CN104568625A - 原油管道通球清蜡模拟实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种原油管道通球清蜡模拟实验装置，包括一操作台，操作台上固定有试验管道，试验管道后端同轴设有发球筒，发球筒内同轴设有清管器。操作台上还设有一亚克力罩体，亚克力罩体的顶部内侧固定设有吊轨轨道，吊轨轨道上滑动设有导向滑轮组，导向滑轮组上正下方固定设有能调节拉力传感器吊架，传感器吊架上水平设有拉力传感器。清管器前端通过第一牵引绳与拉力传感器连接，拉力传感器前端通过第二牵引绳连接牵引驱动系统牵拉。拉力传感器与测量及数据采集系统电连接；牵引驱动系统与伺服控制系统电连接。本发明可以测量原油管道管壁蜡沉积物强度和清管过程中清蜡阻力的变化。
Description
技术领域
本发明是关于一种实验模拟装置，尤其涉及一种原油管道通球清蜡模拟实验装置及实验方法。
背景技术
本案涉及到的术语解释如下：
清管：为减少油气管道输送摩阻,要及时清除沉积在油管内壁上的蜡、凝油层、泥砂及铁锈等杂物或气管内存留的凝液及水合物等，石油工业中称之为清管。清管的方法都是在管内放入与管内壁紧密接触的清管器(球),在油(气)流的压力推动下沿着管壁前进,进而刮掉管壁上的沉积物或推出管内积液。一般地，在油(气)管道的泵站、热站(或压缩机站)上均设有清管器收发装置，定期常态化清管。
结蜡：由于原油中蜡组分的存在,在油气管道输送过程中会因温度降低而析出进而在管壁上形成蜡沉积层。随着蜡层厚度的增加，管道的流通面积减小，原油流动阻力增大，管道输送效率降低，输油成本增高，严重时甚至堵塞管道，从而造成生产损失或事故。这就需要定期对管道清管，以达到减小输油回压、减小摩阻、降低输油温度的目的。
清管器(球)：指为清除输油管内壁上的蜡、凝油、泥砂和铁锈等杂物而向管内投放的与管内壁严密接触的专用工具。按材质、形状、结构和用途，清管器可以分为多种类型。一般地，皮碗清管器主要通过密封皮碗来刮除管壁沉积物。皮碗一般有直板和碟形两种，皮碗一般有0-5％的过盈量。
我国陆上所产原油80％以上为含蜡原油，原油中的蜡会因管输过程中管道沿线热力条件的变化析出进而沉积到管壁上，并随时间老化变硬。此外，陆上石油的开采进入中后期，石油勘探开发战场逐步走向深水。由于海水温度低(3000m海底水温约为4℃)，海底管道蜡沉积问题更加突出。这导致管道流动半径减小，压力上升，甚至可能加速管壁腐蚀或堵死管道。生产上，可以通过管道保温或伴热、添加化学防蜡剂等措施来预防蜡沉积的生成，但这些措施并不总是经济可行。一般地，生产上主要使用机械清管器定期清管来疏通管道，降低管道压降，提高管道的输送能力。
清管操作中，油流推动清管器在管线内运动，清管器皮碗不断刮削管壁沉积物，进而将沉积物推出管外。清管器运动过程中，主要受到过球压差力、清管器与管壁的过盈摩擦力、管壁蜡沉积物阻力、球前积蜡阻力和运动方向清管器重力分力(倾斜管段)的作用。其中，管壁沉积物阻力和球前积蜡阻力是两个最关键的力，它们与管壁蜡层的强度性质及其剥落规律直接相关。目前，通球清蜡操作主要依赖现场操作经验，缺乏理论指导，易发生“卡球、蜡堵”事故。如果对管壁沉积层阻力估计不足，就有可能发生“卡球”事故；对球前积蜡阻力估计不足，就有可能发生“蜡堵”事故。如果清管器被卡在管道中，将会影响到管道的正常运行，甚至会引发管道初凝、停输事故。因此，为了避免此类事故的发生，很有必要研究清管过程中管壁蜡层的强度性质及其剥离规律，为制定合理的清蜡方案提供依据。
自上世纪90年代Deepstar深海开发计划实施以来，国外仅有巴西[SouzaMendes P.R.,Braga A.M.B.,Azevedo L.F.A.,et al.Resistive force of waxdeposits during pigging operations[J].Journal of Energy ResourcesTechnology.1999,121:167-171.]、美国[Wang Q.,Sarica C.,Chen T.X.Anexperimental study on mechanics of wax removal in pipeline.Journal of EnergyResources Technology-Transactions of the ASME.2005,127,(4),302-309.]、[Wang Q.,Sarica C.,Volk M..An Experimental Study on Wax Removal in PipesWith Oil Flow[J].Journal of Energy Resources Technology-Transactions of theASME.2008,130(4):1-5.]、英国[Jonathan,S.Wax removal using pipeline pigs.Ph.D.Thesis,Durham University,Durham,UK,2004.]等海洋强国陆续零散地进行了一些初步的研究。而且，由于难度较大，该项研究在这些国家并没有持续进展下去。目前，学术界和工业界对蜡沉积物强度和清蜡机理的认识还只停留在定性层面或很浅的层次上，研究成果远远不能满足工业需求。Mendes等人采用压缩试验法结合第三强度理论，通过模型蜡的抗压试验研究了蜡层的抗剪强度。很明显，Mendes对蜡层强度的研究方法存在很大问题。该方法只适用于塑性材料，而蜡沉积物的流变性非常复杂，具有弹性性质，不完全属于塑性材料。因此，固体物质的塑性变形受力不能反映真正的蜡层变形。此外，试验所用的白蜡也与实际蜡沉积物性质相去甚远。