CN104515836B - 一种测试管材抗结垢结蜡性能的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测试管材抗结垢结蜡性能的方法及装置，耐蚀离心泵通过输送管路一端与试验介质池另一端和试验管段连通，试验管段另一端经输送管路与试验介质池连通，耐蚀离心泵与试验管段之间的输送管路上安装有流量控制阀门和数显液体流量计；试验介质池中设置有用于控制试验介质温度的温度控制系统；通过设置流量控制阀门和数显液体流量计，可考察介质流速对管材抗结垢结蜡性能的影响，通过添加温度控制系统，可考察介质温度对管材抗结垢结蜡性能的影响，本发明充分考虑模拟管材实际输送时的结垢结蜡条件，设计合理，试验装置结构简单，具有操作方便，快速直观的特点。

Description

一种测试管材抗结垢结蜡性能的方法及装置

技术领域

本发明涉及管材抗结垢结蜡性能测试技术领域，特别涉及一种测试管材抗结垢结蜡性能的方法及装置。

背景技术

在油田开发过程中，随着地层压力的下降、开采过程中气油比的降低、地层温度的下降等因素的变化，使油井生产过程中产生蜡和大量的垢。当油田开发进入中高含水期，结蜡结垢成为油井生产过程中的一个常见的破坏性问题，结蜡结垢可能发生在油井系统的任何位置，如井筒内或地层中，地面注水设备的结垢可以造成堵塞，而地层内结垢会引起地层伤害，而垢又会引起油井盐卡、盐堵、抽油杆断脱现象频繁发生，严重时造成油井大修，使油井生产无法正常进行。另外，对于地面输送管线，输送介质中的蜡质以及无机盐会沉积在管壁上，形成结蜡结垢层，因而减小了管道的过流面积，增大了输送阻力。

由此可知，结垢结蜡现象己成为制约原油生产和运输的重要因素。因此，油井和输送用管材的抗结垢结蜡性能引起了广大研究人员的高度重视，而建立管材抗结垢结蜡性能的试验评价方法则成为研究其抗结垢结蜡性能的重要基础。

当前仅有的评价抗结垢结蜡性能的方法为高温高压釜试验方法。该方法模拟油井介质环境条件，将管环试样置入高温高压釜内，通过控制温度、压力和气体成分来实现静态或动态等不同工况条件下材料抗结垢结蜡性能的模拟。但该方法操作步骤繁琐，存在较高的安全隐患，且对试验设备要求极高、试验装置造价昂贵、试验成本较高，不具有通用性。最重要的是，该方法不能真实模拟和评价油气田输送介质在管材内部流通时的结垢结蜡情况。

发明内容

本发明针对现有检测技术的不足，提供了一种能够真实模拟输送环境，试验装置结构简单、操作方便、测试快速直观的测试管材抗结垢结蜡性能的方法及装置。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现：

一种测试管材抗结垢结蜡性能的装置，包括试验介质池、耐蚀离心泵和温度控制系统，耐蚀离心泵一端通过输送管路与试验介质池、耐蚀离心泵另一端通过输送管路和试验管段连通，试验管段另一端经输送管路与试验介质池连通，试验介质池内的液态试验介质经耐蚀离心泵驱动流经试验管段后再回到试验介质池中形成循环通路，模拟管材输送流体的效果；所述耐蚀离心泵与试验管段之间的输送管路上安装有流量控制阀门和数显液体流量计；试验介质池中设置有用于控制试验介质温度的温度控制系统。

