CN107884432A - 测量集输管路中油水两相粘壁温度的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种测量集输管路中油水两相粘壁温度的实验装置，包括连接井口和计量间的主管路，其特征在于：在主管路上增设一套用于实验测试的测量系统，所述的实验测量系统包括测量部分和数据采集系统。为了测量油水混合物的粘壁温度，测量和采集对应的压力、温度、流量、含水率参数，透明观察管观察不同温度下油水混合物的流动状态，当发现油水混合物出现流动困难甚至是停止流动状态时，此时温度变送器显示的温度即为该流量和含水率状态下的油水混合物的粘壁温度。本发明结构简单，易使用操作，粘壁温度的测量能为集输系统优化调整运行参数提供理论参考与科学依据，保证集输系统在安全生产运行的同时，达到节能降耗的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量集输管路中油水两相粘壁温度的实验装置及方法。
背景技术
目前，我国大部分油田所产原油为高含蜡、高凝点、高粘度的“三高”原油，为使其有较好的流动性，通常采用加热流程，以确保油气集输及处理过程的正常进行。油气集输流程是油气集输及处理系统的中心环节，油气集输流程可分为集油、脱水、稳定和储运四个工艺阶段，其能耗也分别由集油、脱水、原油稳定处理和转油能耗(稳定能耗)及储运能耗四部分组成。其中集油部分能耗是集输系统的主要能耗，而集油能耗中热力能耗则占主要地位，因此如何降低集油过程中的热力能耗是油气集输系统节能降耗的关键。研究表明，高含水原油与低含水原油相比由于其流态转变液体粘度下降，其集油的进站温度可以达到凝点附近甚至是凝点以下，因此对油井实施不加热的常温集油成为矿场油气集输系统节能降耗的主要措施之一。在不加热集油的过程中，要保证集油的进站温度在某个温度界限以上，因为当集油温度低于该温度界限时就会出现原油粘壁的情况，粘壁严重时会造成管道堵塞影响生产运行。油水混合物发生粘壁情况时的温度就称为高含水原油的粘壁温度，而不加热集油的关键技术之一是油水混合物粘壁温度的确定，只要保证高含水原油的集油进站温度在粘壁温度以上，就可以实现不加热集油。
传统的集输系统中输油管路的终点温度最低取原油凝点以上3-5℃，但对于高含水的油水混合物，其输送的最低温度会低于原油的凝点。如中国实用新型专利，CN201196642Y公开了一种测试特高含水期油气水管道不加热集输界限的装置。该装置用于测试特高含水期在不加任何药剂的条件下，油气水不加热集输的界限，以此来降低集油能耗。该专利进行的实验中除了对压力、流速等条件进行测试外，对不加热集输的温度界限也进行了测量，从而可以得到不加热集输的边界条件，这对不加热集输工艺的发展具有指导意义。但由于该专利所测试的不加热集输界限过于保守，并未涉及到油水两相粘壁温度的测量。因此有必要在现场利用可以测量相关点压力、温度等数据并实现流型观测的装置进行试验，以确定不同流量、含水率下高含水原油的粘壁温度，使测量得到的不加热集输温度界限更具有实际生产指导意义。
发明内容
针对上述技术问题存在的不足，本发明在于提供一种测量集输管路中油水两相粘壁温度的实验装置及方法，该实验装置结合实际生产运行情况，测量不同流动参数下含水原油的粘壁温度，得到流量、含水率对粘壁温度的影响规律的实验管路系统，为不加热集油工艺提供温度界限，使高含水原油的不加热集油过程可以安全可靠的进行。
一种测量集输管路中油水两相粘壁温度的实验装置，包括连接井口和计量间的主管路，在主管路上安装有第二闸阀，其特征在于：在主管路上增设一套用于实验测试的测量系统；所述的实验测量系统包括测量部分和数据采集系统。
所述的测量部分，包括：人工测量和机械测量。
所述的人工测量是通过第一压力表和第二压力表直接读取被第一球阀节流后油水混合物的压力变化值。
所述的机械测量是通过压力变送器测量经过透明观察管后油水混合物的压力变化值，温度变送器测量油水混合物的温度，质量流量计计量油水混合物的质量流量、体积流量和密度，分别将所测数据信号传输给数据采集系统的机械测量。
所述的数据采集系统，包括人工采集和机械采集，其中第一压力表、第二压力表所测量的压力数值录取为人工采集；而压力变送器、温度变送器以及质量流量计所测量的压力数值、温度数值以及流量数值录取为机械采集。
