CN109939578A - 气液固三相分离特性试验自动供给系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气液固三相分离特性试验自动供给系统，应用于石油工程领域模拟多相分离试验的供给。该试验自动供给系统依据气体模拟器、固液搅拌器、固液增压器、三相混流器和自动供给控制系统，实施油气开采多相分离特性试验的气液固三相流供给作业流程，气体模拟器依据氮气调压阀并结合高压氮气模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气，固液搅拌器依据固粒搅拌泵并结合常压固液供给控制系统供给连续稳定的常压固液流，固液增压器依据固液增压泵和固液调控阀并结合高压固液模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流，三相混流器依据三相混流管并结合高压混流模拟试验控制系统自动供给连续稳定的三相模拟流。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油工程领域模拟多相分离试验用的供给系统，特别是涉及一种气液固三相分离特性试验自动供给系统及其工艺流程。
背景技术
分析油气开采多相流动及其分离特性是一个极其复杂的过程，目前对多相流的流型、压降、持液率等多相流动机理研究仍未达到明确透彻的地步，现有的多相流动模型包括分相流动模型、均相流动模型和流动型态模型等，都是依托一定的假设条件提出的，并经现场测试数据或者室内实验数据进行一定的修正后而得出的简化模型。
目前，油气开采多相分离特性试验装置主要有倾斜气液两相管流试验装置和垂直油气井模拟试验装置等，其中倾斜气液两相管流试验装置由试验管段、供液系统、排液系统和控制系统组成，试验管段由有机玻璃制成，且其试验管架上装配有角度测量器，并指示管段的倾斜程度；供液系统由泵和空压机供给，气液混合计量和实验后经试验管段进入气液分离器进行分离处理，分离出的气体经排液系统排空，同时液体经排液系统送储液罐循环利用；控制系统实施实验液体的控制和计量配比，其控制阀和指示性仪表布置在集中的控制面板上。垂直油气井模拟试验装置的试验管段选用透明有机玻璃管材并模拟真实井身结构而制成，其控制系统中，试验管段的进口和出口安装了压力传感器、涡轮流量计和流量积算仪，试验管段的两端及其中部均装有电阻传感器，并设有数据采集电路和处理软件实现数据的采集和存储，该试验装置的供液系统和排液系统与倾斜气液两相管流试验装置相似。
综上所述，目前的油气开采多相分离特性试验系统主要为倾斜气液两相管流试验装置和垂直油气井模拟试验装置，用于研究油气开采气液两相流动等试验，而针对油气开采多相分离的模拟试验装置则较少。同时，倾斜气液两相管流试验装置和垂直油气井模拟试验装置中供液系统的气体由空压机供给，没有设置气体调压阀和气体流量计，由此将造成高压气体的流压不稳定且计量误差较大；而且其供液系统的液体由泵供给，没有设置液体调控阀和变频电机，会使得供液压力范围有限且供液流压不稳定。此外，供液系统没有设置专门的混流器，气液混合计量后没有充分混合均匀即进行相关试验，由此难以模拟出真实的气液固三相流。
发明内容
为了有效解决油气开采多相流模拟技术问题并克服现有气液固三相分离试验装置的供液系统存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种油气开采多相分离特性试验用的气液固三相流自动供给系统及其相关控制流程。该试验自动供给系统依据气体模拟器、固液搅拌器、固液增压器、三相混流器和自动供给控制系统，远程自动调控高压氮气、高压固液流和三相模拟流的供给，实施油气开采多相分离特性试验的气液固三相流供给作业流程。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种气液固三相分离特性试验自动供给系统，主要由气体模拟器、固液搅拌器、固液增压器、三相混流器和自动供给控制系统组成。气体模拟器结合自动供给控制系统远程自动调控高压氮气的供给，且固液搅拌器和固液增压器结合自动供给控制系统自动调控高压固液流的供给，同时三相混流器结合自动供给控制系统远程自动调控三相模拟流的供给。
气体模拟器依据氮气调压阀并结合高压氮气模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气，它包括氮气罐、排气管汇、氮气调压阀、智能氮气流量计和输气管汇。氮气罐采用可移动式管制气瓶，且氮气罐内存储高压氮气，氮气罐经排气管汇并由输气管汇与三相混流器的进氮气管相连，同时排气管汇上设有氮气调压阀且输气管汇上设有智能氮气流量计，氮气调压阀采用压力气动控制阀，氮气调压阀依据三相混流器内的混流压力将自力式压力调节阀调压后的设计压力调整至模拟气压力，智能氮气流量计采用孔板式气体流量计以及先进的微功耗方式自动进行调压后高压氮气压力和温度的补偿。
