一种三相流体比例和流量测试装置及计算方法

摘要

本发明公开了一种三相流体比例和流量测试方法、装置，采用连续测压法进行测试，装置包括管线及七个压力传感器，管线包括九段管道及扩径分流器；第一、三、五、七、九管道均为水平管道，第二、四、六、八管道均为竖直管道，水平、竖直管道及扩径分流器按一定方式连通，第一至七压力传感器设置在管线的相应位置，在第一、二、四、五、六、七压力传感器的位置为直角，原有的流动矢量变为零；还在测试装置输入端、输出端设置测温传感器。本发明可以同时测试三相流体的比例及体积流量，结构简单、没有动态部件，易于适应不同环境，测量范围受限少，稳定、可靠。本发明还公开了三相流体比例和流量的计算方法，该计算方法也为国内、外首创。

主权项

一种三相流体比例和流量测试装置，其特征在于，包括管线及七个压力传感器，所述管线包括九段管道及扩径分流器；所述第一、三、五、七、九管道均为水平设置管道，第二、四、六、八管道均为竖直设置的管道，且其中：第一管道的后端与第二管道的顶端连通，第二管道的底端与第三管道的前端连通，第三管道的后端与第四管道的底端连通，第四管道的顶端与第五管道的前端连通，第五管道的后端与扩径分流器的前端连通，第六管道的顶端与扩径分流器前端底部连通，第六管道的底端与第七管道的前端连通，第七管道的后端与第八管道的底端连通，第八管道的顶端与第九管道连通，且第九管道的前端与扩径分流器的后端也连通；所述第二、三、四管道口径相同，第六、七、八管道口径相同；所述扩径分流器包括水平设置的筒体及水平向上卷起、设置在筒体内的分流板；其中第一至五管道流过整体油、气、水三相，经过所述筒体及分流板后，第六、七、八管道流过油、水二相，再共同流过第九管道；所述第一压力传感器设置在第二管道的底端面，第二压力传感器设置在第三管道的后端面，第三压力传感器设置在第四管道的底端面，第四压力传感器设置在第四管道的顶端面，第五压力传感器设置在第六管道的底端面，第六压力传感器设置在第七管道的后端面，第七压力传感器设置在第八管道的顶端，在第一、二、四、五、六、七压力传感器的位置，使流体直角转向，原有的流动矢量变为零；所述测试装置采用连续测压法进行三相流体比例和流量的测试，进行测试时，按如下推导公式计算相关参数：$P_1={\rho }_{0}gH+{\rho }_{0}aH+{\bar{P}}_1$        ①$P_{21}={\rho }_{0}gH+{\rho }_{0}aL+{\bar{P}}_{21}$       ②$P_{22}={\rho }_{0}gH+{\bar{P}}_{22}$          ③$P_2={\rho }_{0}aH-{\rho }_{0}gH+{\bar{P}}_2$       ④                 (1)$P_3={\rho }^1{\mathrm{gH}}_1+{\rho }^1{a}_1{H}_1+{\bar{P}}_3$       ⑤$P_{31}={\rho }^1{\mathrm{gH}}_1+{\rho }^1{a}_1{L}_1+{\bar{P}}_{31}$       ⑥$P_4={\rho }^1{a}_1{H}_1-{\rho }^1{\mathrm{gH}}_1+{\bar{P}}_4$      ⑦式中：P₁、P₂₁、P₂₂、P₂、P₃、P₃₁、P₄分别是第一至第七压力传感器的测试压力；是作用在对应压力传感器上的流动压力；ρ₀是三相流体密度，ρ¹是油、水二相流体密度；H是第四管道顶端到底端的高度，其与第二管道顶端到底端的高度相同；H₁是第八管道顶端的第七压力传感器到第八管道底端的高度，其与第六管道上方的分流板到第六管道底端的高度相同；L是第三管道前端到后端的长度，数值上等于H；L₁第七管道前端到后端的长度，数值上等于H₁；a是三相流体流动方向发生90度变化时的流体平均加速度；a₁是油、水二相流体流动方向发生90度变化时的流体平均加速度；(A)三相流体的比例计算：由所述公式(1)的①、④式可以计算出：${\rho }_0=\frac{P_1-P_2-n\Delta P}{2gH}---\left(2\right)$${\rho }^1=\frac{P_3-P_4-n_1{\mathrm{\Delta p}}^1}{2{\mathrm{gH}}_1}$式中：ρ₀是计算出的三相流体密度，ρ¹是计算出的油、水二相流体密度；n是第三、四管道的总长度与第三管道长度的比值，按设计等于2；n₁是第七、八管道的总长度与第七管道长度的比值，按设计等于2；△P是第三管道的压差，对应地，第四管道的压差也为△P；△P¹是第七管道的压差，对应地，第八管道的压差也是△P¹；△P、△P¹的计算写在(3)式中；(2)式中的△P、△P¹由下式给出：ΔP＝P₁‑P₂₁              (3)ΔP¹＝p₃‑p₃₁依据(2)式可以计算出三相流体的比例：$\frac{V_1}{V_0}=\frac{({\rho }_0-{\rho }_3)({\rho }^1-{\rho }_2)}{({\rho }_1-{\rho }_2)({\rho }^1-{\rho }_3)}---\left(4\right)$$\frac{V_2}{V_0}-\frac{({\rho }_0-{\rho }_3)({\rho }_1-{\rho }^1)}{({\rho }_1-{\rho }_2)({\rho }^1-{\rho }_3)}$$\frac{V_3}{V_0}=\frac{{\rho }^1-{\rho }_0}{{\rho }^1-{\rho }_3}$式中，V₀是三相流体的体积，V₁、V₂、V₃分别是油、水、气的体积；(4)式中右侧的参数是已知的，或可以计算出，ρ₁、ρ₂、ρ₃分别是油、水、气密度，是可以在测试前测定的已知量；计算直接给出各单相在三相流中的比例；(B)三相流体的体积流量计算：由(1)式的②、③式得出三相流体平均加速度：$a=\frac{P_{12}-P_{22}}{{\rho }_{0}L}---\left(5\right)$α是流体平均加速度，由距离、速度、加速度的关系，可以计算出管道中管道的流体平均速度：$V=\sqrt{2aL}---\left(6\right)$由(6)式得：q＝V·S          (7)(7)式中，q是体积流量，S是管道的横截面积。