CN110108511B - 一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样装置，包括固定支座、支杆、定位锥、夹持环、旋转支杆和测量刀具，支杆的底端安装在固定支座上，支杆的上部固定夹持环，夹持环夹紧冷指，冷指的底端中心与定位锥的尖端相抵，定位锥安装在固定支座上，旋转支杆的一端与夹持环滑动连接，旋转支杆的另一端连接测量刀具。本发明用于固定表面有蜡沉积物的冷指并对其进行多方位精确测量与取样。可以实现对冷指表面蜡沉积物进行精确测厚操作，同时，可以通过刻度尺进行读数参考，对不同厚度的沉积物进行分层取样。

Description

一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样装置 及方法

技术领域

本发明涉及一种原油蜡沉积物精确测厚与取样装置，属于石油行业原油流动保障技术领域，具体来说是一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样装置及方法。

背景技术

目前，随着陆地石油资源的不断开采，陆上油田开发逐渐进入中后期，而海上石油的开发逐渐成为世界各国共同关注的热点。海洋石油开发逐渐从近海向深海发展，使得海底管道周围温度越来越低，发生蜡沉积的概率大幅增加。我国所产原油80%以上为含蜡原油，含蜡原油是一种复杂的混合体系，它主要由蜡、胶质、芳香烃、沥青和轻烃组分组成。蜡沉积是含蜡原油及其乳状液管输过程中的常见问题，严重威胁管道的流动安全。蜡沉积会造成管道输量降低、能耗增加、停输再启动困难等问题，严重时甚至完全堵塞管道截面，造成巨大经济损失。深入研究蜡沉积问题对保障管道安全经济运行具有重要意义。

对管壁沉积物而言，不同厚度上的沉积物含蜡量、蜡分子碳数分布等性质是不同的。近年来，学者开始从更微观的角度对蜡沉积过程及机理进行研究，通过分析不同沉积厚度上沉积物的性质可以准确反推蜡晶析出规律、蜡分子扩散和反扩散速率等参数变化情况。而实验室中得到的蜡沉积物通常只有几毫米厚，所以精确测量沉积物厚度并对其进行取样十分关键，对研究不同径向位置沉积物的性质具有重要意义。

在蜡沉积实验方面，学者通常采用冷指装置进行蜡沉积实验，这是因为冷指蜡沉积实验装置具有零部件少、占地面积小、建设成本低、用油量小、操控性好、维护简单等优点，因此在实验室中应用广泛。冷指实验装置主要由冷指罐和冷指构成，二者均连接有控温水浴，通过水浴来控制冷指罐内油品温度和冷指表面温度。通常，冷指表面的温度控制在原油析蜡点以下，而冷指罐的温度则控制在原油析蜡点以上，使得原油在径向上形成温差，促使冷指表面形成蜡沉积物。目前，冷指沉积物测厚通常有两种方法：一是由实验人员拿一个普通尺子嵌入到冷指表面的沉积物中读取沉积物厚度，尺子的刻度等设计都没有针对性，测量过程随意性大、误差大，且操作不方便；二是直接将沉积物融化称重，然后根据沉积物密度和沉积面积计算沉积物平均厚度。而在取样方面，通常都是对沉积物整体进行取样，无法精确对不同径向位置沉积物样品进行取样，导致分析沉积物性质时只能测试整体沉积物的物性参数，限制了从微观角度对沉积物径向性质进行研究。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样装置，解决了现有技术中冷指表面蜡沉积物厚度测量及取样不够精准的问题。

本发明的另一个目的在于提供一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样的方法，可以对冷指上的不同空间位置沉积物进行精确取样测量。

本发明的技术方案如下：

一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样装置，包括固定支座、支杆、定位锥、夹持环、旋转支杆和测量刀具，支杆的底端安装在固定支座上，支杆的上部固定夹持环，夹持环夹紧冷指，冷指的底端中心与定位锥的尖端相抵，定位锥安装在固定支座上，旋转支杆的一端与夹持环滑动连接，旋转支杆的另一端连接测量刀具。

所述固定支座上安装有支撑底座，支撑底座的上表面设有滑槽，滑动卡板滑动设置在滑槽内，连杆的一端安装在滑动卡板上，连杆的另一端与定位锥的底端相连，连杆上沿轴向设有镂空槽，十字花螺杆设置在镂空槽内，所述的滑动卡板的上方设有把手，把手带动定位锥沿支撑底座上的滑槽滑动，滑动到指定位置后通过十字花螺杆拧紧固定。

