具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请实施方式作进一步地详细说明。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。

本申请实施例公开一种湿气两相流量计量装置。

作为湿气两相流量计量装置的一种实施方式，如图1所示，湿气两相流量计量装置包括包含至少一个弧形段12的管道1，管道1可以设置为U型、Ω型等具有弧形段12的管道1，具体的，管道1包括输入管11、至少一个弧形段12以及输出管13，弧形段12的输入端与输入管11连接，弧形段12的输出端与输出管13连接；且弧形段12为同一圆心的管路，可以设置为优弧，也可以设置为劣弧。

在石油开采过程中，油气井完成后，湿气通过管道1从油气井流出，湿气流至弧形段12时，在弧形段12内做离心运动，气体在弧形段12的内凹侧移动，液体在离心力的作用下向弧形段12的外凸侧移动，实现气液分离。

另外，管道1在使用的过程中，弧形段12呈水平状态，有效减少液体在流动过程中的重力影响，从而便于提高湿气在弧形段12的气液分离效果。

参照图1和图2，计量装置还包括安装在弧形段12内的第一压力获取模块4、设置在输出管13内的第二压力获取模块2、设置在输出管13内的温度获取模块3以及控制模块6。控制模块6分别与第一压力获取模块4、第二压力获取模块2以及温度获取模块3连接。

具体的，第一压力获取模块4包括设置在第一取压点7的第一压力获取单元与设置在第二取压点8处的第二压力获取单元，用于获取第一取压点7与第二取压点8之间的第一测量压差。

作为第一压力获取模块4的一种实施方式，第一压力获取模块4包括集成有第一压力获取单元与第二压力获取单元的第一差压传感器41，第一压力获取单元与第二压力获取单元均设置为压力传感器，第一差压传感器41的一端与第一取压点7连接，另一端与第二取压点8连接；且第一差压传感器41与控制模块6连接。其中，第一取压点7位于弧形段12内凹侧的最凹点，最凹点为弧形段12内凹侧的中点；第二取压点8位于弧形段12出口端的内凹侧。

第一差压传感器41用于获取第一取压点7与第二取压点8之间的第一测量压差，并将第一测量压差发送至控制模块6。

作为第一压力获取模块4的另一种实施方式，第一压力获取模块4包括控制器、设置在第一取压点7的第一压力获取单元与设置在第二取压点8处的第二压力获取单元，具体的，第一压力获取单元设置为第一压力传感器，第二压力获取单元设置为第二压力传感器，第一压力传感器与第二压力传感器分别与控制器连接，控制器与控制模块6连接。

第一压力传感器用于测量第一取压点7处的第一压力，并将第一压力发送至控制器；第二压力传感器用于测量第二取压点8处的第二压力，并将第二压力发送至控制器。控制器接收第一压力与第二压力，并计算第一压力与第二压力的差值得到第一测量压差，并将第一测量压差发送至控制模块6。

其中，第二压力获取模块2设置为气体压力传感器21，气体压力传感器21设置在输出管13靠近输入管11的一侧，用于获取气体压力，并将气体压力发送至控制模块6。温度获取模块3设置为温度传感器31，温度传感器31设置在输出管13靠近输入管11的一侧，用于获取气体温度，并将气体温度发送至控制模块6，控制模块6接收气体压力与气体温度，并输出气体密度。

控制模块6根据得到第一测量压差与气体密度输出气体体积流量。

作为湿气两相流量计量装置的另一种实施方式，如图1和图2所示，湿气两相流量计量装置还包括第三压力获取模块5，第三压力获取模块5包括安装在第三取压点9的第三压力获取单元，用于获取第三取压点9的压力值，并根据第一取压点7的取压值与第三取压点9的压力值输出第二测量压差。

作为第三压力获取模块5的一种实施方式，第三压力获取模块5包括集成有第一压力获取单元与第三压力获取单元的第二差压传感器51，且第一压力获取单元与第三压力获取单元均设置为压力传感器。第二差压传感器51的一端与第一取压点7连接，另一端与第三取压点9连接，第二差压传感器51与控制模块6连接；其中第三取压点9位于弧形段12内的外凸侧的最凸点，最凸点为弧形段12外凸侧的中点，且同一弧形段12的最凹点与最凸点相对应。

第二差压传感器51用于获取第一取压点7与第三取压点9之间的第二测量压差，并将第二测量压差发送至控制模块6。

作为第三压力获取模块5的另一种实施方式，第三压力获取模块5包括设置在第三取压点9处的第三压力传感器，第三压力传感器与控制器连接。

第三压力传感器用于测量第三取压点9处的第三压力，并将第三压力发送至控制器。控制器接收第一压力与第三压力，计算第一压力与第二压力的差值得到第二测量压差，并将第二测量压差发送至控制模块6。

