專利名稱：全自動稱重式氣液兩相油井計量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油油井計量裝置，特別涉及多路油井的自動選井，并進行單井氣液產(chǎn)量的計量。
背景技術(shù)：
已知一種稱重式油井計量器，在其計量罐內(nèi)的進油口下面垂直裝有氣液分離器，與氣液分離器對應(yīng)位置裝有料斗，料斗的下面裝有兩個翻斗，翻斗裝在轉(zhuǎn)軸上，翻斗下面設(shè)有稱重傳感器，通過兩個翻斗輪流翻轉(zhuǎn)稱重的方式實時在線計量油井產(chǎn)量。該計量器的缺點是對于多路油井中的某一單井產(chǎn)量計量時是通過手動選井的，并且沒有對石油中所含的氣體進行計量。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種全自動稱重式氣液兩相油井計量裝置，即在計量罐側(cè)下部安裝一個多通閥，各路油井氣液混合體通過多通閥同時進入油井接口。通過計算機輸入油井號，控制單相電機啟、停，單相電機帶動閥芯旋轉(zhuǎn)，光電編碼器安裝在多通閥中作為位置檢測，實現(xiàn)多通閥單路導通，從而實現(xiàn)單井產(chǎn)量的自動選井計量。在計量罐頂部安裝一個氣體分離傘，用來導出氣體以便進行產(chǎn)氣量的計量。計量罐底部裝有液位自動控制調(diào)節(jié)器，以保證液面高于單井液體出口，實現(xiàn)單井產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量同時計量。
本發(fā)明計量裝置包括計量罐和控制電路，其中計量罐包括罐體、單井氣液混合體出口、氣液分離器、集料斗、翻斗、稱重傳感器、單井液體出口、多井氣液混合體出口、加熱器，和多通閥、多路油井接口、花鍵軸、光電編碼器和單相異步電動機，以及氣體分離傘、單井氣體出口、氣體流量計和浮子閥。罐體內(nèi)上部設(shè)有單井氣液混合體出口，單井氣液混合體出口下面設(shè)有氣液分離器，氣液分離器的下面設(shè)有集料斗，集料斗的出口處設(shè)有兩個對稱的翻斗，翻斗通過轉(zhuǎn)動軸固定在一起，并且可以繞轉(zhuǎn)動軸做翻轉(zhuǎn)，翻斗底部設(shè)有稱重傳感器，氣液分離器、集料斗和翻斗都通過支架固定在罐體內(nèi)；罐體頂部開有單井氣體出口，單井氣體出口末端設(shè)有氣體流量計，單井氣體出口的前面設(shè)有氣體分離傘，該氣體分離傘通過支架固定在罐體內(nèi)；在罐體一側(cè)的下方設(shè)有單井液體出口和多井氣液混合體出口，多井氣液混合體出口的另一端直接與多通閥連接，加熱器通過支架固定在罐體底部，同時在單井液體出口的上面安裝有浮子閥，浮子閥的浮子端浮在罐底液體上，閥端安裝在單井液體出口處，以保證液面高于單井液體出口，實現(xiàn)單井產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量同時計量；多通閥通過螺栓固定后焊接在罐體的另一側(cè)，多通閥上設(shè)有多路油井接口，多通閥內(nèi)設(shè)有光電編碼器。控制電路包括單相異步電動機、可編程控制器PLC，單相異步電動機通過花鍵軸與多通閥連接，單相異步電動機控制線路與PLC相聯(lián)，利用PLC來控制電機啟停使多通閥單路導通。
本發(fā)明采用附加補償算法簡稱G法對液體進行稱重，翻斗的當前接液量Gt與上次殘留液量Gt-1，二者相減得到一條與時間有關(guān)的產(chǎn)液量曲線，通過對該條曲線積分運算即可得到累計產(chǎn)液量G′=∫t0t(Gt-Gt-1)dt,]]>t0為計量起始時刻。設(shè)fmax為系統(tǒng)最大機械頻率，V為翻斗體積，Gt為某一時刻的液體重量，翻斗滿量翻轉(zhuǎn)系數(shù)k為k＝Gtfmax/(24×3600V)，則油井當前產(chǎn)液量的G為G＝kG′。