所述的夹持环包括两个半圆状主体，拧紧螺杆穿过两个半圆状主体的安装耳将其紧固，半圆状主体的侧壁上设置通孔，通孔的内壁设有弧形卡槽，主变径杆穿过通孔，主变径杆的外表面设有弹性簧片，弹性簧片卡紧在弧形卡槽内，主变径杆伸入半圆状主体的一端连接圆弧板，圆弧板的内表面设有橡胶层，半圆状主体的内壁与主变径杆相对应设有从变径杆，从变径杆连接有从圆弧板；所述的半圆状主体的上下表面设有滑道。

所述的旋转支杆的一端设有滑块凸起，滑块凸起与夹持环滑道相匹配，滑块凸起滑动设置在滑道内，旋转支杆的另一端设有安装槽，滑杆安装在安装槽内，滑杆上套装有滑块。

所述测量刀具包括刀头、刀杆、大进给齿轮盘和小进给齿轮盘，刀头设置在刀杆的顶端；刀杆上设有大小两排齿形结构，所述的大进给齿轮盘、小进给齿轮盘分别与刀杆上的大小齿形结构啮合；所述的大进给齿轮盘和小进给齿轮盘设置在滑块的内腔，大进给齿轮盘连接有刻度盘，每一刻度表示1mm，量程20mm，刻度盘设置在滑块的外表面，刻度盘的每格外围为圆形凹槽，每个凹槽距离为1mm，刻度盘的中间设有方便转动大进给齿轮盘的螺钮，滑块上与刻度盘圆形凹槽相对应设有限位孔，限位孔内设有弹簧，弹簧的顶端连接弹簧弹子，弹簧弹子与圆形凹槽相匹配；所述的小进给齿轮盘连接有操作旋钮，操作旋钮设置在滑块外表面；刀杆上临近刀头的一端刻有刻度，刀杆在刻度的外部套装金属套，金属套与刀杆上的刻度构成副测量尺；刀杆上刻度量程20mm，分度值1mm，与大进给齿轮盘分度值相同，金属套上刻度19mm，均分为20格，最小分度值0.95mm。

一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样的方法，包括下述步骤：

1）、将装置固定支座放在平整的桌面上，将实验得到的表面有蜡沉积物的冷指放入夹持环，向内缓缓推动主变径杆使变径杆顶端圆弧与冷指接触并夹紧，调整定位锥的位置，使定位锥与冷指底部的中心圆孔紧密贴合，保证冷指垂直于固定支座。

2）、调整测量尺的位置，首先将可以上下滑动的滑块固定在需要取样的高度上，将主副尺调整到0刻线，然后旋转进给齿轮盘使测量刀具刀头顶部刚好接触沉积物表面，此时读取副尺零刻度线在主尺上的位置并记录，而后继续旋转微调小进给齿轮盘，直至测量刀具刀头顶部与冷指表面接触，此时，再次读取副尺零刻度线在主尺上的位置并记录，两次读数之差就是蜡沉积物的厚度。测量完某一位置的沉积物厚度后，可以根据实验需要采用相同方法再测量其它位置的沉积物厚度，计算沉积物厚度平均值；

3）、旋出测量刀具，再次将测量刀具顶部调整至与沉积物表面刚好接触的位置，根据实验需要旋进特定的取样厚度并固定测量尺，然后沿滑杆从下至上移动，支杆带动刀具刮取特定厚度的沉积物，依照此法，可以取得任一空间位置的沉积物样品，为测量不同厚度的沉积物性质提供精确样品。

所述测量方法依据测量公式：厚度=主测量尺读数+（副尺与主测量对齐尺刻度）×分度值。

本发明的特点及优点是：

1.本发明用于固定表面有蜡沉积物的冷指并对其进行多方位精确测量与取样。可以实现对冷指表面蜡沉积物进行精确测厚操作，同时，可以通过刻度尺进行读数参考，对不同厚度的沉积物进行分层取样。

2.固定装置由固定支座、支杆、夹持环、主变径杆、从变径杆组成。测量与取样装置设有大齿轮盘和小齿轮盘结构，测量刀具杆上设有分别与大齿轮盘和小齿轮盘啮合的锯齿结构，通过旋转齿轮盘可以带动刀具进行移动，完成测厚与取样。小齿轮盘可以实现精密微调，保证了刀头可以实现0.1毫米级的旋进操作，实现精密分层取样。

3.测量装置的读数表盘分为主尺和副尺两部分，分别由大齿轮和小齿轮进行控制，由主副尺刻度差代替估读从而减小误差，进行精确的测量与取样。明显优于传统测量与取样只依靠实验人员主观判断的方法。

