CN102062296B - 胶凝原油水力悬浮输送实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是胶凝原油水力悬浮输送实验装置及其实验方法，属于油田低温胶凝原油水力悬浮输送技术，其中的胶凝原油水力悬浮输送实验装置的油井产出液管路安装有入口段制冷外套管和静态混合器，控温掺水支路安装有控温水箱，控温水箱内的水与来自静态混合器的整形后的颗粒状原油各自通过管线汇集到内循环环路；内循环环路安装有可观察混合物流型的透明玻璃管和用于控制原油和水的悬浮液进行循环的泵和阀门；油井产出液管路、控温掺水支路、内循环环路、回油分离管路构成模拟原油输送装置，内循环环路还是观测胶凝原油——水悬浮液的稳定性的独立循环的回路。本发明能够实现原油颗粒整形及混合液输送两种功能，兼制冷、加热于一体对实验环路进行控温，能同时进行流型观测。

Description

胶凝原油水力悬浮输送实验装置及其实验方法

一、技术领域：

本发明涉及的是油田低温胶凝原油水力悬浮输送技术，具体涉及的是胶凝原油水力悬浮输送实验装置及其实验方法。

二、背景技术：

胶凝原油水力悬浮输送的研究是以流体力学为基础，与传热学、力学、材料、计算机等学科相互交叉的一门跨学科复杂问题。属于动力工程及工程热物理之多相流领域。对于两相流和多相流而言，流型指的是相分布状况和结构特性，这是一个很重要的流动参数，影响着流动的力学性质和传热、传质特性，可见流型的研究是安全混输技术界限及压降温降计算方法研究的基础。

大庆油田所进行的不加热集输，除少数油井加低温原油分散减阻剂外，绝大部分加热集油进站温度控制在回油不低于32～35℃的技术界限。但随着油田进入高含水采油期，油井产液的综合含水已达到甚至超过90％，随着油井综合含水的上升，中转站加热炉耗气量呈急剧上升的趋势，主要是在原油加热输送的同时把大部分热能用于加热水上，造成了很大的热能浪费。由于水包油流型可以降低管道中的压降，不加热集输技术又可以节能，能否使得水包油流型与以往的不加热技术相结合，开发一种新型的油田不加热集输技术成为油田节能的目标。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种胶凝原油水力悬浮输送实验装置，它用于解决目前胶凝原油颗粒水力悬浮输送缺乏技术理论支持的问题，本发明的另一个目的是提供这种胶凝原油水力悬浮输送实验装置的实验方法。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：这种胶凝原油水力悬浮输送实验装置由油井产出液管路、控温掺水支路、静态混合器、回油分离管路、内循环环路构成，油井产出液管路安装有入口段制冷外套管和静态混合器，控温掺水支路安装有控温水箱，控温水箱内的水与来自静态混合器的整形后的颗粒状原油各自通过管线汇集到内循环环路；内循环环路安装有可观察混合物流型的透明玻璃管和用于控制原油和水的悬浮液在回路中进行循环的泵和阀门；回油分离管路连接至内循环环路末端，回油分离管路上安装有垂直玻璃管；油井产出液管路、控温掺水支路、内循环环路、回油分离管路构成模拟原油输送装置，内循环环路还是观测胶凝原油——水悬浮液的稳定性的能够独立循环的回路。

上述方案中内循环环路由水平玻璃管、弯头玻璃管、塑料软管、压力表、螺杆泵、蛇形管、温度计通过管线连接而成。内循环环路的末端是弯曲的蛇形钢管，蛇形管后安装阀门，蛇形管前安装有螺杆泵和螺杆泵旁通管，螺杆泵旁通管安装有旁通阀，螺杆泵前的管路上还安装有水平玻璃管和弯头玻璃管，弯头玻璃管安装在管路的拐角处，前面和管线上安装有压力表和温度计，水平玻璃管后面的管线上安装压力表。弯曲的蛇形管相比于相同长度的直管来说，可以减少占地面积。

更进一步的是，内循环环路是水平安装的框形回路，水平玻璃管前、后的管路上各安装一段塑料软管，其中一段塑料软管与水平玻璃管在同一边上，另一段塑料软管与螺杆泵在同一边上。这样，可将两段塑料软管之间的管路及水平水平玻璃管向上倾斜，使水平玻璃管变为向上倾斜的玻璃管，如此，可模拟实际油田生产中因地势不平导致的管线倾斜情况，观察到管线倾斜时，油液的流型情况。

更进一步的是，水平玻璃管向上倾斜的范围在0～45度之间，水平玻璃管前后安装阀门，可以观测调节阀门对管道中流体流动的影响。

更进一步的是，水平玻璃管可以是渐缩渐扩玻璃管。

更进一步的是，内循环环路的蛇形管处并联安装一个旁通管，旁通管上设置阀门，这样，内循环环路即可实现通过蛇形管进行循环，以便于测压，而当在不测压时，内循环环路又可实现通过上述的旁通管进行循环，此时无需经过蛇形管，也方便了对蛇形管的更换或维修。