所述的实验测量系统由第一压力表、第一球阀、安全阀、第二压力表、透明观察管、压力变送器、温度变送器、第二球阀、过滤器、质量流量计、第三球阀、第一闸阀依次通过实验钢管连接而成，所述的第一球阀和第一闸阀作为实验测量系统的入口阀门和出口阀门。
在实验测量系统上设有一条作为流量测试段的旁通管路，所述的旁通管路由实验钢管和第四球阀连接而成。
在实验测量系统上还设有放空管，在其放空管上安装有放空阀。
所述的透明观察管为石英透明玻璃管，除了通过人为观察外，还在该部分设置了运动相机，对油水混合物的流动状态进行监控记录。
一种测量集输管路中油水两相粘壁温度的实验方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)打开第一球阀和第一闸阀，确认放空管上的放空阀是关闭的，再关闭主管路1上的第二闸阀。
(b)测试油井的油水混合物通过集油主管路进入到实验测量系统中，经过第一压力表、安全阀、第二压力表，进入透明观察管，通过第一压力表和第二压力表读取被第一球阀节流后油水混合物的压力变化值，利用透明观察管观察流型以及油水混合物的流动状态，并利用运动相机录像和拍摄照片，油水混合物通过透明观察管后，会经过压力变送器和温度变送器进入流量测量段，通过压力变送器测量经过透明观察管后油水混合物的压力变化值，通过温度变送器测量油水混合物的温度，压力变送器和温度变送器分别将测量到的数据传输给数据采集系统，用于计算机数据分析。
(c)在正常实验情况下打开第二球阀和第三球阀，关闭第四球阀，油水混合物流经过滤器和质量流量计，经过滤器滤除油水混合物的杂质，并通过质量流量计用于计量油水混合物的的质量流量、体积流量和密度，将测量到的数据传输给数据采集系统，用于计算机数据分析。
(d)为了测量油水混合物的粘壁温度，测量和采集对应的压力、温度、流量、含水率参数，透明观察管观察不同温度下油水混合物的流动状态，当发现油水混合物出现流动困难甚至是停止流动状态时，此时温度变送器显示的温度即为该流量和含水率状态下的油水混合物的粘壁温度。
(e)最后油水混合物通过第一闸阀回到主管路中进入油井生产计量环节。
利用运动相机录像和拍摄照片，可用于分析油水混合物的流动状态，并结合实验测量的流量、压力、含水率、温度等数据进行分析，得到集输管路中油水混合物的粘壁温度。
所述的质量流量计可以同时测量油水混合物的质量流量、体积流量和密度，并利用油水混合物的密度及实时温度下的油、水密度反算得到含水原油的质量含水率和体积含水率，由此保证实验可以得到对应流量，对应含水率下的粘壁温度。
本发明的有益效果是：1.本实验装置结构简单，易使用操作。2.本实验装置安装在现场的实际生产管路上，实验过程与现场生产运行结合较为紧密，实验结果对实际生产更具有指导意义。3.通过数据采集系统进行实验数据的采集，简单便利，保证了实验数据的实时性和准确性。4采用运动相机对油水混合物的流动状态进行实时拍摄，使实验数据与该数据下的实验现象可以一一对应，对于后期的实验分析与现象解释提供了更多有力依据。5.实验测得的粘壁温度可以作为不加热集油的温度界限，当进站温度高于该界限时，可以停止伴热，采用不加热的集油方式，可大大降低集油能耗。粘壁温度的测量能为集输系统优化调整运行参数提供理论参考与科学依据，保证集输系统在安全生产运行的同时，达到节能降耗的目的。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
图中：主管路1、第一压力表2、第一球阀3、安全阀4、第二压力表5、实验钢管6、透明观察管7、压力变送器8、温度变送器9、放空阀10、第二球阀11、过滤器12、质量流量计13、第三球阀14、第四球阀15、第一闸阀16、第二闸阀17、放空管18。
具体实施方式
如图1所示，一种测量集输管路中油水两相粘壁温度的实验装置，安装在油田计量间油井的集油管路上，主管路1一端连接井口，另一端连接计量间，在主管路1上安装有第二闸阀17。在主管路1上增设一套用于实验测试的测量系统，所述的实验测量系统由第一压力表2、第一球阀3、安全阀4、第二压力表5、透明观察管7、压力变送器8、温度变送器9、第二球阀11、过滤器12、质量流量计13、第三球阀14、第一闸阀16依次通过实验钢管6连接而成，所述的第一球阀3和第一闸阀16作为实验测量系统的入口阀门和出口阀门。
