CN110361160A - 一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟装置，该装置由真空泵、阀门、真空表、压力表、气体流量计、真空缓冲罐、天然气压缩机、可视旋转管道、温度传感器、可视视窗、气体质量流量控制器、反应釜、加液泵、液体储槽、立管、液体流量计、气瓶、循环泵、天平、低温箱、温控水浴组成；装置分为气、液、固相供给系统、控温保温系统、控压系统、吹扫与真空系统、管道流动系统。该装置可以模拟一定压力、温度条件下，油、气、水、固多相流体与气体、液体单相流体在水平、垂直、倾斜管中的多相流动，具有结构简单、适用范围广、操作方便的优点。

Description

一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，涉及到石油与天然气的开发、储存和输送领域。

背景技术

石油与天然气开发、运输过程中，由于开采出来的油气井产物中常常是油、气、水、固多种介质共存的流体，所以在水平、倾斜或垂直的管道、井筒内常会呈现气液固、气固、液固、液液等多相流动状态。在管道或井筒内的流动过程中，随着压力、温度、管道倾角的变化，管道、井筒内会出现段塞流、分层流等现象，引发管道、井筒的冲蚀、腐蚀等问题，严重威胁管道、井筒的安全运行，造成重大的经济损失。因此，准确分析管道、井筒内的压力、温度、流型变化，对于掌握井筒、管道内的腐蚀、冲蚀规律具有十分重要的意义。基于此，需要一套可以模拟一定温度、压力条件下，油、气、水、固混合物在水平、倾斜、垂直管道内流动的模拟实验装置，并能够同时实现油、气、水、固多相流体与气体、液体等单相流体之间的灵活切换。

目前已公开的多相流实验环道装置中，有部分装置(CN201410461202、CN201020579905)可以进行气、油、水多相流动模拟实验，但已公开的装置不能同时模拟水平、垂直、倾斜管中的油、气、水、固多相流动，不能进行油、气、水、固多相流体与气体、液体等单相流体之间的灵活转换，不能对流动管道进行分段温度控制，导致难以全面模拟不同类型的流体在变化的压力、温度条件下，在水平、垂直、倾斜管中的多相流动。本装置充分考虑已有设备的不足，在实现控温控压的基础上，将倾斜、水平、垂直管道集中在一个实验流程中，并可实现油、气、水、固多相流体与气体、液体单相流体之间的灵活切换。

发明内容

本发明的目的是：为了提供一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，可以模拟一定压力、温度条件下，油、气、水、固多相流体与气体、液体单相流体在水平、垂直、倾斜管中的多相流动。

