CN107607178A

CN107607178A - 一种油气水三相流测量的实验装置

Info

Publication number: CN107607178A
Application number: CN201710859791.7A
Authority: CN
Inventors: 李遵伟; 贾欣鑫; 李俊晓; 王虎; 王雷; 柴旭
Original assignee: Qingdao Zhongwu Special Ship Research And Design Institute Co ltd; Oceanographic Instrumentation Research Institute Shandong Academy of Sciences
Current assignee: Qingdao Zhongwu Special Ship Research And Design Institute Co ltd; Oceanographic Instrumentation Research Institute Shandong Academy of Sciences
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-01-19
Anticipated expiration: 2037-09-21
Also published as: CN107607178B

Abstract

本发明公开了一种油气水三相流测量的实验装置，包括空压机、油罐、水罐和油水储存罐，所述空压机、油罐和水罐分别通过管路连接流型发生器一、流型发生器二、流型发生器三和流型发生器四；所述流型发生器一连接水平实验管一，流型发生器二连接水平实验管二，流型发生器三连接垂直实验管一，流型发生器四连接垂直实验管二；水平实验管一、水平实验管二、垂直实验管一和垂直实验管二并联后通过并联管路连接油水储存罐，所述油水储存罐分别通过回流管路一和回流管路二连接水罐和油罐，各管路上均设有阀门，本发明所公开的装置体积小巧、安装简单、移动性强，同时能够模拟出以不同相为主相的各种流型，满足多相流测定实验要求。

Description

一种油气水三相流测量的实验装置

技术领域

本发明涉及一种实验装置，特别涉及一种油气水三相流测量的实验装置。

背景技术

在石油、天然气开采及运输过程中，对油、气、水三相流的检测问题是最基本和最重要的问题之一。三相流测量技术是解决该问题最有效、最直接的方法。工业界和高校已经在研究和开发三相流计量装置上投入了大量的人力物力和财力，虽然已经研制出了可以在工业现场应用的流量计，但是还没有研制出适合于任意流型、不确定性满足±5％、任意相范围的流量计。

对于三相流测量的研究，还有许多有待解决的问题及工作要做。由于三相流在管道中流动的复杂性，到目前为止，对油、气、水三相流的研究还是非常有限的，采用任何一种单一功能的测量方法都很难实现精确的测量，特别是对于三相流流量的实时在线测量问题，至今还没有较好的解决。而多相流实验装置是研究油、气、水多相流问题的重要手段，无论是对理论问题的研究，还是对实际操作数据的验证，都占有着重要的地位。

目前，国内外许多实验室和高校都已经建立了自己的多相流实验装置。英国国家工程实验室(NEL)的油气水三相流量测试和标定装置是世界上唯一的多相流量计标定装置，具有较高的知名度和权威性；法国IFP石油研究院的油气水多相流量测试装置，主要用于多相流模拟试验及多相流量计、多相混输泵原理样机的半工业化性能测试；挪威HYDRO石油公司研究中心的高压多相流实液测试标定装置是目前世界上唯一一套高压多相标定装置，具有压力高、规模大、量程宽等特点；美国Conoco多相流标定装置也是一种采用原油、天然气、产出水为介质的现场实液标定装置；我国大庆油田工程设计技术开发有限公司建造了一套DN50 型油气水多相流量计现场实液测试校验装置，它直接采用油井采出液配置实验介质，并通过了国家计量科学研究院的鉴定。

以上实验装备大都体积庞大、安装复杂、可移动性差，而且在油水两相流实验和油水气三相流实验中没有主流和次流，没有区分水平和垂直实验管，很难全部模拟出各相流之间的不同流型。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种油气水三相流测量的实验装置，以达到体积小巧、安装简单、移动性强，同时能够模拟出以不同相为主相的各种流型，满足多相流测定实验要求的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种油气水三相流测量的实验装置，包括空压机、油罐、水罐和油水储存罐，所述空压机、油罐和水罐分别通过管路连接流型发生器一、流型发生器二、流型发生器三和流型发生器四；所述流型发生器一连接水平实验管一，流型发生器二连接水平实验管二，流型发生器三连接垂直实验管一，流型发生器四连接垂直实验管二；水平实验管一、水平实验管二、垂直实验管一和垂直实验管二并联后通过并联管路连接油水储存罐，所述油水储存罐分别通过回流管路一和回流管路二连接水罐和油罐，各管路上均设有阀门；所述空压机的输出总管路上设有流量阀一和流量计一，所述油罐的输出总管路上设有泵一、流量阀二和流量计二，所述水罐的输出总管路上设有泵二、流量阀三和流量计三，所述回流管路一和回流管路二上分别设有泵三和泵四。

