[發明專利]一種測量頁巖氣井口流體質量流量的復合式裝置及方法

在審

• 申請號: 201811174608.0
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109025966A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 陳繼革;申洪;劉喬平;李敬陽;徐斌;秦祖奎;林元華
• 申請（專利權）人: 重慶欣雨壓力容器制造有限責任公司;無錫洋湃科技有限公司
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;G01N23/02;G01F1/36
• 代理公司: 重慶中流知識產權代理事務所(普通合伙) 50214
• 代理人: 陳立榮

1.一種測量頁巖氣井口流體質量流量的復合式裝置，其特征在于，包括前部的三通管A(1)、后部的導流切換裝置(2)；三通管A(1)與導流切換裝置(2)之間通過并列設置的文丘里流量計(3)和噴嘴流量計(4)連通，在文丘里流量計(3)和噴嘴流量計(4)的入口端與喉部之間連接有取壓管(5)，取壓管(5)上設有差壓變送器(6)；導流切換裝置(2)的末端設有檢測管道(7)；檢測管道(7)的內壁設有伽馬射線發射器(8)、與伽馬射線發射器(8)位置相對的檢測管道(7)的外壁設有伽馬射線接收器(9)，伽馬射線發射器(8)內設置具有至少三種能量級的伽馬放射源。

2.如權利要求1所述的測量頁巖氣井口流體質量流量的復合式裝置，其特征在于，導流切換裝置(2)包括三通管B和位于三通管B的兩個入口端的兩個單向電動閥。

3.如權利要求1所述的測量頁巖氣井口流體質量流量的復合式裝置，其特征在于，導流切換裝置(2)是三通電動閥。

4.如權利要求1、2或3所述的測量頁巖氣井口流體質量流量的復合式裝置，其特征在于，取壓管(5)上還設有溫度感應器(10)。

5.如權利要求1、2或3所述的測量頁巖氣井口流體質量流量的復合式裝置，其特征在于，伽馬放射源是Ba¹³³或Lu¹⁷⁶，Ba¹³³放出的射線具有31keV、81keV和356keV三種能量級，Lu¹⁷⁶放出的射線具有307keV、202keV和88keV三種能量級。

6.如權利要求4所述的測量頁巖氣井口流體質量流量的復合式裝置，其特征在于，伽馬放射源是Ba¹³³或Lu¹⁷⁶，Ba¹³³放出的射線具有31keV、81keV和356keV三種能量級，Lu¹⁷⁶放出的射線具有307keV、202keV和88keV三種能量級。

7.如權利要求5所述的測量頁巖氣井口流體質量流量的復合式裝置，其特征在于，伽馬射線發射器(8)到與之位置相對的檢測管道(7)的內壁的徑向距離在12.5mm至50mm之間。

8.如權利要求6所述的測量頁巖氣井口流體質量流量的復合式裝置，其特征在于，伽馬射線發射器(8)到與之位置相對的檢測管道(7)的內壁的徑向距離在12.5mm至50mm之間。

9.一種基于測量頁巖氣井口流體質量流量的復合式裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：使頁巖氣井口流體從三通管A(1)的入口端流入，經過工作狀態的文丘里流量計(3)或噴嘴流量計(4)；

S2：由差壓變送器(6)測得文丘里流量計(3)或噴嘴流量計(4)的入口端壓力P₁、喉部壓力P₂及壓差ΔP；

S3：頁巖氣井口流體通過檢測管道(7)，由伽馬射線發射器(8)發出射線沿檢測管道(7)徑向穿過頁巖氣井口流體，并由檢測管道(7)外壁的伽馬射線接收器(9)接收，測得氣相的質量相分率α_gas、油相質量相分率α_oil、水相質量相分率α_water；

S4:計算氣相、油相和水相的混合密度ρ：

ρ＝ρ_gas×α_gas+ρ_oil×α_oil+ρ_water×α_water；

式中：ρ_gas為氣相的混合密度，單位kg/m³；

ρ_oil為油相的混合密度，單位kg/m³；

ρ_water為水相的混合密度，單位kg/m³；

S5：計算頁巖氣井口流體總質量流量Q_m：

式中：β為當量直徑比；

D為文丘里流量計(3)或噴嘴流量計(4)入口管道直徑，單位mm；

d為文丘里流量計(3)或噴嘴流量計(4)喉部管道直徑，單位mm；

ε為壓縮系數；

C為流出系數；

τ為有差壓變送器(6)測得P₂/P₁比；

k為等熵系數；ΔP差壓值，單位為kPa；ρ為氣相、油相和水相的混合密度，kg/m³；S6：計算氣相、油相和水相各自的質量流量：

Q_gas＝Q_m·α_gas

Q_oil＝Q_m·α_oil

Q_water＝Q_m·α_water；

式中：Q_gas為氣相的質量流量，單位為kg/h，

Q_oil為油相的質量流量，單位為kg/h；

Q_water為水相的質量流量，單位為kg/h；

Q_m為頁巖氣井口流體總質量流量，單位為kg/h；

α_gas為氣相的質量相分率；

α_oil為油相質量相分率；

α_water為水相質量相分率。