CN108035887B - 水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海洋天然气水合物资源开发工程技术领域，具体涉及一种水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试系统及测试方法,包括地下模拟井筒、水箱、水砂混合箱、砂配注器和水砂分离器。该系统通过建立地下模拟井筒，向井筒注入一定量的砂和水，模拟水合物开采过程中井筒中水、砂两相混合流体状态，进而在水合物开采井筒条件下，测试不同砂粒径、不同砂浓度和不同流量情况下，砂对离心泵叶轮和导壳的磨损程度，为水合物开采人工举升离心泵的设计提供依据。

Description

水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试系统及方法
技术领域
本发明涉及海洋天然气水合物资源开发工程技术领域，具体涉及一种水合物开采过程中 砂对离心泵磨损的测试系统及测试方法。
背景技术
天然气水合物是一种潜在的能源，因其具有分布范围广，能量密度高，资源量巨大的特 点，世界各国投入大量的资金和人力开展天然气水合物资源开采的研究。
水合物的开采需要通过人工举升的方式将井底的流体举升至井口，最常用的举升方式是 电潜离心泵。开采过程中水合物的分解会产生甲烷气和水，由于储层胶结程度差，随着压力 降低和储层的应力改变，储层中的砂会随着流体流入到井筒中，大量的出砂会造成井筒砂埋。水合物的开采均需要采取防砂措施，但所有的防砂措施均不可能完全防止砂进入井筒。因此， 离心泵举升的流体中必定会含有不同粒径、不同浓度的砂，这些砂的存在会磨损离心泵的叶 轮和导壳，影响泵的性能和寿命。
对于水合物开采的人工举升来说，需要定量的确定砂对离心泵关键部件的磨损程度，从 而选用相应的防护措施延长水合物开采人工举升泵的寿命。目前关于砂对离心泵叶轮磨损的 研究主要侧重于泵体内流场的分析和砂颗粒在泵体内的运动轨迹。“含砂水对离心泵叶轮磨损的实验研究(黄建德,张奎亭.工程热物理学报,1999,V20(4):448-452.)”一文公开了 一种固液两相流水泵实验台，可进行输送含砂水时，砂对泵叶轮磨损的测试，但该装置主要 作用是定性的确定叶片磨损的位置和磨损程度，无法进行定量的测试。
因此，为满足水合物开采人工举升泵的设计，确保离心泵的高效、安全工作，本发明公 开一种能模拟水合物开采真实井筒环境和液固两相流环境，定量化测量砂对离心泵磨损程度 的测试系统和相应的测试方法。
发明内容
本发明针对目前的实验装置无法定量的确定砂对离心泵叶片磨损的位置和磨损程度，提 出一种水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试系统，可以模拟水合物开采真实井筒中的水 砂环境，测试不同砂粒径、不同砂浓度和不同流量情况下，砂对离心泵叶轮和导壳的磨损程度，利用称重和尺寸测量的方法定量的确定叶轮和导壳的磨损程度，该测试系统还可以长期 测试，模拟离心泵的真实工作状况。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测 试系统，包括地下模拟井筒、水箱、水砂混合箱、砂配注器和水砂分离器；所述水箱通过管 道连接到水砂混合箱，所述水箱和水砂混合箱之间的管道上设置有管道泵和第一流量计；所述砂配注器通过管道连接到水砂混合箱，所述砂配注器和水砂混合箱之间的管道上设置有第 一球阀；所述水砂混合箱通过水砂注入管线通向地下模拟井筒中，所述水注入油管上设置有 渣浆泵、第二流量计和第二球阀；所述地下模拟井筒的底部设置有离心泵，离心泵的出口通 过油管连接到设置在地面上的水砂分离器，所述油管上设置有第三流量计。
进一步地，所述油管、上设置有减压阀。
进一步地，所述离心泵、设置在地下模拟井筒中的位置高于水砂注入管线出口。
进一步地，所述水砂分离器分别通过回流管道与水箱和砂配注器相连。
本发明的另一个目的还在于提供一种水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试方法，包 括以下步骤：
S1.测试之前测量离心泵叶轮和导壳的质量，导壳平衡孔的内径，然后将离心泵下入到地 下模拟井筒中；
S2.向水箱中加满水，砂配注器中加满石英砂，将砂和水在水砂混合器中混合后，注入到 地下模拟井筒中；