气体模拟器的高压氮气模拟气自动供给流程为，氮气罐中的高压氮气通过排气管汇输出，且氮气调压阀依据三相混流器内的混流压力将自力式压力调节阀调压后的设计压力调整至模拟气压力，达到分离特性试验用的操作压力，而后高压氮气经智能氮气流量计进行计量，最后由输气管汇和进氮气管为三相混流器自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气。
固液搅拌器依据固粒搅拌泵并结合常压固液供给控制系统供给连续稳定的常压固液流，它包括常压搅拌罐、固粒搅拌泵、常压输固液管汇和智能固液流量计。常压输固液管汇上设有智能固液流量计，且智能固液流量计采用涡轮式液体流量计以及微机控制和超低功耗的方式进行计量，同时常压搅拌罐通过排液管与常压输固液管汇相连并经由泵进液管与固液增压泵连为一体。
常压搅拌罐采用立式筒形罐体，它由进水管、排液管、搅拌罐体和泵支座组成，常压搅拌罐的进水管和排液管分别布置于其搅拌罐体的上部和下部，且搅拌罐体的底端设置裙装套筒进行支撑，常压搅拌罐的泵支座采用十字交叉型的工字钢桁架构造，并通过焊接固定于搅拌罐体的顶部，同时泵支座的桁架交叉部位设有双法兰盘。
固粒搅拌泵将蒸馏水经由进水管泵入常压搅拌罐并搅动搅拌罐体内的固液两相流，它由电机、离心泵和长轴式搅拌轮组成，固粒搅拌泵的电机和离心泵采用一体化构造，离心泵的底端通过法兰盘而将固粒搅拌泵固定于常压搅拌罐泵支座的双法兰盘上，同时离心泵的泵轴一端伸出泵外并通过联轴器与长轴式搅拌轮连为一体，长轴式搅拌轮的轮轴下部设有双层搅拌叶轮，各层搅拌叶轮均采用旋向相同的螺旋叶片。
固液搅拌器的常压固液流供给流程为，固粒搅拌泵的电机带动其离心泵抽吸蒸馏水并由进水管送入常压搅拌罐，而后常压搅拌罐的搅拌罐体内加入试验用的固体颗粒，通过固粒搅拌泵的长轴式搅拌轮搅动搅拌罐体内的固液两相流并形成常压固液流，接着常压固液流经智能固液流量计并由常压输固液管汇和泵进液管进入固液增压泵。
固液增压器依据固液增压泵和固液调控阀并结合高压固液模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流，它包括泵进液管、变频电机、固液增压泵、泵出液管、高压输固液管汇和固液调控阀。固液增压泵的入口处和出口处分别设有泵进液管和泵出液管，同时固液增压泵经泵出液管与高压输固液管汇及其上的固液调控阀相连并由进固液管与三相混流器连为一体。
固液增压泵采用单螺杆泵并将常压固液流加压而形成高压固液流，固液增压泵的螺杆两端通过轴承座与泵壳相连，且螺杆由柱形杆体一体加工而成，螺杆的外表面与泵壳的壳壁之间形成螺旋形通道，同时螺杆的一端伸出泵外并通过联轴器与变频电机连为一体。依据混流压力和常压搅拌罐内的液位状况，变频电机自动调整其上变频器的频率，进而控制固液增压泵的螺杆转速并将常压固液流加压而形成高压固液流。
高压输固液管汇上设有固液调控阀，固液调控阀采用压力气动控制阀，固液调控阀依据高压输固液管汇内的流压将固液增压泵增压后的流压调整至模拟固液压力。
固液增压器的高压固液流模拟液自动供给流程为，常压固液流经由泵进液管进入固液增压泵，依据混流压力和常压搅拌罐内的液位状况，变频电机自动调整其上变频器的频率，进而控制固液增压泵的螺杆转速并将常压固液流加压而形成高压固液流，接着高压固液流经泵出液管送入高压输固液管汇，固液调控阀依据高压输固液管汇内的流压将固液增压泵增压后的流压调整至模拟固液压力，达到分离特性试验用的操作压力，最后由进固液管为三相混流器自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流。
三相混流器依据三相混流管并结合高压混流模拟试验控制系统自动供给连续稳定的三相模拟流，它包括三相混流管和智能三相流量计。三相混流管的排混流管上设有智能三相流量计，智能三相流量计采用涡轮式多相流量计以及微机控制和超低功耗的方式进行计量，三相混流管经进氮气管与气体模拟器相连并由进固液管与固液增压器连为一体。
三相混流管采用水平布置的管体，完成气液固三相流的均匀混合并形成三相模拟流，它由进氮气管、进固液管、混流外管、混流内管和排混流管组成，进固液管、混流内管和排混流管由左而右依次同轴心布置，且混流内管和混流外管由内而外同轴心布置并构成混流双层管。三相混流管的侧端部和管壁上分别设有进固液管和进氮气管，进固液管采用锥状喷管，进固液管的环腔内壁由柱形流道和锥形流道组合而成。
混流外管采用粗长管体，混流外管的两侧端设有相同型号的法兰盘，两法兰盘的中央部位均钻有圆形通孔并通过圆周焊的方式分别实现进固液管和排混流管的轴向固定，且混流内管两端的外环面与混流外管的环腔内壁之间采用过盈配合而实现混流内管的轴向固定。