選定的單井氣液混合體通過管道送到罐體頂部的單井氣液混合體出口，然后進入氣液分離器并經(jīng)過翻斗稱重，算出該口油井的產(chǎn)液量。其余油井的氣液混合體經(jīng)罐體底部的管道流出直接進入多井氣液混合體出口。單井氣液混合體通過計量罐頂部的氣體分離傘將其含有的氣體送入氣體流量計，計量該口油井的產(chǎn)氣量。
本發(fā)明計量裝置通過多通閥，利用微機控制電機啟停使多通閥單路導通，實現(xiàn)單井產(chǎn)量計量的自動切換，解決了手動選井的問題，同時在計量罐頂部安裝有氣體分離傘，解決了計量氣體產(chǎn)量的問題。


圖1為本發(fā)明裝置的計量罐結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為圖1的A-A方向剖視圖；圖3為圖1的B-B方向剖視圖；圖4為本發(fā)明裝置的翻斗結(jié)構(gòu)原理圖；
圖5為本發(fā)明裝置的稱重流程圖；圖6為本發(fā)明裝置的控制電路原理圖；圖7為本發(fā)明裝置的選井控制流程圖；其中1單相異步電動機，2花鍵軸，3多通閥，4多路油井接口，5翻斗，6單井氣液混合體出口，7氣體流量計，8單井氣體出口，9氣體分離傘，10罐體，11氣液分離器，12集料斗，13稱重傳感器，14、15、16浮子閥，17單井液體出口，18多井氣液混合體出口，19加熱器，20罐底液體，21螺栓，22光電編碼器，23微機(輸入井號)。
具體實施例方式
如圖1-3所示，本發(fā)明計量裝置包括計量罐和控制電路，其中計量罐包括罐體10、單井氣液混合體出口6、氣液分離器11、集料斗12、翻斗5、稱重傳感器13、單井液體出口17、多井氣液混合體出口18、加熱器19，和多通閥3、多路油井接口4、花鍵軸2、光電編碼器22和單相異步電動機1，以及氣體分離傘9、單井氣體出口8、氣體流量計7和浮子閥14-15。罐體10內(nèi)上部設(shè)有單井氣液混合體出口6，單井氣液混合體出口6下面設(shè)有氣液分離器11，氣液分離器11的下面設(shè)有集料斗12，集料斗12的出口處設(shè)有兩個對稱的翻斗5，翻斗5通過轉(zhuǎn)動軸固定在一起，并且可以繞轉(zhuǎn)動軸做翻轉(zhuǎn)，翻斗5底部設(shè)有稱重傳感器13，其中稱重傳感器可采用DBZ-2C型，氣液分離器11、集料斗12和翻斗5都通過支架固定在罐體內(nèi)；罐體10頂部開有單井氣體出口8，單井氣體出口8末端設(shè)有氣體流量計7，單井氣體出口8的前面設(shè)有氣體分離傘9，該氣體分離傘9通過支架固定在罐體內(nèi)；在罐體7一側(cè)的下方設(shè)有單井液體出口17和多井氣液混合體出口18，多井氣液混合體出口18的另一端直接與多通閥3連接，加熱器19通過支架固定在罐體7底部，同時在單井液體出口17的上面安裝有浮子閥14，浮子閥的浮子端15浮在罐底液體20上，閥端16安裝在單井液體出口17處，以保證液面高于單井液體出口17，實現(xiàn)單井產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量同時計量；多通閥3通過螺栓21固定后焊接在罐體7的另一側(cè)，多通閥3上設(shè)有多路油井接口4，多通閥3內(nèi)設(shè)有光電編碼器22?？刂齐娐钒▎蜗喈惒诫妱訖C、可編程控制器PLC，其中單相異步電動機可采用90YYJ90-3型，可編程控制器PLC可選擇西門子S7-200型，單相異步電動機通過花鍵軸與多通閥連接，單相異步電動機控制線路與PLC相聯(lián)，利用PLC來控制電機啟停使多通閥單路導通。