Jonathan沿用土工试验方法结合正交切割理论来分析清蜡过程。但Jonathan使用的试验材料为固体白蜡，也并不是实际的蜡沉积物。且土体与蜡沉积物剥离破坏的力学原理存在显著差异。因此，这种近似类比研究方法使得结果的可靠性大打折扣。此外，Jonathan的研究重点放在清蜡过程中蜡屑的变形和清蜡速率上，并没有突出阐明蜡层强度这一关键问题。相比前两位研究者，Sarica的实验模拟最接近实际，他使用室内小管道浇蜡后模拟现场清管操作。但是，实验设备和实验设计也存在一系列的缺陷。比如，为了简化实验，Sarica所用实验试样为白油和烛蜡的混合物，与实际蜡沉积物是油和固体蜡形成的凝胶状物质这一事实相去甚远。而且，实验设备实验管段部分不能控温。事实上，管壁蜡沉积物的强度性质与管壁温度直接相关。此外，Sarica的研究只局限在定性实验模拟清管过程，对清管过程中管壁蜡层强度这一关键问题并没有明确给出针对性的定量的测试结果。
在国内，此项研究也才刚刚开始。白成玉[白成玉.原油管道清蜡若干基础问题研究.博士学位论文,中国石油大学,北京,2013]提出了用室内制备的胶凝油代替现场管道蜡沉积物，通过桨式转子搭配流变仪间接确定蜡沉积物抗剪切强度的方法。相比国外几位研究者，白成玉最大的创新在于考虑了原油及蜡沉积物的流变性对清蜡的影响，人工制备的蜡沉积物相对更接近现场实际，但也并不相同。相比现场管道蜡沉积物，室内制备的蜡沉积物强度偏大。而且，该法的蜡层强度测量原理与实际清管过程中管壁蜡层的剥离机制并不相符。虽然，该法操作简单，省时省力，但结果很难令人信服。总的来说，目前，国内外学术界对管壁蜡层强度的研究还很不成熟，已有研究成果与实际应用还有较大差距，实验设备落后是清蜡研究迟滞不前的一个重要原因。
目前，中国石油天然气股份有限公司申请了有关清管器性能测试和新型清蜡装置的专利：一种清管器性能测试装置，申请号CN201320799891.2；集油管线的清蜡装置，申请号CN201210365752.9。专利CN201320799891.2通过不断增大清管器上下游压差使清管器通过不同规格的障碍卡环，从而测试清管器的通过性能。专利CN201210365752.9通过将加药融蜡和投球清蜡的功能集成到同一设备上，有效地提高了对集油管线的清蜡能力，该套清蜡装置可以有效地降低井口回压，避免集油管线投球阻塞造成的生产污染与损失。廊坊市永顺管道设备有限公司申请了钢钉刮蜡机械清管器，申请号CN201020649045.9；该专利专门用于清除管道硬蜡，结构简单、可靠、耐用、清除结蜡和结垢的功能较好。陈红兵申请了应用于石油领域的新型机械清蜡绞车，申请号CN201110325894.8；该发明公开了一种应用于石油领域的新型机械清蜡绞车，体积小，结构紧凑，传动平稳，制动可靠，具有张力、深度和速度显示。张彪公开了一种新型的液压清蜡滚筒轴总成结构，申请号CN201110325788.X。
由以上背景调研可以看出，已有公开专利的技术内容大部分都集中在新型清管器的设计及现场新工具新工艺研发上，目前还没有涉足蜡沉积物强度或清管过程中管壁蜡沉积物剥落的室内模拟。因此，如何能够应用精准而又贴近实际的小型实验装置，方便而又快捷的实验方法有效地测量出实际蜡沉积物强度或清管过程中清蜡阻力变化及室内模拟原油管道通球清蜡规律是亟需解决的问题。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种原油管道通球清蜡模拟实验装置及实验方法，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原油管道通球清蜡模拟实验装置及实验方法，以同时测量原油管道管壁蜡沉积物强度和清管过程中清蜡阻力的变化，以及对原油管道通球清蜡进行室内模拟。
本发明的目的是这样实现的，一种原油管道通球清蜡模拟实验装置，包括一操作台，所述操作台上通过管道固定架能拆卸的固定有一试验管道，所述试验管道后端同轴设有一个与试验管道连通的发球筒，发球筒内同轴设有清管器；所述操作台上位于试验管道的前方固定设有一亚克力罩体，该亚克力罩体沿着试验管道的轴线方向向前延伸设置；位于试验管道的轴线方向正上方的亚克力罩体的顶部内侧固定设有与试验管道的轴线平行的吊轨轨道，所述吊轨轨道上滑动设有导向滑轮组，该导向滑轮组上正下方固定设有能调节拉力传感器吊架，能调节拉力传感器吊架上水平设有拉力传感器；所述清管器前端的中心处与一第一牵引绳的后端连接，第一牵引绳的前端与所述拉力传感器后端的测力环连接，拉力传感器前端的测力环连接一第二牵引绳的后端，第二牵引绳的前端由一牵引驱动系统牵拉；所述拉力传感器前后测力环所受的力与试验管道的轴线共线；拉力传感器与测量及数据采集系统电连接；所述牵引驱动系统与伺服控制系统电连接。
在本发明的一较佳实施方式中，试验管道为一钢管，发球筒与试验管道一体形成，该钢管的后部形成所述发球筒，发球筒的内径从后端向前逐渐缩小至与试验管道的内径相同，从而发球筒的内壁形成锥形面；所述试验管道的外部同轴套设有一保温水套，试验管道和保温水套之间具有环形间隙，环形间隙的两端封闭，保温水套的前端和后端分别设有与环形间隙连通的出水口和进水口；所述保温水套为一钢管，该钢管外壁敷有橡塑保温棉；保温水套的两端分别设有环形挡板，每个环形挡板分别与试验管道和保温水套焊接，两个环形挡板将环形间隙的两端封闭；保温水套的外壁焊接管道固定架，管道固定架通过螺栓连接在操作台上；所述试验管道和保温水套之间的环形间隙内设有肋片式导流槽；在试验管道的外壁上呈螺旋状缠绕焊接有肋片，肋片的高度略小于环形间隙的宽度，肋片之间的流道形成所述肋片式导流槽。