混流内管由压缩管段、平流管段和扩散管段组合而成，混流内管的平流管段采用细长管体，且平流管段的环腔内壁直径大于进固液管锥形流道所在锥面的小端圆面直径。混流内管的压缩管段和扩散管段采用锥形管体，进固液管的喷射出口位于混流内管压缩管段的环腔内，且压缩管段的环腔内壁所在锥面的锥度大于混流内管扩散管段的环腔内壁所在锥面的锥度和进固液管锥形流道所在锥面的锥度，而压缩管段的环腔内壁所在锥面的锥高则小于扩散管段的环腔内壁所在锥面的锥高。
三相混流器的三相模拟流自动供给流程为，高压氮气经输气管汇并由进氮气管进入三相混流管的混流外管管腔内，同时高压固液流依次流经高压输固液管汇和进固液管的柱形流道并由进固液管的锥形流道和喷射出口喷入混流内管而形成低压区，由此利于高压氮气的输入，混流内管的压缩管段内气液固三相流的流速降低而流压逐步提升，而后进入混流内管的平流管段进行长距离运移并充分均匀混合，最后气液固三相流经混流内管的扩散管段稳压调流后形成连续稳定的三相模拟流，接着三相模拟流经智能三相流量计并由排混流管输出。
自动供给控制系统实现远程自动控制油气开采气液固三相流供给作业流程并保障其流动安全，它包括高压氮气模拟试验控制系统、常压固液供给控制系统、高压固液模拟试验控制系统和高压混流模拟试验控制系统，并通过压力变送器、自力式压力调节阀、液位变送器、就地控制盘、转换开关、变频器和数据采集系统等远程自动调控高压氮气、高压固液流和三相模拟流的供给。
高压氮气模拟试验控制系统中，智能氮气流量计实时监测高压氮气的流量、流压和温度，同时智能氮气流量计分别通过流量变送器、压力变送器和温度变送器将实时监测到的高压氮气流量信号、流压信号和温度信号一起传送至数据采集系统及其累积流量显示仪上。
高压氮气模拟试验控制系统中，压力释放阀和氮气调压阀之间的排气管汇上设有自力式压力调节阀，自力式压力调节阀依据三相混流器内的混流压力将高压氮气的供给压力调整至分离特性试验用的设计压力，并提供连续稳定的高压氮气。氮气罐的出口处设有压力释放阀，压力释放阀自动释放超压工况时的高压氮气并调整氮气罐内的压力。
高压氮气模拟试验控制系统中，混流外管的压力变送器实时监测管内的混流压力状况，并依次经压力指示控制器和气电转换器完成信号转换和数据处理，进而自动控制排气管汇上氮气调压阀的气动量并调控高压氮气的流压和供给量。
高压氮气模拟试验控制系统中，智能氮气流量计和进氮气管之间的输气管汇上设有压力变送器，实时监测氮气调压阀的调压状况，并通过压力表显示瞬时的模拟气压力，同时依据压力指示控制器将模拟气压力信号传送至数据采集系统。
常压固液供给控制系统中，智能固液流量计实时监测常压固液流的瞬时流量和累积流量，同时智能固液流量计通过流量变送器将实时监测到的固液流量信号传送至数据采集系统及其瞬时流量显示仪和累积流量显示仪上。
高压固液模拟试验控制系统中，变频电机前设有就地控制盘、转换开关和变频器，常压搅拌罐的罐壁上设有液位变送器，实时监测罐内液位变化状况，同时混流外管的压力变送器实时监测管内的混流压力状况，并分别依据液位指示控制器和压力指示控制器以及转换开关完成信号转换及数据处理，而后通过就地控制盘自动调整变频电机的变频器频率，进而控制固液增压泵的螺杆转速。
高压固液模拟试验控制系统中，高压输固液管汇上设有压力变送器，实时监测管汇内高压固液流的压力状况，并依次经压力指示控制器和气电转换器完成信号转换和数据处理，进而自动控制高压输固液管汇上固液调控阀的气动量并调控高压固液流的流压和供给量。
高压混流模拟试验控制系统中，混流外管的管壁上设有压力变送器，实时监测管内的混流压力状况，同时排混流管的管壁上设有压力变送器，实时监测三相混流器所供给三相模拟流的流压状况，并通过压力表显示瞬时的模拟三相压力，同时依据压力指示控制器将模拟三相压力信号传送至数据采集系统。
高压混流模拟试验控制系统中，智能三相流量计实时监测三相模拟流的瞬时流量和累积流量，同时智能三相流量计通过流量变送器将实时监测到的混流流量信号传送至数据采集系统及其瞬时流量显示仪和累积流量显示仪上。
本发明所能达到的技术效果是，该试验自动供给系统实施油气开采多相分离特性试验中的气液固三相流供给作业流程，气体模拟器依据氮气调压阀并结合高压氮气模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气，固液搅拌器依据固粒搅拌泵并结合常压固液供给控制系统供给连续稳定的常压固液流，而后固液增压器依据固液增压泵和固液调控阀并结合高压固液模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流，三相混流器依据三相混流管并结合高压混流模拟试验控制系统自动供给连续稳定的三相模拟流，自动供给控制系统实现远程自动控制油气开采气液固三相流供给作业流程并保障其流动安全。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。
图1是根据本发明所提出的气液固三相分离特性试验自动供给系统的典型结构简图。