4.支撑底座上设有与之垂直的定位锥，定位锥可以与冷指中间的圆孔紧密贴合，从而能保证冷指与支撑底座垂直，防止冷指歪斜影响取样和测厚精度。

5.变径杆与顶端圆弧以金属为结构框架，内表面有橡胶，可以增大摩擦力，更好的夹紧和固定冷指。

6.测量刀具由透明玻璃材质制成，内部设有LED灯源，取样和测厚操作时开启灯源，保证操作的精度。

附图说明

图1为冷指表面蜡沉积物多方位精确测厚和取样装置的整体结构示意图；

图2为夹持环整体结构示意图；

图3为变径杆固定簧片位置示意图；

图4为进给齿轮盘结构示意图；

图5为进给齿轮盘和测量刀具啮合结构示意图；

图6为弹簧弹子结构示意图；

图7为定位锥结构示意图；

图8为定位锥结构及滑道结构示意图；

图9为定位锥与支撑底座的侧视剖面图。

图中，1为固定支座；11为支杆；2为变径杆固定件；3为夹持环；31为主变径杆；32为拧紧螺杆；33为圆弧板；34为从圆弧板；35为弹性簧片；36为固紧螺杆；4为冷指；5为旋转支杆；51为滑杆卡槽；52为滑杆；53为固定螺杆1；54为固定螺杆2；6为测量刀具；61为刀头； 62为滑块；63为大进给齿轮盘；64为齿轮啮合机构；65为小进给齿轮盘；66为副测量尺；67为LED光源；68为弹簧弹子；7为定位锥；71为支撑底座；72为滑动卡板；73为连杆；74为把手；75为十字花拧紧螺杆；76为镂空槽；77为底座上的刻度尺。

具体实施方式

实施例

一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样装置，包括固定支座1、支杆11、定位锥7、夹持环3、旋转支杆6和测量刀具6，支杆11的底端竖直安装在固定支座上，支杆11的上部通过抱箍2连接夹持环3，夹持环夹紧冷指4，冷指4的底端中心与定位锥7的尖端相抵，定位锥安装在固定支座上，旋转支杆5的一端与夹持环3滑动连接，旋转支杆5的另一端连接测量刀具6。

所述固定支座1上安装有支撑底座71，支撑底座71的上表面设有滑槽，滑槽的外侧设有刻度尺77，滑动卡板72滑动设置在滑槽内，连杆73的一端安装在滑动卡板72上，连杆73的另一端与定位锥7的底端相连，定位锥7主体为圆锥体，连杆73上沿轴向设有镂空槽76，十字花螺杆75设置在镂空槽76内，镂空槽保证定位锥整体滑动时不受十字花螺杆75影响；所述的滑动卡板的上方设有把手74，把手带动定位锥沿支撑底座上的滑槽滑动，滑动到指定位置后通过十字花螺杆拧紧固定。定位锥的主要作用是保证冷指与固定支座垂直，保证冷指不歪斜，进而保证取样和测厚精度。冷指4为圆柱体结构，圆柱体结构中心轴位置有圆孔，是为了冷指实验中方便搅拌杆穿过其中而设置的结构，定位锥7正是顶紧在这个圆孔结构中，完全贴近，保证冷指垂直于固定支座1，定位锥垂直于支撑底座71，当冷指夹持好后，将定位锥调整至冷指正下方，将定位锥的顶部与冷指中心的圆孔完全贴合，可以保证冷指绝对垂直于支撑底座71所在的平板，进而保证取样时刀片刮取的层位相同。

所述的夹持环包括两个半圆状主体，拧紧螺杆32穿过两个半圆状主体的安装耳将其紧固，半圆状主体的侧壁上设置通孔，通孔的内壁设有弧形卡槽，主变径杆31穿过通孔，主变径杆的外表面设有弹性簧片35，弹性簧片卡紧在弧形卡槽内，并由此将冷指4固定住，主变径杆伸入半圆状主体的一端连接圆弧板33，圆弧板的内表面设有橡胶层，防止冷指滑动，半圆状主体的内壁与主变径杆相对应设有从变径杆，从变径杆连接有从圆弧板34；所述的半圆状主体的上下表面设有滑道。所述主变径杆可以伸缩移动，从而固定和夹紧冷指。所述主变径杆杆体有半圆形弹性簧片，可契合于夹持环上弧形卡槽，起到固定防滑的作用。