在实验测量系统上设有一条作为流量测试段的旁通管路，所述的旁通管路由实验钢管和第四球阀15连接而成，当过滤器12被堵住时，打开第四球阀15，关闭第二球阀11和第三球阀14，以保证油水混合物的流动，来进行维修或更换过滤器12。
在实验测量系统上还设有放空管18，在其放空管18上安装有放空阀10，当实验测量系统内集聚的气体较多或需要放空实验测量系统内积留的液体时，可以打开放空阀10放空管路。
所述的透明观察管7为石英透明玻璃管，除了通过人为观察外，还在该部分设置了运动相机，对油水混合物的流动状态进行监控记录。
所述的实验测量系统包括测量部分和数据采集系统。
所述的测量部分，包括：人工测量和机械测量。人工测量是通过第一压力表2和第二压力表5直接读取被第一球阀3节流后油水混合物的压力变化值；所述的机械测量是通过压力变送器8测量经过透明观察管7后油水混合物的压力变化值，温度变送器9测量油水混合物的温度，质量流量计13计量油水混合物的质量流量、体积流量和密度，分别将所测数据信号传输给数据采集系统的机械采集。
所述的数据采集系统，包括人工采集和机械采集，其中第一压力表2、第二压力表5所测量的压力数值录取为人工采集；而压力变送器8、温度变送器9以及质量流量计13所测量的压力数值、温度数值以及流量数值录取为机械采集。
一种测量集输管路中油水两相粘壁温度的实验方法，其特征在于包括如下步骤：(a)打开第一球阀3和第一闸阀16，确认放空管18上的放空阀10是关闭的，再关闭主管路1上的第二闸阀17。
(b)测试油井的油水混合物通过集油主管路1进入到实验测量系统中，经过第一压力表2、安全阀4、第二压力表5，进入透明观察管7，通过第一压力表2和第二压力表5读取被第一球阀3节流后油水混合物的压力变化值，利用透明观察管7观察流型以及油水混合物的流动状态，并利用运动相机录像和拍摄照片，油水混合物通过透明观察管7后，会经过压力变送器8和温度变送器9进入流量测量段，通过压力变送器8测量经过透明观察管7后油水混合物的压力变化值，通过温度变送器9测量油水混合物的温度，压力变送器8和温度变送器9分别将测量到的数据传输给数据采集系统，用于计算机数据分析。
(c)在正常实验情况下打开第二球阀11和第三球阀14，关闭第四球阀15，油水混合物流经过滤器12和质量流量计13，经过滤器12滤除油水混合物的杂质，并通过质量流量计13用于计量油水混合物的的质量流量、体积流量和密度，将测量到的数据传输给数据采集系统，用于计算机数据分析。
(d)为了测量油水混合物的粘壁温度，测量和采集对应的压力、温度、流量、含水率参数，透明观察管7观察不同温度下油水混合物的流动状态，当发现油水混合物出现流动困难甚至是停止流动状态时，此时温度变送器9显示的温度即为该流量和含水率状态下的油水混合物的粘壁温度。
(e)最后油水混合物通过第一闸阀16回到主管路1中进入油井生产计量环节。
为了进一步验证所测粘壁温度的准确性，通过计算油井起点至压力变送器8的压降值，绘制温度变送器9所测的温度值与对应压降值的关系曲线，在压降-温度的曲线中找到第一个压降突变的高点，该压降突变的高点即为该油井的油水两相的粘壁温度。
本发明利用运动相机录像和拍摄照片，可用于分析油水混合物的流动状态，并结合实验测量的流量、压力、含水率、温度等数据进行分析，得到集输管路中油水混合物的粘壁温度。
所述的质量流量计13可以同时测量油水混合物的质量流量、体积流量和密度，并利用油水混合物的密度及实时温度下的油、水密度反算得到含水原油的质量含水率和体积含水率，由此保证实验可以得到对应流量，对应含水率下的粘壁温度。
发明人在华北油田进行了现场实验，实验结果表明在所测试的参数范围内，油水两相流为分层流。在所测试的五口油井中，其测试得到的压降-温度关系曲线中第一个压降突变高点对应的温度与观察到油水两相流流动困难或停止流动的温度大致相等，实验验证了该粘壁温度测量方法的准确性和可靠性。而这五口井其全流量条件下所测量的粘壁温度均在其原油凝点以下2℃左右，且油井流量越高，含水率越高，所测油水混合物粘壁温度越低。实验结果表明当进站温度高于粘壁温度时，油井产出的油水混合物可以采用不加热集输工艺进行集输。
Claims (10)
1.一种测量集输管路中油水两相粘壁温度的实验装置，包括连接井口和计量间的主管路(1)，在主管路(1)上安装有第二闸阀(17)，其特征在于：在主管路(1)上增设一套用于实验测试的测量系统；所述的实验测量系统包括测量部分和数据采集系统。