图2是气液固三相分离特性试验自动供给系统中的气体模拟器的结构简图。
图3是气液固三相分离特性试验自动供给系统中的气体模拟器的管线和仪表控制图。
图4是气液固三相分离特性试验自动供给系统中的固液搅拌器和固液增压器的结构简图。
图5是气液固三相分离特性试验自动供给系统中的固液搅拌器和固液增压器的管线和仪表控制图。
图6是气液固三相分离特性试验自动供给系统中的三相混流器的结构简图。
图7是三相混流器中的三相混流管的结构简图。
图8是气液固三相分离特性试验自动供给系统中的三相混流器的管线和仪表控制图。
图9是气液固三相分离特性试验自动供给系统的油气开采气液固三相流自动供给作业工艺流程图。
图中1－气体模拟器，2－固液搅拌器，3－固液增压器，4－三相混流器，5－自动供给控制系统，6－氮气罐，7－排气管汇，8－氮气调压阀，9－输气管汇，10－智能氮气流量计，11－进氮气管，12－压力释放阀，13－自力式压力调节阀，14－压力变送器，15－固粒搅拌泵，16－常压搅拌罐，17－智能固液流量计，18－常压输固液管汇，19－泵进液管，20－变频电机，21－固液增压泵，22－泵出液管，23－固液调控阀，24－高压输固液管汇，25－进固液管，26－变频器，27－转换开关，28－液位变送器，29－三相混流管，30－智能三相流量计，31－混流外管，32－混流内管，33－排混流管，34－数据采集系统。
具体实施方式
在图1中，气液固三相分离特性试验自动供给系统主要由气体模拟器1、固液搅拌器2、固液增压器3、三相混流器4和自动供给控制系统5组成，它通过三相混流器4中的排混流管与其下游的气液固三相分离特性试验台连为一体，该试验自动供给系统可远程自动调控高压氮气、高压固液流和三相模拟流的供给，并由此实施油气开采多相分离特性试验中的气液固三相流供给作业流程。
在图1中，气液固三相分离特性试验自动供给系统中，气体模拟器1结合自动供给控制系统5远程自动调控高压氮气的供给，且固液搅拌器2和固液增压器3结合自动供给控制系统5自动调控高压固液流的供给，同时三相混流器4结合自动供给控制系统5远程自动调控三相模拟流的供给。
在图1中，气液固三相分离特性试验自动供给系统需要改变气液固三相流的供给流压和供给量时，可同时调整气体模拟器1中的氮气调压阀、固液增压器3中的固液增压泵和固液调控阀以及自动供给控制系统5中的自力式压力调节阀、就地控制盘和变频器的频率。
在图2中，气体模拟器1依据氮气调压阀8并结合自动供给控制系统5中的高压氮气模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气，氮气罐6的压力依据所供给高压氮气的模拟气压力进行设计，氮气调压阀8的规格依据三相混流器4内的混流压力进行选型，且智能氮气流量计10的规格依据高压氮气的最大流量和最大流压进行选型，同时排气管汇7、输气管汇9以及进氮气管11的规格均需要依据高压氮气的最大流压进行设计。
在图2中，气体模拟器1的氮气罐6经排气管汇7并由输气管汇9与三相混流器4的进氮气管11相连，且排气管汇7上设有氮气调压阀8，氮气调压阀8依据三相混流器4内的混流压力将高压氮气模拟试验控制系统中的自力式压力调节阀调压后的设计压力调整至模拟气压力，输气管汇9上设有智能氮气流量计10，且智能氮气流量计10采用孔板式气体流量计。
在图2和图3中，气体模拟器1的高压氮气模拟气自动供给流程为，氮气罐6中的高压氮气通过压力释放阀12和球阀等阀门和排气管汇7输出，并由自力式压力调节阀13调压至分离特性试验用的设计压力，由此保证高压氮气维持稳定压力，而后高压氮气依次流经氮气调压阀8和球阀等阀门，并依据三相混流器4内的混流压力将自力式压力调节阀13调压后的设计压力调整至模拟气压力，达到分离特性试验用的操作压力，接着高压氮气依次流经输气管汇9以及智能氮气流量计10、球阀和止回阀等流量计和阀门，并由进氮气管11为三相混流器4自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气。
在图3中，气体模拟器1的管线和仪表控制方法中，自动供给控制系统5的高压氮气模拟试验控制系统通过氮气调压阀8和智能氮气流量计10之间输气管汇9上的流量变送器(FIT)、压力变送器(PIT)和温度变送器(TIT)将智能氮气流量计10实时监测到的高压氮气流量信号、流压信号和温度信号一起传送至数据采集系统及其累积流量显示仪(FQI)上。
在图3中，气体模拟器1的管线和仪表控制方法中，自动供给控制系统5的高压氮气模拟试验控制系统通过压力释放阀12和氮气调压阀8之间排气管汇7上的自力式压力调节阀13，同时依据三相混流器4内的混流压力将高压氮气的供给压力调整至分离特性试验用的设计压力，并提供连续稳定的高压氮气。此外，高压氮气模拟试验控制系统通过氮气罐6出口处的压力释放阀12自动释放超压工况时的高压氮气并调整氮气罐6内的压力。
