CN104569037A - 一种测量多腔液体温度及压力的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了测量多腔液体温度及压力的实验装置，即多腔高温高压液体实验装置，包括多腔法兰、热循环机构、多个温压分头和多个液体充填器，各所述温压分头的上部具有两分支管路，所述两分支管路分别设有温度变送器和压力变送器，各所述温压分头的下端连接有伸出安装孔之外的固定接头；温度变送器和所述压力变送器分别测量所述容置腔内液体的温度值和压力值，并分别将测量得到的温度值信号和压力值信号通过外接电缆传递至外部记录仪。本发明实现了井内无空气导热油循环加热功能，具有安全性好，使用效率高，操作简单的优点。

Description

一种测量多腔液体温度及压力的实验装置

技术领域

本发明涉及稠油生产领域，尤其涉及一种悬挂固定在室内高温模拟油井井口法兰上的测量多腔液体温度及压力的实验装置。

背景技术

在石油生产领域，注汽封隔器是稠油开发中蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD、火烧油层以及注汽辅助热采配套工艺技术中不可缺少的井下工具，其质量的好坏直接影响稠油开发工艺措施的成败。60％～70％注汽封隔器的密封件密封动力来自液体遇热体积膨胀，然而多数设计者们无法掌控注汽封隔器膨胀液体体积用量，以至密封件的密封动力不能恰好满足要求，密封动力大导致液缸密封刺漏，而密封动力小导致密封效果差。故此对液体遇热(尤其温度200℃以上)膨胀物理性能，，即体积充满度、温度和压力关系的实验研究就显得十分必要。

为研究膨胀液体物理性能就需要一套结构合理、安全性高的实验装置起着至关重要的作用。而现有的研究饱和蒸汽压力与温度关系的实验装置，均为教学演示而设计，都有透明的观察窗，这样的结构强度受到一定限制；一个盛液腔体，且腔体体积固定，实验效率低；加热方式为热源直接接触加热，加之实验装置整体裸放在空气中，安全性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量多腔液体温度及压力的实验装置，该装置与室内高温模拟油井热循环系统相配合测试和研究液体遇热膨胀的物理性能—体积、充满度、温度和压力的关系，为稠油开发中靠热力坐封的注汽封隔器结构设计和膨胀液体用量提供理论依据。

为达到上述目的，本发明提出一种测量多腔液体温度及压力的实验装置，包括：多腔法兰，在所述多腔法兰的中心开设有上下贯通的中心孔，所述多腔法兰上以该中心孔为中心沿周向均匀开设有多个上下贯通的安装孔；热循环机构，包括喷洒管和设置在所述喷洒管上端的卡箍头，所述喷洒管的侧壁开设有若干个喷孔，所述喷洒管贯穿固定于所述中心孔中，所述卡箍头外接热介质循环管线，通过所述喷洒管的上端口，所述热介质循环管线将热介质导入所述喷洒管；多个温压分头，分别插装于各所述安装孔内，各所述温压分头的上部具有两分支管路，所述两分支管路分别设有温度变送器和压力变送器，各所述温压分头的下端连接有伸出安装孔之外的固定接头；多个液体充填器，每个所述液体充填器的上端口与对应的固定接头相连，所述液体充填器内部具有容置腔，所述温压分头通过所述固定接头与所述容置腔相连通，在所述容置腔内容装有能拆装的体积码块组件，在所述容置腔的下端设有能启闭的进液端口；所述温度变送器和所述压力变送器分别测量所述容置腔内液体的温度值和压力值，并分别将测量得到的温度值信号和压力值信号通过外接电缆传递至外部记录仪。

如上所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其中，所述体积码块组件包括：扶正环，与所述容置腔的内壁相连接，挂杆，其上端与所述扶正环相接，其下端向下延伸至所述容置腔底部；至少一个体积码，沿纵向能拆装的套装在所述挂杆上；挂托，连接于所述挂杆的底部。

