CN109406094B - 一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置，属于石油天然气管道输送的减阻技术领域。该装置主要由供液模块、整流装置、实验模块、流体缓冲区和导流罩管组成；所述的供液模块包含进液管、储液罐、导流罩和支撑座；所述的整流装置由整流栅格、整流汇渡区和边板构成；所述的实验模块由封板、侧板、实验底板和微凸体模型组构成；微凸体模型组由单微凸体模型组合而成，单微凸体模型由微凸体和微凸体底板构成；所述的流体缓冲区由周板和控速板构成。采用该发明能够模拟减阻剂在近壁区微观流态特征，使减阻剂减阻性能微观实验变得简明快捷，能深层揭示微观减阻机理，快速对减阻剂的减阻性能进行观测和评价，缩短减阻剂的研发周期。
Description
技术领域：
本发明涉及一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置，属于石油天然气管道输送的减阻技术领域。
背景技术：
管道输送是石油天然气的主要运输方式。油气在管道输送过程中会产生内摩擦以及与管壁间的摩擦，造成能量散失，尤其是长输管道，由摩擦带来的能耗更为严重，使油气输送效率大幅降低。该问题的解决途径有两种，一种是及时补充管输能量，来弥补摩擦能耗，目前多在沿线设置增压站来补充管输能量；另一种是降低摩擦能耗，目前主要向管道内注入减阻剂，以减少原油的内摩擦、减小油气与管壁之间的摩擦，进而实现减阻增输。由于加注减阻剂能够降本增输，显著提高经济效益，因此，减阻剂的研发与现场应用已成为国内外研究的重点。
目前研发减阻剂多从减阻剂的宏观减阻性能上进行实验分析，很少从微观角度进行实验研究，而微观实验分析正是揭示减阻剂微观减阻机理和评价减阻剂性能好坏的关键和根本。针对目前尚无针对减阻剂微观减阻性能的实验研究与装置，无法很好地为减阻剂高效研发与应用工作提供技术指导的现状，特提出一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置，以期基于该实验装置，能够深层揭示不同减阻剂的微观减阻机理，缩短减阻剂研发周期，提升我国的油气减阻技术。
发明内容：
本发明提供一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置，旨在解决目前尚缺乏针对减阻剂微观减阻性能的实验研究与装置，无法很好地为减阻剂高效研发工作提供技术指导的问题。采用该发明能够模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能，深层揭示不同减阻剂的微观减阻机理，缩短减阻剂研发周期。
本发明实现其目的所采用的技术方案是：
本发明一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置，主要由供液模块、整流装置、实验模块、流体缓冲区和导流罩管组成；所述的供液模块包含进液管、储液罐、导流罩和支撑座；所述的整流装置由整流栅格、整流汇渡区和边板构成；所述的实验模块由封板、侧板、实验底板和微凸体模型组构成；微凸体模型组由单微凸体模型组合而成，单微凸体模型由微凸体和微凸体底板构成；所述的流体缓冲区由周板和控速板构成。
所述的进液管与储液罐上端相连，给储液罐提供流体；所述的储液罐安装在支撑座上，储液罐下端开孔，与导流罩相连；所述的导流罩由薄钢板焊接而成，导流罩小端与储液罐相连，导流罩大端与整流装置相连。
所述的整流栅格由薄钢板焊接而成，内部形成截面为正方形的细长管路，整流栅格安装在边板内部，并且与整流左端面相接；所述的整流汇渡区由边板围成，位于整流栅格和整流右端面之间，整流汇渡区将整流栅格流出的流体汇聚，使流体处于层流状态；整流装置的整流左端面与导流罩大端相连接，整流右端面与实验模块相连。
所述的封板和侧板为透明玻璃材质，便于观察实验流体域内的液体流态；所述的实验底板为强磁性材质；实验模块入口端与整流右端面相连接，实验模块出口端与流体缓冲区相连接。
进一步地，微凸体底板的形状为等边多边形，微凸体底板为钢质材料，能吸附在实验底板上，微凸体底板在实验底板20上的紧密排列和组合形成微凸体模型组；