在图3中，气体模拟器1的管线和仪表控制方法中，自动供给控制系统5的高压氮气模拟试验控制系统通过混流外管的压力变送器14实时监测管内的混流压力状况，并依次经压力指示控制器(PIC)和气电转换器(PY)完成信号转换和数据处理，进而自动控制排气管汇7上氮气调压阀8的气动量并调控高压氮气的流压和供给量。
在图3中，气体模拟器1的管线和仪表控制方法中，自动供给控制系统5的高压氮气模拟试验控制系统依据智能氮气流量计10和进氮气管11之间输气管汇9上的压力变送器14实时监测氮气调压阀8的调压状况，并通过压力表(PI)显示瞬时的模拟气压力，同时依据压力指示控制器(PIC)将模拟气压力信号传送至数据采集系统。
在图4中，固液搅拌器2依据固粒搅拌泵15并结合自动供给控制系统5中的常压固液供给控制系统供给连续稳定的常压固液流，常压搅拌罐16的罐容依据高压固液流的供给量进行选取，且常压搅拌罐16中的进水管和排液管以及常压输固液管汇18的规格均需要依据蒸馏水的流量进行设计，固粒搅拌泵15的选型需要考虑蒸馏水供给量、离心泵入口处至常压搅拌罐16内固液两相流液面的垂直高度差值以及长轴式搅拌轮搅动固液两相流时所受的最大阻力等因素，且固粒搅拌泵15中的电机型号与其离心泵的泵型保持一致，同时智能固液流量计17的规格依据常压固液流的最大流量进行选取。
在图4中，固液增压器3依据固液增压泵21和固液调控阀23并结合自动供给控制系统5中的高压固液模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流，固液增压泵21的出口压力以及高压输固液管汇24内的模拟固液压力均依据三相混流器4的混流压力和模拟三相压力进行设计，变频电机20的型号与固液增压泵21的泵型保持一致，固液调控阀23的规格依据高压输固液管汇24内的流压以及模拟固液压力进行选型，泵进液管19的规格与常压输固液管汇18的规格保持一致，泵出液管22、高压输固液管汇24以及进固液管25的规格均需要依据高压固液流的最大流量和最大流压进行选型。
在图4中，固液搅拌器2的常压输固液管汇18上设有智能固液流量计17，常压搅拌罐16通过排液管与常压输固液管汇18相连并经由泵进液管19与固液增压泵21连为一体，固粒搅拌泵15的电机和离心泵集于一体，且其离心泵的泵轴通过联轴器与长轴式搅拌轮连为一体。固液增压器3的高压输固液管汇24上设有固液调控阀23，固液增压泵21的螺杆通过联轴器与变频电机20相连，且固液增压泵21经泵出液管22与高压输固液管汇24和高压输固液管汇24上的固液调控阀23相连并由进固液管25与三相混流器4连为一体。
在图4和图5中，固液搅拌器2的常压固液流供给流程为，固粒搅拌泵15的电机带动其离心泵抽吸蒸馏水并由进水管送入常压搅拌罐16的搅拌罐体，而后搅拌罐体内加入试验用的固体颗粒，通过固粒搅拌泵15的长轴式搅拌轮搅动常压搅拌罐16搅拌罐体内的固液两相流并形成常压固液流，接着常压固液流依次流经智能固液流量计17和球阀等流量计和阀门并由常压输固液管汇18和泵进液管19进入固液增压泵21。
在图4和图5中，固液增压器3的高压固液流模拟液自动供给流程为，常压固液流经由泵进液管19进入固液增压泵21，依据三相混流器4内的混流压力和常压搅拌罐16内的液位状况，变频电机20自动调整其上变频器26的频率，进而控制固液增压泵21的螺杆转速并将常压固液流加压而形成高压固液流，接着高压固液流经泵出液管22以及球阀和止回阀等阀门送入高压输固液管汇24，固液调控阀23依据高压输固液管汇24内的流压将固液增压泵21增压后的流压调整至模拟固液压力，达到分离特性试验用的操作压力，最后由进固液管25为三相混流器4自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流。
在图5中，固液搅拌器2的管线和仪表控制方法中，自动供给控制系统5的常压固液供给控制系统依据常压输固液管汇18上的智能固液流量计17实时监测常压固液流的瞬时流量和累积流量，同时智能固液流量计17通过流量变送器(FIT)将实时监测到的固液流量信号传送至数据采集系统及其瞬时流量显示仪(FI)和累积流量显示仪(FQI)上。
在图5中，固液增压器3的管线和仪表控制方法中，自动供给控制系统5的高压固液模拟试验控制系统通过常压搅拌罐16上的液位变送器28实时监测常压搅拌罐16搅拌罐体内的液位变化状况，同时通过三相混流器4中混流外管上的压力变送器14实时监测三相混流管内的混流压力状况，并分别依据液位指示控制器(LIC)和压力指示控制器(PIC)以及转换开关27完成信号转换及数据处理，而后通过就地控制盘自动调整变频电机20的变频器26频率，进而控制固液增压泵21的螺杆转速。
在图5中，固液增压器3的管线和仪表控制方法中，自动供给控制系统5的高压固液模拟试验控制系统通过高压输固液管汇24上的压力变送器14实时监测高压输固液管汇24内高压固液流的压力状况，并依次经压力指示控制器(PIC)和气电转换器(PY)完成信号转换和数据处理，进而自动控制高压输固液管汇24上固液调控阀23的气动量并调控高压固液流的流压和供给量。