如上所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其中，在所述容置腔下端的进液端口处设有进液阀组件，所述进液阀组件包括：阀体，具有中空的腔室，所述阀体的上部与所述容置腔下端的进液端口螺纹密封连接，所述阀体的上端口与所述挂托相接，且所述腔室与所述液体充填器的容置腔相连通；弹簧座，设置在所述腔室内，所述弹簧座固定于所述挂托的下端；弹簧，所述弹簧的上端顶抵于所述弹簧座内，所述弹簧的下端顶抵于一顶杆上；不锈钢球，与所述顶杆相接，所述不锈钢球通过所述顶杆封堵于所述腔室下部的液流通道的端口上；顶推组件，包括导旋盘和推杆，所述导旋盘固装于所述液流通道的下端口，所述推杆贯穿所述导旋盘的中心并与所述导旋盘螺纹连接，且所述推杆伸入至所述液流通道内并与所述不锈钢球相顶抵。

如上所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其中，在所述温压分头与所述固定接头之间设有紫铜垫圈。

如上所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其中，在所述中心孔与所述喷洒管之间也设有紫铜垫圈。

如上所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其中，所述多个液体充填器的长度各不相同。

如上所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其中，在所述多腔法兰的两端对称设有向两侧延伸的法兰偏轴。

如上所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其中，所述多腔法兰、卡箍头、喷洒管、温压分头和液体充填器均采用合金钢。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1、本发明与室内高温模拟油井相配套，盛液腔体在井内，利用导热油循环加热，实现井内无空气间接加热，实现防止液体燃爆的功能。

2、本发明利用多腔法兰下端面圆周连接多个液体充填器，且容置腔体积可由不同数量的体积码来改变，达到相同或不同实验液体多个不同体积一次性实验的目的，同时具有有限腔体，实现无限个腔体体积之优点。

3、本发明以耐高温、耐氧化、耐疲劳、耐腐蚀的优质合金钢为主要材料加工而成，且零件之间连接均为钢性密封，达到耐温、耐压、经久耐用的目的。

4、本发明充填液体时操作简单快捷。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明测量多腔液体温压的实验装置的结构示意图；

图2为本发明的温压分头的结构示意图；

图3为本发明的液体充填器的结构示意图。

附图标记说明：

1-多腔法兰；11-中心孔；12-安装孔；

2-热循环机构；21-喷洒管；22-卡箍头；

3-温压分头；31-分支管路；32-温度变送器；33-压力变送器；34-固定接头；

4-液体充填器；41-容置腔；42-体积码块组件；43-进液端口；44-扶正环；45-挂杆；46-体积码；47-挂托；5-固定接头；6-记录仪；

7-进液阀组件；71-阀体；72-腔室；73-弹簧座；74-弹簧；75-不锈钢球；76-顶杆；77-液流通道；78-导旋盘；79-推杆；80-紫铜垫圈；81-法兰偏轴。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

请参考图1，图1为本发明测量多腔液体温压的实验装置的结构示意图；图2为本发明的温压分头的结构示意图；图3为本发明的液体充填器的结构示意图。

如图1至图3所示，本发明测量多腔液体温度及压力的实验装置，即多腔高温高压液体实验装置，包括多腔法兰1、热循环机构2、多个温压分头3和多个液体充填器4，其中，多腔法兰1在其中心开设有上下贯通的中心孔11，多腔法兰1上以该中心孔11为中心沿周向均匀开设有多个上下贯通的安装孔12。热循环机构2包括喷洒管21和设置在喷洒管21上端的卡箍头22，喷洒管21贯穿固定于中心孔11中，卡箍头22外接热介质循环管线(图中未示出)，通过喷洒管21的上端口，热介质循环管线将热介质导入喷洒管21，喷洒管21侧壁开设有若干个喷孔，热介质通过喷孔喷洒至液体充填器4的外壁，从而间接的为安装在周围的多个液体充填器4内的液体模拟实验进行加热，达到防止液体燃爆的功能，安全性高。多个温压分头3分别插装于各安装孔12内，各温压分头3的上部具有两分支管路31，两分支管路31分别设有温度变送器32和压力变送器33，各温压分头3的下端连接有伸出安装孔12之外的固定接头5，用于连接液体充填器4。每个液体充填器4的上端口与对应的固定接头5相连，液体充填器4内部具有容置腔41，温压分头3通过固定接头5与容置腔41相连通，使得温度变送器32和压力变送器33能够感测到容置腔41内液体的温度和压力。在容置腔41内容装有能拆装的体积码块组件42，在容置腔41的下端设有能启闭的进液端口43，以便向容置腔41内注液。温度变送器32和压力变送器33分别测量容置腔41内液体的温度值和压力值，并分别将测量得到的温度值信号和压力值信号通过外接电缆传递至外部记录仪6，以便对测量数据进行分析，进而为稠油开发中靠热力坐封的注汽封隔器结构设计和膨胀液体用量提供理论依据。

