器测量流体的含水率，流体在多相流量计出口处汇合，之后流体经截止阀门后汇入管汇出口管线的工艺管线内，与其它单井产出流体汇合后并经装置的出口进入下游集输管线；

计算机控制装置存储多路阀的每一入口连接单井的井号及对应的阀位，以及没每口单井对应多相流测量所需的参数，计算机控制装置接受远程控制系统下发的指令后，给多路阀下发相应阀位参数，多路阀接受到相应的指令信息后自动切换阀位，多路阀切换到位后发出位置反馈信息，计算机控制装置接受多路阀发出位置反馈信息并与下发指令比较确认一致后，调用相应的单井参数并开始油气井产量计量；

计算机控制装置实时采集温度变送器、压力变送器、差压变送器、气液比传感器和相分率传感器的信号，利用专用数学模型计算后，得到油气井生产流体中天然气、原油和水的流量、含水率和含气率及压力和温度数据，并将数据通过无线传输系统上传给远程控制系统，用做最终的生产管理评价。

进一步，所述控制方法的相虹吸溢流管与阀门相结合，当取样器制备的低含气液样较少时，则所有液样都通过阀门流入下游；当取样器制备的低含气液样较多时，除部分液样都通过阀门流入下游外，其余液样通过虹吸溢流管返回至取样器内部中心管，并流入下游工艺管线，调节阀门的开度来控制节阀门与虹吸溢流管的流通面积之比，调节相分率传感器内部流体的速度，用于适应不同工况条件。

进一步，所述控制方法的测量管线上文丘里流量计和气液比传感器的另一种结构为气液比传感器集成在文丘里流量计的喉部。

进一步，所述控制方法的截止阀门安装在多相流量计出口管汇之间，正常生产计量时截止阀处于开启位置，当多相流量计需要维护时，先将多路阀的阀位切换至检修通道后，再关闭截止阀可将多相流量计隔离，实现不影响单井正常生产的前提下维护多相流量计。

本发明的另一目的在于提供一种石油油气集输计量系统，所述石油油气集输计量系统使用所述自动倒井及油气水多相流计量系统。

本发明的另一目的在于提供一种化工油气集输计量系统，所述化工油气集输计量系统使用所述自动倒井及油气水多相流计量系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明安装在油气井生产现场的工艺管线上，实现远程自动倒井、轮流测量，实时监测单井产出的天然气、原油及水的流量。本发明的集成橇设备，简化了现场配套工艺管线、辅助设备及安装操作流程，为油气开发生产管理节约投资，尤其是海洋平台上，缩小了设备占地面积，其经济效益更为突出。具有高度集成、设计新颖、结构简单、尺寸紧凑、安全可靠、安装方便的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的自动倒井及油气水多相流计量系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的多相流量计结构示意图；

图中：1、撬架；2、多路阀；3、计量出口管线；4、管汇出口管线；5、多相流量计；6、控制装置；7、截止阀；8、入口盲三通结构件；9、温度变送器；10、测量管线；11、压力变送器；12、差压变送器；13、文丘里流量计；14、气液比传感器；15、取样器；16、吸溢流管；17、相分率传感器；18、中心管；19、阀门。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种自动倒井及油气水多相流计量系统、控制方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1和图2所示，本发明实施例的自动倒井及油气水多相流计量系统包括：撬架1、多路阀2、计量出口管线3、管汇出口管线4、多相流量计5、控制装置6、截止阀7、入口盲三通结构件8、温度变送器9、测量管线10、压力变送器11、差压变送器12、文丘里流量计13、气液比传感器14、取样器15、虹吸溢流管16、相分率传感器17、中心管18、阀门19。

本发明实施例的撬架1内集成安装有多路阀2，多路阀2输出端分别连接有计量出口管线3和管汇出口管线4，计量出口管线3通过工艺管线连接有多相流量计5，管汇出口管线4连接至下游集输管线；管汇出口管线4出口端设置有截止阀7；多路阀2、多相流量计5电性连接有控制装置6。

本实施例中，多路阀2设置有4-16个入口，分别与井场的每一口单井生产计量管线连接；多路阀2设置有两个出口，分别与汇管出口和计量出口管线3连接。

本实施例中，多相流量计5设置有入口盲三通结构件8，入口盲三通结构件8与计量出口管线3连通；入口盲三通结构件8上安装有温度变送器9，入口盲三通结构件8上端连接有测量管线10，测量管线10与入口盲三通结构件8垂直设置；测量管线10上依次安装有压力变送器11、差压变送器12、文丘里流量计13和气液比传感器14。

本实施例中，测量管线10的输出端设置有取样器15，取样器15下端内部设置有中心管18，中心管18上端通过虹吸溢流管16连接有阀门19，中心管18下端与阀门19另一端连接；取样器15于虹吸溢流管16之间设置有相分率传感器17。

本实施例中，相分率传感器17为气液比传感感器、微波传感器、超声波传感器、气液比传感感器与微波传感器组合式传感器或气液比传感感器与超声波传感器组合式传感器。

本发明的工作原理为：多路阀2接受计算机控制装置6的信息并把需要计量的单井阀位切换并与计量出口管线3接通，单井产出流体进入工艺管线，依次由温度变送器测量流体的温度、由压力变送器11测量工艺管线和测量管线10内流体的压力、由差压变送器12测量流体通过文丘里流量计13时产生的压力差，由气液比传感器14利用不同物质对伽马射线的吸收率不同，测量多相流中的含气率，之后流体进入取样器15，通过取样器15气液部分分离后，取低含气液样进入相分率传感器17，由相分率传感器17测量流体的含水率，流体在多相流量计5出口处汇合，之后流体经截止阀7门后汇入管汇出口管线4的工艺管线内，与其它单井产出流体汇合后并经装置的出口进入下游集输管线。

相虹吸溢流管16与阀门19相结合，当取样器15制备的低含气液样较少时，则所有液样都通过阀门19流入下游；当取样器15制备的低含气液样较多时，除部分液样都通过阀门19流入下游外，其余液样通过虹吸溢流管16返回至取样器15内部中心管18，并流入下游工艺管线，调节阀门19的开度来控制节阀门19与虹吸溢流管16的流通面积之比，以此来调节相分率传感器17内部流体的速度，用于适应不同工况条件。

测量管线10上文丘里流量计13和气液比传感器14的另一种结构为气液比传感器14集成在文丘里流量计13的喉部。

截止阀7门安装在多相流量计5出口管汇之间，正常生产计量时截止阀7处于开启位置，当多相流量计5需要维护时，先将多路阀2的阀位切换至检修通道后，再关闭截止阀7可将多相流量计5隔离，可以实现不影响单井正常生产的前提下维护多相流量计5。

计算机控制装置6存储多路阀2的每一入口连接单井的井号及对应的阀位，以及没每口单井对应多相流测量所需的参数，计算机控制装置6接受远程控制系统下发的指令后，给多路阀2下发相应阀位参数，多路阀2接受到相应的指令信息后自动切换阀位，多路阀2切换到位后发出位置反馈信息，计算机控制装置6接受多路阀2发出位置反馈信息并与下发指令比较确认一致后，调用相应的单井参数并开始油气井产量计量。

计算机控制装置6实时采集温度变送器、压力变送器11、差压变送器12、气液比传感器14和相分率传感器17的信号，利用专用数学模型计算后，得到油气井生产流体中天然气、原油和水的流量、含水率和含气率及压力和温度数据，并将数据通过无线传输系统上传给远程控制系统，用做最终的生产管理评价。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。