在本发明的一较佳实施方式中，原油管道通球清蜡模拟实验装置还设有与试验管道配合使用的浇蜡模具系统；所述浇蜡模具系统包括浇蜡模具、浇蜡密封底座、扶正环；浇蜡密封底座的后部设有法兰盘，前部为与发球筒内壁形成密封配合的锥形体，浇蜡密封底座的前端面封闭，浇蜡密封底座的轴向长度大于发球筒的轴向长度，从而能伸入到试验管道内与浇蜡起始面对应的位置；浇蜡模具为圆柱形杆体，其轴向长度大于试验管道的轴向长度，浇蜡模具的外径小于试验管道的内径；浇蜡模具的后端面封闭且与浇蜡密封底座的前端面抵靠配合；所述试验管道前端内壁设有一环形豁口，扶正环嵌入在该环形豁口内，扶正环外壁与试验管道紧密接触，扶正环内壁与浇蜡模具紧密接触；所述浇蜡密封底座的前端面上设有凹槽，浇蜡模具的后端面上设有与所述凹槽配合的凸台；浇蜡模具的杆体表面抛光，杆体的前端带有把手。
在本发明的一较佳实施方式中，操作台为双层结构，顶部为台面，台面下部设有一隔板；试验管道设置在所述台面后端，台面上与管道固定架对应位置设有方向与试验管道轴线垂直的第一组长孔，螺栓穿过第一组长孔将管道固定架与台面固定；台面上对应试验管道前端正下方的位置设有一供蜡沉积物下落的透孔，该透孔下面设有接蜡盒，接蜡盒活动连接在台面的下表面；所述亚克力罩体的前端和后端通透，两侧分别设有操作孔；台面上与亚克力罩体对应位置设有螺栓孔，亚克力罩体通过螺栓固定在台面上；所述导向滑轮组与一竖直杆的上端固定连接，该竖直杆的下部设有螺纹；能调节拉力传感器吊架的顶端中央设有穿孔，竖直杆穿过所述穿孔伸入到能调节拉力传感器吊架的内部，竖直杆的下端连接一螺母，竖直杆外套设有螺旋弹簧，该螺旋弹簧下端抵靠在螺母上，上端抵靠在能调节拉力传感器吊架的顶端；所述牵引驱动系统设置在台面下部的隔板上；台面前端设有方向与所述第一组长孔方向平行的第二组长孔，螺栓穿过第二组长孔将一能调节高度的牵拉滑轮支架固定在台面前端的上表面；牵拉滑轮支架上转动设有牵拉滑轮，台面前端的相应位置设有牵引绳穿孔，所述第二牵引绳的前端绕过牵拉滑轮并穿过所述牵引绳穿孔伸入到台面下与牵引驱动系统连接；所述第一牵引绳、第二牵引绳的水平段及拉力传感器均位于试验管道的轴线上；所述牵拉滑轮支架由上、下两个开口相对并相互扣合在一起的U型件构成，两个U型件的U型截面与试验管道的轴线垂直设置；两个U型件相互扣合的侧壁上均设有长槽，螺栓通过长槽将两个U型件相对固定；下部的U型件通过螺栓连接在台面的第二组长孔处；上部的U型件中间对称设有两个向下伸出的连接片，两个连接片上端分别与上部的U型件螺栓连接，两个连接片下部相对的位置分别设有通孔；牵拉滑轮包括转轮和轮轴，转轮通过轴承转动设置在轮轴中部，轮轴两端分别穿过两个通孔，轮轴两端分别设有螺纹并通过螺母将牵拉滑轮固定在两个连接片之间；所述牵引驱动系统包括伺服电机、减速箱和绕线器；所述减速箱固定设置在隔板上，伺服电机用螺栓固定在减速箱一侧，伺服电机与伺服控制系统电连接，伺服电机的电机输出轴伸入到减速箱内，减速箱内设有一个与电机输出轴平行的输出轴；电机输出轴上固定设有小齿轮，该小齿轮与固定设置在输出轴上的大齿轮啮合传动；所述输出轴伸出减速箱的一端固定设有绕线器，所述第二牵引绳的前端与绕线器连接并由绕线器卷绕牵拉；所述减速箱内还设有一个备用轴，备用轴与所述输出轴平行设置，在输出轴上的大齿轮一侧还固定设有第一链轮，第一链轮通过链条与固定设置在备用轴上的第二链轮传动连接。
在本发明的一较佳实施方式中，伺服控制系统包括PLC控制器、伺服控制器、液晶指示屏及开关电源；所述开关电源采用空气断路器；所述伺服控制系统还设有一微动开关，所述微动开关设置在吊轨轨道的前端，微动开关与PLC控制器电连接；所述伺服控制系统还设有一编码器，所述编码器设置在伺服电机外部并与PLC控制器电连接；所述操作台的台面与隔板之间设有电箱，所述PLC控制器、伺服控制器及开关电源设置在电箱内；所述液晶指示屏设置在台面上，该液晶指示屏采用触摸屏，触摸屏上设有自动和点动模式切换按钮、前进及后退按钮、启动及停止按钮、速度及行程参数设置文本框。
在本发明的一较佳实施方式中，清管器包括骨架、刮蜡板、隔离件和压板；所述骨架为阶梯圆柱体，骨架中部为大直径段，大直径段的前部和后部为直径相等的小直径段；刮蜡板、隔离件和压板均前后相接套设在骨架前部和后部的小直径段上，刮蜡板及隔离件采用相邻两个刮蜡板之间设置一个隔离件的形式进行布置，压板分别套设在骨架的最前端和最后端；骨架的大直径段、刮蜡板、隔离件和压板的圆周方向均设有多个轴向贯穿前部和后部的螺栓通孔，螺栓穿过所述螺栓通孔将骨架、刮蜡板、隔离件和压板固定连接为一个整体；所述骨架的前端面和后端面的中心处均设有牵引螺栓孔，牵引吊环分别连接在牵引螺栓孔内，前端面的牵引吊环通过环扣与第一牵引绳的后端连接；后端面的牵引吊环通过环扣还连接有一条备用牵引绳；所述刮蜡板采用聚氨酯材料制成，其收缩比为1.5％，刮蜡板的邵氏A硬度为80或85或90，刮蜡板有圆盘形和碟形两种形式；所述隔离件和压板均为圆盘形，所述隔离件和压板的中心设有与骨架小直径段的直径匹配的套接孔，套接孔周围设有多个所述螺栓通孔；所述隔离件和压板的外径与骨架大直径段的外径相同；所述隔离件为尼龙材料，所述骨架和压板为钢质材料。
在本发明的一较佳实施方式中，圆盘形刮蜡板的中心设有与骨架小直径段的直径匹配的套接孔，套接孔周围设有多个所述螺栓通孔；刮蜡板的外径与试验管道的内径相同；或刮蜡板的外径比试验管道的内径大2％。
在本发明的一较佳实施方式中，碟形刮蜡板为圆周边缘相对中心向一侧偏移的碟形，刮蜡板的中心设有与骨架小直径段的直径匹配的套接孔，套接孔周围设有多个所述螺栓通孔；刮蜡板的外径与试验管道的内径相同；或刮蜡板的外径比试验管道的内径大2％；或刮蜡板的外径比试验管道的内径大5％。
本发明的目的还可以这样实现，一种使用上述原油管道通球清蜡模拟实验装置的实验方法，包括如下步骤：
