CN108776081B - 一种溶气原油流动特性实验环道装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溶气原油流动特性实验环道装置，包括第一高压气瓶、第一流量计、第一高温高压反应釜、差压变速器、第二流量计和空气浴，所述第一高压气瓶、第一减压阀、第一流量计和第一单向阀构成了第一注气系统，所述第二高压气瓶、第二减压阀、第二流量计和第二单向阀构成了第二注气系统，所述第二单向阀与第二减压阀之间设置有第二流量计，所述第二减压阀与第二高压气瓶之间通过连接管密封连接，所述空气浴内设置有注气系统、高温高压反应釜和环道系统，所述差压变速器安装在第一主路与第二主路之间的连接管上。本发明结构新颖，测量方便，测量效率高，结果准确。

Description

一种溶气原油流动特性实验环道装置

技术领域

本发明涉及原油特性测试技术领域，具体为一种溶气原油流动特性实验环道装置。

背景技术

目前，稠油，亦称重质原油或高粘原油，具有密度大、粘度高的特点。世界稠油资源蕴藏极为丰富，其地质储量远远超过常规原油的储量。随着世界经济的快速发展，各国对石油的需求量不断增加，合理有效的开发、输送和利用稠油资源显得尤为重要。

随着中国及世界稠油开采量的不断增加和开采技术的不断提高，人们对稠油流变特性的研究也越来越深入。由于稠油粘度高，降粘减阻成为管输工艺需要解决的首要问题。目前原油集输工艺主要包括：加热法、稀释法、掺热水法、掺稀油法、乳化降粘法、低粘液环法、改质降粘法等。其中，加热方法存在能耗高，停输再启动困难、最低输量等问题，而掺稀油输送对于稠油和稀油的油质都有较大的影响，以上方法均存在局限性。气驱采油技术的兴起，为稠油管输提供了一种全新思路。众多试验表明，稠油溶解CO2、CH4等气体后，粘度急剧降低，极大的改善了体系的流动性能。同时，不同的输送温度、压力等参数对溶气原油粘度具有不同的改善效果。调研国内外对溶气原油流变性的研究可知，流变性实验局限于流变仪的静态实验，无法研究集输管道内流体的真实流动状态，实验结果具有较大误差。因此研究不同温度、压力、流量、溶气量条件下，溶气原油在集输管道内的流动特性，确定流动边界条件，探索最优运行工况，对工程实践具有重要意义。

为研究溶气原油流变性，于涛提出了一种溶气原油流变性测量装置(于涛.溶气原油流变性研究[D].中国石油大学,2009.)。在高压反应釜内制备溶气原油，利用AR G2高压流变仪测量其流变特性。其存在主要问题是，利用流变仪进行静态实验，剪切速率依赖内外筒旋转加载，而管道内剪切速率主要由壁面与流体接触产生。因此，流变仪无法真实模拟集输管道内的流动状况，测量结果具有争议性，存在一定误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溶气原油流动特性实验环道装置，以解决上述背景技术中提出的问题，所具有的有益效果是：该装置结构新颖，测量方便，测量效率高，结果准确。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种溶气原油流动特性实验环道装置，包括第一高压气瓶、第一流量计、第一高温高压反应釜、差压变速器、第二流量计和空气浴，所述第一高压气瓶、第一减压阀、第一流量计和第一单向阀构成了第一注气系统，所述第二高压气瓶、第二减压阀、第二流量计和第二单向阀构成了第二注气系统，所述第一高压气瓶的输出端与第一减压阀的输入端之间通过连接管密封连接，所述第一减压阀的输出口与第一单向阀的输入端之间通过连接管密封连接，且第一减压阀与第一单向阀之间设置有第一流量计，所述第一单向阀的输出端与第一高温高压反应釜的输入端之间通过连接管密封连接，所述第一高温高压反应釜由电机、减速器、保温外壳和外围夹套构成，所述保温外壳上安装有电机，且电机与安装在电机下方的减速器之间通过转动轴转动连接，所述减速器与安装在第一高温高压反应釜腔体内部的转轴之间通过联轴器转动连接，且转轴上安装有搅拌扇叶，所述保温外壳上安装有外围夹套，所述第一高温高压反应釜的输出端分别与安转在第一主路上的电动球阀二的输入端以及安装在第一支路上的电动球阀一的输入端之间通过连接管密封连接，所述电动球阀二与高压柱塞计量泵之间通过连接管密封连接，所述高压柱塞计量泵的出口端与脉冲阻尼器的入口端之间通过连接管密封连接，且脉冲阻尼器的出口端与第一高压视窗的入口端之间通过上方安装有第一背压阀的连接管密封连接，所述电动球阀一的输出端与安装在第二之路上的电动球阀三的输入端之间通过连接管密封连接，所述电动球阀三的输出端与安装第二主路上的电动四通阀五的输入端之间通过连接管密封连接，且电动球阀三和电动四通阀五之间设置有上方安装有电动球阀四的第二支路，所述电动四通阀五与第二高温高压反应釜之间通过连接管密封连接，所述第二高温高压反应釜与第二单向阀之间通过连接管密封连接，所述第二单向阀与第二减压阀之间设置有第二流量计，所述第二减压阀与第二高压气瓶之间通过连接管密封连接，所述空气浴内设置有注气系统、高温高压反应釜和环道系统，所述差压变速器安装在第一主路与第二主路之间的连接管上。