所述试验管段设置为多试验管段系统，耐蚀离心泵通过多路输送管路分别与每个试验管段连通，每个试验管段试验介质进口端均安装有流量控制阀门。

所述试验管段的试验介质出口端安装有液体流量传感器，流量采集系统与液体流量传感器连接。

所述耐蚀离心泵与试验管段之间的输送管路上安装有过压保护装置，当试验装置压力到达极限设定值时控制耐蚀离心泵自动断电。

所述过压保护装置由电接点压力表和继电器组成，继电器与耐蚀离心泵连接控制耐蚀离心泵自动断电。

所述试验管段通过组装连接装置与输送管路连接固定，所述组装连接装置包括机架，机架上安装有固定夹具，试验管段一侧输送管路通过法兰连接于固定夹具上，固定夹具为对开式结构，分为上下两部分，上半部分通过夹具螺栓安装在夹具上，下半部分上通过夹紧螺栓固定有多个夹紧块，通过旋紧夹具螺栓实现夹紧不同口径的管材；用于支撑试验管段的试样支撑架和支撑输送管路的滑动支架放置在所述机架上，滑动支架和固定夹具通过导轨连接，与所述固定夹具结构相同的滑动夹具穿插在导轨上，试验管段另一侧输送管路通过法兰连接于滑动夹具上。

所述滑动夹具上设置有旋转手柄，通过转动旋转手柄控制滑动夹具沿导轨移动。

所述滑动夹具设置有紧固螺栓，通过拧紧紧固螺栓将滑动夹具固定在导轨上；所述试验管段的两端面与固定夹具和滑动夹具之间设置密封垫圈实现紧密贴合。

所述的输送管路为聚四氟乙烯管材。

一种测试管材抗结垢结蜡性能的方法，通过耐蚀离心泵驱动试验介质池中的液态试验介质流经试验管段，通过对流量、流速和温度的控制实现对管材现场输送介质情况的模拟，经过一定的试验时间后通过观测试验管段的质量、壁厚及内表面形貌变化，对所测试验管段的抗结垢结蜡性能进行评定。

本发明提供了一种测试管材抗结垢结蜡性能的方法及装置，通过试验介质池、耐蚀离心泵和温度控制系统形成试验装置，通过模拟管材现场应用的状态，利用离心泵驱动试验介质在试验管段内流通，经过一定的试验时间后，通过试样形貌、重量、尺寸等变化评价管材的抗结垢结蜡性能。实现不同管材抗结垢结蜡性能的测试，大大提高了试验效率；所述试验装置中添加流量传感器检测试验管段中流体流速变化，可动态监测管材结垢结蜡情况，为管材抗结垢结蜡性能的评价提供支撑。

本发明的有益效果如下：

1.本发明测试方法充分考虑模拟管材实际输送时的结垢结蜡条件，设计合理，试验装置结构简单，具有操作方便，快速直观的特点；

2.所述试验装置中通过设置流量控制阀门和数显液体流量计，可考察介质流速对管材抗结垢结蜡性能的影响；

3.所述试验装置中通过添加温度控制系统，可考察介质温度对管材抗结垢结蜡性能的影响。

进一步，本发明还具有以下优点：

1.所述试验装置中设置双试验管段系统，可同时实现多种试验管材抗结垢结蜡性能的测试，提高效率的同时，保证了测试结果的可对比性；

2.所述试验装置中设置液体流量传感器和流量采集系统，用于实时测试通过试验管段的流体流速，可动态监测管材由于结垢结蜡而导致的流速变化情况；

3.所述试验装置中设置过压保护装置，可避免管材由于结垢结蜡甚至堵管进而使得输送管路压力升高损坏装置的可能性。

4.所述试验管段组装连接装置中设置夹紧块和滑动支架，可实现不同口径和不同长度管样抗结垢结蜡性能的测试。

附图说明

附图1为管材抗结垢结蜡性能测试装置的结构示意图；

附图2为试验管段组装连接装置的结构示意图；

1.耐蚀离心泵；2.输送管路；3.试验介质池；4.流量控制阀门；5.数显液体流量计；6.过压保护装置；7.试验管段；8.液体流量传感器；9.流量采集系统；10.温度控制系统；11.固定夹具；12.密封垫圈；13.导轨；14.试样支撑架；15.滑动夹具；16.紧固螺栓；17.夹紧块；18.夹紧螺栓；19.机架；20.旋转手柄；21.滑动支架；22.法兰螺栓；23.夹具螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明所采用的试验装置包括耐蚀离心泵1、输送管路2、试验介质池3、流量控制阀门4、数显液体流量计5、过压保护装置6、试验管段7、液体流量传感器8、流量采集系统9、温度控制系统10等。耐蚀离心泵1通过输送管路2一端与试验介质池3另一端和试验管段7连通，试验管段7另一端经输送管路2与试验介质池3连通，耐蚀离心泵1启动后驱动所述试验介质池3内的试验介质经所述输送管路2引导通入所述试验管段7，后经所述输送管路2导出进入所述试验介质池3，形成循环通路，实现模拟管材输送流体的效果。