所述的旋转支杆5的一端设有滑块凸起，滑块凸起与夹持环滑道相匹配相互咬合扣紧，滑块凸起滑动设置在滑道内，滑道设置在夹持环的半圆状主体上，因此旋转支杆5可以在接近180°的范围内滑动，旋转支杆的另一端设有安装槽51，滑杆52安装在安装槽内，滑杆52上套装有滑块62，滑块可在滑杆竖直方向上自由滑动，以能够使测量刀具在冷指上不同位置进行精确取样与测量。

所述测量刀具包括刀头61、刀杆、大进给齿轮盘和小进给齿轮盘，刀头61设置在刀杆的顶端，刀头61为无色透明的玻璃加工成斜面结构，刀头61内设有LED灯源67，灯源为测试和取样提供照明条件；刀杆上设有大小两排齿形结构，所述的大进给齿轮盘63、小进给齿轮盘65分别与刀杆上的大小齿形结构啮合，实现刀具6的进给。所述的大进给齿轮盘和小进给齿轮盘设置在滑块的内腔，大进给齿轮盘连接有刻度盘，每一刻度表示1mm，量程20mm，刻度盘设置在滑块的外表面，刻度盘的每格外围为圆形凹槽，每个凹槽距离为1mm，大进给齿轮盘每转动一格，测量刀具进给1mm；刻度盘的中间设有方便转动大进给齿轮盘63的螺钮，滑块上与刻度盘圆形凹槽相对应设有限位孔，限位孔内设有弹簧，弹簧的顶端连接弹簧弹子，弹簧弹子为金属球，弹簧弹子与圆形凹槽相匹配；所述的小进给齿轮盘连接有操作旋钮，操作旋钮设置在滑块外表面，小进给齿轮盘65齿距极小，对测量刀具6进给量进行微小调整。

刀杆上临近刀头的一端刻有刻度，刀杆在刻度的外部套装金属套，金属套与刀杆上的刻度构成副测量尺66。刀杆上刻度量程20mm，分度值1mm，与大进给齿轮盘63分度值相同，金属套上刻度19mm，均分为20格，最小分度值0.95mm。副测量尺配合主测量尺进行精确读数，精确到小数点后两位，无估读。

所述大进给齿轮盘进行定位，小进给齿轮盘进行细微精确的调整，提高精确度。大进给齿轮盘上刻度每格外围为圆形凹槽，每个凹槽距离为1mm，大进给齿轮每转动一格，测量刀具进给1mm，进给到指定位置后由弹簧弹子固定。弹簧弹子配合大进给齿轮盘外围圆形凹槽对大进给齿轮盘进行固定，防止大进给齿轮盘旋转到一定刻度后发生滑动。

一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样的方法，包括下述步骤：

1）、将装置固定支座放在平整的桌面上，将实验得到的表面有蜡沉积物的冷指放入夹持环，向内缓缓推动主变径杆使变径杆顶端圆弧与冷指接触并夹紧，调整定位锥的位置，使定位锥与冷指底部的中心圆孔紧密贴合，保证冷指垂直于固定支座。

2）、调整测量尺的位置，首先将可以上下滑动的滑块固定在需要取样的高度上，将主副尺调整到0刻线，然后旋转进给齿轮盘使测量刀具刀头顶部刚好接触沉积物表面，此时读取副尺零刻度线在主尺上的位置并记录，而后继续旋转微调小进给齿轮盘，直至测量刀具刀头顶部与冷指表面接触，此时，再次读取副尺零刻度线在主尺上的位置并记录，两次读数之差就是蜡沉积物的厚度。测量完某一位置的沉积物厚度后，可以根据实验需要采用相同方法再测量其它位置的沉积物厚度，计算沉积物厚度平均值；

3）、旋出测量刀具，再次将测量刀具顶部调整至与沉积物表面刚好接触的位置，根据实验需要旋进特定的取样厚度并固定测量尺，然后沿滑杆从下至上移动，支杆带动刀具刮取特定厚度的沉积物，依照此法，可以取得任一空间位置的沉积物样品，为测量不同厚度的沉积物性质提供精确样品。

所述测量方法依据测量公式：厚度=主测量尺读数+（副尺与主测量对齐尺刻度）×分度值。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作；以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换，均属于本发明的保护范围之内。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (6)

1.一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样装置，其特征在于包括固定支座、支杆、定位锥、夹持环、旋转支杆和测量刀具，支杆的底端安装在固定支座上，支杆的上部固定夹持环，夹持环夹紧冷指，冷指的底端中心与定位锥的尖端相抵，定位锥安装在固定支座上，旋转支杆的一端与夹持环滑动连接，旋转支杆的另一端连接测量刀具；