上述方案中控温掺水支路由控温水箱、温控装置、掺水泵、温度计、流量计、水阀通过管线连接构成，控温掺水支路连接至油井产出液管路的控制阀之前。

上述方案中油井产出液管路由油井采出水箱、油井采出油箱、空气压缩机、油泵、水泵、流量计、三相混合器、温度计、静态混合器通过管线连接构成，静态混合器安装在油井产出液管路的末端，静态混合器前端的管线带有入口段制冷外套管，静态混合器与入口段制冷外套管之间安装有压力表和温度计，静态混合器后端的管线上安装有压力表、油井产出液管路的控制阀和入口玻璃管，入口玻璃管的另一端连接可观察混合物流型的内循环环路；油井采出油箱的出口管线外包有电加热装置，入口段制冷外套管与温控装置通过管线连接成制冷回路。

上述方案中回油分离管路由垂直玻璃管、阀门、油水分离器通过管线连接构成，回油分离管路连接至内循环环路末端的阀门前面，垂直玻璃管的前、后均安装有压力表。

上述胶凝原油水力悬浮输送实验装置的实验方法，通过将静态混合器安装在油井产出液支路末端，使原油变为颗粒状，并直接打入到内循环环路中，与控温掺水支路中的0-40℃水进行混合形成胶凝原油——水悬浮液，在内循环环路中循环，通过改变静态混合器的结构整形出不同尺寸的原油颗粒，并调整管路中的温度、压力、油水比率等参数，利用内循环环路中的水平玻璃管、管路拐角处的弯头玻璃管、压力表、温度计对配制好的胶凝原油——水悬浮液的稳定性进行监控，得到适合油田现场的胶凝原油水力悬浮输送工艺。

有益效果：

本发明能够实现原油颗粒整形及混合液输送两种功能，本发明兼制冷、加热于一体对实验环路进行控温，能同时对入口段、水平管段、弯头处以及垂直管段进行流型观测，水平管段还可以调节角度0～45度。

四、附图说明：

图1是本发明中第一种胶凝原油水力悬浮输送实验装置的结构示意图；

图2是本发明中第二种胶凝原油水力悬浮输送实验装置的结构示意图。1控温水箱  2入口玻璃管  3循环段制冷外套管  4弯头玻璃管  5塑料软管  6水平玻璃管  7补液水箱  8泵前泄压放气压力表  9流量计10垂直玻璃管  11油水分离箱  12油井采出水箱  13油井采出油箱  14空气压缩机  15蛇形管  16三相混合器  17入口段制冷外套管  18静态混合器19控温装置  20排气口  21水阀  22控制阀  23旁通阀  24阀门  25阀门26掺水泵  27水泵  28油泵  29螺杆泵  30渐缩渐扩玻璃管

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例1：

如图1所示，这种胶凝原油水力悬浮输送实验装置由油井产出液管路、控温掺水支路、静态混合器、回油分离管路、内循环环路构成，油井产出液管路用以模拟油井采出液的实际温度和流动状况，并利用静态混合器18整形成颗粒状原油，与控温掺水支路中注入的15℃的凉水进行混合形成胶凝原油——水悬浮液；控温掺水支路用于提供热水或凉水，利用入口段制冷外套管17对管线的混合液进行降温达到实际油井产出液的温度；回油分离管路用于模拟油井采出液收集过程中的情况，并观察悬浮液在垂直方向上流动时的流型情况；内循环环路用于观测胶凝原油——水悬浮液的稳定性，确定特定压力、温度条件下最为稳定悬浮液中的胶凝原油颗粒直径大小。

油井产出液管路由油井采出水箱12、油井采出油箱13、油泵28、水泵27、空气压缩机14、三相混合器16、入口段制冷外套管17、静态混合器18通过管线连接构成，油气水三相通过水泵27、油泵28和空气压缩机14打入到三相混合器16中，水泵27与三相混合器16之间安装有流量计和温度计；油井采出油箱13的出口管线外包有电加热装置，油泵28与三相混合器16之间也安装有流量计和温度计；油井产出液管路的末端安装静态混合器18，静态混合器18前端的管线带有入口段制冷外套管17，静态混合器18前后安装温度计和压力表、油井产出液管路的控制阀22和入口玻璃管2，入口玻璃管2的另一端连接可观察油液流型的掺水环路，静态混合器18还与空气压缩机14连接；入口段制冷外套管17与温控装置19通过管线连接成制冷回路，油井采出油箱13有排气孔20，三相混合器16和静态混合器18之间安装流量计和和温度计