如图3所示，所述体积码块组件42包括扶正环44、挂杆45、体积码46和挂托47，其中，扶正环44与容置腔41的内壁相连接，起到固定的作用。挂杆45的上端与扶正环44相接，其下端向下延伸至容置腔41底部并连接挂托47。在挂杆45上沿纵向能拆装的套装至少一个体积码46，由于体积码46在容置腔41内占据一定的体积，通过改变体积码46的数量来改变容置腔41的实际容积，多个液体充填器配合使用，达到相同或不同实验液体、多个不同体积一次性实验测试的目的。

如图3所示，在容置腔41下端的进液端口处设有进液阀组件7，所述进液阀组件包括具有中空腔室72的阀体71、弹簧座73、弹簧74、不锈钢球75和顶推组件，阀体71的上部与容置腔41下端的进液端口43螺纹密封连接，使得进液阀组件7连接于进液端口43处。阀体71的上端口与挂托47相接，挂托47为环空型部件，即在挂托47上开设上下贯通的通道，以保证腔室72与液体充填器4的容置腔41相连通，使得输入液体能通过进液阀组件7输送至液体充填器4的容置腔41内。弹簧座73设置在腔室72内，弹簧座73固定于挂托47的下端，弹簧74的上端顶抵于弹簧座73内，弹簧74的下端顶抵于一顶杆76上，不锈钢球75与顶杆76相接，不锈钢球75通过顶杆76能活动的封堵于腔室72下部的液流通道77的端口上，起到封闭腔室72和容置腔41的作用。顶推组件包括导旋盘78和推杆79，导旋盘78固装于液流通道77的下端口，推杆79贯穿导旋盘78的中心并与导旋盘78螺纹连接，推杆79在导旋盘78中的转动实现其上下移动，进而使得推杆79伸入至液流通道77内并与不锈钢球75相顶抵，推杆79能够将不锈钢球75顶起，从而开启液流通道77，使得液体能够通过液流通道77注入容置腔内。导旋盘78为环空型部件，即在导旋盘78上开设上下贯通的通道，以使得液体能够通过导旋盘78注入液流通道77内。

进一步的，为保证连接强度和牢固性，在温压分头3与固定接头5之间设有紫铜垫圈80。在中心孔11与喷洒管21之间也设有紫铜垫圈80。

在本发明中，多个液体充填器4的长度各不相同，从而能够一次测量不同体积的液体实验数据。

进一步的，在多腔法兰1的两端对称设有向两侧延伸的法兰偏轴81，以便在辅助支架上偏心翻转实验装置，利于实验液体的充填和实验装置的吊装固定。

进一步的，多腔法兰1、卡箍头22、喷洒管21、温压分头3和液体充填器4均采用合金钢加工而成，且零件之间连接均为钢性密封，达到耐温、耐压、经久耐用的目的。

在使用时，组装好的测量多腔液体温度及压力的实验装置通过多腔法兰1边缘对称偏槽内的法兰偏轴81(其中一个法兰偏轴焊接、另一个法兰偏轴自由夹放)水平横置在辅助支架上且液体充填器4一端朝上，用扳手顺时针旋转导旋盘78，使不锈钢球75离开液流通道77上端形成的球座，使得液流通道77开启。再用注射器从液流通道77注入或吸取一定体积的实验液体，充填完成后，逆时针旋转导旋盘78，不锈钢球75在弹簧74和顶杆76的作用下坐封在液流通道77上端形成的球座内。