各油井氣液混合體從多通閥進入罐體，被計量的單井氣液混合體經(jīng)多通閥向上經(jīng)氣液分離器、集料斗進入翻斗進行計量，不需計量的油井氣液混合體經(jīng)罐內(nèi)密閉管道直接流出罐體。同時氣液混合體中的氣體經(jīng)氣液分離器分離后向上經(jīng)氣體分離傘流出用氣體流量計計量。單井的產(chǎn)液設(shè)有單獨的單井出口，其余油井的氣液混合體通過多通閥在罐體內(nèi)經(jīng)密閉管道直接走匯管出口，這樣可以避免單井的產(chǎn)氣與其余油井產(chǎn)氣的混合。計量罐底部液面上放一浮子調(diào)節(jié)器以控制液面。浮子閥的作用是控制液位始終高于單井液體出口，避免氣體從底部排出。氣體流量計及壓力控制系統(tǒng)裝在氣體的出口，實現(xiàn)了單井產(chǎn)液量、產(chǎn)氣量的同時計量。
本發(fā)明采用特殊的翻斗設(shè)計。為了在無動力的情況下完成翻斗裝油、稱重、卸油的自動過程，采用兩個翻斗輪流翻轉(zhuǎn)計量。翻斗的結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。本發(fā)明設(shè)計的翻斗結(jié)構(gòu)能夠便于油料的排出，支點A位于兩個翻斗底部中間位置，B、C分別為兩個翻斗的重心位置。由于支點A在兩個翻斗重心的下部，因此左右兩個翻斗永遠不會位于同一水平面上，從而它們將輪流接納來自集料斗的油料。當滿足m2g×l2＞m1g×l1條件時翻斗翻轉(zhuǎn)，其中m1為翻斗1及其所盛液體的質(zhì)量，m2為翻斗2及其所盛液體的質(zhì)量，l1為支點A到翻斗1的重心B所在垂線的垂直距離，l2為支點A到翻斗2的重心C所在垂線的垂直距離。
本發(fā)明采用附加補償算法簡稱G法對液體進行稱重，其稱重流程如圖5所示。由于稠油粘度大，殘留液量變化很大，因此稱重是一個動態(tài)的過程。經(jīng)過稱重傳感器檢測得到的是一條重量隨時間變化的曲線。如果沒有殘留液體，通過對該條曲線積分運算即可得到累計產(chǎn)液量。如果有殘留液體，通過積分運算不能直接得到累計產(chǎn)液量。它將受到殘留液量多少和滿量翻轉(zhuǎn)系數(shù)的影響。
G法主要解決殘留油量的修正問題，基于杠桿原理，在翻轉(zhuǎn)的瞬間，稱重傳感器將翻轉(zhuǎn)的重量信號傳入計算機，根據(jù)這一數(shù)值及翻斗翻轉(zhuǎn)條件，既可知道翻斗的當前接液量Gt與上次殘留液量Gt-1，二者相減得到一條與時間有關(guān)的產(chǎn)液量曲線，通過對該條曲線積分運算即可得到累計產(chǎn)液量G′=∫t0t(Gt-Gt-1)dt,]]>t0為計量起始時刻。
由于受溫度和石油粘稠度的影響，殘留油量在不斷變化，因此需對G′加以修正。設(shè)fmax為系統(tǒng)最大機械頻率，V為翻斗體積，Gt為當前接液量，翻斗滿量翻轉(zhuǎn)系數(shù)k為k＝Gtfmax/(24×3600V)，則油井當前產(chǎn)液量的G為G＝kG′。
本發(fā)明控制電路原理圖如圖6所示，L、N與220V交流電源相接，其中N為零線。SA為電源啟動開關(guān)，繼電器線圈KM11的兩端分別與零線和PLC的輸出相接。當PLC輸出高電平時，KM11得電，其相應(yīng)的觸點KM1閉合，單相異步電動機旋轉(zhuǎn)；輸出低電平時，KM11失電，其相應(yīng)的觸點KM1斷開，電動機停止。通過微機輸入井號，電動機旋轉(zhuǎn)表示正在選井，電動機停止表示按照輸入的井號已經(jīng)選到欲計量的油井。