在图6中，三相混流器4依据三相混流管29并结合自动供给控制系统5中的高压混流模拟试验控制系统自动供给连续稳定的三相模拟流，三相混流管29的排混流管上设有智能三相流量计30，智能三相流量计30的规格依据三相模拟流的最大流量和最大流压进行选型，三相混流管29经进氮气管11与气体模拟器1相连并由进固液管25与固液增压器3连为一体。
在图7中，三相混流管29实现气液固三相流均匀混合并形成三相模拟流，混流外管31的规格依据气液固三相流均匀混合之前的最大流量和最大流压进行设计，混流内管32和排混流管33的规格均需要依据气液固三相流均匀混合之后所形成三相模拟流的最大流量和最大流压进行设计，三相混流管29内的混流压力等于气液固三相流均匀混合后形成三相模拟流的压降和排混流管33内模拟三相压力之和，三相混流管29的侧端部和管壁上分别设有进固液管25和进氮气管11，混流内管32和混流外管31由内而外同轴心布置并构成混流双层管。
在图6～图8中，三相混流器4的三相模拟流自动供给流程为，高压氮气经输气管汇9并由进氮气管11进入三相混流管29的混流外管31管腔内，同时高压固液流依次流经高压输固液管汇24和进固液管25的柱形流道并由进固液管25的锥形流道和喷射出口喷入混流内管32而形成低压区，由此利于高压氮气的输入，混流内管32的压缩管段内气液固三相流的流速降低而流压逐步提升，而后进入混流内管32的平流管段进行长距离运移并充分均匀混合，最后气液固三相流经混流内管32的扩散管段稳压调流后形成连续稳定的三相模拟流，接着三相模拟流经智能三相流量计30和阀球等阀门并由排混流管33输出。
在图8中，三相混流器4的管线和仪表控制方法中，自动供给控制系统5的高压混流模拟试验控制系统通过混流外管31上的压力变送器14实时监测三相混流管29内的混流压力状况，同时依据排混流管33上的压力变送器14实时监测三相混流器4所供给三相模拟流的流压状况，并通过压力表(PI)显示瞬时的模拟三相压力，同时依据压力指示控制器(PIC)将模拟三相压力信号传送至数据采集系统。
在图8中，三相混流器4的管线和仪表控制方法中，自动供给控制系统5的高压混流模拟试验控制系统通过智能三相流量计30实时监测三相模拟流的瞬时流量和累积流量，同时智能三相流量计30通过流量变送器(FIT)将实时监测到的混流流量信号传送至数据采集系统及其瞬时流量显示仪(FI)和累积流量显示仪(FQI)上。
在图9中，气液固三相分离特性试验自动供给系统的油气开采气液固三相流自动供给作业工艺流程为，氮气罐6中的高压氮气依次流经排气管汇7和自力式压力调节阀13并由氮气调压阀8将自力式压力调节阀13调压后的设计压力调整至模拟气压力，而后高压氮气依次流经输气管汇9和智能氮气流量计10，并由进氮气管11为三相混流器4自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气；与此同时，固粒搅拌泵15抽吸蒸馏水并由进水管送入常压搅拌罐16，通过固粒搅拌泵15的长轴式搅拌轮搅动常压搅拌罐16内的固液两相流并形成常压固液流，而后常压固液流依次流经智能固液流量计17和常压输固液管汇18并由泵进液管19进入固液增压泵21；然后，依据混流外管31内的混流压力和常压搅拌罐16内的液位状况，变频电机20自动调整变频器26的频率并控制固液增压泵21的螺杆转速，从而将常压固液流加压成高压固液流，而后高压固液流依次流经泵出液管22和高压输固液管汇24并由固液调控阀23将固液增压泵21增压后的流压调整至模拟固液压力，接着由进固液管25为三相混流器4自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流；最后，混流内管32的压缩管段内高压氮气和高压固液流组成气液固三相流，且气液固三相流依次经混流内管32的充分均匀混合以及稳压调流后而形成连续稳定的三相模拟流，而后三相模拟流经智能三相流量计30并由排混流管33输出。
在图9中，气液固三相分离特性试验自动供给系统的油气开采气液固三相流自动供给作业工艺流程中，高压氮气模拟试验控制系统通过智能氮气流量计10将实时监测到的高压氮气流量信号、流压信号和温度信号一起传送至数据采集系统34，且依据自力式压力调节阀13将高压氮气的供给压力调整至分离特性试验用的设计压力，并通过输气管汇9上的压力变送器14实时监测氮气调压阀8的调压状况并将模拟气压力信号传送至数据采集系统34。常压固液供给控制系统依据智能固液流量计17将实时监测到的固液流量信号传送至数据采集系统34，高压固液模拟试验控制系统通过高压输固液管汇24上的压力变送器14实时监测管汇内高压固液流的压力状况并将模拟固液压力信号传送至数据采集系统34，且通过常压搅拌罐16上的液位变送器28实时监测搅拌罐体内液位变化状况，并依据混流外管31上的压力变送器14实时监测三相混流管29内的混流压力状况，同时依据转换开关27完成信号转换及数据处理。