安装固定及加温测试：将填充完实验液体水平放置在辅助支架上的多腔高温高压液体实验装置中的多腔法兰1边缘一侧偏槽内自由夹放的法兰偏轴81取下，该实验装置在重量偏心作用下沿着多腔法兰1边缘另一侧偏槽内焊接的法兰偏轴81翻转，使得液体充填器4朝下，热循环机构2朝上，用吊车将实验装置与室内高温模拟油井固定安装，使液体充填器4在井内，多腔法兰1坐于高温模拟油井井口法兰上，且通过螺栓固定；再用卡箍把卡箍头22与高温模拟油井热介质循环管线连接。逐渐升温的热介质沿箭头G方向(如图1所示)流入，经喷洒管21管壁的喷孔对液体充填器4均匀加热，液体充填器4内的实验液体温度、压力变化值通过温度变送器32、压力变送器33转变为电信号传输给记录仪6，为稠油开发中靠热力坐封的注汽封隔器结构设计和膨胀液体用量提供理论依据。本发明实现了井内无空气导热油循环加热功能，具有安全性好，使用效率高，操作简单的优点。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (8)

1.一种测量多腔液体温度及压力的实验装置，其特征在于，所述测量多腔液体温度及压力的实验装置包括：

多腔法兰，在所述多腔法兰的中心开设有上下贯通的中心孔，所述多腔法兰上以该中心孔为中心沿周向均匀开设有多个上下贯通的安装孔；

热循环机构，包括喷洒管和设置在所述喷洒管上端的卡箍头，所述喷洒管的侧壁开设有若干个喷孔，所述喷洒管贯穿固定于所述中心孔中，所述卡箍头外接热介质循环管线，通过所述喷洒管的上端口，所述热介质循环管线将热介质导入所述喷洒管；

多个温压分头，分别插装于各所述安装孔内，各所述温压分头的上部具有两分支管路，所述两分支管路分别设有温度变送器和压力变送器，各所述温压分头的下端连接有伸出安装孔之外的固定接头；

多个液体充填器，每个所述液体充填器的上端口与对应的固定接头相连，所述液体充填器内部具有容置腔，所述温压分头通过所述固定接头与所述容置腔相连通，在所述容置腔内容装有能拆装的体积码块组件，在所述容置腔的下端设有能启闭的进液端口；

所述温度变送器和所述压力变送器分别测量所述容置腔内液体的温度值和压力值，并分别将测量得到的温度值信号和压力值信号通过外接电缆传递至外部记录仪。

2.如权利要求1所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其特征在于，所述体积码块组件包括：

扶正环，与所述容置腔的内壁相连接，

挂杆，其上端与所述扶正环相接，其下端向下延伸至所述容置腔底部；

至少一个体积码，沿纵向能拆装的套装在所述挂杆上；

挂托，连接于所述挂杆的底部。

3.如权利要求2所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其特征在于，在所述容置腔下端的进液端口处设有进液阀组件，所述进液阀组件包括：

阀体，具有中空的腔室，所述阀体的上部与所述容置腔下端的进液端口螺纹密封连接，所述阀体的上端口与所述挂托相接，且所述腔室与所述液体充填器的容置腔相连通；

弹簧座，设置在所述腔室内，所述弹簧座固定于所述挂托的下端；

弹簧，所述弹簧的上端顶抵于所述弹簧座内，所述弹簧的下端顶抵于一顶杆上；

不锈钢球，与所述顶杆相接，所述不锈钢球通过所述顶杆封堵于所述腔室下部的液流通道的端口上；

顶推组件，包括导旋盘和推杆，所述导旋盘固装于所述液流通道的下端口，所述推杆贯穿所述导旋盘的中心并与所述导旋盘螺纹连接，且所述推杆伸入至所述液流通道内并与所述不锈钢球相顶抵。

4.如权利要求1所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其特征在于，在所述温压分头与所述固定接头之间设有紫铜垫圈。

5.如权利要求1所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其特征在于，在所述中心孔与所述喷洒管之间也设有紫铜垫圈。

6.如权利要求1至5中任一项所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其特征在于，所述多个液体充填器的长度各不相同。

7.如权利要求1至5中任一项所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其特征在于，在所述多腔法兰的两端对称设有向两侧延伸的法兰偏轴。

8.如权利要求1至5中任一项所述的测量多腔液体温度及压力的实验装置，其特征在于，所述多腔法兰、卡箍头、喷洒管、温压分头和液体充填器均采用合金钢。