S1、试样准备：将现场沉积物样掺入原油中，高温融化，制备模拟沉积物，熔蜡温度80℃；
S2、从操作台上拆卸试验管道，将试验管道竖直放置并与浇蜡模具系统组装，与浇蜡模具系统一起预热至浇蜡温度80℃；
S3、将制备好的试样快速倒入浇蜡模具与试验管道之间的环形间隙，直至试验管道的端口处；
S4、调节控温水浴开始降温至实验温度；
S5、降至实验温度后，将浇蜡模具系统从试验管道上拆离，此后，试验管道继续竖直放置恒温1h；
S6、恒温结束后，用第一牵引绳将清管器和拉力传感器连接好；清管器后端连接备用牵引绳，并固定好清管器起始位置；
S7、固定试验管道于操作台上，将第一牵引绳和第二牵引绳适当收紧，保证第一牵引绳、拉力传感器和第二牵引绳的水平段位于试验管道的轴线方向上；
S8、进行清蜡实验，测量清管力及清蜡效率；基于试验管道内壁没有浇铸蜡沉积物时的空载数据与清蜡实验数据，分析不同实验条件下蜡层破坏力大小并计算蜡层强度。
在本发明的一较佳实施方式中，在步骤S4中，降温过程中每隔10min旋转浇蜡模具若干圈，直至降温至实验温度；该实验方法还包括在清蜡测试前进行试验管道内壁没有蜡层时清管器的空载实验，即基线测试。
由上所述，本发明能实现不同现场原油管道蜡沉积物硬度的真实测量，有效地测量出实际蜡沉积物强度和清管过程中清蜡阻力变化，可以实现不同试验管道管壁温度、管壁蜡沉积物形成过程中降温速率、清管器刮蜡板形状、清管器过盈量、清管器刮蜡板个数、清管器刮蜡板硬度、清管器运动速度、管壁沉积物含油量和厚度下通球清蜡规律室内模拟。模拟预测案例管道的通球清蜡规律，为案例管道现场清管作业提供有力参考。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明模拟实验装置的结构示意图。
图2：为本发明模拟实验装置的侧视图。
图3：为本发明中试验管道的结构示意图。
图4：为本发明中浇蜡模具系统的分解示意图。
图5：为本发明中浇蜡模具系统的组装示意图。
图6：为本发明中操作台的俯视图。
图7：为本发明中牵拉滑轮支架及牵拉滑轮的结构示意图。
图8：为本发明中牵拉滑轮支架的侧视图。
图9：为本发明中牵拉滑轮的结构示意图。
图10：为本发明中牵引驱动系统的结构示意图。
图11：为本发明中清管器的结构示意图，采用圆盘形刮蜡板。
图12：为本发明中清管器的结构示意图，采用碟形刮蜡板。
图13：为本发明中清管器骨架的结构示意图。
图14：为本发明中清管器隔离件的结构示意图。
图15：为本发明中清管器压板的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，本发明提供一种原油管道通球清蜡模拟实验装置100，包括一操作台5，操作台5上通过管道固定架101可拆卸固定有一试验管道1，试验管道1后端同轴设有一个与试验管道1连通的发球筒2，发球筒2内同轴设有清管器3，图1中所示的清管器3已经脱离发球筒2。操作台5上位于试验管道1的前方固定设有一亚克力罩体4，该亚克力罩体4沿着试验管道1的轴线方向向前延伸设置。位于试验管道1的轴线方向正上方的亚克力罩体4的顶部内侧固定设有与试验管道1的轴线平行的吊轨轨道6，吊轨轨道6上滑动设有导向滑轮组7，该导向滑轮组7上正下方固定设有能调节拉力传感器吊架8，能调节拉力传感器吊架8上水平设有拉力传感器9。清管器3前端的中心处与一第一牵引绳10的后端连接，第一牵引绳10的前端与拉力传感器9后端的测力环连接，拉力传感器9前端的测力环连接一第二牵引绳11的后端，第二牵引绳11的前端由牵引驱动系统牵拉。拉力传感器9前后测力环所受的力与试验管道1的轴线共线；拉力传感器9与测量及数据采集系统电连接；牵引驱动系统与伺服控制系统电连接。清管器3在牵引驱动系统的牵拉下在试验管道1中匀速运动，即可模拟原油管道清管操作，因清管器3为匀速运动，因此拉力传感器9测量值同时也是通球清蜡阻力，可即时测量清蜡阻力变化。测量及数据采集系统为现有技术，拉力传感器9数据采集频率为10Hz，且它采集的拉力数据通过串行接口同步输出到电脑上，电脑上有数据采集软件实时显示拉力值，并可随时保存输出excel数据。此外，拉力传感器9可以随时更改参数设置，拉力传感器量程0.5-1000N、分度值0.5N、示值误差±0.5％。
进一步，如图3所示，试验管道1为一钢管，发球筒2与试验管道1一体形成，该钢管的后部形成发球筒2，发球筒2的内径从后端向前逐渐缩小至与试验管道1的内径相同，从而发球筒2的内壁形成锥形面，便于清管器3顺利过渡到试验管道1内。试验管道1的外部同轴套设有一保温水套12，试验管道1和保温水套12之间具有环形间隙13，环形间隙13的两端封闭，保温水套12的前端和后端分别设有与环形间隙13连通的出水口121和进水口122，该进水口122和出水口121可以通过胶皮管分别与控温水浴相连，从而对试验管道1进行温控。具体的，保温水套12为一钢管，该钢管外壁敷有橡塑保温棉(图中未示出)；保温水套12的两端分别设有环形挡板14，每个环形挡板14分别与试验管道1和保温水套12焊接，两个环形挡板14将环形间隙13的两端封闭。保温水套12的外壁焊接管道固定架101，管道固定架101通过螺栓连接在操作台5上。试验管道1和保温水套12之间的环形间隙13内设有肋片式导流槽16，即在试验管道1的外壁上呈螺旋状缠绕焊接有肋片15，肋片的高度略小于环形间隙13的宽度，肋片15之间的流道形成肋片式导流槽16。水浴中的水通过进水口122进入环形间隙13，沿肋片式导流槽16流动，流经出水口121再次进入控温水浴，构成一个循环，以此通过水浴来控制试验管道1的壁温。