上述方案中，所述阀门为手动阀门，所述流量阀一、流量阀二和流量阀三为电动阀。

上述方案中，所述水平实验管一、水平实验管二、垂直实验管一和垂直实验管二为玻璃钢透明管。

上述方案中，所述水罐的输出管路的管径为DN40mm，油罐的输出管路的管径为DN25mm，气罐的输出管路的管径为DN15mm。

上述方案中，所述油罐内径600mm，高800mm，水罐内径800mm，高1500mm，油水储存罐内径800mm，高1800mm。

流型发生器是把不同相流混合后产生实验所需流型的装置。实验管通过流型发生器能够出现实验所需的各种流型，水平实验管主要测量层状流和塞状流；垂直实验管主要测量泡状流和环状流。

通过上述技术方案，本发明提供的油气水三相流测量的实验装置将油、水、气三相的产生器及储存器整合在一个实验平台，通过控制泵、手动阀门、电动流量阀的开启和关闭，同时设置了水平和垂直实验管实现了多相流实验所需的不同流相组合及不同组合的各种流型。其尺寸大约为长5米、宽2米、高2米，体积小巧、安装简单、可移动性强。油气两相流实验中油循环使用；水气两相流实验中水循环使用；油水两相流实验和油水气三项流实验中油水经过分离实现循环使用。整个实验装置的各项实验的介质均实现循环利用，能够保证实验的连续进行，同时具有较高的经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的一种油气水三相流测量的实验装置示意图。

图中，1、空压机；2、油罐；3、水罐；4、油水储存罐；5、流型发生器一；6、流型发生器二；7、流型发生器三；8、流型发生器四；9、水平实验管一；10、水平实验管二；11、垂直实验管一；12、垂直实验管二；13、并联管路；14、气管一；15、气管二；16、气管三； 17、气管四；18、油管一；19、油管二；20、油管三；21、油管四；22、水管一；23、水管二；24、水管三；25、水管四；26、回流管路一；27、回流管路二；28、泵一；29、泵二； 30、泵三；31、泵四；32、流量阀一；33、流量阀二；34、流量阀三；35、阀门一；36、阀门二；37、阀门三；38、阀门四；39、阀门五；40、阀门六；41、阀门七；42、阀门八；43、阀门九；44、阀门十；45、阀门十一；46、阀门十二；47、阀门十三；48、阀门十四；49、阀门十五；50、阀门十六；51、阀门十七；52、流量计一；53、流量计二；54、流量计三。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种油气水三相流测量的实验装置，如图1所示，该实验装置具有体积小巧、安装简单、移动性强的特点。同时能够模拟出以不同项为主相的各种流型，满足多相流测定的实验要求。

如图1所示的油气水三相流测量的实验装置，包括空压机1、油罐2、水罐3和油水储存罐4，空压机1通过气管一14、气管二15、气管三16、气管四17分别连接流型发生器一5、流型发生器二6、流型发生器三7和流型发生器四8；油罐2通过油管一18、油管二19、油管三20和油管四21分别连接流型发生器一5、流型发生器二6、流型发生器三7和流型发生器四8；水罐3通过水管一22、水管二23、水管三24和水管四25分别连接流型发生器一5、流型发生器二6、流型发生器三7和流型发生器四8。

流型发生器一5连接水平实验管一9，流型发生器二6连接水平实验管二10，流型发生器三7连接垂直实验管一，流型发生器四8连接垂直实验管二；水平实验管一9、水平实验管二10、垂直实验管一11和垂直实验管二12并联后通过并联管路13连接油水储存罐4，油水储存罐4分别通过回流管路一26和回流管路二27连接水罐3和油罐2，回流管路一26和回流管路二27上分别设有泵三30和泵四31。

气管一14、气管二15、气管三16和气管四17上分别设置阀门一35、阀门二36、阀门三37和阀门四38；油管一18、油管二19、油管三20和油管四21上分别设置阀门五39、阀门六40、阀门七41和阀门八42，水管一22、水管二23、水管三24和水管四25上分别设置阀门九43、阀门十44、阀门十一45和阀门十二46。

并联管路13上设置阀门十三47，回流管路一26上设置阀门十四48，回流管路二27上设置阀门十五49，回流管路一26和并联管路13之间设置阀门十六50，回流管路二27和并联管路13之间设置阀门十七51。

