CN110174237A - 一种测量油管内流体状态的实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量油管内流体状态的实验平台，包括流体储存装置、变频电机、高温齿轮油泵、第一单向阀、比例溢流阀、节流阀、流量变送器、水平管段油管、耐高温透明玻璃水平管段、弯曲段油管和耐高温透明玻璃弯管，所述流体储存装置和高温齿轮油泵通过管路连接，高温齿轮油泵分别与变频电机和第一单向阀连接，第一单向阀通过三通阀与比例溢流阀和节流阀连接，节流阀、流量变送器连接、水平管段油管、耐高温透明玻璃水平管段、弯曲段油管、耐高温透明玻璃弯管、所述流体储存装置依次连接。该结构简单，能够模拟油田水平井中弯曲段和水平段的流体状态，并且提供稳定流场，可重复利用且测试的实验结果准确。
Description
技术领域：
本发明属于流体力学实验技术领域，具体涉及一种测量油管内流体状态的实验平台。
背景技术：
实验流体力学贯穿着整个流体力学的各个领域，它用精细的观察和测量手段揭示流体在流动过程中的流态和流动特性，跟理论流体力学和计算流体力学具有同样的重要性。目前我国多数油田采出原油为稠油，利用实验流体力学模拟原油在直井和水平井中油管的流速、流线以及压降规律等方面基础参数，对于提高采油效率有着重要作用。目前市场上的测量油管内流体可以测试直井中的流体综合影响因素，譬如：中国专利CN106989906A“一种测量连续抽油管内流体综合影响因素的实验装置”可以模拟油井直井段(垂直于地面)带有电缆的抽油管内流体关键物理性能参数，但是利用现有的测量流体的实验装置并不能测量油井水平井中弯曲段(具有一定的狗腿度)和水平段(平行于地面)的流体状态。
然而直井的流动特性跟水平井中流动特性不相同且水平井在油井中普遍存在，其流体参数对油管的选材、管柱设计、水利参数设计的适用性具有很强的指导作用。针对上述测试要求，开发一种能够既能测量水平井中弯曲段和水平段流体状态，又能丰富油管内流体测试分析功能，解决测试范围局限性大且操作复杂，实验装置结构复杂形成的流场不够稳定、实验数据不够准确等问题的实验平台成为必要。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种测量油管内流体状态的实验平台，其能够模拟油田水平井中弯曲段和水平段的流体状态且结构简单，能够提供稳定流场，可重复利用且测试的实验结果准确。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：一种测量油管内流体状态的实验平台，包括流体储存装置、变频电机、高温齿轮油泵、第一单向阀、比例溢流阀、节流阀、流量变送器、水平管段油管、耐高温透明玻璃水平油管、弯曲段油管和耐高温透明玻璃弯管，所述流体储存装置和高温齿轮油泵通过管路连接，高温齿轮油泵分别与变频电机和第一单向阀连接，第一单向阀通过三通阀与比例溢流阀和节流阀连接，节流阀与流量变送器连接，流量变送器依次通过第一四通阀、进油金属软管和第一快换接头与水平管段油管的一端连接；第一四通阀上连接有第一压力变送器和第一温度变送器，水平管段油管的另一端与耐高温透明玻璃水平管段的一端连接；耐高温透明玻璃水平管段的另一端依次通过第二快换接头、金属软管与弯曲段油管的一端连接；弯曲段油管的另一端通过第三快换接头与耐高温透明玻璃弯管的一端连接；耐高温透明玻璃弯管的另一端依次通过出油金属软管、第二四通阀和手阀与所述流体储存装置连接，第二四通阀上连接有第二压力变送器和第二温度变送器；所述流体储存装置包括用于控制流体温度的加热装置和冷却系统，以及测量流体温度的温度变送器；所述水平管段油管、耐高温透明玻璃水平管段、弯曲段油管、耐高温透明玻璃弯管均平行于地面，且均用50号角钢作为支撑支架将其抬高距离地面80cm；所述水平管段油管和耐高温透明玻璃水平管段采用卡箍连接，连接处采用密封材料进行密封；所述耐高温透明玻璃弯管与弯曲段油管采用卡箍连接，连接处采用密封材料进行密封。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的实验平台，拥有弯曲管段和水平管段来模拟水平井的流体状态，结构简单、成本低，可以方便控制流体的各项参数，拥有改装更换方便等优点，通过阀门的切换，可以对实验弯曲管段和水平管段进行比例控制，保证实验管段流体流场稳定，并且能够实现油流的循环流动，从而获得较为精确的试验数据。