所述固定支座上安装有支撑底座，支撑底座的上表面设有滑槽，滑动卡板滑动设置在滑槽内，连杆的一端安装在滑动卡板上，连杆的另一端与定位锥的底端相连，连杆上沿轴向设有镂空槽，十字花螺杆设置在镂空槽内，所述的滑动卡板的上方设有把手，把手带动定位锥沿支撑底座上的滑槽滑动，滑动到指定位置后通过十字花螺杆拧紧固定。

2.根据权利要求1所述的一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样装置，其特征在于所述的夹持环包括两个半圆状主体，拧紧螺杆穿过两个半圆状主体的安装耳将其紧固，半圆状主体的侧壁上设置通孔，通孔的内壁设有弧形卡槽，主变径杆穿过通孔，主变径杆的外表面设有弹性簧片，弹性簧片卡紧在弧形卡槽内，主变径杆伸入半圆状主体的一端连接圆弧板，圆弧板的内表面设有橡胶层，半圆状主体的内壁与主变径杆相对应设有从变径杆，从变径杆连接有从圆弧板；所述的半圆状主体的上下表面设有滑道。

3.根据权利要求1所述的一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样装置，其特征在于所述的旋转支杆的一端设有滑块凸起，滑块凸起与夹持环滑道相匹配，滑块凸起滑动设置在滑道内，旋转支杆的另一端设有安装槽，滑杆安装在安装槽内，滑杆上套装有滑块。

4.根据权利要求1所述的一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样装置，其特征在于所述测量刀具包括刀头、刀杆、大进给齿轮盘和小进给齿轮盘，刀头设置在刀杆的顶端；刀杆上设有大小两排齿形结构，所述的大进给齿轮盘、小进给齿轮盘分别与刀杆上的大小齿形结构啮合；所述的大进给齿轮盘和小进给齿轮盘设置在滑块的内腔，大进给齿轮盘连接有刻度盘，每一刻度表示1mm，量程20mm，刻度盘设置在滑块的外表面，刻度盘的每格外围为圆形凹槽，每个凹槽距离为1mm，刻度盘的中间设有方便转动大进给齿轮盘的螺钮，滑块上与刻度盘圆形凹槽相对应设有限位孔，限位孔内设有弹簧，弹簧的顶端连接弹簧弹子，弹簧弹子与圆形凹槽相匹配；所述的小进给齿轮盘连接有操作旋钮，操作旋钮设置在滑块外表面；刀杆上临近刀头的一端刻有刻度，刀杆在刻度的外部套装金属套，金属套与刀杆上的刻度构成副测量尺；刀杆上刻度量程20mm，分度值1mm，与大进给齿轮盘分度值相同，金属套上刻度19mm，均分为20格，最小分度值0.95mm。

5.用于权利要求1所述的一种适用于冷指表面蜡沉积物的多方位精确测厚和取样装置的方法，其特征在于包括下述步骤：

1）、将装置固定支座放在平整的桌面上，将实验得到的表面有蜡沉积物的冷指放入夹持环，向内缓缓推动主变径杆使变径杆顶端圆弧与冷指接触并夹紧，调整定位锥的位置，使定位锥与冷指底部的中心圆孔紧密贴合，保证冷指垂直于固定支座；

2）、调整测量尺的位置，首先将可以上下滑动的滑块固定在需要取样的高度上，将主副尺调整到0刻线，然后旋转进给齿轮盘使测量刀具刀头顶部刚好接触沉积物表面，此时读取副尺零刻度线在主尺上的位置并记录，而后继续旋转微调小进给齿轮盘，直至测量刀具刀头顶部与冷指表面接触，此时，再次读取副尺零刻度线在主尺上的位置并记录，两次读数之差就是蜡沉积物的厚度；测量完某一位置的沉积物厚度后，可以根据实验需要采用相同方法再测量其它位置的沉积物厚度，计算沉积物厚度平均值；

3）、旋出测量刀具，再次将测量刀具顶部调整至与沉积物表面刚好接触的位置，根据实验需要旋进特定的取样厚度并固定测量尺，然后沿滑杆从下至上移动，支杆带动刀具刮取特定厚度的沉积物，依照此法，可以取得任一空间位置的沉积物样品，为测量不同厚度的沉积物性质提供精确样品。

6.根据权利要求5所述的的方法，其特征在于所述测量方法依据测量公式：厚度=主测量尺读数+（副尺与主测量对齐尺刻度）×分度值。

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