所述耐蚀离心泵1与试验管段7之间的输送管路2上安装有流量控制阀门4和数显液体流量计5，所述试验装置中流量控制阀门4可实现对流体流速的控制，并通过所述数显液体流量计5进行实时观测，试验介质池3中设置有用于控制试验介质温度的温度控制系统10，可精确控制试验介质的温度。

试验管段7设置为多试验管段系统，耐蚀离心泵1通过多路输送管路2分别与每个试验管段连通，每个试验管段试验介质进口端均安装有流量控制阀门4，可同时实现多种试验管材抗结垢结蜡性能的表征。

所述试验管段7的试验介质出口端安装有液体流量传感器8，流量采集系统9与液体流量传感器8连接。记录仪与计算机连接组成所述流量采集系统9实时采集所述液体流量传感器8的通讯信号，以动态监测流经所述试验管段7的流体流速变化，进而判断管材结垢结蜡情况。

所述耐蚀离心泵1与试验管段7之间的输送管路2上安装有过压保护装置6，过压保护装置6由电接点压力表和继电器组成，继电器与耐蚀离心泵1连接当试验装置压力到达极限设定值时控制耐蚀离心泵1自动断电，防止因堵管而导致压力过高破坏试验系统。

所述的输送管路2全部选择耐腐蚀和抗结垢结蜡性能良好的聚四氟乙烯(PTFE)管材。

如图2所示，所述试验管段7通过组装连接装置与输送管路2实现连接，组装和连接装置包括固定夹具11、密封垫圈12、导轨13、试样支撑架14、滑动夹具15、紧固螺栓16、夹紧块17、夹紧螺栓18、机架19、旋转手柄20、滑动支架21、法兰螺栓22、夹具螺栓23等。

组装连接装置包括机架19，机架19上安装有固定夹具11，试验管段7一侧输送管路2通过法兰连接于固定夹具11上，固定夹具11通过所述法兰螺栓22固定在所述机架19上。该夹具为对开式，通过所述夹具螺栓23实现闭合。所述固定夹具11内设置多个所述夹紧块17，并采用所述夹紧螺栓18固定，固定夹具11为对开式结构，分为上下两半，一半支撑住试样，具体口径采用夹紧块17与管材样品匹配，随后，在管材上端放置另外一半半环形夹具，采用旋转夹具螺栓23将上下半环形夹具闭合夹紧，以实现不同口径管材抗结垢结蜡性能的测试。试样支撑架14和滑动支架21放置在所述机架19上，视管段长度沿轴向均可自由移动。滑动支架21和所述固定夹具11通过所述导轨13连接。所述滑动夹具15穿插在所述导轨13上，并通过转动所述旋转手柄20实现自由移动，其结构与所述固定夹具11相同，增加的所述紧固螺栓16拧紧后固定在所述导轨13上，防止所述滑动夹具15移动。所述试验管段7的两端面与所述固定夹具11和所述滑动夹具15之间设置密封垫圈12并实现紧密贴合。

同时，本发明提供了一种测试管材抗结垢结蜡性能的方法，通过耐蚀离心泵驱动液态试验介质如污水、原油、产出液等流经试验管段，实现对管材现场输送介质情况的模拟，经过一段时间的试验，以所测管段的质量、壁厚及内表面形貌变化，对所测管段的抗结垢结蜡性能进行综合评定。