2.根据权利要求1所述的一种实验装置，其特征在于：所述的测量部分，包括：人工测量和机械测量。
3.根据权利要求2所述的一种实验装置，其特征在于：所述的人工测量是通过第一压力表(2)和第二压力表(5)直接读取被第一球阀(3)节流后油水混合物的压力变化值；所述的机械测量是通过压力变送器(8)测量经过透明观察管(7)后油水混合物的压力变化值，温度变送器(9)测量油水混合物的温度，质量流量计(13)计量油水混合物的质量流量、体积流量和密度，分别将所测数据信号传输给数据采集系统的机械采集。
4.根据权利要求1所述的一种实验装置，其特征在于：所述的数据采集系统，包括人工采集和机械采集，其中第一压力表(2)、第二压力表(5)所测量的压力数值录取为人工采集；而压力变送器(8)、温度变送器(9)以及质量流量计(13)所测量的压力数值、温度数值以及流量数值录取为机械采集。
5.根据权利要求1所述的一种实验装置，其特征在于：所述的实验测量系统由第一压力表(2)、第一球阀(3)、安全阀(4)、第二压力表(5)、透明观察管(7)、压力变送器(8)、温度变送器(9)、第二球阀(11)、过滤器(12)、质量流量计(13)、第三球阀(14)、第一闸阀(16)依次通过实验钢管(6)连接而成，所述的第一球阀(3)和第一闸阀(16)作为实验测量系统的入口阀门和出口阀门。
6.根据权利要求5所述的一种实验装置，其特征在于：在实验测量系统上设有一条作为流量测试段的旁通管路，所述的旁通管路由实验钢管和第四球阀(15)连接而成；在实验测量系统上还设有放空管(18)，在其放空管(18)上安装有放空阀(10)。
7.根据权利要求5所述的一种实验装置，其特征在于：所述的透明观察管(7)为石英透明玻璃管，除了通过人为观察外，还在该部分设置了运动相机，对油水混合物的流动状态进行监控记录。
8.一种测量集输管路中油水两相粘壁温度的实验方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)打开第一球阀(3)和第一闸阀(16)，确认放空管(18)上的放空阀(10)是关闭的，再关闭主管路1上的第二闸阀(17)；
(b)测试油井的油水混合物通过集油主管路(1)进入到实验测量系统中，经过第一压力表(2)、安全阀(4)、第二压力表(5)，进入透明观察管(7)，通过第一压力表(2)和第二压力表(5)读取被第一球阀(3)节流后油水混合物的压力变化值，利用透明观察管(7)观察流型以及油水混合物的流动状态，并利用运动相机录像和拍摄照片，油水混合物通过透明观察管(7)后，会经过压力变送器(8)和温度变送器(9)进入流量测量段，通过压力变送器(8)测量经过透明观察管(7)后油水混合物的压力变化值，通过温度变送器(9)测量油水混合物的温度，压力变送器(8)和温度变送器(9)分别将测量到的数据传输给数据采集系统，用于计算机数据分析；
(c)在正常实验情况下打开第二球阀(11)和第三球阀(14)，关闭第四球阀(15)，油水混合物流经过滤器(12)和质量流量计(13)，经过滤器(12)滤除油水混合物的杂质，并通过质量流量计(13)用于计量油水混合物的的质量流量、体积流量和密度，将测量到的数据传输给数据采集系统，用于计算机数据分析；
(d)为了测量油水混合物的粘壁温度，测量和采集对应的压力、温度、流量、含水率参数，透明观察管(7)观察不同温度下油水混合物的流动状态，当发现油水混合物出现流动困难甚至是停止流动状态时，此时温度变送器(9)显示的温度即为该流量和含水率状态下的油水混合物的粘壁温度。
(e)最后油水混合物通过第一闸阀(16)回到主管路(1)中进入油井生产计量环节。
9.根据权利要求8所述的一种实验方法，其特征在于：利用运动相机录像和拍摄照片，可用于分析油水混合物的流动状态，并结合实验测量的流量、压力、含水率、温度等数据进行分析，得到集输管路中油水混合物的粘壁温度。
10.根据权利要求8所述的一种实验方法，其特征在于：所述的质量流量计(13)可以同时测量油水混合物的质量流量、体积流量和密度，并利用油水混合物的密度及实时温度下的油、水密度反算得到含水原油的质量含水率和体积含水率，由此保证实验可以得到对应流量，对应含水率下的粘壁温度。
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