高压混流模拟试验控制系统通过排混流管33上的压力变送器14实时监测三相混流器4所供给三相模拟流的流压状况并将模拟三相压力信号传送至数据采集系统34，并依据智能三相流量计30将实时监测到的混流流量信号传送至数据采集系统34。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各系统间的连接方式和控制方法以及各部件的结构等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明保护范围之外。
Claims (10)
1.一种气液固三相分离特性试验自动供给系统，主要由气体模拟器、固液搅拌器、固液增压器、三相混流器和自动供给控制系统组成，远程自动调控高压氮气、高压固液流和三相模拟流的供给，实施油气开采多相分离特性试验的气液固三相流供给作业流程，其特征在于：
一气体模拟器；所述气体模拟器依据氮气调压阀并结合高压氮气模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气，它包括氮气罐、排气管汇、氮气调压阀、智能氮气流量计和输气管汇；氮气罐采用可移动式管制气瓶，且氮气罐经排气管汇并由输气管汇与进氮气管相连，氮气调压阀采用压力气动控制阀，同时智能氮气流量计采用孔板式气体流量计；
一固液搅拌器；所述固液搅拌器依据固粒搅拌泵并结合常压固液供给控制系统供给连续稳定的常压固液流，它包括常压搅拌罐、固粒搅拌泵、常压输固液管汇和智能固液流量计；智能固液流量计采用涡轮式液体流量计，常压搅拌罐通过排液管与常压输固液管汇相连并经由泵进液管与固液增压泵连为一体；常压搅拌罐采用立式筒形罐体，它由进水管、排液管、搅拌罐体和泵支座组成，其搅拌罐体的底端设置裙装套筒进行支撑，且泵支座采用十字交叉型的工字钢桁架构造；固粒搅拌泵由电机、离心泵和长轴式搅拌轮组成，固粒搅拌泵的电机和离心泵采用一体化构造，且其长轴式搅拌轮的轮轴下部设有双层搅拌叶轮；
一固液增压器；所述固液增压器依据固液增压泵和固液调控阀并结合高压固液模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流，它包括泵进液管、变频电机、固液增压泵、泵出液管、高压输固液管汇和固液调控阀；固液增压泵经泵出液管与高压输固液管汇及其上的固液调控阀相连并由进固液管与三相混流器连为一体，固液增压泵采用单螺杆泵，固液增压泵的螺杆外表面与其泵壳的壳壁之间形成螺旋形通道，依据混流压力和常压搅拌罐内的液位状况，变频电机自动调整其上变频器的频率，进而控制固液增压泵的螺杆转速并将常压固液流加压而形成高压固液流，固液调控阀采用压力气动控制阀；
一三相混流器；所述三相混流器依据三相混流管并结合高压混流模拟试验控制系统自动供给连续稳定的三相模拟流，它包括三相混流管和智能三相流量计；智能三相流量计采用涡轮式多相流量计，三相混流管经进氮气管与气体模拟器相连并由进固液管与固液增压器连为一体；三相混流管采用水平布置的管体，它由进氮气管、进固液管、混流外管、混流内管和排混流管组成，混流内管和混流外管由内而外同轴心布置并构成混流双层管；进固液管采用锥状喷管，且混流外管采用粗长管体，同时混流内管由压缩管段、平流管段和扩散管段组合而成，混流内管的平流管段采用细长管体，且其压缩管段和扩散管段均采用锥形管体；
一自动供给控制系统；所述自动供给控制系统包括高压氮气模拟试验控制系统、常压固液供给控制系统、高压固液模拟试验控制系统和高压混流模拟试验控制系统，并远程自动调控高压氮气、高压固液流和三相模拟流的供给，它通过压力释放阀自动释放超压工况时的高压氮气并调整氮气罐内的压力；高压氮气模拟试验控制系统中，智能氮气流量计实时监测高压氮气的流量、流压和温度，压力释放阀和氮气调压阀间的排气管汇上设有自力式压力调节阀，智能氮气流量计和进氮气管间的输气管汇上设有压力变送器；常压固液供给控制系统和高压固液模拟试验控制系统中，智能固液流量计实时监测常压固液流的瞬时流量和累积流量，变频电机前设有就地控制盘、转换开关和变频器，常压搅拌罐的罐壁上设有液位变送器，高压输固液管汇上设有压力变送器；高压混流模拟试验控制系统中，混流外管和排混流管的管壁上均设有压力变送器，智能三相流量计实时监测三相模拟流的瞬时流量和累积流量。
2.根据权利要求1所述的气液固三相分离特性试验自动供给系统，其特征在于：所述气体模拟器的氮气罐内存储高压氮气，排气管汇上设有氮气调压阀且输气管汇上设有智能氮气流量计，氮气调压阀依据三相混流器内的混流压力将自力式压力调节阀调压后的设计压力调整至模拟气压力，智能氮气流量计采用先进的微功耗方式自动进行调压后高压氮气压力和温度的补偿。