进一步，如图4和图5所示，该实验装置100还设有与试验管道1配合使用的浇蜡模具系统。浇蜡模具系统包括浇蜡模具17、浇蜡密封底座18、扶正环19。浇蜡密封底座18的后部设有法兰盘181，可以保证竖立的试验管道1平稳地竖直放置在地上完成浇蜡操作。浇蜡密封底座18前部为与发球筒2内壁形成密封配合的锥形体182，浇蜡密封底座18的前端面封闭，浇蜡密封底座18的轴向长度大于发球筒2的轴向长度，从而能伸入到试验管道1内与浇蜡起始面对应的位置，进行浇蜡工艺时，浇蜡密封底座18可以紧密地嵌入发球筒2中密封良好，可以保证浇蜡的顺利进行。浇蜡模具17为圆柱形杆体，其轴向长度大于试验管道1的轴向长度，浇蜡模具17的外径小于试验管道1的内径；浇蜡模具17的后端面封闭且与浇蜡密封底座18的前端面抵靠配合。如图5所示，试验管道1前端内壁设有一环形豁口102，扶正环19嵌入在该环形豁口102内，扶正环19外壁与试验管道1紧密接触，扶正环19内壁与浇蜡模具17紧密接触，浇蜡密封底座18的前端面上设有凹槽183，浇蜡模具17的后端面上设有与凹槽183配合的凸台171，该结构可以很好地保证浇蜡模具17和试验管道1同心，进而保证浇铸的蜡层周向厚度均匀。浇蜡模具17的杆体表面抛光，以降低浇蜡过程中蜡层与浇蜡模具17的粘附，以便完成浇蜡后顺利抽离。浇蜡模具17杆体的前端带有把手172，方便浇蜡完成后抽离浇蜡模具17。
浇蜡时，将试验管道1从操作台5上拆卸下来，浇蜡密封底座18插入到发球筒2内并竖直放置，浇蜡模具17插入到试验管道1内与浇蜡密封底座18前端面相抵配合，将扶正环19也套到浇蜡模具17上。浇蜡模具17的外径可以有多种尺寸，与试验管道1内径配合可浇铸不同厚度的蜡层。相应地，扶正环19也有多种尺寸，分别与不同规格的浇蜡模具17配合使用。浇蜡时，将扶正环19推到浇蜡模具17上方。试样快速倒入环空间隙13后，将扶正环19放下嵌入环形豁口102内，保证浇蜡模具17浇蜡(降温)过程中不晃动。
进一步，如图1所示，操作台5为双层结构，其顶部为台面51，台面51下部设有一隔板52。试验管道1设置在台面51后端，如图6所示，台面51上与管道固定架101对应位置设有方向与试验管道1轴线垂直的第一组长孔511，螺栓穿过第一组长孔511将管道固定架101与台面51固定。台面51上对应试验管道1前端正下方的位置设有一供蜡沉积物下落的透孔53，如图1所示，该透孔53下面设有接蜡盒20，接蜡盒20活动连接在台面51的下表面，用于回收清蜡实验中清管器3推出管道外的蜡沉积物，便于蜡沉积物的取样分析及质量称重。亚克力罩体4的前端和后端通透，两侧分别设有操作孔41；台面51上与亚克力罩体4对应位置设有螺栓孔54，亚克力罩体4通过螺栓固定在台面51上。亚克力罩体4为有机玻璃材质，在起到安全防护作用的同时，便于实验人员对清蜡实验的视觉观察。
进一步，如图1所示，导向滑轮组7与一竖直杆21的上端固定连接，该竖直杆21的下部设有螺纹；能调节拉力传感器吊架8的顶端中央设有穿孔，竖直杆21穿过该穿孔伸入到能调节拉力传感器吊架8的内部，竖直杆21的下端连接一螺母22，竖直杆21外套设有螺旋弹簧23，该螺旋弹簧23下端抵靠在螺母22上，上端抵靠在能调节拉力传感器吊架8的顶端。通过旋转螺母22可以调节拉力传感器吊架8及拉力传感器9的悬挂高度。牵引驱动系统设置在台面51下部的隔板52上，台面51前端设有方向与第一组长孔511方向平行的第二组长孔512，螺栓穿过第二组长孔512将一能调节高度的牵拉滑轮支架24固定在台面51前端的上表面。牵拉滑轮支架24上转动设有牵拉滑轮241，台面51前端的相应位置设有牵引绳穿孔513，第二牵引绳11的前端绕过牵拉滑轮241并穿过牵引绳穿孔513伸入到台面51下与牵引驱动系统连接。第一牵引绳10、第二牵引绳11的水平段及拉力传感器9均位于试验管道1的轴线上。如图7和图8所示，牵拉滑轮支架24由上、下两个开口相对并相互扣合在一起的U型件242构成，两个U型件242的U型截面与试验管道1的轴线垂直设置。两个U型件242相互扣合的侧壁上均设有长槽243，螺栓通过长槽243将两个U型件242相对固定。下部的U型件242通过螺栓连接在台面51的第二组长孔512处；上部的U型件242中间对称设有两个向下伸出的连接片244，两个连接片244上端分别与上部的U型件242螺栓连接，两个连接片244下部相对的位置分别设有通孔。如图9所示，牵拉滑轮241包括转轮2411和轮轴2412，转轮2411通过轴承2413转动设置在轮轴2412中部，轮轴2412两端分别穿过两个通孔，轮轴2412两端分别设有螺纹并通过螺母将牵拉滑轮固定在两个连接片之间。松开螺母后，牵拉滑轮241可以在两个连接片之间左右滑动，便于调节牵拉滑轮241的位置。同样，牵拉滑轮支架24由上、下两个U型件242扣合在一起，可以随时调节其高度，牵拉滑轮支架24的左右位置也同样可通过第二组长孔512来调节。
进一步，如图10所示，牵引驱动系统包括伺服电机60、减速箱61和绕线器62；减速箱61固定设置在隔板52上，伺服电机60用螺栓固定在减速箱61一侧，伺服电机60与伺服控制系统电连接，伺服电机60的电机输出轴601伸入到减速箱61内，减速箱61内设有一个与电机输出轴601平行的输出轴611；电机输出轴601上固定设有小齿轮602，该小齿轮602与固定设置在输出轴611上的大齿轮612啮合传动。输出轴611伸出减速箱61的一端固定设有绕线器62，第二牵引绳11的前端与绕线器62连接并由绕线器62卷绕牵拉。减速箱61内还设有一个备用轴613，备用轴613与输出轴611平行设置，在输出轴611上的大齿轮612一侧还固定设有第一链轮614，第一链轮614通过链条(图中未示出)与固定设置在备用轴613上的第二链轮615传动连接。采用伺服电机60具有以下优点：1.精度高，控制速度、位置和力矩非常准确；2.稳定性好，低速运行平稳；3.适应性强，尤其适用于对有瞬间负载波动的场合；4.控制及时，适合快速启停的控制场合；5.可以通过伺服控制器调速。由于输入扭矩大于伺服电机60输出扭矩，伺服电机没有直接对外输出做功，而是通过减速箱61后再输出。减速箱61通过变速比为1:5的齿轮啮合实现。变速后，输出轴611转速最高为300r/min(0.78m/s)，因此，清管器3运动速度可调速范围为0-0.78m/s。