本發(fā)明的選井控制流程如圖7所示，通過微機輸入欲計量的油井號i，然后讀入光電編碼器返回的位置信號j，判斷i與j是否相等，即判斷多通閥選井當前所處位置，若相等，說明多通閥當前所處位置就是欲計量的油井，電機不必旋轉(zhuǎn)；若不等，說明多通閥當前所處位置不是欲計量的油井，PLC需輸出信號使繼電器線圈得電，繼電器相應(yīng)觸點閉合，電機旋轉(zhuǎn)，同時讀入光電編碼器返回的位置信號j，判斷i與j是否相等，若相等，說明多通閥當前所處位置就是欲計量的油井，電機停止旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種全自動稱重式氣液兩相油井計量裝置，其特征在于該裝置包括計量罐和控制電路，其中計量罐包括罐體、單井氣液混合體出口、氣液分離器、集料斗、翻斗、稱重傳感器、單井液體出口、多井氣液混合體出口、加熱器，和多通閥、多路油井接口、花鍵軸、光電編碼器和單相異步電動機，以及氣體分離傘、單井氣體出口、氣體流量計和浮子閥；罐體內(nèi)上部設(shè)有單井氣液混合體出口，單井氣液混合體出口下面設(shè)有氣液分離器，氣液分離器的下面設(shè)有集料斗，集料斗的出口處設(shè)有兩個對稱的翻斗，翻斗通過轉(zhuǎn)動軸固定在一起，翻斗底部設(shè)有稱重傳感器，氣液分離器、集料斗和翻斗都通過支架固定在罐體內(nèi)；罐體頂部開有單井氣體出口，單井氣體出口末端設(shè)有氣體流量計，單井氣體出口的前面設(shè)有氣體分離傘，該氣體分離傘通過支架固定在罐體內(nèi)；在罐體一側(cè)的下方設(shè)有單井液體出口和多井氣液混合體出口，多井氣液混合體出口的另一端直接與多通閥連接，加熱器通過支架固定在罐體底部，同時在單井液體出口的上面安裝有浮子閥，浮子閥的浮子端浮在罐底液體上，閥端安裝在單井液體出口處；多通閥通過螺栓固定后焊接在罐體的另一側(cè)，多通閥上設(shè)有多路油井接口，多通閥內(nèi)設(shè)有光電編碼器；控制電路包括單相異步電動機、可編程控制器PLC，單相異步電動機通過花鍵軸與多通閥連接，單相異步電動機控制線路與PLC相聯(lián)，利用PLC來控制電機啟停使多通閥單路導通。
2.權(quán)利要求1所述的一種全自動稱重式油井計量裝置，其特征在于所述兩個對稱的翻斗，當滿足m2g×l2＞m1g×l1條件時，翻斗翻轉(zhuǎn)，其中m1為翻斗1及其所盛液體的質(zhì)量，m2為翻斗2及其所盛液體的質(zhì)量，l1為支點A到翻斗1的重心B所在垂線的垂直距離，l2為支點A到翻斗2的重心C所在垂線的垂直距離。
3.如權(quán)利要求1所述的一種全自動稱重式油井計量裝置，其特征在于該計量裝置采用附加補償算法對液體進行稱重，計算公式為G＝kG′，G為油井當前產(chǎn)液量，G′為累計產(chǎn)液量，k為翻斗滿量翻轉(zhuǎn)系數(shù)，其中G′=∫t0t(Gt-Gt-1)dt,]]>Gt為翻斗的當前接液量，Gt-1為上次殘留液量，t0為計量起始時刻；k＝Gtfmax/(24×3600V)，fmax為系統(tǒng)最大機械頻率，V為翻斗體積。
全文摘要
一種全自動稱重式氣液兩相油井計量裝置，包括計量罐和控制電路，其中計量罐包括罐體、單井氣液混合體出口、氣液分離器、集料斗、翻斗、稱重傳感器、單井液體出口、多井氣液混合體出口、加熱器，和多通閥、多路油井接口、花鍵軸、光電編碼器和單相異步電動機，以及氣體分離傘、單井氣體出口、氣體流量計和浮子閥；控制電路包括單相異步電動機、PLC，單相異步電動機與PLC相聯(lián)，利用PLC來控制電機啟停使多通閥單路導通。選定的單井氣液混合體通過管道送到罐體頂部的單井氣液混合體出口，然后進入氣液分離器并經(jīng)過翻斗稱重，計量出該口油井的產(chǎn)液量。單井氣液混合體通過計量罐頂部的氣體分離傘將其含有的氣體送入氣體流量計，計算該口油井的產(chǎn)氣量。
文檔編號E21B47/00GK1651716SQ20051004586
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月6日
發(fā)明者孫興革, 張義順, 白山, 張錦暉, 胡巖, 王通, 曾碚勇, 李德明 申請人:沈陽工業(yè)大學通益科技有限公司