基于上述湿气两相流量计量装置，本申请实施例还公开了一种湿气两相流量计量方法。

作为湿气两相流量计量方法的一种实施方式，结合图3，包括以下步骤：

S1、获取第一取压点7以及第二取压点8的第一测量压差，其中第一取压点7与第二取压点8均位于同一弧形段12的内凹侧；

作为第一测量压差获取方法的一种实施方式，控制模块6接收第一差压传感器41发送的第一取压点7与第二取压点8之间的第一测量压差。

其中，湿气流过至少一个弧形段12的管道1，在弧形段12做离心运动，气体在弧形段12的内凹侧移动，液体在离心力的作用下向弧形段12的外凸侧移动，实现气液分离。在气液分离的瞬间获取弧形段12内凹侧的第一测量压差，有效减少气体中的含液率，便于精确的获取第一测量压差。

S2、获取管道1内的气体压力以及气体温度；

控制模块6接收气体压力传感器21发送的气体压力以及温度传感器31发送的气体温度。

具体来说，湿气在气液分离后通过弧形段12移动至输出管13，气体在离心力的作用下在弧形段12内凹侧移动，并在输出管13靠近输入管11的一侧移动，通过获取内侧的气体压力以及气体温度，有效减少气液混合影响测量精度的可能。

需要说明的是，步骤S1和S2没有顺序要求，可以同时执行，也可以以任意顺序依次执行。

S3、根据气体压力以及气体温度，得到气体密度；

根据管道内的气体压力以及气体温度，结合PVT方程PV＝nRT可知，气体密度与气体压力成正比，与温度成反比。由此可知，压力和温度是获取气体密度的关键量。

作为气体密度获取方法的一种实施方式，根据公式得到气体体积，其中，n为气体摩尔系数，T为气体温度，P为气体压力；R＝8.314J·mol^-1·K^-1，称为摩尔气体常数。

根据公式得到气体摩尔体积，并根据公式得到气体密度，m为气体摩尔质量。由于湿气中的主要成分为天然气，且天然气的气体摩尔质量为16g/mol。

作为气体密度获取方法的另一种实施方式，当压力较高时，理想气体状态方程不再适用。在理想气体状态方程出现偏差的工况环境下，需引入压缩因子Z作为修正。

其中，压缩因子的定义式为：其中V_m，真实为真实气体摩尔体积，V_m，理想为理想气体摩尔体积。压缩因子Z是理想气体状态方程用于实际气体时必须考虑的一个校正因子，是同样条件下真实气体摩尔体积与理想气体摩尔体积的比值，它的大小反映出真实气体偏离理想气体的程度。理想气体的Z值在任何条件下恒为1；Z小于1说明相同条件下的真实气体摩尔体积小于理想气体摩尔体积，且真实气体较理想气体易压缩；Z大于1说明相同条件下的真实气体摩尔体积大于理想气体摩尔体积，且真实气体较理想气体难压缩。

通过气体压力传感器21获取管道内气体压力P，通过温度传感器31获取管道内的气体温度T。根据公式得到对比温度T_r，其中，T_c为临界温度，即气体能够液化所允许的最高温度；根据公式得到对比温度P_r，其中，P_c为临界压力，即在T_c下使气体液化所需的最低压力。以甲烷为例，T_c＝-82.62℃，P_c＝4.596MPa。

结合图4，根据T_r以及P_r在压缩因子图中获取与T_r以及P_r对应的压缩因子Z。

例如：乙烷的T_c＝32.18℃，P_c＝4.872MPa，T＝80℃，P＝6.24MPa，则 在压缩因子图上作辅助线，估计T_r＝1.157，P_r＝1.28时对应的Z值，其中Z＝0.64。

根据公式V_m，得到真实气体摩尔体积，最终根据公式得到气体密度，从而便于获取真实气体的气体密度，进而便于提高气体密度的精确度。

S4、根据第一测量压差以及气体密度，得到气体体积流量。

作为气体体积流量的一种实施方式，根据公式 计算气体体积流量Q，其中，ΔP1为所述第一测量压差的绝对值，ρ_气为气体密度，k1为测量系数，且k1与管道的形状以及管道内径有关。

为提高第一测量压差的测量精度，更进一步地，如图1所示，第一取压点7位于弧形段12内凹侧的最凹点，第二取压点8位于弧形段12内凹侧的出口端，其中，最凹点为弧形段12内凹侧的中点。

需要说明的是，湿气在弧形段12内做离心运动时，在弧形段12内凹侧的最凹点达到最佳的气液分离效果，气液分离后，由于气体的移动速度更快，且气体在弧形段12的内凹侧移动，进一步减少气体中的含液率，从而便于提高气体体积流量的测量精度。

