CN102590028A - 一种多功能实验流体环道实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能环道实验装置。本发明提供的装置可以通过开启和关闭不同的阀门及设备仪表，完成管输原油粘温特性及其停输再启动特性的测试分析、两相流与三相流实验模拟、原油固相沉积实验模拟，以及含蜡原油、稠油、不同油品的混合油、油水混合液、油气水混合液、聚合物溶液等流体的管流特性与流动改进(即降粘减阻)效果评价，本发明装置可通过调节阀门开关改变实验流程，操作灵活，适应性强，主要设备及仪表的利用率高。

Description

一种多功能实验流体环道实验装置

技术领域

本发明涉及一种多功能实验流体环道实验装置。

背景技术

我国多数油田采出原油为稠油和含蜡油，油田采出液在开采过程中多以油水两相流或油气水三相流的形式存在，集输过程中多采用油水混输或油气水混输工艺。在原油开采和输送过程中，任何热效应、力效应、电效应或其它物理化学因素的变化都可能引起采出液中重有机物沉积及其流动特性的变化。原油及其采出液的流变特性、粘温特性是输油管道工艺设计的关键物理性质参数，蜡与沥青质等重有机物的固相沉积评价是输油管道安全保障的重要内容，它们的传统测试分析分别采用流变学手段与数值模拟方法，但评价结果与实际运行参数的吻合程度一般较低。

流体环道实验装置作为流体管流特性、流型、压降规律及固相沉积等方面的主要实验研究手段，其实验结果对输油管道的设计和操作运行具有很强的适用性和指导作用，对开采和输送过程中生产技术难题的解决具有极大的促进作用，在国内外都有广泛应用。比如，国内外很多研究中心相继建立了用于流体管路特性、含蜡油蜡沉积特性、含蜡油停输再启动、两相流和多相流等实验研究的各类环道实验装置，其中一些装置的测试分析功能比较单一、测试范围局限性较大，且操作复杂。对于特定功能的环道实验装置，往往可以很好解决相应的工程技术难题，但测试流体类型、测试方案、测试条件一旦发生改变，这类装置则难以适应，必须对其进行大规模改造或重建，主要设备的利用率较低。因此，非常有必要提供一种功能多、测试范围广、操作灵活、自动化程度高、参数测量准确的流体多功能环道实验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能实验流体环道实验装置。

本发明提供的一种多功能实验流体环道实验装置包括环形水槽；所述环形水槽的两个直槽的中部分别设有进水口和出水口；所述环形水槽内设有若干加热元件；所述环形水槽内设有供实验流体通过的环形管路；所述实验装置还包括油路、水路和气路，所述油路包括依次连接的油罐、油泵、质量流量计和若干阀门，所述油罐与所述环形管路的实验流体出口端相连通，并与所述环形管路的实验流体进口端相连通，所述油罐与所述环形管路的实验流体出口端相连通；所述水路包括依次连接的油气水分离罐、水泵、电磁流量计和若干阀门；所述气路包括依次连接的空气压缩机、储气罐、浮子流量计和若干阀门；所述油路、水路和气路的出口端相连通后依次通过静态混合器与所述环形管路的实验流体进口端相连通；所述环形管路的实验流体出口端通过辅助管路a与所述油气水分离罐相连通；所述油路通过辅助管路b与所述油气水分离罐相连通，该连通处位于所述油罐与油泵之间；所述油路通过辅助管路c与所述辅助管路a相连通，该连通处设于所述油罐与油泵之间；所述环形管路还与设于所述环形水槽外的倾斜水平管路相连通；所述倾斜水平管路的另一端与所述辅助管路a相连通。

上述的环道实验装置中，所述倾斜水平管路的中间部分管路段外套设有套管，所述套管与所述倾斜水平管路之间的环腔为冷却介质通道，以便模拟低温环境；且该环腔内设有若干个折流挡板，以保证制冷效果；所述倾斜水平管路的两端设有温度变送器，用于监测实验流体的温度变化。

上述的环道实验装置中，所述倾斜水平管路上于所述套管的两端通过金属软管连接一可视测试管段，从而使其在垂直方向上的倾角可在-90°～+90°之间的范围内进行调节。

上述的环道实验装置中，所述环形管路的直管段上设有差压变送器，实时测定测试段的压差变化；所述倾斜水平管路上设有压力变送器和压差变送器，实时测定测试段的压力和压差变化。