优选的，所述第一高温高压反应釜与第二高温高压反应釜的结构完全相同。

优选的，所述第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜上皆安装有压力表，且第一高温高压反应釜和第二高温高压反应釜内部皆安装有温度传感器。

优选的，所述电机与保温外壳之间设置有减震装置。

优选的，所述电动球阀一、电动球阀二、高压柱塞计量泵、脉冲阻尼器、第一背压阀、第一高压视窗、差压变送器、第二高压视窗、第二背压阀、电动球阀三、电动球阀四和电动四通阀五构成了环道系统，所述第一高压视窗、第二高压视窗分别设于环道前端与尾部，所述第二高压视窗与电动球阀三之间设置有第二背压阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用两对电动球阀，可实现一次性驱动、无罐密闭循环流动、开式循环单向流动等多种实验流程。

(2)高压柱塞计量泵与脉冲阻尼器、背压阀相结合，实现流动加压、平稳流量.

(3)采用搅拌溶气方式，增大气液接触面积，缩短气液平衡时间，提高实验效率，同时可实现油水乳状液的制备，功能性强。

(4)采用两套注气系统，不仅可实现注气加压，同时可通过气体的动态流入与流出维持釜内压力，在溶气原油流入流出过程中补偿釜内容积变化量。

(5)高温高压反应釜利用外层夹套油浴加热，空气浴控制环境温度，可模拟深海低温集输环境。

(6)环道前端、尾部设有高压视窗，实现流动的可视化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明高温高压反应釜结构示意图。