S3.开启离心泵，将水砂混合物举升到地面，通过水砂分离器分离，水和砂分别返回水箱 和砂配注器；
S4.持续一段时间，取出离心泵，对离心泵的叶轮和导壳进行称重，对导壳的平衡孔内径 进行测量；
S5.重新下入离心泵，重复步骤S2-S4，获得叶轮质量、导壳质量和导壳平衡孔内径随时 间的变化曲线；
S6.改变砂的配注比例，重复步骤S2-S5，获得不同砂含量对叶轮质量、导壳质量和导壳 平衡孔内径随时间的变化曲线；
S7.在砂配注器中加入粒径不同的砂，重复步骤S2-S5，测试不同粒径的砂对叶轮质量、 导壳质量和导壳平衡孔内径随时间的变化曲线；
S8.调节离心泵的排量，重复步骤S2-S5，测量不同排量下叶轮质量、导壳质量和导壳平 衡孔内径随时间的变化曲线。
进一步地，所述步骤S4中，持续的时间不低于100小时。
进一步地，所述步骤S5中，至少重复4次步骤S2-S4。
进一步地，采用高精度天平对离心泵的叶轮进行称重，采用游标卡尺测量导壳平衡孔内 径的变化。
本发明的水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试系统及测试方法，通过向地下模拟井 筒中注入水和砂模拟水合物开采井筒中水砂混合状态，实现离心泵的实际工况；通过离心泵 举升到地面的水和砂重新回到水箱及砂配注器中，实现自循环的长时间测试；通过使用称重和尺寸测量的方式定量确定砂对叶轮和导壳的磨损程度。
此系统通过建立地下模拟井筒，向井筒注入一定量的砂和水，模拟水合物开采过程中井 筒中水、砂两相混合流体状态，进而在水合物开采井筒条件下，测试不同砂粒径、不同砂浓 度和不同流量情况下，砂对离心泵叶轮和导壳的磨损程度，为水合物开采人工举升离心泵的设计提供依据。
附图说明
图1为本发明的系统的结构组成示意图；
上述图中：1-地下模拟井筒；2-水箱；3-管道泵；4-第一流量计；5-砂配注器；6-第一球 阀；7-水砂混合箱；8-渣浆泵；9-第二流量计；10-第二球阀；11-水砂注入管线；12-离心泵； 13-油罐；14-安全阀；15-第三流量计；16-水砂分离器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发 明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
实施例1
实施例1提供一种水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试系统，如图1所示地下模拟 井筒1、水箱2、水砂混合箱7、砂配注器5和水砂分离器16。
所述水箱2通过管道连接到水砂混合箱7，所述水箱2和水砂混合箱7之间的管道上设置有管道泵3和第一流量计4，其中，管道泵3用于将水注入到水砂混合箱7内，第一流量计4用于计量水的注入量。
所述砂配注器5通过管道连接到水砂混合箱7，所述砂配注器5和水砂混合箱7之间的 管道上设置有第一球阀6，其中，第一球阀6用于调节砂的注入量。
所述水砂混合箱7通过水砂注入管线11通向地下模拟井筒1中，所述水砂注入管线11 上设置有渣浆泵8、第二流量计9和第二球阀10，其中，渣浆泵8用于将水砂混合物注入地下模拟井筒1中，第二流量计9用于计量水砂混合物的注入量，第二球阀10用于调节水砂混合物的注入量。
所述地下模拟井筒1的底部设置有离心泵12，在地下模拟井筒1中，离心泵12设置的 位置高于水砂注入管线11的出口。
离心泵12的出口通过油管13连接到设置在地面上的水砂分离器16，所述油管13上设 置有第三流量计15和减压阀14，其中，第三流量计15用于计量水砂混合物的注入量，减压 阀14的设置是为了将系统压力减小到2.5MPa以下，确保水砂分离器16和第四流量计14的 正常工作。
所述水砂分离器16分别通过回流管道与水箱2和砂配注器5相连，分离的水和砂重新进 入到水箱2和砂配注器5中，使整个系统成为一个循环，可进行长时间测量。
本实施例的测试系统可实现真实水合物开采过程中，砂对离心泵磨损的定量测量。此系 统通过建立地下模拟井筒，向井筒注入一定量的砂和水，模拟水合物开采过程中井筒中水、 砂两相混合流体状态，进而在水合物开采井筒条件下，测试不同砂粒径、不同砂浓度和不同流量情况下，砂对离心泵叶轮和导壳的磨损程度，为水合物开采人工举升离心泵的设计提供 依据。
实施例2
对应实施例1的装置，实施例2提供一种水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试方法， 包括以下步骤：