上述的环道实验装置中，所述环形水槽由槽体与槽盖组成；所述环形管路布置在所述环形水槽中，可由距所述环形水槽底部一定间隔的不锈钢支座支撑；所述环形水槽的外侧面上和外底面上均设有保温层，所述保温层内可填充复合硅酸盐保温棉，可减少热量的散失；所述保温层上设有防护层，可用1k银色玻纤板作防护层。

上述的环道实验装置中，所述槽盖可为夹层槽盖；所述夹层槽盖内可设有保温材料，所述保温材料可为复合硅酸盐保温棉。

上述的环道实验装置中，所述加热元件可设置在所述环形水槽的内侧；所述加热元件可为电加热器；所述电加热器可为均匀分布的，可使所述环形水槽中的水与所述环道内的实验流体始终处于均匀的温度场。

上述的环道实验装置中，所述环形水槽上设有液位计，用于控制水槽内的水位高于所述电加热元件，防止电加热元件暴露于空气中；所述环形水槽的侧壁上设有可视窗口，可观察所述环形水槽内环道内的流体的流型。

上述的环道实验装置中，所述油罐为设有罐盖的双层结构，所述罐盖上设电动搅拌器，所述油罐的底部为从圆周向其中心倾斜的锥形，该锥形的锥顶处设有出口，流体从罐底的锥顶流出；所述油罐的环空内(即内外层结构之间的腔体)可安装折流挡板，确保循环热水可充满环空和底部。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：

(1)功能强大：本发明装置集多种功能于一体，可完成管输原油粘温特性及其停输再启动实验，两相流实验，三相流实验，固相沉积实验，用于含蜡原油、稠油、不同油品的混合油、油水混合液、油气水混合液、聚合物溶液等流体的管输性能、流动改进(即降粘减阻)效果评价，主要设备及仪表的利用率高。

(2)操作灵活：本发明装置可通过阀门的切换实现不同的流程，完成不同的实验。可根据实验需要在实验前可方便选用安装或更换透明测试管段与不锈钢测试管段。倾斜管路系统结构简单，操作方便。此外，测试管段易拆卸清洗或整体清扫。

(3)适应性强：本发明装置立面倾角可调的可视测试管段可用于研究倾角对管流特别是多相流特性的影响，倾角范围在-90°～+90°之间，覆盖了不同倾斜度的油气管道，具有很强的适应性。

(4)测量准确：本发明装置采用国内外的先进设备和仪表，数据测量准确，通过控制面板和数据采集软件实现了数据实时采集。

(5)经济合理：本发明装置充分、合理利用实验室内空间，综合考虑了施工、操作、检修所需要的通道、场地、空间，满足施工、操作、检修的要求，符合设备仪表的安装要求，同时避免管道不必要的往返，降低能耗、节省钢材等投资。

(6)节水省电：本发明装置的热槽呈环形结构，采用电加热管加热，用水量省，耗电量低，热槽的密闭性好，保温可靠，能量散失少。

(7)温控可靠：环道两端安装有温度变送器，通过专门的控制单元及仪表，设置与控制实验流体的温度；电加热器均布在环形水槽内侧，环道置于环形水槽的水中，水从水槽长度方向的中间进出，通过适当的管道泵，可形成两道循环水流，使水槽中的水与环道流体始终处于均匀的温度场。

(8)安全耐用：实验流体在储罐及环道中均通过循环水调节温度，即使是易燃的油品，也不存在着火危险；水槽及环道可采用不锈钢材料，其耐腐蚀性强，经久耐用。

(9)扩展方便：本发明装置上设有预留口，扩展新功能简单方便，容易实现相关实验项目的需求，可充分提高主要设备及仪表的利用率，节省建设投资。

附图说明

图1为本发明的环道实验装置的结构示意图。

1油罐、2油泵、3质量流量计、4油气水分离罐、5水泵、6电磁流量计、7空气压缩机、8储气罐、9浮子流量计、10静态混合器、11套管、12环形水槽、13，14环形管路、15倾斜水平管路、16透明有机玻璃管段、17温度变送器、18差压变送器、19压力变送器、20气动阀门、21辅助管路a、22辅助管路b、23辅助管路c、24不锈钢耐压软管、25可视测试管段、V1～V12球阀、V13～V23 截止阀、V24～V26单向阀、V27～V32吹扫排污阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