2、实验管段部分采用透明有机玻璃，透明可视，能够直观的显示不同管段的流体的流动状态，方便对整个流场的观测和拍摄。通过开启和关闭不同阀门、仪表，完成原油的压力、流速的测量。
3、此装置不同管段采用快换接头连接，方便装置的组装、拆卸、清洗和维护。此外，本实验装置还可以用于含蜡原油、稠油、油水混合液等流体特性的效果评价。
附图说明：
图1为本发明测量油管内流体状态的实验平台示意图。
附图标记说明：1流体储存装置、2变频电机、3高温齿轮泵、4第一单向阀、5三通阀、6比例溢流阀、7节流阀、8流量变送器、9第一四通阀、10第一压力变送器、11第一温度变送器、12进油金属软管、13第一快换接头、14卡箍、15水平管段油管、16耐高温透明玻璃水平管段、17第二快换接头、18金属软管、19弯曲段油管、20第三快换接头、21耐高温透明玻璃弯管、22出油金属软管、23第二四通阀、24第二压力变送器、25第二温度变送器、26手阀、27第二单向阀、28加热装置、29冷却系统、30温度变送器。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细说明：
参见图1，一种测量油管内流体状态的实验平台，包括流体储存装置1、变频电机2、高温齿轮油泵3、第一单向阀4、比例溢流阀6、节流阀7、流量变送器8、水平管段油管15、耐高温透明玻璃水平管段16、弯曲段油管19和耐高温透明玻璃弯管21，所述流体储存装置1和高温齿轮油泵3通过管路连接，高温齿轮油泵3分别与变频电机2和第一单向阀4连接，第一单向阀4通过三通阀5与比例溢流阀6和节流阀7连接，节流阀7与流量变送器8连接，流量变送器8依次通过第一四通阀9、进油金属软管12和第一快换接头13与水平管段油管15的一端连接，第一四通阀9上连接有第一压力变送器10和第一温度变送器11，水平管段油管15的另一端与耐高温透明玻璃水平管段16的一端连接，耐高温透明玻璃水平管段16的另一端依次通过第二快换接头17、金属软管18与弯曲段油管19的一端连接，弯曲段油管19的另一端通过第三快换接头20与耐高温透明玻璃弯管21的一端连接，耐高温透明玻璃弯管21的另一端依次通过出油金属软管22、第二四通阀23和手阀26与所述流体储存装置1连接，第二四通阀23上连接有第二压力变送器24和第二温度变送器25；所述流体储存装置1包括用于控制流体温度的加热装置28和冷却系统29，以及测量流体温度的温度变送器30；所述水平管段油管15、耐高温透明玻璃水平管段16、弯曲段油管19、耐高温透明玻璃弯管21均平行于地面，且均用50号角钢作为支撑支架将其抬高距离地面80cm；所述水平管段油管15和耐高温透明玻璃水平管段16采用卡箍14连接，连接处采用密封材料进行密封；所述耐高温透明玻璃弯管21与弯曲段油管19采用卡箍14连接，连接处采用密封材料进行密封。
为了防止手阀26忘记打开，流体依旧能够流回流体储存装置1，避免油压过大，造成不安全事故，本发明还包括第二单向阀27，所述第二单向阀27与手阀26并联，并与第二四通阀23和流体储存装置1串联。
本发明在流体储存装置1上均布加热装置28和冷却系统29，通过专门的仪表和控制单元，设置和控制流体储存装置1里面流体的温度，使流体储存装置1的流体温度始终跟管道流体保持一致，处于均匀的温度场。
本发明通过高温齿轮泵3进行抽油(即抽取流体储存装置1里面的流体)；通过第一单向阀4控制流体压力，防止流体压力过大，造成回流，从而保护高温齿轮泵3；通过比例溢流阀6调定溢流的流量，对系统的控制更加精密；通过节流阀7来控制管路中流体流量的大小；通过流量变送器8来测试管路中流量的大小，从而模拟不同流量下流体对油管的影响；手阀26是用来控制流体的开关，方便更换设备部件。
本发明在第一四通阀9连接有第一压力变送器10和第一温度变送器11，用来测量进油金属软管12中的压力变化和温度变化；第二四通阀23上连接有压力变送器24和温度变送器25，用来测量出油后压降规律和温度变化情况；耐高温透明玻璃弯管21和弯曲段油管19，用来模拟水平井中弯曲段流体状态(具有一定狗腿度)，耐高温透明玻璃水平管段16和水平管段15，用来模拟水平井中水平段流体状态(平行于地面)；通过耐高温透明玻璃水平管段16和耐高温透明玻璃弯管21能够直观的显示不同管段的流体的流动状态，可以观察流体的流型；方便对整个流场的观测和拍摄。