进一步，伺服控制系统包括PLC控制器、伺服控制器、液晶指示屏及开关电源。开关电源采用空气断路器，伺服控制系统还设有一微动开关26和编码器，微动开关26设置在吊轨轨道6的前端并与PLC控制器电连接；编码器设置在伺服电机外部并与PLC控制器电连接。操作台5的台面51与隔板52之间设有电箱25(如图1所示)，PLC控制器、伺服控制器及开关电源设置在电箱25内。液晶指示屏设置在台面51上，该液晶指示屏采用触摸屏，触摸屏上设有自动和点动模式切换按钮、前进及后退按钮、启动及停止按钮、速度及行程参数设置文本框。整个伺服控制系统通过PLC控制器进行编程控制，伺服控制器驱动伺服电机60运动，编码器用来检测清管器3在试验管道1中的运动距离以及实时探测清管器3的运动位置。伺服电机60运动时，带动能调节拉力传感器吊架8运动到微动开关26的位置并触碰微动开关，进而引发微动开关26动作，伺服电机60将立即停止，相应清管器3停止运动，防止能调节拉力传感器吊架8卷入牵拉滑轮支架24中造成仪器设备的损坏。另外，微动开关26可在脉冲控制失效的情况下，立即阻止伺服电机60继续运转，进一步提高安全保护的等级。
实验人员可通过触摸屏发出实验指令并设置和调节试验参数，包括清蜡距离和速度以及工作模式(自动/手动)等，提高可视化程度。该伺服控制系统能快速启停；可实现低速下匀速运动；速度可调范围广；使用脉冲方式控制伺服电机运动与清蜡操作，清管器3行程可通过编码器任意控制；通过PLC控制器进行编程，使工作模式有手(点)动和自动两大功能，并可实现任意切换。
进一步，如图11至图15所示，清管器3包括骨架31、刮蜡板32、隔离件33和压板34。如图13所示，骨架31为阶梯圆柱体，骨架31中部为大直径段311，大直径段311的前部和后部为直径相等的小直径段312。刮蜡板32、隔离件33和压板32均前后相接套设在骨架前部和后部的小直径段312上，刮蜡板32可以设置2-4个，刮蜡板32及隔离件33采用相邻两个刮蜡板32之间设置一个隔离件33的形式进行布置，压板34分别套设在骨架31的最前端和最后端。骨架31的大直径段311、刮蜡板32、隔离件33和压板34的圆周方向均匀设有多个轴向贯穿前部和后部的螺栓通孔，螺栓穿过螺栓通孔将骨架31、刮蜡板32、隔离件33和压板34固定连接为一个整体。骨架31的前端面和后端面的中心处均设有牵引螺栓孔313，牵引吊环分别连接在牵引螺栓孔313内，前端面的牵引吊环35(见图1)通过环扣与第一牵引绳10的后端连接，后端面的牵引吊环通过环扣还连接有一条备用牵引绳(图中未示出)，备用牵引绳主要是出于安全考虑，若第一牵引绳10断裂，可通过备用牵引绳将清管器5拖拉出来。具体的，刮蜡板32采用聚氨酯材料制成，其收缩比为1.5％，刮蜡板的邵氏A硬度为80或85或90。如图11所示，刮蜡板32可以采用圆盘形，刮蜡板32的中心设有与骨架小直径段312的直径匹配的套接孔，套接孔周围设有多个螺栓通孔，刮蜡板32的外径与试验管道1的内径相同；或刮蜡板32的外径比试验管道1的内径大2％。如图12所示，刮蜡板32也可以采用圆周边缘相对中心向一侧偏移的碟形，刮蜡板32的中心设有与骨架小直径段312的直径匹配的套接孔，套接孔周围设有多个螺栓通孔，刮蜡板32的外径与试验管道1的内径相同；或刮蜡板32的外径比试验管道1的内径大2％；或刮蜡板32的外径比试验管道1的内径大5％。隔离件33和压板34均为圆盘形，隔离件和压板的中心也都设有与骨架小直径段312的直径匹配的套接孔，套接孔周围设有多个螺栓通孔，隔离件33和压板34的外径与骨架大直径段311的外径相同，其中隔离件33为尼龙材料，骨架和压板为钢质材料。
以上为本发明的模拟实验装置100，试验管道可进行控温，方便地实现浇蜡过程程序降温和清蜡过程稳定恒温；实验完成后可将蜡样通过接蜡盒回收，用于实验分析和下一次实验。试验管道拆卸组装方便，可快速完成浇蜡与清蜡操作的转换。环形间隙13内的肋片式导流槽16提高了试验管道1的控温效果。清管器3组装灵活，型式较多，有不同过盈量、硬度和形状的皮碗可供选择。通过该模拟实验装置100可以研究不同试验管道管壁温度、管壁蜡沉积物形成过程中降温速率、清管器刮蜡板形状、清管器过盈量、清管器刮蜡板个数、清管器刮蜡板硬度、清管器运动速度、管壁沉积物含油量和厚度下的通球清蜡规律，同时可通过室内模拟测量不同特性蜡沉积物的机械强度。
本发明还提供了一种原油管道通球清蜡模拟实验方法，包括如下步骤：
S1、试样准备：将现场沉积物样掺入原油中，高温融化，制备模拟沉积物，熔蜡温度80℃；每次试样制备结束后，均要测试试样的屈服应力。本发明中试样来自现场真实的原油蜡沉积物，具有流变性特征，比前人所用的烛蜡和矿物油混合方法更加贴近现场实际。
S2、从操作台上拆卸试验管道，将试验管道竖直放置并与浇蜡模具系统组装，与浇蜡模具系统一起预热至浇蜡温度80℃。
S3、将制备好的试样快速倒入浇蜡模具与试验管道之间的环形间隙，直至试验管道的端口处。
S4、调节控温水浴开始降温至实验温度；降温过程中每隔10min旋转浇蜡模具若干圈，直至降温至实验温度。
S5、降至实验温度后，将浇蜡模具系统和试验管道拆分，此后，试验管道继续竖直放置恒温1h。
S6、恒温结束后，用第一牵引绳将清管器和拉力传感器连接好；清管器后端连接备用牵引绳，并固定好清管器起始位置。