本发明的环道实验装置包括环形水槽12，该环形水槽12由6段长方形槽(图中未示出)和2段半圆弧形槽(图中未示出)组成，各段之间通过焊接密封连接，恒温水槽的材质为304不锈钢；长方形槽和半圆弧形槽均由槽体与槽盖组成；环形水槽12内侧均匀布置加热元件(图中未示出)，用于加热循环水；环形水槽12的外侧壁上设有进水口(图中未示出)，其相对的侧壁上设有排水口(图中未示出)，可以将室温自来水从进水口进入环形水槽12内，从排水口排出，从而达到实验流体降温的目的；环形水槽12的两端各设有温度变送器17；环形水槽12内设有供实验流体通过的环形管路13和14；该环形管路13和14上设有差压变送器18；该实验装置还包括油路、水路和气路，油路包括依次连接的油罐1、球阀V1、油泵2、球阀V2、质量流量计3和球阀V3，油罐1与环形管路14相连通，两者之间设有球阀V5和球阀V6，球阀V3的出口端与环形管路13相连通；水路包括依次连接的油气水分离罐4、截止阀V15、水泵5、截止阀V16、电磁流量计6、截止阀V17和单向阀V25，油气水分离罐4通过辅助管路a21与环形管路14相连通，辅助管路a21上设有球阀V7和截止阀V13；油泵2分别通过辅助管路b22和辅助管路c23与油气水分离罐4和辅助管路a21相连通，辅助管路b22上设有球阀V11和球阀V12，辅助管路c23上设有球阀V8；气路包括依次连接的空气压缩机7、截止阀V18、储气罐8、截止阀V19、浮子流量计9、截止阀V20和单向阀V26；油路上质量流量计3与球阀V3之间的管路上与截止阀V14和单向阀V24连通后与水路上单相阀V25的出口端和气路上单向阀V26的出口端相连通，相连通的油路、气路和水路通过依次连接的静态混合器10和截止阀V21与环形管路13相连通；其中油罐1为设设有罐盖的双层结构，罐内可达到较高的工作压力，罐盖上设有电动搅拌器，其叶片分为三级，可防止油品或油气分层，其底部为从圆周向中心倾斜的锥形，该锥形的锥顶处设有出口，充分混合后的流体从锥顶排出；油罐1环空内(即内外层结构之间的腔体)安装有折流挡板，确保循环热水可充满环空和底部；环形管路14与设于该环形水槽外的水平倾斜管路15相连通，该水平倾斜管路15上设有压力变送器19和差压变送器18；该水平倾斜管路15的另一端与辅助管路a21相连通，两者相连通的管路上设有球阀V10，该连通处设于球阀V7和截止阀V13之间；水平倾斜管路15的中间管段上设有套管11，其两端部均设有温度变送器(图中未示出)，用于实现固相沉积实验；套管11与水平倾斜管路15之间的环空内设有折流挡板(图中未示出)，用于增强热交换效果；立面倾角可调的可视测试管段25通过锈钢耐压软管24与水平倾斜管路15相连通，其角度可在-90°～+90°之间调节；环形水槽15的外侧面上及外底面上、水槽外实验管路、油罐1、油气水分离罐4外均设有保温层，可以减少热量的散失，保温层内填充有复合硅酸盐保温棉，保温层外表面以1k银色玻纤板作为防护层；环形水槽12的槽盖为夹层槽盖，其内填充有复合硅酸盐保温棉；环形水槽12上设有一个液位计(图中未示出)，用于控制环形水槽12内的水位；环形水槽12的侧壁上设有一个可视窗口(图中未示出)，环形管路13和14的直形管路上设有4个透明有机玻璃管段16，用于观察水槽内实验管路中流体的流型。

上述多功能流体环道实验装置可实现六种实验。本发明装置可实现单相流实验，开启阀门V1～V6或开启阀门V1～V5、V7和V8，启动油泵2，实现单相流；本发明装置可实现油水两相流，开启油管路上的阀门V1、V2、V14和V24，开启水管路上的阀门V15、V16、V17和V25，开启混合段上的阀门V21，开启辅助管段上的阀门V4、V5、V7、V13、V12和V11，启动油泵2和水泵5，即实现油水两相流；本发明装置可实现气液两相流，开启水管路上的阀门V15、V16、V17、V25，开启气管路上的阀门V18、V19、V20、V26，开启混合段上的阀门V21，开启辅助管段上的阀门V9、V22、V23、V10、V13，启动水泵5和空气压缩机7，实现气液两相流；本发明装置可实现油气水三相流，开启油管路上的阀门V1、V2、V14、V24，开启水管路上的阀门V15、V16、V17和V25，开启气管路上的阀门V18、V19、V20和V26，开启混合段上的阀门V21，开启辅助管段上的阀门V9、V22、V23、V10、V13、V12、V11，启动油泵2、水泵5和空气压缩机7，实现油气水三相流；本发明装置可实现流体固相沉积模拟，开启阀门V1～V3，V9、V10、V7、V6和气动阀门20或开启阀门V1～V3、V9、V10、V8和气动阀门20，启动油泵2，实现流体固相沉积模拟；本发明装置可实现停输再启动实验，待套管11中充满实验流体后，关闭所有阀门，待原油凝固后，通过软管连通阀门V27和V31，开启阀门V18、V19、V27、V31和气动阀门20，向水平倾斜管路中通入压缩空气启动。本发明装置可通过开启V30实现环道实验取样；阀门V27与气路管线相连通，阀门V28～V32所在的排污管线可通过软管与阀门V27相连，可通过开启吹扫排污阀V27和吹扫排污阀V28～V32，实现相应管段的排污和吹扫。

