專利名稱：智能型多相流量測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種測量系統(tǒng)，具體來說是ー種智能測量系統(tǒng)，適用于石油天然氣礦井開采和運輸管道上介質(zhì)流量測量和工作狀態(tài)監(jiān)視的數(shù)據(jù)采集和遠程傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以前的井口和管道輸送方面的多相計量一般都采用將氣體、液體和固體三相分離后分別測量的方式，這種方式設(shè)備占用空間大、建設(shè)成本高，不能滿足客戶低建設(shè)成本、小巧緊湊、運營費用低的要求。隨著國際對石油天然氣能源井噴式需求和開發(fā)步伐的加大，建設(shè)和運營成本低且結(jié)構(gòu)緊湊的非分離式多相流量測量系統(tǒng)的研發(fā)，就成了當(dāng)前關(guān)注的焦點。目前能夠用于多相流量測量的技術(shù)，通過諸如流體壓差技術(shù)、電學(xué)探測技木、Y射線吸收分析技術(shù)、光波或微波感應(yīng)技術(shù)、密度和質(zhì)量分析技術(shù)等對多相流進行測量，能在較低的 誤差水平下測得介質(zhì)中氣體組分的流量、液體組分的流量、固體組分的流量，至于液體內(nèi)各組分的含量可以通過組分的密度、Y射線吸收的強度、導(dǎo)電率不同等方案進行組分分析和測量。各廠家一般根據(jù)自身的優(yōu)勢和市場導(dǎo)向使用不同的測量技木。非分離式多相流量測量系統(tǒng)具有裝置笨重、占地空間大、輻射污染等缺點。但是，測量結(jié)果要通過現(xiàn)場實時分析裝置進行分析，使得現(xiàn)場設(shè)備多，不便于管理和監(jiān)控。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就在于提供ー種智能型多相流量測量系統(tǒng)，即可以在不分離油氣井生產(chǎn)介質(zhì)的情況下，測量介質(zhì)中氣體流量、液體流量、機械磨損顆粒流量、水+砂子+粘土混合物攜出量。本實用新型采用的技術(shù)方案為ー種智能型多相流量測量系統(tǒng)，包括ー組或多組安裝在現(xiàn)場測量管段上的多相流量測量裝置，以及RTU(Remote Terminal Unit，遠程終端単元)，所述多相流測量裝置包括安裝在流體管路上的多相流收縮裝置以及光波頻譜測量裝置、溫度變送器和壓カ變送器，所述光波頻譜測量裝置、溫度變送器和壓カ變送器連接在所述遠程終端單元輸入端，所述多相流收縮裝置為孔板集合，孔板集合上部中部和下部設(shè)置有氣相孔、液相孔和固相孔，且氣相孔、液相孔和固相孔的孔徑是從小到大設(shè)置，所述光波頻譜測量裝置位于所述孔板集合的下游，還包括接收遠程終端單元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理單
J Li o所述數(shù)據(jù)處理單元可以為智能儀表或計算機。為便于遠程傳輸和對數(shù)據(jù)進行集中處理和管理，所述遠程終端單元輸出連接無線調(diào)制器；所述數(shù)據(jù)處理單元為工作站，工作站包括顯示器和主機，主機連接有與所述無線調(diào)制器對應(yīng)的無線解調(diào)器，無線調(diào)制器與無線解調(diào)器可以采用SCADA系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)作為傳輸路徑，做到資源利用的持續(xù)性和有效性。所述工作站主機還通過網(wǎng)卡連接入本地局域網(wǎng)。所述孔板集合的氣相孔為半徑為Imm的孔供氣相噴出；中間部分的液相孔采用半徑為I. 5mm的孔供液相噴出；下部固相孔采用半徑為2mm或更大的孔供固相噴出。光波頻譜測量裝置安裝在收縮裝置后30cm附近。所述多相流量測量裝置、壓カ變送器和溫度變送器均通過MODBUS總線與所述遠程終端單元實現(xiàn)連接?？梢造`活擴展，特別適合含有幾百ロ礦井的大型石油或天然氣礦場的環(huán)境，具有測量技術(shù)先進、經(jīng)濟靈活、兼容性好、標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點，是井口或管線上非分離式多相流測量及傳輸十分理想的解決方案。本實用新型的智能型多相流量測量系統(tǒng)，通過孔板集 合和光波頻譜測量裝置對井ロ或運輸管線的介質(zhì)中各相的流量進行探測并采集，不需要對各相進行分離后分別測量流量，它可以在不分離油氣介質(zhì)的情況下，測量介質(zhì)中氣體流量、液體流量、機械磨損顆粒流量、水+砂子+粘土混合物攜出量以及壓力和溫度。該測量裝置具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊(采用3米長的管段和小而緊湊的測量裝置)，安裝方便(一次性的螺紋安裝和連線)，綠色環(huán)保(采用光波感應(yīng)各相的壓カ波動頻譜)，無污染，測量時間短(2小時左右)，誤差小(實驗值2%，現(xiàn)場測量5%)等優(yōu)點。