S7、固定试验管道于操作台上，将第一牵引绳和第二牵引绳适当收紧，保证第一牵引绳、拉力传感器和第二牵引绳的水平段位于试验管道的轴线方向上。
S8、进行清蜡实验，测量清管力及清蜡效率；基于试验管道内壁没有浇铸蜡沉积物时的空载实验数据与清蜡实验数据，分析不同实验条件下蜡层破坏力大小并计算蜡层强度。
该实验方法还包括在清蜡测试前进行试验管道内壁没有蜡层时清管器的清管实验，即基线测试。基线测试的目的在于提前得到清管器与试验管道管壁摩擦力的大小。总的清蜡阻力(拉力传感器测试值)去掉球壁摩擦(基线力)即可得到蜡层阻力。蜡层阻力包括两部分：克服蜡层强度的破坏力和球前积累的蜡沉积物阻力。清管过程中，清蜡阻力是不断变化的。刚开始，清蜡阻力从零开始迅速增大，直至管壁蜡层屈服。这个阶段持续很短时间。一旦清管球前聚集的蜡沉积物多到直接影响清蜡阻力大小时，清蜡阻力重新开始上升。这个过程中，球前逐渐形成了蜡塞。当蜡塞头到达试验管道出口时，清蜡阻力又开始不断下降。这就是一般的通球清蜡规律，不同的实验条件下清蜡曲线形状不同。因蜡沉积物沿管壁周向均匀分布，其强度是一样的。因此，刨除基线影响后的清蜡曲线第一个屈服阶段对应的清蜡力即为蜡层破坏力，除以蜡层受力面积，即可得到相应特性蜡层的强度。
实施案例
实验条件：碟形双皮碗等径清管器(邵氏A硬度85)；50％掺配质量比例的制备蜡沉积物；实验温度10℃；蜡层厚度2、4、6mm。该实验得到的清蜡阻力曲线第一个短暂的屈服阶段对应的蜡层阻力即为相应蜡层厚度的蜡层破坏力。实验结果如表1所示：
表110℃清蜡实验结果
由表1可看出，2、4、6mm下蜡层破坏力不同，但蜡层强度是一致的。这说明，蜡层强度只与蜡层特性有关(如含蜡量)，与蜡层厚度无关。其平均值为191511.6Pa。该值即可默认为所测50％掺配质量比例的特定沉积物的强度。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种原油管道通球清蜡模拟实验装置，包括一操作台，其特征在于：所述操作台上通过管道固定架能拆卸的固定有一试验管道，所述试验管道后端同轴设有一个与试验管道连通的发球筒，发球筒内同轴设有清管器；所述操作台上位于试验管道的前方固定设有一亚克力罩体，该亚克力罩体沿着试验管道的轴线方向向前延伸设置；位于试验管道的轴线方向正上方的亚克力罩体的顶部内侧固定设有与试验管道的轴线平行的吊轨轨道，所述吊轨轨道上滑动设有导向滑轮组，该导向滑轮组上正下方固定设有能调节拉力传感器吊架，能调节拉力传感器吊架上水平设有拉力传感器；所述清管器前端的中心处与一第一牵引绳的后端连接，第一牵引绳的前端与所述拉力传感器后端的测力环连接，拉力传感器前端的测力环连接一第二牵引绳的后端，第二牵引绳的前端由一牵引驱动系统牵拉；所述拉力传感器前后测力环所受的力与试验管道的轴线共线；拉力传感器与测量及数据采集系统电连接；所述牵引驱动系统与伺服控制系统电连接。
2.如权利要求1所述的原油管道通球清蜡模拟实验装置，其特征在于：所述试验管道为一钢管，发球筒与试验管道一体形成，该钢管的后部形成所述发球筒，发球筒的内径从后端向前逐渐缩小至与试验管道的内径相同，从而发球筒的内壁形成锥形面；所述试验管道的外部同轴套设有一保温水套，试验管道和保温水套之间具有环形间隙，环形间隙的两端封闭，保温水套的前端和后端分别设有与环形间隙连通的出水口和进水口；所述保温水套为一钢管，该钢管外壁敷有橡塑保温棉；保温水套的两端分别设有环形挡板，每个环形挡板分别与试验管道和保温水套焊接，两个环形挡板将环形间隙的两端封闭；保温水套的外壁焊接管道固定架，管道固定架通过螺栓连接在操作台上；所述试验管道和保温水套之间的环形间隙内设有肋片式导流槽；在试验管道的外壁上呈螺旋状缠绕焊接有肋片，肋片的高度略小于环形间隙的宽度，肋片之间的流道形成所述肋片式导流槽。
3.如权利要求2所述的原油管道通球清蜡模拟实验装置，其特征在于：所述原油管道通球清蜡模拟实验装置还设有与试验管道配合使用的浇蜡模具系统；所述浇蜡模具系统包括浇蜡模具、浇蜡密封底座、扶正环；浇蜡密封底座的后部设有法兰盘，前部为与发球筒内壁形成密封配合的锥形体，浇蜡密封底座的前端面封闭，浇蜡密封底座的轴向长度大于发球筒的轴向长度，从而能伸入到试验管道内与浇蜡起始面对应的位置；浇蜡模具为圆柱形杆体，其轴向长度大于试验管道的轴向长度，浇蜡模具的外径小于试验管道的内径；浇蜡模具的后端面封闭且与浇蜡密封底座的前端面抵靠配合；所述试验管道前端内壁设有一环形豁口，扶正环嵌入在该环形豁口内，扶正环外壁与试验管道紧密接触，扶正环内壁与浇蜡模具紧密接触；所述浇蜡密封底座的前端面上设有凹槽，浇蜡模具的后端面上设有与所述凹槽配合的凸台；浇蜡模具的杆体表面抛光，杆体的前端带有把手。
4.如权利要求3所述的原油管道通球清蜡模拟实验装置，其特征在于：所述操作台为双层结构，顶部为台面，台面下部设有一隔板；试验管道设置在所述台面后端，台面上与管道固定架对应位置设有方向与试验管道轴线垂直的第一组长孔，螺栓穿过第一组长孔将管道固定架与台面固定；台面上对应试验管道前端正下方的位置设有一供蜡沉积物下落的透孔，该透孔下面设有接蜡盒，接蜡盒活动连接在台面的下表面；所述亚克力罩体的前端和后端通透，两侧分别设有操作孔；台面上与亚克力罩体对应位置设有螺栓孔，亚克力罩体通过螺栓固定在台面上；所述导向滑轮组与一竖直杆的上端固定连接，该竖直杆的下部设有螺纹；能调节拉力传感器吊架的顶端中央设有穿孔，竖直杆穿过所述穿孔伸入到能调节拉力传感器吊架的内部，竖直杆的下端连接一螺母，竖直杆外套设有螺旋弹簧，该螺旋弹簧下端抵靠在螺母上，上端抵靠在能调节拉力传感器吊架的顶端；所述牵引驱动系统设置在台面下部的隔板上；台面前端设有方向与