3.根据权利要求1所述的气液固三相分离特性试验自动供给系统，其特征在于：所述固液搅拌器的常压输固液管汇上设有智能固液流量计，智能固液流量计采用微机控制和超低功耗的方式进行计量；常压搅拌罐的进水管和排液管分别布置于其搅拌罐体的上部和下部，泵支座通过焊接固定于搅拌罐体的顶部，同时泵支座的桁架交叉部位设有双法兰盘。
4.根据权利要求1或3所述的气液固三相分离特性试验自动供给系统，其特征在于：所述固液搅拌器的固粒搅拌泵将蒸馏水经由进水管泵入常压搅拌罐并搅动搅拌罐体内的固液两相流，固粒搅拌泵中的离心泵的底端通过法兰盘而将固粒搅拌泵固定于常压搅拌罐泵支座的双法兰盘上，同时离心泵的泵轴一端伸出泵外并通过联轴器与固粒搅拌泵的长轴式搅拌轮连为一体，长轴式搅拌轮的各层搅拌叶轮均采用旋向相同的螺旋叶片。
5.根据权利要求1所述的气液固三相分离特性试验自动供给系统，其特征在于：所述固液增压器中的固液增压泵的入口处和出口处分别设有泵进液管和泵出液管，固液增压泵的螺杆两端通过轴承座与泵壳相连，且螺杆由柱形杆体一体加工而成，螺杆的一端伸出泵外并通过联轴器与变频电机连为一体；
所述固液增压器的高压输固液管汇上设有固液调控阀，固液调控阀依据高压输固液管汇内的流压将固液增压泵增压后的流压调整至模拟固液压力。
6.根据权利要求1所述的气液固三相分离特性试验自动供给系统，其特征在于：所述三相混流器的三相混流管完成气液固三相流的均匀混合并形成三相模拟流，进固液管、混流内管和排混流管由左而右依次同轴心布置，三相混流管的侧端部和管壁上分别设有进固液管和进氮气管，进固液管的环腔内壁由柱形流道和锥形流道组合而成；
所述三相混流管的排混流管上设有智能三相流量计，智能三相流量计采用微机控制和超低功耗的方式进行计量。
7.根据权利要求1或6所述的气液固三相分离特性试验自动供给系统，其特征在于：所述三相混流管中的混流外管的两侧端设有相同型号的法兰盘，混流外管两法兰盘的中央部位均钻有圆形通孔并通过圆周焊的方式分别实现进固液管和排混流管的轴向固定，且混流内管两端的外环面与混流外管的环腔内壁之间采用过盈配合而实现混流内管的轴向固定；
所述混流内管中的平流管段的环腔内壁直径大于进固液管锥形流道所在锥面的小端圆面直径，进固液管的喷射出口位于混流内管压缩管段的环腔内，且压缩管段的环腔内壁所在锥面的锥度大于混流内管扩散管段的环腔内壁所在锥面的锥度和进固液管锥形流道所在锥面的锥度，而压缩管段的环腔内壁所在锥面的锥高则小于扩散管段的环腔内壁所在锥面的锥高。
8.根据权利要求1所述的气液固三相分离特性试验自动供给系统，其特征在于：所述高压氮气模拟试验控制系统中，氮气罐的出口处设有压力释放阀，智能氮气流量计分别通过流量变送器、压力变送器和温度变送器将实时监测到的高压氮气流量信号、流压信号和温度信号一起传送至数据采集系统及其累积流量显示仪上；排气管汇上的自力式压力调节阀依据三相混流器内的混流压力将高压氮气的供给压力调整至分离特性试验用的设计压力，并提供连续稳定的高压氮气；
所述高压氮气模拟试验控制系统中，混流外管的压力变送器实时监测管内的混流压力状况，并依次经压力指示控制器和气电转换器完成信号转换和数据处理，进而自动控制排气管汇上氮气调压阀的气动量并调控高压氮气的流压和供给量；输气管汇的压力变送器实时监测氮气调压阀的调压状况，并通过压力表显示瞬时的模拟气压力，同时依据压力指示控制器将模拟气压力信号传送至数据采集系统。
9.根据权利要求1所述的气液固三相分离特性试验自动供给系统，其特征在于：所述常压固液供给控制系统中，智能固液流量计通过流量变送器将实时监测到的固液流量信号传送至数据采集系统及其瞬时流量显示仪和累积流量显示仪上；
所述高压固液模拟试验控制系统中，常压搅拌罐上的液位变送器实时监测罐内液位变化状况，同时混流外管的压力变送器实时监测管内的混流压力状况，并分别依据液位指示控制器和压力指示控制器以及转换开关完成信号转换及数据处理，而后通过就地控制盘自动调整变频电机的变频器频率，进而控制固液增压泵的螺杆转速；
所述高压固液模拟试验控制系统中，高压输固液管汇上的压力变送器实时监测管汇内高压固液流的压力状况，并依次经压力指示控制器和气电转换器完成信号转换和数据处理，进而自动控制高压输固液管汇上固液调控阀的气动量并调控高压固液流的流压和供给量。
10.根据权利要求1所述的气液固三相分离特性试验自动供给系统，其特征在于：所述高压混流模拟试验控制系统中，混流外管上的压力变送器实时监测管内的混流压力状况，同时排混流管上的压力变送器实时监测三相混流器所供给三相模拟流的流压状况，并通过压力表显示瞬时的模拟三相压力，同时依据压力指示控制器将模拟三相压力信号传送至数据采集系统，智能三相流量计通过流量变送器将实时监测到的混流流量信号传送至数据采集系统及其瞬时流量显示仪和累积流量显示仪上。
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