由于湿气是气液混合液体，虽然在对湿气进行气液分离后，管道1内仍存在有液体，会对由第一测量压差获得的气体体积流量造成误差，需要对气体体积流量进行修正处理。

作为修正处理的一种实施方式，包括以下步骤：

S41、获取第一取压点7以及第三取压点9的第二测量压差，其中第三取压点9位于弧形段12内的外凸侧。

具体的，通过在第一取压点7以及第三取压点9处设置的第二差压传感器51获取弧形段12内凹侧与外凸侧之间的压差。

S42、根据第一测量压差与第二测量压差，得到由液体带来的差压实际值。

具体来说，在纯气状态下，第一取压点7与第二取压点8之间测得的第一测量压差ΔP1与气体体积流量Q1存在函数关系，即第一取压点7与第三取压点9之间测得的第二测量压差ΔP2与气体体积流量Q1也存在有相似的函数关系，即其中k2为测量系数，且k2与管道的形状以及管道内径有关。由此可知则

在湿气状态下，由气体带来的差压实际值为ΔP2，根据公式ΔP3'＝ΔP3+ΔP2得到由液体带来的差压测量值，其中ΔP3为由液体带来的差压实际值，从而得到

S43、根据由液体带来的差压实际值，得到湿气的含液率。

具体的，液体在离心力的作用下向弧形段12内的外凸侧移动，气体在弧形段12内的内凹侧移动。第一测量压差为弧形段12内凹侧的压差，与气体的流速有关；第二测量压差为弧形段12内凹侧与外凸侧之间的压差，与气体的流速以及含液率有关，即在气体流速一定的情况下，第二测量压差与含液率成正相关。

需要说明的是，湿气在管道1内输送的过程中，具有一定的流速，若流速小于预设阈值的情况下不足以造成液体因离心作用分布于弧形段12的外凸侧；若流速大于预设阈值的情况下，液体会在弧形段12形成弯月面几何分布，贴于弧形段12的外凸侧；其中，液体与弧形段12接触处液面发生弯曲，其弯曲部分称为弯月面。

忽略重力影响，弯月面的最大厚度之处为弧形段12外凸侧的中点，即第三取压点9处。在液体与弧形段12接触处形成弯月面的情况下，测量弯月面的最大厚度，并计算弯月面的面积，进而基于弯月面的面积得到截面液面积的占比，即含液率。

其中，S43中含液率的获取方法包括：

S431、根据公式得到液体厚度，其中，ΔP3为由液体带来的差压实际值，r为曲率半径，Q1为气体体积流量，D为弧形段(12)管径，ρ_液为液体密度；

作为弯月面的最大厚度获取方法的一种实施方式，由于ΔP3由液体作离心运动带来的离心力作用得到，则其中m₁为液体质量，r为曲率半径，v_液为液体速度，s为取压面积；曲率半径r是弧形段12的几何约束，使得曲率半径r已知。且m₁＝v1×ρ_液，v1为第三取压处液体积，ρ_液为液体密度。

由得到气体速度 在忽略气液流速差的情况下，液体速度 则 其中D为弧形段12的管径，H为液体厚度，即弯月面的最大厚度。

S432、以液体厚度为圆心距，在弧形段12内凹侧与外凸侧形成等半径圆，获取等半径圆的面积与两个等半径圆的重叠部分面积。

以弧形段12的管径为直径，将弧形段12的内凹侧与外凸侧看作两个错开的等半径圆，其中H为圆心距，由几何公式推导出两个错开的等半径圆的重叠部分面积，即其中，R为等半径圆的半径，

S433、基于等半径圆的面积与两个等半径圆的重叠部分面积，得到弯月面面积，其中，弯月面面积为液体在弧形段12内的截面积。

具体的，弯月面面积S_m＝S1-S_d＝πR²-S_d，其中S1为等半径圆的面积。

S434、基于所述弯月面面积与等半径圆的面积，得到含液率。

具体来说，根据公式得到含液率δ_液。

S44、基于含液率，得到湿气的含气率。

通过公式δ_气＝1-δ_液得到含气率δ_气。

S45、根据含气率与气体体积流量，得到修正后的气体体积流量。

具体来说，将由第一测量压差获得的气体体积流量与湿气的含气率相乘，得到修正后的气体体积流量Q2,即

作为湿气两相流量计量方法的另一种实施方式，在忽略气液流速差的情况下，基于弯月面面积与液体速度可得到液体体积流量Q3，即其中，S_d为两个等半径圆的重叠部分面积，D为弧形段12的管径。便于同时检测气体体积流量与液体液体流量，从而便于提高适用性。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。