通過現(xiàn)場的遠程終端単元和無線通訊系統(tǒng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到生產(chǎn)運營中心的工作站，操作員或管理員可以通過工作站對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行顯示、修正、存儲，并可能通過本地局域網(wǎng)將修正后的數(shù)據(jù)上傳給應(yīng)用工作站并顯示在生產(chǎn)運營中心的大屏幕墻上供業(yè)主實時監(jiān)視現(xiàn)場流量數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)。

圖I為本實用新型的智能型多相流量測量系統(tǒng)原理圖。圖2為孔板集合的示意圖。圖3為光波頻譜測量裝置和孔板集合安裝方式示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本實用新型作進ー步詳細描述，以助于理解本實用新型的內(nèi)容。如圖I所示，ー種智能型多相流量測量系統(tǒng)，包括一組或多組安裝在現(xiàn)場測量管段I上的多相流量測量裝置，多相流測量裝置包括安裝在現(xiàn)場測量管段I上的由孔板集合5構(gòu)成的多相流收縮裝置，以及光波頻譜測量裝置2、壓カ變送器3、溫度變送器4。智能多相流測量系統(tǒng)還包括安裝在群井裝配室或現(xiàn)場防爆箱內(nèi)的遠程終端単元(簡稱RTU，RemoteTerminal Unit)，光波頻譜測量裝置2、壓カ變送器3、溫度變送器4連接在遠程終端單元輸入端，所述遠程終端單元輸出連接無線調(diào)制器；還包括生產(chǎn)測量中心的工作站，工作站包括顯示器和主機，主機連接有與所述無線調(diào)制器對應(yīng)的無線解調(diào)器，在傳輸方式上可以選擇現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)作為傳輸路徑，做到資源利用的持續(xù)性和有效性。所述工作站主機還通過網(wǎng)卡連接入本地局域網(wǎng)。如圖2所示，作為收縮裝置的孔板集合是ー塊根據(jù)現(xiàn)場エ況尺寸設(shè)計的厚度為Icm左右的孔板，根據(jù)相流規(guī)律，上孔集合采用半徑為Imm的孔51供氣相噴出沖間部分采用半徑為I. 5mm的孔52供液相噴出；下部采用半徑為2mm或更大的孔53供固相噴出。如圖3所示，孔板集合5取代測量管段I前法蘭的密封橡膠安裝在法蘭間，其作用是整形多相流，使湍流氣相、湍流液相和湍流固相經(jīng)過孔板集合上的孔噴出后，整流成穩(wěn)定氣相流、穩(wěn)定液相流和穩(wěn)定固相流，保證到達光波頻譜測量裝置前介質(zhì)形態(tài)穩(wěn)定。光波頻譜測量裝置安裝在收縮裝置后30cm附近。氣體、液體和固體對光波的擾動頻譜有明顯的差異，在不同的溫度和壓力下產(chǎn)生的各相頻譜幅度和相位也有差異。同樣エ況下不同的介質(zhì)速度對光波的擾動頻譜也有明顯差異。本測量方法結(jié)合上述原理并根據(jù)不同エ況下的仿真模型進行比對校正從而得出各相位流量，流量公式如下Qm = 1/2 K O (Vt-VO) S X 3600說明Qm是多相流(氣體、固體和液體)每小時流量；K為介質(zhì)粘稠系數(shù)(氣體一般為I,液體為0. 98，固體為0. 9)Co為エ況系數(shù)，根據(jù)不同壓カ和溫度下的經(jīng)驗表格(仿真模型實現(xiàn))查詢； Vt為光波被多相流擾動后頻譜反應(yīng)出的測量點速度；VO為收縮裝置后最頂部多相流速度；S為測量管段截面面積。測量時，將光波頻譜測量裝置鎖緊到測量點上，開通測量段上游閥門和下游閥門，開通電源，30分鐘后，氣相數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場遠程終端單元傳輸?shù)接嬃恐行?，操作員站啟動計量軟件運輸計量結(jié)果，而液相和固相數(shù)據(jù)也需30分鐘不間斷探測，探測數(shù)據(jù)也通過遠程終端單元傳輸?shù)接嬃恐行摹y量裝置的探測過程如下啟動電源、光源預(yù)熱并發(fā)出光波，1-2分鐘，光波穩(wěn)定發(fā)射到多相流中，穩(wěn)流30分鐘后，啟動光波頻譜測量裝置中的光感應(yīng)器和壓電電容感應(yīng)光波壓カ波動，壓電電容將頻譜幅度或功率信號轉(zhuǎn)換成電信號，并通過內(nèi)置放大器放大，放大的信號和現(xiàn)場壓力和溫度的模擬信號通過標(biāo)準(zhǔn)的RS485協(xié)議傳輸?shù)浆F(xiàn)場遠程終端單元裝置進行遠程傳輸。通過現(xiàn)場的エ況數(shù)據(jù)(如現(xiàn)場介質(zhì)組分、溫度和壓カ等)進行分析并形成具體的數(shù)學(xué)仿真模型，通過算法對相關(guān)系數(shù)進行修正就可以計算出比較精確的流量值，本流量值的誤差可保證在±2% ±5%之間，考慮到光波擾動的強度較大切持續(xù)性的特點，液相的誤差會稍微大，而固相持續(xù)性較低所以誤差較小。