所述第一组长孔方向平行的第二组长孔，螺栓穿过第二组长孔将一能调节高度的牵拉滑轮支架固定在台面前端的上表面；牵拉滑轮支架上转动设有牵拉滑轮，台面前端的相应位置设有牵引绳穿孔，所述第二牵引绳的前端绕过牵拉滑轮并穿过所述牵引绳穿孔伸入到台面下与牵引驱动系统连接；所述第一牵引绳、第二牵引绳的水平段及拉力传感器均位于试验管道的轴线上；所述牵拉滑轮支架由上、下两个开口相对并相互扣合在一起的U型件构成，两个U型件的U型截面与试验管道的轴线垂直设置；两个U型件相互扣合的侧壁上均设有长槽，螺栓通过长槽将两个U型件相对固定；下部的U型件通过螺栓连接在台面的第二组长孔处；上部的U型件中间对称设有两个向下伸出的连接片，两个连接片上端分别与上部的U型件螺栓连接，两个连接片下部相对的位置分别设有通孔；牵拉滑轮包括转轮和轮轴，转轮通过轴承转动设置在轮轴中部，轮轴两端分别穿过两个通孔，轮轴两端分别设有螺纹并通过螺母将牵拉滑轮固定在两个连接片之间；所述牵引驱动系统包括伺服电机、减速箱和绕线器；所述减速箱固定设置在隔板上，伺服电机用螺栓固定在减速箱一侧，伺服电机与伺服控制系统电连接，伺服电机的电机输出轴伸入到减速箱内，减速箱内设有一个与电机输出轴平行的输出轴；电机输出轴上固定设有小齿轮，该小齿轮与固定设置在输出轴上的大齿轮啮合传动；所述输出轴伸出减速箱的一端固定设有绕线器，所述第二牵引绳的前端与绕线器连接并由绕线器卷绕牵拉；所述减速箱内还设有一个备用轴，备用轴与所述输出轴平行设置，在输出轴上的大齿轮一侧还固定设有第一链轮，第一链轮通过链条与固定设置在备用轴上的第二链轮传动连接。
5.如权利要求4所述的原油管道通球清蜡模拟实验装置，其特征在于：所述伺服控制系统包括PLC控制器、伺服控制器、液晶指示屏及开关电源；所述开关电源采用空气断路器；所述伺服控制系统还设有一微动开关，所述微动开关设置在吊轨轨道的前端，微动开关与PLC控制器电连接；所述伺服控制系统还设有一编码器，所述编码器设置在伺服电机外部并与PLC控制器电连接；所述操作台的台面与隔板之间设有电箱，所述PLC控制器、伺服控制器及开关电源设置在电箱内；所述液晶指示屏设置在台面上，该液晶指示屏采用触摸屏，触摸屏上设有自动和点动模式切换按钮、前进及后退按钮、启动及停止按钮、速度及行程参数设置文本框。
6.如权利要求1至5中任一项所述的原油管道通球清蜡模拟实验装置，其特征在于：所述清管器包括骨架、刮蜡板、隔离件和压板；所述骨架为阶梯圆柱体，骨架中部为大直径段，大直径段的前部和后部为直径相等的小直径段；刮蜡板、隔离件和压板均前后相接套设在骨架前部和后部的小直径段上，刮蜡板及隔离件采用相邻两个刮蜡板之间设置一个隔离件的形式进行布置，压板分别套设在骨架的最前端和最后端；骨架的大直径段、刮蜡板、隔离件和压板的圆周方向均设有多个轴向贯穿前部和后部的螺栓通孔，螺栓穿过所述螺栓通孔将骨架、刮蜡板、隔离件和压板固定连接为一个整体；所述骨架的前端面和后端面的中心处均设有牵引螺栓孔，牵引吊环分别连接在牵引螺栓孔内，前端面的牵引吊环通过环扣与第一牵引绳的后端连接；后端面的牵引吊环通过环扣还连接有一条备用牵引绳；所述刮蜡板采用聚氨酯材料制成，其收缩比为1.5％，刮蜡板的邵氏A硬度为80或85或90，刮蜡板有圆盘形和碟形两种形式；所述隔离件和压板均为圆盘形，所述隔离件和压板的中心设有与骨架小直径段的直径匹配的套接孔，套接孔周围设有多个所述螺栓通孔；所述隔离件和压板的外径与骨架大直径段的外径相同；所述隔离件为尼龙材料，所述骨架和压板为钢质材料。
7.如权利要求6所述的原油管道通球清蜡模拟实验装置，其特征在于：所述圆盘形刮蜡板的中心设有与骨架小直径段的直径匹配的套接孔，套接孔周围设有多个所述螺栓通孔；刮蜡板的外径与试验管道的内径相同；或刮蜡板的外径比试验管道的内径大2％。
8.如权利要求6所述的原油管道通球清蜡模拟实验装置，其特征在于：所述碟形刮蜡板为圆周边缘相对中心向一侧偏移的碟形，刮蜡板的中心设有与骨架小直径段的直径匹配的套接孔，套接孔周围设有多个所述螺栓通孔；刮蜡板的外径与试验管道的内径相同；或刮蜡板的外径比试验管道的内径大2％；或刮蜡板的外径比试验管道的内径大5％。
9.一种使用如权利要求1至8中任一项所述的原油管道通球清蜡模拟实验装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、试样准备：将现场沉积物样掺入原油中，高温融化，制备模拟沉积物，熔蜡温度80℃；
S2、从操作台上拆卸试验管道，将试验管道竖直放置并与浇蜡模具系统组装，与浇蜡模具系统一起预热至浇蜡温度80℃；
S3、将制备好的试样快速倒入浇蜡模具与试验管道之间的环形间隙，直至试验管道的端口处；
S4、调节控温水浴开始降温至实验温度；
S5、降至实验温度后，将浇蜡模具系统从试验管道上拆离，此后，试验管道继续竖直放置恒温1h；
S6、恒温结束后，用第一牵引绳将清管器和拉力传感器连接好；清管器后端连接备用牵引绳，并固定好清管器起始位置；
S7、固定试验管道于操作台上，将第一牵引绳和第二牵引绳适当收紧，保证第一牵引绳、拉力传感器和第二牵引绳的水平段位于试验管道的轴线方向上；
S8、进行清蜡实验，测量清管力及清蜡效率；基于试验管道内壁没有浇铸蜡沉积物时的空载数据与清蜡实验数据，分析不同实验条件下蜡层破坏力大小并计算蜡层强度。
10.如权利要求9所述的原油管道通球清蜡模拟实验装置的实验方法，其特征在于：在步骤S4中，降温过程中每隔10min旋转浇蜡模具若干圈，直至降温至实验温度；该实验方法还包括在清蜡测试前进行试验管道内壁没有蜡层时清管器的空载实验，即基线测试。
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