图中：1-第一高压气瓶；2-第一减压阀；3-第一流量计；4-第一单向阀；5-第一高温高压反应釜；6-电动球阀一；7-电动球阀二；8-高压柱塞计量泵；9-脉冲阻尼器；10-第一背压阀；11-第一高压视窗；12-差压变速器；13-第二高压视窗；14-第二背压阀；15-电动球阀三；16-电动球阀四；17-电动四通阀五；18-第二高温高压反应釜；19-第二单向阀；20-第二流量计；21-第二减压阀；22-第二高压气瓶；23-空气浴；24-电机；25-减速器；26-联轴器；27-压力表；28-保温外壳；29-外围夹套；30-温度传感器；31-转轴；32-搅拌扇叶。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本发明提供的一种实施例：一种溶气原油流动特性实验环道装置，包括第一高压气瓶1、第一流量计3、第一高温高压反应釜5、差压变速器12、第二流量计20和空气浴23，第一高压气瓶1、第一减压阀2、第一流量计3和第一单向阀4构成了第一注气系统，第二高压气瓶22、第二减压阀21、第二流量计20和第二单向阀19构成了第二注气系统，第一高压气瓶1的输出端与第一减压阀2的输入端之间通过连接管密封连接，第一减压阀2的输出口与第一单向阀4的输入端之间通过连接管密封连接，且第一减压阀2与第一单向阀4之间设置有第一流量计3，第一单向阀4的输出端与第一高温高压反应釜5的输入端之间通过连接管密封连接，第一高温高压反应釜5由电机24、减速器25、保温外壳28和外围夹套29构成，保温外壳28上安装有电机24，且电机24与安装在电机24下方的减速器25之间通过转动轴转动连接，减速器25与安装在第一高温高压反应釜5腔体内部的转轴31之间通过联轴器26转动连接，且转轴31上安装有搅拌扇叶32，保温外壳28上安装有外围夹套29，第一高温高压反应釜5的输出端分别与安转在第一主路上的电动球阀二7的输入端以及安装在第一支路上的电动球阀一6的输入端之间通过连接管密封连接，电动球阀二7与高压柱塞计量泵8之间通过连接管密封连接，高压柱塞计量泵8的出口端与脉冲阻尼器的9入口端之间通过连接管密封连接，且脉冲阻尼器9的出口端与第一高压视窗11的入口端之间通过上方安装有第一背压阀10的连接管密封连接，电动球阀一6的输出端与安装在第二之路上的电动球阀三15的输入端之间通过连接管密封连接，电动球阀三15的输出端与安装第二主路上的电动四通阀五17的输入端之间通过连接管密封连接，且电动球阀三15和电动四通阀五17之间设置有上方安装有电动球阀四16的第二支路，电动四通阀五17与第二高温高压反应釜18之间通过连接管密封连接，第二高温高压反应釜18与第二单向阀19之间通过连接管密封连接，第二单向阀19与第二减压阀21之间设置有第二流量计20，第二减压阀21与第二高压气瓶22之间通过连接管密封连接，空气浴23内设置有注气系统、高温高压反应釜和环道系统，差压变速器12安装在第一主路与第二主路之间的连接管上，第一高温高压反应釜5与第二高温高压反应釜18的结构完全相同，第一高温高压反应釜5和第二高温高压反应釜18上皆安装有压力表27，且第一高温高压反应釜5和第二高温高压反应釜18内部皆安装有温度传感器30，电机24与保温外壳28之间设置有减震装置，电动球阀一6、电动球阀二7、高压柱塞计量泵8、脉冲阻尼器9、第一背压阀10、第一高压视窗11、差压变送器12、第二高压视窗13、第二背压阀14、电动球阀三15、电动球阀四16和电动四通阀五17构成了环道系统，第一高压视窗11、第二高压视窗13分别设于环道前端与尾部，第二高压视窗13与电动球阀三15之间设置有第二背压阀14。

工作原理:使用时，油水乳状液的制备：在第一高温高压反应釜5内注入一定量原油与水。打开第一高温高压反应釜5上方电机24，进行油水乳化。搅拌约1小时，油水乳状液制备完成。

溶气原油制备：打开第一高压气瓶1，调节第一减压阀2至实验压力，对第一高温高压反应釜5进行注气加压。打开第一高温高压反应釜5上方电机，对原油进行搅拌，当釜内压力保持不变时，溶气原油制备完成，溶气过程约为4-6小时。

环道加压：关闭电动球阀一6、电动球阀二7，打开电动球阀三15、电动球阀四16,。打开第二高压气瓶22，通过调节第二减压阀21，对第二高压反应釜5与整个环道进行充气加压至溶气原油制备压力。第一高压气瓶1、第一减压阀2始终与第一高温高压反应釜5相连接，通过气体的动态流入与流出，保持第一高温高压反应釜5内压力恒定；第二高压气瓶22、第二减压阀2始终与第二高温高压反应釜18相连接，通过气体的动态流入与流出，保持第二高温高压反应釜18内压力恒定。

一次性驱动测量：关闭电动球阀一6、电动球阀四16，打开电动球阀二7、电动球阀三15、电动球阀五17。设定第一背压阀10与第二背压阀14压力，打开高压柱塞计量泵8加压驱动溶气原油流动；第一高温高压反应釜5作为注入器，第二高温高压反应釜17作为接收器，沿线温度传感器、压力传感器记录温度、压力数据，实现溶气原油的一次性驱动。

无罐密闭循环流动：关闭电动球阀一6、电动球阀五17，打开电动球阀二7、电动球阀三15、电动球阀四16；设定第一背压阀10与第二背压阀14压力，将第一高温高压反应釜5内溶气原油通过高压柱塞计量泵8泵入环道；溶气原油充满环道后，关闭电动球阀二7，实现溶气原油无罐密闭循环流动。