以下通过具体实施方式说明本发明的方法：

实施例1：测试普通碳钢管材在室温条件下的抗污水结垢结蜡性能

(1)样品准备：截取长度为200mm的碳钢管材作为试验管段，用电子天平(精度0.1g)测量试验管段的重量，用游标卡尺测量试验管段内径、壁厚，并对其内表面形貌进行拍照；(2)夹具组装：根据试验管样口径，选择夹紧块并组装于固定夹具和滑动夹具中，同时将PTFE输送管路分别与固定夹具和滑动夹具连接；(3)样品组装：将耐蚀垫圈粘接在碳钢管材的两端面并放置在试样支撑架上，转动滑动夹具的旋转手柄使碳钢管材两端面与两个夹具紧密贴合，随后拧紧滑动夹具上的紧固螺栓；(4)系统连接：用PTFE管将耐蚀离心泵、试验介质池(污水)、流量控制阀门、数显液体流量计、过压保护装置、液体流量传感器等连接，使其形成循环通路系统，同时将液体流量传感器与流量采集系统连接；(5)启动试验：开启离心泵，通过控制流量阀门设置流体流速为5m3/h，开始试验(室温)；(6)记录观察：实时监测流量采集系统数据曲线，确定流体流速变化情况；(7)试验结束：试验到达设定时间或因结垢结蜡流体流速下降明显时，停止离心泵驱动系统，取出试验管段，并测量管段壁厚、内径、重量等，同时对管段内表面形貌进行拍照观察，对比分析碳钢管材在此条件下的抗结垢结蜡性能。

实施例2：测试普通碳钢管材和陶瓷内衬管材在40℃条件下的抗原油结垢结蜡性能

(1)样品准备：截取长度为300mm的碳钢管材和陶瓷内衬管材作为试验管段，用电子天平(精度0.1g)测量试验管段的重量，用游标卡尺测量试验管段内径、壁厚，并对其内表面形貌进行拍照；(2)夹具组装：根据两个试验管样的口径，选择夹紧块并组装于固定夹具和滑动夹具中，同时将PTFE输送管路分别与固定夹具和滑动夹具连接；(3)样品组装：将耐蚀垫圈粘接在碳钢管材的两端面并放置在试样支撑架上，转动滑动夹具的旋转手柄使碳钢管材两端面与两个夹具紧密贴合，随后拧紧滑动夹具上的紧固螺栓。陶瓷内衬管样组装在另外一个试验组装系统中，过程类似；(4)系统连接：用PTFE管将耐蚀离心泵、试验介质池(原油)、流量控制阀门、数显液体流量计、过压保护装置、液体流量传感器等连接，使其形成循环通路系统，同时将液体流量传感器与流量采集系统连接；(5)启动试验：开启离心泵，通过控制流量阀门设置流体流速为为10m3/h，通过温度控制系统设置试验温度为40℃，开始试验(室温)；(6)记录观察：实时监测流量采集系统数据曲线，确定各试验管段流体流速变化情况；(7)试验结束：试验到达设定时间或因结垢结蜡流体流速下降明显时，停止离心泵驱动系统，取出试验管段，并测量管段壁厚、内径、重量等，同时对管段内表面形貌进行拍照观察，对比分析碳钢管材和陶瓷内衬管材在此条件下的抗结垢结蜡性能。

实施例3：测试聚乙烯管材和耐蚀合金管在60℃条件下的抗产出液结垢结蜡性能

(1)样品准备：截取长度为400mm的聚乙烯管材和耐蚀合金管作为试验管段，用电子天平(精度0.1g)测量试验管段的重量，用游标卡尺测量试验管段内径、壁厚，并对其内表面形貌进行拍照；(2)夹具组装：根据两个试验管样的口径，选择夹紧块并组装于固定夹具和滑动夹具中，同时将PTFE输送管路分别与固定夹具和滑动夹具连接；(3)样品组装：将耐蚀垫圈粘接在聚乙烯管材的两端面并放置在试样支撑架上，转动滑动夹具的旋转手柄使碳钢管材两端面与两个夹具紧密贴合，随后拧紧滑动夹具上的紧固螺栓。耐蚀合金管组装在另外一个试验组装系统中，过程类似；(4)系统连接：用PTFE管将耐蚀离心泵、试验介质池(产出液)、流量控制阀门、数显液体流量计、过压保护装置、液体流量传感器等连接，使其形成循环通路系统，同时将液体流量传感器与流量采集系统连接；(5)启动试验：开启离心泵，通过控制流量阀门设置流体流速为为15m3/h，通过温度控制系统设置试验温度为60℃，开始试验(室温)；(6)记录观察：实时监测流量采集系统数据曲线，确定各试验管段流体流速变化情况；(7)试验结束：试验到达设定时间或因结垢结蜡流体流速下降明显时，停止离心泵驱动系统，取出试验管段，并测量管段壁厚、内径、重量等，同时对管段内表面形貌进行拍照观察，对比分析聚乙烯管材和耐蚀合金管在此条件下的抗结垢结蜡性能。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (6)