内循环环路是水平安装的框形回路，内循环环路的末端为一段连续弯曲的用于测压的蛇形管15，蛇形管15前、后均安装压力表测量管线压降，该蛇形管15相当于管路中设置45m长的直管段用来测量压降，它可由直钢管两端均连接弯钢管来实现连续弯曲延伸，直钢管与弯钢管采用法兰连接，这样可以更换不同材质进行管道摩擦阻力的测试。蛇形管15后连接阀门24，蛇形管15前安装螺杆泵29和螺杆泵旁通管，螺杆泵旁通管路上安装有旁通阀23，螺杆泵29前安装有泵前泄压放气压力表8，泵前泄压放气压力表8前有一个补液水箱7，螺杆泵29前的管路上还安装有水平玻璃管6和弯头玻璃管4，弯头玻璃管4安装在管路的拐角处；水平玻璃管6前、后的管路上各安装一段塑料软管5，其中一段塑料软管5与水平玻璃管在同一边上，另一段塑料软管5与螺杆泵29在同一边上。水平玻璃管6向上倾斜的范围在0～45度之间；水平玻璃管6前后安装有压力表和温度计。内循环环路的管线外包有保温棉，以防止管线内的介质与外界进行热量交换，不能保持实验所要求的温度，另外，为了进一步确保内循环环路的管线的温度达到要求，维持内循环环路中的混合液温度不变，在管线的一个部位处设置入口段制冷外套管3，入口段制冷外套管3与温控装置19通过管线连接成制冷回路。

控温掺水支路由控温水箱1、温控装置19、掺水泵26、温度计、水阀21通过管线连接构成，控温支路的末端连接到油井产出液支路的静态混合器18后面，控温掺水支路的末端安装水阀21。

回油分离管路由垂直玻璃管10、阀门25、油水分离器11通过管线连接构成，垂直玻璃管10的前、后均安装有压力表测压，回油分离管路连接至掺水环路末端的阀门24前面，油水分离器11密闭，且有排气孔。

本发明中的玻璃管均为透明的玻璃管，可以清晰地看见管内的液体状态。

上述胶凝原油水力悬浮输送实验装置的实验方法，通过将静态混合器18安装在油井产出液支路末端，使原油变为颗粒状，与掺水支路的15℃凉水进行混合形成胶凝原油——水悬浮液，然后打入到内循环环路中进行连续运行，通过调整静态混合器整形颗粒的大小，同时实验控制管路中的温度、压力、油水比率等参数，利用内循环环路中的水平玻璃管6、管路拐角处的弯头玻璃管4、压力表、温度计对胶凝原油——水悬浮液进行监测，得到适合油田现场的胶凝原油水力悬浮输送工艺。具体为：

1、实验开始前对管线进行试运行，利用清水按照实验流程操作一遍，检查管线密封性、可视化效果、压力表温度表是否正常显示以及各管路中泵的工作效果等；

2、对每口泵进行变频调节实验，记录下每口泵在不同频率下输送清水的流量，已备今后调节管路中掺混液体比例进行准备；

3、将各容器中充满相应的流体准备实验；

4、使用温控装置19将控温水箱1中的水制冷到实验所需温度备用，

5、将水阀21、控制阀22、旁通阀23、回油分离管路中的阀门25开启，关闭内循环环路中的阀门24；

6、使用温控装置19将油井采出油箱13中的胶凝原油进行加热，恢复原油的流动能力，开启掺水泵26、水泵27、油泵28，油井采出油箱13和油井采出水箱12中的油水两相经三相混合器16混合后，进入入口制冷段17进行降温以模拟油井采出液的实际温度和流动状况，通过静态混合器18整形成颗粒状原油，与管路中注入的15℃的凉水进行混合形成胶凝原油——水悬浮液；

7、对入口玻璃管2内的胶凝原油——水悬浮液的流动状态进行观测，并用高速摄影设备进行流型的采集，待流动稳定后观测垂直玻璃管段10中混合液的流动形态并进行流型及数据采集，同时拍摄立管上的油水悬浮液流型；

8、关闭掺水泵26、水泵27、油泵28，开启内循环环路中的阀门24、螺杆泵29，同时关闭水阀21、控制阀22、旁通阀23、回油分离管路中的阀门25，由此形成胶凝原油——水悬浮液在内循环环路中的循环流动状态；

9、保持循环持续、稳定运行，待内循环环路中的液体流动稳定后，用高速摄影设备和温度、压力仪表对弯头玻璃管4、水平玻璃管6以及倾斜后的玻璃管6进行流动型态和流动参数采集，观查胶凝原油——水悬浮液在流动过程中的稳定情况；