开式循环单向流动：打开电动球阀五17，设定电动球阀一6、电动球阀二7为联动球阀，电动球阀三15、电动球阀四16为联动球阀，切换动作由高压柱塞计量泵8累积流量触发。初始状态A为电动球阀一6、电动球阀四16处于关闭状态，电动球阀二7、电动球阀三15处于开启状态。第一高温高压反应釜5作为注入器，第二高温高压反应釜18作为接收器，打开高压柱塞计量泵8驱动溶气原油流动。当高压柱塞计量泵8累计流量达到溶气原油总量90％时，触发电动球阀一6、电动球阀二7、电动球阀三15、电动球阀四16进行切换动作，由初始状态A转换为状态B，即电动球阀二7、电动球阀三15处于关闭状态，电动球阀一6、电动球阀四16处于开启状态；第二高温高压反应釜18作为注入器，第一高温高压反应釜5作为接收器，环道流动方向不改变，如此循环切换流动，实现开式循环单向流动。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (2)

1.一种溶气原油流动特性实验环道装置，包括第一高压气瓶（1）、第一流量计（3）、第一高温高压反应釜（5）、差压变速器（12）、第二流量计（20）和空气浴（23），其特征在于：所述第一高压气瓶（1）、第一减压阀（2）、第一流量计（3）和第一单向阀（4）构成了第一注气系统；第二高压气瓶（22）、第二减压阀（21）、第二流量计（20）和第二单向阀（19）构成了第二注气系统，所述第一高压气瓶（1）的输出端与第一减压阀（2）的输入端之间通过连接管密封连接，所述第一减压阀（2）的输出口与第一单向阀（4）的输入端之间通过连接管密封连接，且第一减压阀（2）与第一单向阀（4）之间设置有第一流量计（3），所述第一单向阀（4）的输出端与第一高温高压反应釜（5）的输入端之间通过连接管密封连接，所述第一高温高压反应釜（5）由电机（24）、减速器（25）、保温外壳（28）和外围夹套（29）构成，所述保温外壳（28）上安装有电机（24），且电机（24）与安装在电机（24）下方的减速器（25）之间通过转动轴转动连接，所述减速器（25）与安装在第一高温高压反应釜（5）腔体内部的转轴（31）之间通过联轴器（26）转动连接，且转轴（31）上安装有搅拌扇叶（32），所述保温外壳（28）上安装有外围夹套（29），所述第一高温高压反应釜（5）的输出端分别与安转在第一主路上的电动球阀二（7）的输入端以及安装在第一支路上的电动球阀一（6）的输入端之间通过连接管密封连接，所述电动球阀二（7）与高压柱塞计量泵（8）之间通过连接管密封连接，所述高压柱塞计量泵（8）的出口端与脉冲阻尼器（9）的入口端之间通过连接管密封连接，且脉冲阻尼器（9）的出口端与第一高压视窗（11）的入口端之间通过上方安装有第一背压阀（10）的连接管密封连接，所述电动球阀一（6）的输出端与安装在第二之路上的电动球阀三（15）的输入端之间通过连接管密封连接，所述电动球阀三（15）的输出端与安装第二主路上的电动四通阀五（17）的输入端之间通过连接管密封连接，且电动球阀三（15）和电动四通阀五（17）之间设置有上方安装有电动球阀四（16）的第二支路，所述电动四通阀五（17）与第二高温高压反应釜（18）之间通过连接管密封连接，所述第二高温高压反应釜（18）与第二单向阀（19）之间通过连接管密封连接，所述第二单向阀（19）与第二减压阀（21）之间设置有第二流量计（20），所述第二减压阀（21）与第二高压气瓶（22）之间通过连接管密封连接，所述空气浴（23）内设置有注气系统、高温高压反应釜和环道系统，所述差压变速器（12）安装在第一主路与第二主路之间的连接管上；

所述第一高温高压反应釜（5）与第二高温高压反应釜（18）的结构完全相同；

所述第一高温高压反应釜（5）和第二高温高压反应釜（18）上皆安装有压力表（27），且第一高温高压反应釜（5）和第二高温高压反应釜（18）内部皆安装有温度传感器（30）；

所述电动球阀一（6）、电动球阀二（7）、高压柱塞计量泵（8）、脉冲阻尼器（9）、第一背压阀（10）、第一高压视窗（11）、差压变速器（12）、第二高压视窗（13）、第二背压阀（14）、电动球阀三（15）、电动球阀四（16）和电动四通阀五（17）构成了环道系统，所述第一高压视窗（11）、第二高压视窗（13）分别设于环道前端与尾部，所述第二高压视窗（13）与电动球阀三（15）之间设置有第二背压阀（14）。

2.根据权利要求1所述的一种溶气原油流动特性实验环道装置，其特征在于：所述电机（24）与保温外壳（28）之间设置有减震装置。

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