空压机1的输出总管路上设有流量阀一32和流量计一52，油罐2的输出总管路上设有泵一28、流量阀二33和流量计二53，水罐3的输出总管路上设有泵二29、流量阀三34和流量计三54。

上述各阀门一35至阀门十七51为手动阀门，流量阀一32、流量阀二33和流量阀三34 为电动阀。

水平实验管一9、水平实验管二10、垂直实验管一11和垂直实验管二12为玻璃钢透明管。水平实验管主要测量层状流和塞状流；垂直实验管主要测量泡状流和环状流。

本实施例中，水罐3的输出管路的管径为DN40mm，油罐2的输出管路的管径为DN25mm，气罐的输出管路的管径为DN15mm。油罐2内径600mm，高800mm，水罐3内径800mm，高1500mm，油水储存罐4内径800mm，高1800mm。

本实验装置不同流相产生各种流型的实施方式如下：

1、油气两相流水平实验管测量实验：

开启空压机1和泵一28，打开流量阀一32和流量阀二33分别控制气和油的流量，打开流量计一52和流量计二53分别测量气和油的流量，阀门二36、阀门三37、阀门四38、阀门八42、阀门六40、阀门七41、阀门十六50、阀门十三47关闭，阀门一35、阀门五39、阀门十七51开启，通过控制流量及流型发生器一5获得实验所需的不同流型。

2、油气两相流垂直实验管测量实验：

开启空压机1和泵一28，打开流量阀一32和流量阀二33分别控制气和油的流量，打开流量计一52和流量计二53分别测量气和油的流量，阀门二36、阀门三37、阀门一35、阀门五39、阀门六40、阀门七41、阀门十六50、阀门十三47关闭，阀门四38、阀门八42、阀门十七51开启，通过控制流量及流型发生器四8获得实验所需的不同流型。

3、水气两相流水平实验管测量实验：

开启空压机1和泵二29，打开流量阀一32和流量阀三34分别控制气和水的流量，打开流量计一52和流量计三54分别测量气和水的流量，阀门一35、阀门三37、阀门四38、阀门九43、阀门十二46、阀门十一45、阀门十四48、阀门十三47、阀门十七51关闭，阀门二36、阀门十44、阀门十六50开启，通过控制流量及流型发生器二6获得实验所需的不同流型。

4、水气两相流垂直实验管测量实验：

开启空压机1和泵二29，打开流量阀一32和流量阀三34分别控制气和水的流量，打开流量计一52和流量计三54分别测量气和水的流量，阀门一35、阀门二36、阀门四38、阀门九43、阀门十二46、阀门十44、阀门十四48、阀门十三47、阀门十七51关闭，阀门三 37、阀门十一45、阀门十六50开启，通过控制流量及流型发生器三7获得实验所需的不同流型。

5、油水两相流以油为主流水平实验管测量实验：

开启11油和泵二29，打开流量阀二33和流量阀三34分别控制油和水的流量，打开流量计二53和流量计三54分别测量油和水的流量，阀门八42、阀门六40、阀门十二46、阀门七41、阀门十44、阀门十一45、阀门十六50、阀门十七51关闭，阀门五39、阀门九43、阀门十三47开启，通过控制流量及流型发生器一5获得实验所需的不同流型。

6、油水两相流以油为主流垂直实验管测量实验：

开启11油和泵二29，打开流量阀二33和流量阀三34分别控制油和水的流量，打开流量计二53和流量计三54分别测量油和水的流量，阀门五39、阀门六40、阀门九43、阀门七41、阀门十44、阀门十一45、阀门十六50、阀门十七51关闭，阀门八42、阀门十二46、阀门十三47开启，通过控制流量及流型发生器四8获得实验所需的不同流型。

7、油水两相流以水为主流水平实验管测量实验：

开启泵一28和泵二29，打开流量阀二33和流量阀三34分别控制油和水的流量，打开流量计二53和流量计三54分别测量油和水的流量，阀门五39、阀门八42、阀门九43、阀门十二46、阀门七41、阀门十一45、阀门十六50、阀门十七51关闭，阀门六40、阀门十 44、阀门十三47开启，通过控制流量及流型发生器二6获得实验所需的不同流型。

8、油水两相流以水为主流垂直实验管测量实验：

开启泵一28和泵二29，打开流量阀二33和流量阀三34分别控制油和水的流量，打开流量计二53和流量计三54分别测量油和水的流量，阀门五39、阀门八42、阀门六40、阀门九43、阀门十二46、阀门十44、阀门十六50、阀门十七51关闭，阀门七41、阀门十一 45、阀门十三47开启，通过控制流量及流型发生器三7获得实验所需的不同流型。