进一步地，微凸体位于微凸体底板上，微凸体的宽度在微凸体底板范围内，微凸体的形状为圆锥形、球形、椭球形或正四面体。
所述控速板开有规则排列的圆孔；所述的控速板连接导流罩管。
进一步地，所述的控速板设置有多个型号，其上圆孔的大小控制了流体的流速；所述的导流罩管能控制液体流动的开启、关闭和排放。
前述本发明主方案和各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明中微凸体模型组可从高度和形状的不同组合上来真实表达不同管道的微观形貌特征，大幅降低了减阻剂减阻性能的微观实验难度；2.根据本发明中近微凸体的流态特征，能从微观角度深层揭示减阻剂的微观减阻机理，便于评价减阻剂性能的好坏；3.本发明中整流装置和流体缓冲区的结构能够消除边界条件对液体流经微凸体流态的影响，使减阻剂减阻性能的微观实验结果更加准确可靠；4.本发明中的实验装置使减阻剂的减阻性能微观实验变得简单、易行、明了和快捷，能快速对减阻剂的减阻性能进行观测和评价，缩短了减阻剂研发周期。
附图说明：
图1为本发明实施例提供的一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置总图；
图2为供液模块总图；
图3为整流装置三视图；
图4为实验模块的主视图和左视图；
图5为单微凸体模型示意图；
图6为流体缓冲区结构图；
图中：1、供液模块；2、整流装置；3、实验模块；4、流体缓冲区；5、导流罩管；6、进液管；7、储液罐；8、导流罩；9、支撑座；10、导流罩小端；11、导流罩大端；12、整流左端面；13、整流栅格；14、整流汇渡区；15、整流右端面；16、边板；17、实验模块入口端；18、封板；19、侧板；20、实验底板；21、微凸体模型组；22、实验流体域；23、实验模块出口端；24、单微凸体模型；25、微凸体；26、微凸体底板；27、周板；28、控速板；29、圆孔；
具体实施方法：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置，主要由供液模块1、整流装置2、实验模块3、流体缓冲区4和导流罩管5组成；所述的供液模块1包含进液管6、储液罐7、导流罩8和支撑座9；所述的整流装置2由整流栅格13、整流汇渡区14和边板16构成；所述的实验模块3由封板18、侧板19、实验底板20和微凸体模型组21构成；微凸体模型组21由单微凸体模型24组合而成，单微凸体模型24由微凸体25和微凸体底板26构成；所述的流体缓冲区4由周板27和控速板28构成。
如图2所示，所述的进液管6与储液罐7上端相连，给储液罐7提供流体；所述的储液罐7安装在支撑座9上，储液罐7下端开孔，与导流罩8相连；所述的导流罩8由薄钢板焊接而成，导流罩小端10与储液罐7相连，导流罩大端11与整流装置2相连。
如图3所示，所述的整流栅格13由薄钢板焊接而成，内部形成截面为正方形的细长管路，整流栅格13安装在边板16内部，并且与整流左端面12相接；所述的整流汇渡区14由边板16围成，位于整流栅格13和整流右端面15之间，整流汇渡区14将整流栅格13流出的流体汇聚，使流体处于层流状态；整流装置2的整流左端面12与导流罩大端11相连接，整流右端面15与实验模块3相连。
如图4和图5所示，所述的封板18和侧板19为透明玻璃材质，便于观察实验流体域22内的液体流态；所述的实验底板20为强磁性材质；实验模块入口端17与整流右端面15相连接，实验模块出口端23与流体缓冲区4相连接。
进一步地，微凸体底板26的形状为等边多边形，微凸体底板26为钢质材料，能吸附在实验底板20上，微凸体底板26在实验底板20上的紧密排列和组合形成微凸体模型组21；
进一步地，微凸体25位于微凸体底板26上，微凸体25的宽度在微凸体底板26范围内，微凸体25的形状为圆锥形、球形、椭球形或正四面体。
如图6所示，所述控速板28开有规则排列的圆孔29；所述的控速板28连接导流罩管5。
进一步地，所述的控速板28设置有多个型号，其上圆孔29的大小控制了流体的流速；所述的导流罩管5能控制液体流动的开启、关闭和排放。