S1.测试之前测量离心泵叶轮和导壳的质量，导壳平衡孔的内径，然后将离心泵下入到地 下模拟井筒中；
S2.向水箱中加满水，砂配注器中加满石英砂，将砂和水在水砂混合器中混合后，注入到 地下模拟井筒中；
具体为：向水箱内2内注满水，砂配注器5中加满石英砂，开启管道泵3和第一球阀6向水砂混合箱7内注入水和砂，开启渣浆泵8和第二球阀10向地下模拟井筒1中注入水砂混合物。
S3.开启离心泵，将水砂混合物举升到地面，通过水砂分离器分离，水和砂分别返回水箱 和砂配注器；
具体为：开启离心泵12将地下模拟井筒1内的水砂混合物举升到地面，通过第三流量计 15计量水砂混合物的流量，水砂混合物进入到水砂分离器16后，分离的水和砂通过回流管 道分别进入到水箱2和砂配注器5中，形成一个循环测试系统；
S4.持续一段时间，取出离心泵，对离心泵的叶轮和导壳进行称重，对导壳的平衡孔内径 进行测量；其中，持续的时间为100小时；
S5.重新下入离心泵，重复步骤S2-S4，获得叶轮质量、导壳质量和导壳平衡孔内径随时 间的变化曲线；在本实施例中，重复4次步骤S2-S4；
S6.改变砂的配注比例，重复步骤S2-S5，获得不同砂含量对叶轮质量、导壳质量和导壳 平衡孔内径随时间的变化曲线；
S7.在砂配注器中加入粒径不同的砂，重复步骤S2-S5，测试不同粒径的砂对叶轮质量、 导壳质量和导壳平衡孔内径随时间的变化曲线；
S8.调节离心泵的排量，重复步骤S2-S5，测量不同排量下叶轮质量、导壳质量和导壳平 衡孔内径随时间的变化曲线。
为了保证测量的精确度，在上述步骤中采用高精度天平对离心泵的叶轮进行称重，采用 游标卡尺测量导壳平衡孔内径的变化。
本实施例的测试方法可实现水合物开采过程中，砂对离心泵磨损的定量测量。通过向井 筒注入一定量的砂和水，模拟水合物开采过程中井筒中水、砂两相混合流体状态，进而在水 合物开采井筒条件下，测试不同砂粒径、不同砂浓度和不同流量情况下，砂对离心泵叶轮和导壳的磨损程度，为水合物开采人工举升离心泵的设计提供依据。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所 有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试方法，其采用的测试系统，包括地下模拟井筒(1)、水箱(2)、水砂混合箱(7)、砂配注器(5)和水砂分离器(16)；所述水箱(2)通过管道连接到水砂混合箱(7)，所述水箱(2)和水砂混合箱(7)之间的管道上设置有管道泵(3)和第一流量计(4)；所述砂配注器(5)通过管道连接到水砂混合箱(7)，所述砂配注器(5)和水砂混合箱(7)之间的管道上设置有第一球阀(6)；所述水砂混合箱(7)通过水砂注入管线(11)通向地下模拟井筒(1)中，水砂注入管线(11)上设置有渣浆泵(8)、第二流量计(9)和第二球阀(10)；所述地下模拟井筒(1)的底部设置有离心泵(12)，离心泵(12)的出口通过油管(13)连接到设置在地面上的水砂分离器(16)，所述油管(13)上设置有第三流量计(15)；所述油管(13)上设置有减压阀(14)；所述离心泵(12)设置在地下模拟井筒(1)中的位置高于水砂注入管线(11)出口；所述水砂分离器(16)分别通过回流管道与水箱(2)和砂配注器(5)相连，其特征在于，包括以下步骤：
S1.测试之前测量离心泵叶轮和导壳的质量，导壳平衡孔的内径，然后将离心泵下入到地下模拟井筒中；
S2.向水箱中加满水，砂配注器中加满石英砂，将砂和水在水砂混合箱中混合后，注入到地下模拟井筒中；
S3.开启离心泵，将水砂混合物举升到地面，通过水砂分离器分离，水和砂分别返回水箱和砂配注器；
S4.持续一段时间，取出离心泵，对离心泵的叶轮和导壳进行称重，对导壳的平衡孔内径进行测量；
S5.重新下入离心泵，重复步骤S2-S4，获得叶轮质量、导壳质量和导壳平衡孔内径随时间的变化曲线；
S6.改变砂的配注比例，重复步骤S2-S5，获得不同砂含量对叶轮质量、导壳质量和导壳平衡孔内径随时间的变化曲线；
S7.在砂配注器中加入粒径不同的砂，重复步骤S2-S5，测试不同粒径的砂对叶轮质量、导壳质量和导壳平衡孔内径随时间的变化曲线；
S8.调节离心泵的排量，重复步骤S2-S5，测量不同排量下叶轮质量、导壳质量和导壳平衡孔内径随时间的变化曲线。