9、油水气三相流以油为主流水平实验管测量实验：

开启空压机1、泵一28和泵二29，打开流量阀一32、流量阀二33和流量阀三34分别控制气、油和水的流量，打开流量计一52、流量计二53和流量计三54分别测量气、油和水的流量，阀门二36、阀门三37、阀门四38、阀门八42、阀门六40、阀门十二46、阀门七 41、阀门十44、阀门十一45、阀门十六50、阀门十七51关闭，阀门五39、阀门九43、阀门一35、阀门十三47开启，通过控制流量及流型发生器一5获得实验所需的不同流型。

10、油水气三相流以油为主流垂直实验管测量实验：

开启空压机1、泵一28和泵二29，打开流量阀一32、流量阀二33和流量阀三34分别控制气、油和水的流量，打开流量计一52、流量计二53和流量计三54分别测量气、油和水的流量，阀门二36、阀门三37、阀门一35、阀门五39、阀门六40、阀门九43、阀门七41、阀门十44、阀门十一45、阀门十六50、阀门十七51关闭，阀门八42、阀门十二46、阀门四38、阀门十三47开启，通过控制流量及流型发生器四8获得实验所需的不同流型。

11、油水气三相流以水为主流水平实验管测量实验：

开启空压机1、泵一28和泵二29，打开流量阀一32、流量阀二33和流量阀三34分别控制气、油和水的流量，打开流量计一52、流量计二53和流量计三54分别测量气、油和水的流量，阀门三37、阀门五39、阀门八42、阀门九43、阀门十二46、阀门七41、阀门一 35、阀门十一45、阀门四38、阀门十六50、阀门十七51关闭，阀门二36、阀门六40、阀门十44、阀门十三47开启，通过控制流量及流型发生器二6获得实验所需的不同流型。

12、油水气三相流以水为主流垂直实验管测量实验：

开启空压机1、泵一28和泵二29，打开流量阀一32、流量阀二33和流量阀三34分别控制气、油和水的流量，打开流量计一52、流量计二53和流量计三54分别测量气、油和水的流量，阀门二36、阀门五39、阀门八42、阀门六40、阀门九43、阀门十二46、阀门一 35、阀门十44、阀门四38、阀门十六50、阀门十七51关闭，阀门三37、阀门七41、阀门十一45、阀门十三47开启，通过控制流量及流型发生器三7获得实验所需的不同流型。

13、油水分离实验：

本实验装置采用重力式油水分离法。油水分离完毕后，首先开启泵四31，阀门十五49 开启，阀门十七51关闭，将油水储存罐4中的油输送到油罐2中；然后开启泵三30，阀门十四48开启，阀门十六50关闭，将油水储存罐4中的水输送到水罐3中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种油气水三相流测量的实验装置，其特征在于，包括空压机、油罐、水罐和油水储存罐，所述空压机、油罐和水罐分别通过管路连接流型发生器一、流型发生器二、流型发生器三和流型发生器四；所述流型发生器一连接水平实验管一，流型发生器二连接水平实验管二，流型发生器三连接垂直实验管一，流型发生器四连接垂直实验管二；水平实验管一、水平实验管二、垂直实验管一和垂直实验管二并联后通过并联管路连接油水储存罐，所述油水储存罐分别通过回流管路一和回流管路二连接水罐和油罐，各管路上均设有阀门；所述空压机的输出总管路上设有流量阀一和流量计一，所述油罐的输出总管路上设有泵一、流量阀二和流量计二，所述水罐的输出总管路上设有泵二、流量阀三和流量计三，所述回流管路一和回流管路二上分别设有泵三和泵四。

2.根据权利要求1所述的一种油气水三相流测量的实验装置，其特征在于，所述阀门为手动阀门，所述流量阀一、流量阀二和流量阀三为电动阀。

3.根据权利要求1所述的一种油气水三相流测量的实验装置，其特征在于，所述水平实验管一、水平实验管二、垂直实验管一和垂直实验管二为玻璃钢透明管。

4.根据权利要求3所述的一种油气水三相流测量的实验装置，其特征在于，所述水罐的输出管路的管径为DN40mm，油罐的输出管路的管径为DN25mm，气罐的输出管路的管径为DN15mm。

5.根据权利要求1所述的一种油气水三相流测量的实验装置，其特征在于，所述油罐内径600mm，高800mm，水罐内径800mm，高1500mm，油水储存罐内径800mm，高1800mm。