本系統(tǒng)的智能型還表現(xiàn)在其傳輸方面。智能型流量變送器將探測數(shù)據(jù)打包并和現(xiàn)場的溫度和壓カ的模擬量通過標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS總線傳到現(xiàn)場的遠程終端単元上，遠程終端単元感知并通過無線數(shù)字電臺或現(xiàn)有的SCADA/DCS系統(tǒng)傳輸?shù)娇傃b配室，裝配室在通過跳接方式用無線通信方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦ぷ髡?操作員站)，工作站的測量軟件將對數(shù)據(jù)進行校正并顯示和記錄。操作員或管理員可以通過工作站對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行顯示、修正、存儲并通過本地局域網(wǎng)將修正后的數(shù)據(jù)上傳給應(yīng)用工作站并顯示在生產(chǎn)運營中心的大屏幕墻上供業(yè)主實時監(jiān)視現(xiàn)場流量數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)。操作員只需在中控室就可通過屏幕遠程了解井ロ的工作狀態(tài)和生產(chǎn)介質(zhì)各組分的流量，并可根據(jù)生產(chǎn)計劃和環(huán)境要求，通過DCS或SCADA系統(tǒng)調(diào)節(jié)和控制現(xiàn)場生產(chǎn)量和工作狀態(tài)(如控制調(diào)節(jié)閥、安全閥、泵控制流量和壓力、調(diào)節(jié)伴熱系統(tǒng)控制溫度，從而使生產(chǎn)更加高效并大大降低了操作員的勞動負荷和素質(zhì)要求。
權(quán)利要求1.一種智能型多相流量測量系統(tǒng)，其特征在于包括一組或多組安裝在現(xiàn)場測量管段上的多相流量測量裝置，以及遠程終端單元，所述多相流測量裝置包括安裝在流體管路上的多相流收縮裝置以及光波頻譜測量裝置、溫度變送器和壓力變送器，所述光波頻譜測量裝置、溫度變送器和壓力變送器連接在所述遠程終端單元輸入端，所述多相流收縮裝置為孔板集合，孔板集合上部中部和下部設(shè)置有氣相孔、液相孔和固相孔，且氣相孔、液相孔和固相孔的孔徑是從小到大設(shè)置，所述光波頻譜測量裝置位于所述孔板集合的下游，還包括接收遠程終端單元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理單元。
2.如權(quán)利要求I所述的智能型多相流量測量系統(tǒng)，其特征在于所述遠程終端單元輸出連接無線調(diào)制器；所述數(shù)據(jù)處理單元為工作站，工作站包括顯示器和主機，主機連接有與所述無線調(diào)制器對應(yīng)的無線解調(diào)器，無線調(diào)制器與無線解調(diào)器采用SCADA系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)作為傳輸路徑。
3.如權(quán)利要求2所述的智能型多相流量測量系統(tǒng)，其特征在于所述工作站主機還通過網(wǎng)卡連接入本地局域網(wǎng)。
4.如權(quán)利要求3所述的智能型多相流量測量系統(tǒng)，其特征在于所述光波頻譜測量裝置、壓力變送器和溫度變送器均通過MODBUS總線與所述遠程終端單元實現(xiàn)連接。
專利摘要本實用新型公開了一種智能型多相流量測量系統(tǒng)，包括一組或多組安裝在現(xiàn)場測量管段上的多相流量測量裝置以及遠程終端單元，所述多相流測量裝置包括孔板集合以及光波頻譜測量裝置、溫度變送器和壓力變送器，所述光波頻譜測量裝置、溫度變送器和壓力變送器連接在所述遠程終端單元輸入端，所述光波頻譜測量裝置位于所述孔板集合的下游，還包括接收遠程終端單元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理單元。本實用新型的智能型多相流量測量系統(tǒng)，對井口或運輸管線的介質(zhì)中各相的流量進行探測并采集，可以通過工作站對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行顯示、修正、存儲，并可能通過本地局域網(wǎng)將修正后的數(shù)據(jù)上傳給應(yīng)用工作站并顯示在生產(chǎn)運營中心的大屏幕墻上供業(yè)主實時監(jiān)視現(xiàn)場流量數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)。
文檔編號E21B47/00GK202533118SQ20122000805
公開日2012年11月14日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者伍良明, 陰重輝, 陳登勇 申請人:天津天保伍德科技發(fā)展有限公司