本发明构成一个闭合回路，水平管段油管15和耐高温透明玻璃水平管段16的总长度为5000mm，弯曲段油管19和耐高温透明玻璃弯管21的外径为1447.8mm。
通过本发明可以实现原油的压力、流速、密度、颗粒物等因素不同的情况下，原油流动对油管的影响。表1为实验时油品1和油品2的压力、流速试验参数调整范围，其中油品1和油品2拥有不同的密度，在恒温下(如25℃)测量沿程压力损失规律以及不同流速对油管的影响。实验时：流体储存装置1中装入油品1，混入示踪剂(着色剂、荧光粉)，开启变频电机2、高温齿轮泵3、第一单向阀4、三通阀5、比例溢流阀6、节流阀7、流量变送器8、第一四通阀9、第一压力变送器10、第一温度变送器11、第二四通阀23、第二压力变送器24、第二温度变送器25、第二单向阀27、手阀26，待油压稳定后开始实验。通过调节第一压力变送器10控制入口压力为0.1MPa，然后调节节流阀7，使流速控制在0.01m/s，通过耐高温透明玻璃水平管段16和耐高温透明玻璃弯管21，观察水平管段油管15和弯曲段油管19内流体的流态，通过第二压力变送器24和第二温度变送器25测量流体压降规律和流体温度，保持在恒温状态。同样根据上述方法，按照表1中的数值调整压力、流速，记录流量、压力、温度，观察连续油管内流体油流状态，并记录。
本发明可以实现结蜡对流体流态、流速以及压力损失的影响规律。通过流体储存装置1中的加热装置28，加热油品，经由温度变送器30测量温度，使温度控制在结蜡点上，然后根据表1测量在45℃下原油结蜡对流体流态、流速以及压力损失的影响。
表1压力、流速试验参数调整范围
Claims (3)
1.一种测量油管内流体状态的实验平台，其特征在于：包括流体储存装置(1)、变频电机(2)、高温齿轮油泵(3)、第一单向阀(4)、比例溢流阀(6)、节流阀(7)、流量变送器(8)、水平管段油管(15)、耐高温透明玻璃水平段(16)、弯曲段油管(19)和耐高温透明玻璃弯管(21)，所述流体储存装置(1)和高温齿轮油泵(3)通过管路连接，高温齿轮油泵(3)分别与变频电机(2)和第一单向阀(4)连接，第一单向阀(4)通过三通阀(5)与比例溢流阀(6)和节流阀(7)连接，节流阀(7)与流量变送器(8)连接，流量变送器(8)依次通过第一四通阀(9)、进油金属软管(12)和第一快换接头(13)与水平管段油管(15)的一端连接，第一四通阀(9)上连接有第一压力变送器(10)和第一温度变送器(11)，水平管段油管(15)的另一端与耐高温透明玻璃水平段(16)的一端连接，耐高温透明玻璃水平段(16)的另一端依次通过第二快换接头(17)、金属软管(18)与弯曲段油管(19)的一端连接，弯曲段油管(19)的另一端通过第三快换接头(20)与耐高温透明玻璃弯管(21)的一端连接，耐高温透明玻璃弯管(21)的另一端依次通过出油金属软管(22)、第二四通阀(23)和手阀(26)与所述流体储存装置(1)连接，第二四通阀(23)上连接有第二压力变送器(24)和第二温度变送器(25)；所述流体储存装置(1)包括用于控制流体温度的加热装置(28)和冷却系统(29)，以及测量流体温度的温度变送器(30)；所述水平管段油管(15)、耐高温透明玻璃水平管段(16)、弯曲段油管(19)、耐高温透明玻璃弯管(21)均平行于地面，且均用50号角钢作为支撑支架将其抬高距离地面80cm；所述水平管段油管(15)和耐高温透明玻璃水平管段(16)采用卡箍(14)连接，连接处采用密封材料进行密封；所述耐高温透明玻璃弯管(21)与弯曲段油管(19)采用卡箍(14)连接，连接处采用密封材料进行密封。
2.根据权利要求1所述的一种测量油管内流体状态的实验平台，其特征在于：所述实验平台还包括第二单向阀(27)，第二单向阀(27)与手阀(26)并联，并与第二四通阀(23)和流体储存装置(1)串联。
3.根据权利要求1所述的一种测量油管内流体状态的实验平台，其特征在于：所述水平管段油管(15)和耐高温透明玻璃水平管段(16)的总长度为5000mm，弯曲段油管(19)和耐高温透明玻璃弯管(21)的外径为1447.8mm。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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