10、通过调整静态混合器18的型号来控制胶凝原油颗粒的直径大小，并通过长时间的运行通过可视化透明水平、弯头以及倾斜管观测胶凝原油——水悬浮液的稳定性，由实验确定最为稳定悬浮液中的胶凝原油颗粒直径大小；

11、实验进行期间使用温控装置19将控温水箱1中的水加热到70℃左右，以备内循环实验后清洗管路使用。

实施例2：

如图2所示，这种胶凝原油水力悬浮输送实验装置与图1提供的装置不同之处在于，内循环环路的结构有不同，其一为：水平玻璃管是渐缩渐扩玻璃管30，渐缩渐扩玻璃管30前后安装阀门；其二为：蛇形管15处并联安装一个旁通管，旁通管上设置阀门。其它结构均相同。

Claims (2)

1.一种胶凝原油水力悬浮输送实验装置，其特征在于：这种胶凝原油水力悬浮输送实验装置由油井产出液管路、控温掺水支路、静态混合器（18）、回油分离管路、内循环环路构成，油井产出液管路安装有入口段制冷外套管（17）和静态混合器（18），控温掺水支路安装有控温水箱（1），控温水箱（1）内的水与来自静态混合器（18）的整形后的颗粒状原油各自通过管线汇集到内循环环路；内循环环路安装有可观察混合物流型的透明玻璃管和用于控制原油和水的悬浮液在回路中进行循环的泵和阀门（24）；回油分离管路连接至内循环环路末端，回油分离管路上安装有垂直玻璃管（10）；油井产出液管路、控温掺水支路、内循环环路、回油分离管路构成模拟原油输送装置，内循环环路还是观测胶凝原油——水悬浮液的稳定性的能够独立循环的回路。

2.根据权利要求1所述的胶凝原油水力悬浮输送实验装置，其特征在于：所述的内循环环路末端的蛇形管（15）后安装阀门（24），蛇形管（15）前安装有螺杆泵（29）和螺杆泵旁通管，螺杆泵（29）旁通管上安装有旁通阀（23），螺杆泵（29）前的管路上还安装有水平玻璃管（6）和弯头玻璃管（4），弯头玻璃管（4）安装在管路的拐角处，水平玻璃管（6）前面的管线上安装有压力表和温度计，水平玻璃管（6）后面的管线上安装压力表。

3、根据权利要求2所述的胶凝原油水力悬浮输送实验装置，其特征在于：所述的内循环环路是水平安装的框形回路，水平玻璃管前、后的管路上各安装一段塑料软管（5），其中一段塑料软管（5）与水平玻璃管（6）在同一边上，另一段塑料软管（5）与螺杆泵（29）在同一边上。

4、根据权利要求3所述的胶凝原油水力悬浮输送实验装置，其特征在于：所述的水平玻璃管（6）向上倾斜的范围在0~45度之间，水平玻璃管（6）前后安装阀门。

5、根据权利要求3所述的胶凝原油水力悬浮输送实验装置，其特征在于：所述的水平玻璃管（6）可以是渐缩渐扩玻璃管（30）。

6、根据权利要求2所述的胶凝原油水力悬浮输送实验装置，其特征在于：所述的内循环环路的蛇形管（15）处并联安装一个旁通管，旁通管上设置阀门。

7、根据权利要求1或2或3所述的胶凝原油水力悬浮输送实验装置，其特征在于：所述的控温掺水支路由控温水箱（1）、温控装置（19）、掺水泵（26）、温度计、流量计、水阀（21）通过管线连接构成，控温掺水支路连接至油井产出液管路的控制阀（22）之前。

8、根据权利要求7所述的胶凝原油水力悬浮输送实验装置，其特征在于：所述的油井产出液管路由油井采出水箱（12）、油井采出油箱（13）、空气压缩机（14）、油泵（28）、水泵（27）、流量计（9）、三相混合器（16）、温度计、所述静态混合器（18）通过管线连接构成，所述静态混合器（18）安装在油井产出液管路的末端，所述静态混合器（18）前端的管线带有入口段制冷外套管（17），所述静态混合器（18）与入口段制冷外套管（17）之间安装有压力表和温度计，所述静态混合器（18）后端的管线上安装有压力表、油井产出液管路的控制阀（22）和入口玻璃管（2），入口玻璃管（2）的另一端连接可观察混合物流型的内循环环路；油井采出油箱（13）的出口管线外包有电加热装置，入口段制冷外套管（17）与所述温控装置（19）通过管线连接成制冷回路。

9、根据权利要求7所述的胶凝原油水力悬浮输送实验装置，其特征在于：所述的回油分离管路由垂直玻璃管（10）、阀门（25）、油水分离器（11）通过管线连接构成，回油分离管路连接至内循环环路末端的阀门（24）前面，垂直玻璃管（10）的前、后均安装有压力表。

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