本发明中的各设备，可以根据环形管路的最大长度和环道直径，确定油罐1、油气水分离罐4的体积和尺寸，及油泵2、空气压缩机7、静态混合器10、阀门的型号；实验装置还可以选用其它耐腐蚀性的材质和其它的保温材料；挡板个数和尺寸也可根据需要进行调节；本实验管段的壁厚和直径可根据设计压力和实验规模进行调整；环形水槽内的加热元件个数和功率也可根据需要进行调节；本装置选用的数据采集元件可根据压力、温度和管流流量选型。

Claims (9)

1.一种多功能实验流体环道实验装置，其特征在于：所述装置包括环形水槽；所述环形水槽的两个直槽的中部分别设有进水口和出水口；所述环形水槽内设有若干加热元件；所述环形水槽内设有供实验流体通过的环形管路；所述实验装置还包括油路、水路和气路，所述油路包括依次连接的油罐、油泵、质量流量计和若干阀门，并与所述环形管路的实验流体进口端相连通，所述油罐与所述环形管路的实验流体出口端相连通；所述水路包括依次连接的油气水分离罐、水泵、电磁流量计和若干阀门；所述气路包括依次连接的空气压缩机、储气罐、浮子流量计和若干阀门；所述油路、水路和气路的出口端相连通后依次通过静态混合器与所述环形管路的实验流体进口端相连通；所述环形管路的实验流体出口端通过辅助管路a与所述油气水分离罐相连通；所述油路通过辅助管路b与所述油气水分离罐相连通，该连通处位于所述油罐与油泵之间；所述油路通过辅助管路c与所述辅助管路a相连通，该连通处设于所述油罐与油泵之间；所述环形管路还与设于所述环形水槽外的水平倾斜管路相连通；所述水平倾斜管路的另一端与所述辅助管路a相连通。

2.根据权利要求1所述的环道实验装置，其特征在于：所述水平倾斜管路的中间部分管路段外套设有套管，所述套管与所述倾斜水平管路之间的环腔内设有若干个折流挡板；所述水平倾斜管路的两端设有温度变送器。

3.根据权利要求2所述的环道实验装置，其特征在于：所述倾斜水平管路上于所述套管的两端通过金属软管连接一可视测试管段，其在垂直方向上的倾角在-90°～+90°之间的范围内可调。

4.根据权利要求1-3中任一所述的环道实验装置，其特征在于：所述环形管路的直形管路上设有差压变送器；所述水平倾斜管路上设有压力变送器和差压变送器。

5.根据权利要求1-4中任一所述的环道实验装置，其特征在于：所述环形水槽由槽体与槽盖组成；所述环形水槽的外侧面上和外底面上均设有保温层；所述保温层上设有防护层。

6.根据权利要求1-5中任一所述的环道实验装置，其特征在于：所述槽盖为夹层槽盖；所述夹层槽盖内设有保温材料。

7.根据权利要求1-6中任一所述的环道实验装置，其特征在于：所述加热元件设置在所述环形水槽的内侧；所述加热元件为电加热器；所述电加热器为均匀分布的。

8.根据权利要求1-7中任一所述的环道实验装置，其特征在于：所述环形水槽上设有液位计；所述环形水槽的侧壁上设有可视窗口。

9.根据权利要求1-8中任一所述的环道实验装置，其特征在于：所述油罐为设有罐盖的双层结构；所述油罐的底部为从其圆周向其中心倾斜的锥形，该锥形的锥顶设有出口；所述油罐的环空内设有折流挡板。

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