2.根据权利要求1所述的水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试方法，其特征在于：所述步骤S4中，持续的时间不低于100小时。
3.根据权利要求1所述的水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试方法，其特征在于：所述步骤S5中，至少重复4次步骤S2-S4。
4.根据权利要求1所述的水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试方法，其特征在于：采用高精度天平对离心泵的叶轮进行称重，采用游标卡尺测量导壳平衡孔内径的变化。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109490126A (zh) * 2019-01-04 2019-03-19 西华大学 一种水力机械开放式泥沙磨损实验系统
CN117469144B (zh) * 2023-12-04 2024-03-19 中南大学 高压水驱动隔膜泵固液两相流输送装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2007142526A (ru) * 2007-11-20 2009-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "ИМАШ ресурс" (RU) Стенд для исследования износа рабочей ступени центробежного насоса
CN203432868U (zh) * 2013-09-18 2014-02-12 沈阳工业大学 一种含砂料浆橡胶磨粒磨损测试装置
CN105673471A (zh) * 2014-11-20 2016-06-15 中国石油化工股份有限公司 一种金属螺杆泵立式模拟实验方法
CN106050684A (zh) * 2016-05-31 2016-10-26 江苏大学 一种离心泵内粗颗粒固液两相流高速摄影拍摄试验台
CN106438395A (zh) * 2016-10-20 2017-02-22 太原理工大学 矿用离心泵在线加速寿命试验平台及其试验方法
CN207813981U (zh) * 2017-11-30 2018-09-04 青岛海洋地质研究所 水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7096712B2 (en) * 2003-04-21 2006-08-29 Conocophillips Company Material testing system for turbines

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2007142526A (ru) * 2007-11-20 2009-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "ИМАШ ресурс" (RU) Стенд для исследования износа рабочей ступени центробежного насоса
CN203432868U (zh) * 2013-09-18 2014-02-12 沈阳工业大学 一种含砂料浆橡胶磨粒磨损测试装置
CN105673471A (zh) * 2014-11-20 2016-06-15 中国石油化工股份有限公司 一种金属螺杆泵立式模拟实验方法
CN106050684A (zh) * 2016-05-31 2016-10-26 江苏大学 一种离心泵内粗颗粒固液两相流高速摄影拍摄试验台
CN106438395A (zh) * 2016-10-20 2017-02-22 太原理工大学 矿用离心泵在线加速寿命试验平台及其试验方法
CN207813981U (zh) * 2017-11-30 2018-09-04 青岛海洋地质研究所 水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄建德,张奎亭,陈涟.含砂水对离心泵叶轮磨损的实验研究.工程热物理学报.1999,第20卷(04),第448-452页. *

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