1.一种测试管材抗结垢结蜡性能的装置，其特征在于：包括试验介质池(3)、耐蚀离心泵(1)和温度控制系统(10)，耐蚀离心泵(1)一端通过输送管路(2)与试验介质池(3)、耐蚀离心泵(1)另一端通过输送管路(2)和试验管段(7)连通，试验管段(7)另一端经输送管路(2)与试验介质池(3)连通，试验介质池(3)内的液态试验介质经耐蚀离心泵(1)驱动流经试验管段(7)后再回到试验介质池(3)中形成循环通路，模拟管材输送流体的效果；

所述耐蚀离心泵(1)与试验管段(7)之间的输送管路(2)上安装有流量控制阀门(4)和数显液体流量计(5)；试验介质池(3)中设置有用于控制试验介质温度的温度控制系统(10)；

所述试验管段(7)的试验介质出口端安装有液体流量传感器(8)，流量采集系统(9)与液体流量传感器(8)连接；

所述试验管段(7)设置为多试验管段系统，耐蚀离心泵(1)通过多路输送管路(2)分别与每个试验管段连通，每个试验管段试验介质进口端均安装有流量控制阀门(4)；

所述试验管段(7)通过组装连接装置与输送管路(2)连接固定，所述组装连接装置包括机架(19)，机架(19)上安装有固定夹具(11)，试验管段(7)一侧输送管路(2)通过法兰连接于固定夹具(11)上，固定夹具(11)为对开式结构，分为上下两部分，上半部分通过夹具螺栓(23)安装在夹具上，下半部分上通过夹紧螺栓(18)固定有多个夹紧块(17)，通过旋紧夹具螺栓(23)实现夹紧不同口径的管材；用于支撑试验管段(7)的试样支撑架(14)和支撑输送管路(2)的滑动支架(21)放置在所述机架(19)上，滑动支架(21)和固定夹具(11)通过导轨(13)连接，与所述固定夹具(11)结构相同的滑动夹具(15)穿插在导轨(13)上，试验管段(7)另一侧输送管路(2)通过法兰连接于滑动夹具(15)上。

2.根据权利要求1所述的测试管材抗结垢结蜡性能的装置，其特征在于：所述耐蚀离心泵(1)与试验管段(7)之间的输送管路(2)上安装有过压保护装置(6)，当试验装置压力到达极限设定值时控制耐蚀离心泵(1)自动断电。

3.根据权利要求2所述的测试管材抗结垢结蜡性能的装置，其特征在于：所述过压保护装置(6)由电接点压力表和继电器组成，继电器与耐蚀离心泵(1)连接控制耐蚀离心泵(1)自动断电。

4.根据权利要求1所述的测试管材抗结垢结蜡性能的装置，其特征在于：所述滑动夹具(15)上设置有旋转手柄(20)，通过转动旋转手柄控制滑动夹具(15)沿导轨(13)移动。

5.根据权利要求1所述的测试管材抗结垢结蜡性能的装置，其特征在于：所述滑动夹具(15)设置有紧固螺栓(16)，通过拧紧紧固螺栓(16)将滑动夹具(15)固定在导轨(13)上；所述试验管段(7)的两端面与固定夹具(11)和滑动夹具(15)之间设置密封垫圈(12)实现紧密贴合。

6.根据权利要求1所述的测试管材抗结垢结蜡性能的装置，其特征在于：所述的输送管路(2)为聚四氟乙烯管材。