本发明一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置的工作原理是：依据原始管道的管壁粗糙度值搭建微凸体模型组21，微凸体25的高度代表了管壁的粗糙度；向该装置中注入含有示踪剂的实验流体(可以为石油、天然气或其它流体)，使实验流体充满该实验装置；储液罐7储存实验流体以便平稳流速；实验流体经导流罩8平稳流进整流装置2，经过整流栅格13，从而变成稳定的层流状态，进而进入实验模块3；通过高速摄像机对含示踪剂的实验流体在靠近微凸体模型组21的区域进行拍摄，并分析其流态变化；实验流体经测试后不直接外排，而是进入流体缓冲区4，以降低后续流态对实验流体域22内流态的影响程度；依据加入减阻剂后的管壁粗糙度和微凸体形状，再次搭建微凸体模型组21，并再次进行上述实验；最后，根据加剂前后实验流体在靠近微凸体25的流态进行对比分析，以揭示减阻剂的深层减阻机理，对减阻剂减阻性能做出评价。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置，主要由供液模块(1)、整流装置(2)、实验模块(3)、流体缓冲区(4)和导流罩管(5)组成；所述的供液模块(1)包含进液管(6)、储液罐(7)、导流罩(8)和支撑座(9)；所述的整流装置(2)由整流栅格(13)、整流汇渡区(14)和边板(16)构成；所述的实验模块(3)由封板(18)、侧板(19)、实验底板(20)和微凸体模型组(21)构成；微凸体模型组(21)由单微凸体模型(24)组合而成，单微凸体模型(24)由微凸体(25)和微凸体底板(26)构成；所述的流体缓冲区(4)由周板(27)和控速板(28)构成。
2.如权利要求1所述的一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置，其特征在于：所述的进液管(6)与储液罐(7)上端相连，给储液罐(7)提供流体；所述的储液罐(7)安装在支撑座(9)上，储液罐(7)下端开孔，与导流罩(8)相连；所述的导流罩(8)由薄钢板焊接而成，导流罩小端(10)与储液罐(7)相连，导流罩大端(11)与整流装置(2)相连。
3.如权利要求1所述的一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置，其特征在于：所述的整流栅格(13)由薄钢板焊接而成，内部形成截面为正方形的细长管路，整流栅格(13)安装在边板(16)内部，并且与整流左端面(12)相接；所述的整流汇渡区(14)由边板(16)围成，位于整流栅格(13)和整流右端面(15)之间，整流汇渡区(14)将整流栅格(13)流出的流体汇聚，使流体处于层流状态；整流装置(2)的整流左端面(12)与导流罩大端(11)相连接，整流右端面(15)与实验模块(3)相连。
4.如权利要求3所述的一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置，其特征在于：所述的封板(18)和侧板(19)为透明玻璃材质，便于观察实验流体域(22)内的液体流态；所述的实验底板(20)为强磁性材质；实验模块入口端(17)与整流右端面(15)相连接，实验模块出口端(23)与流体缓冲区(4)相连接。
5.如权利要求1所述的一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置，其特征在于：微凸体底板(26)的形状为等边多边形，微凸体底板(26)为钢质材料，能吸附在实验底板(20)上，微凸体底板(26)在实验底板(20)上的紧密排列和组合形成微凸体模型组(21)。
6.如权利要求1所述的一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验装置，其特征在于：微凸体(25)位于微凸体底板(26)上，微凸体(25)的宽度在微凸体底板(26)范围内，微凸体(25)的形状为圆锥形、球形、椭球形或正四面体。
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Granted publication date: 20200626 |
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