一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，由真空泵1、真空表2、第一阀3、第一压力传感器4、气体流量计5、第二阀6、第二压力传感器7、可视旋转管道8、第三压力传感器9、真空缓冲罐10、天然气压缩机11、第一温度传感器12、第四压力传感器13、第三阀14、第一温控水浴15、第四阀16、第一水平测试直管段17、第一可视视窗18、第五阀19、第六阀20、第五压力传感器21、电动搅拌机22、第七阀23、第六压力传感器24、第二温度传感器25、气体质量流量控制器26、第八阀27、减压阀28、反应釜29、第九阀30、第三温度传感器31、加液泵32、第十阀33、立管34、第四温度传感器35、第二可视视窗36、第二温控水浴37、第七压力传感器38、储液槽39、第五温度传感器40、第八压力传感器41、液体流量计42、第六温度传感器43、第九压力传感器44、第三可视视窗45、第十一阀46、第十二阀47、第三温控水浴48、第七温度传感器49、第十压力传感器50、水平测试弯管段51、第十三阀52、循环泵53、第十四阀54、第四可视视窗55、高压气瓶56、第十五阀57、第十六阀58、第二水平测试直管段59、第十一压力传感器60、第八温度传感器61、低温箱62组成。所述一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，其中：真空泵1、真空缓冲罐10通过第一阀3与第一水平测试直管段17和反应釜29连通，通过真空泵1抽出管道和反应釜29内的空气，并利用真空表2分析管道和反应釜29内的真空状态；气瓶56通过反应釜29上部气体出口与第一水平测试直管段17入口连通，利用气瓶56内的压力将气体注入到反应釜29中；气体质量流量控制器26可控制注入到反应釜29中的气体量；液体储槽39通过加液泵32与反应釜29的液相入口相连；液体储槽39用来提供反应所需的液体介质；电动搅拌机22与反应釜29连接；通过调节电动搅拌机22的转速以加速反应釜29中气、液相的反应，同时控制固体颗粒大小；天然气压缩机11的入口与反应釜29顶部连通；通过控制天然气压缩机转速控制气体流量，进而控制进入第一水平测试直管段17的气体流速；气体流量计5将天然气压缩机11与第一水平测试直管段17入口相连；通过气体流量计5对进入第一水平测试直管段17的气体流量进行计量；循环泵53的入口与反应釜29底部相连；利用循环泵53控制进入第一水平测试直管段17的介质的压力及流速；液体流量计42将循环泵53出口与第一水平测试直管段17入口相连；通过液体流量计42可对进入第一水平测试直管段17的液体流量进行计量；第一可视视窗18将第二阀6、第十阀33与第一水平测试直管段17连通；调节第二阀6、第十阀33的开闭可研究不同相态在第一水平测试直管段17、第二水平测试直管段59、水平测试弯管段51、可视旋转管道8或立管33内的流动规律；通过第一可视视窗18可观察管内油、气、水、固流动情况；第三阀14与第四阀16将可视旋转管道8与第一水平测试直管段17连通；通过调节可视旋转管道8的倾斜角度可观测管道流型和油、气、水、固相的分布；立管34通过第十一阀46、第十二阀47与第二水平测试直管段59连通；开闭第十一阀46、第十二阀47、第十四阀54可进行井筒、垂直管及水平-垂直管的油、气、水、固多相流组合实验研究；通过第二可视视窗36、第三可视视窗45可观察立管34内的油、气、水、固流动情况；反应釜29所需要的冷量由低温箱62提供；通过低温箱62可以控制反应釜29、循环泵53、天然气压缩机11及附近管线和流体的温度；第一温控水浴15、第二温控水浴37、第三温控水浴48分别控制第一水平测试直管段17、第二水平测试直管段59、水平测试弯管段51共三部分的温度；通过第一温控水浴15、第二温控水浴37、第三温控水浴48可以实现第一水平测试直管段17、第二水平测试直管段59、水平测试弯管段51外界温度随管长和时间的连续变化；利用反应釜29内的第三温度传感器31、第五温度传感器40、第七压力传感器38对反应釜29内的温度和压力进行监控；通过第十一压力传感器60、第八温度传感器61可对立管34的入口进行压力、温度的测量与监测；第四温度传感器35可对立管34内的温差进行监测；可视旋转管道8两端的第二压力传感器7和第三压力传感器9可倾斜管道入口和出口的压力进行监控；第一水平测试管段17、第二水平测试管段59及水平测试弯管51内的第一温度传感器12、第二温度传感器25、第六温度传感器43、第七温度传感器49、第八温度传感器61以及第二压力传感器7、第三压力传感器9、第四压力传感器13、第六压力传感器24、第九压力传感器44、第十压力传感器50、第十一压力传感器60能够实现整个测试管段压力、温度、压差的测量和监测，从而获取相应的实验数据；反应釜29通过第十五阀57与第二水平测试直管段59出口连通，实验介质观测完毕后返回反应釜29重新反应以循环利用。

所述一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，其中：所述反应釜29、天然气压缩机11、循环泵53、加液泵32及附近管线安装有低温箱；

所述一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，其中：所述测试管道周围安装有温控水浴；

所述一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，其中：所述反应釜29内安装有温度传感器、压力传感器和低温固相颗粒物收集器；

所述一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，其中：所述可视旋转管道8可通过旋转调节角度；

所述一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，其中：所述测试管道末尾处的立管34包含上升管段、水平管段、下降管段；

所述一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，其中：立管34入口及出口处安装有可视窗、温度传感器和压力传感器。

本发明由于采取以上技术方案，可以达到以下有益效果：

(1)第二阀6、第十阀33通过第五阀19与第一水平测试直管段17连通，通过调节第二阀6与第十阀33的开闭，可以控制进入测试管道的流体类型，实现多种流体的自由组合和切换；

(2)通过设置可视旋转管道8以及立管34可在一套装置中同时实现水平、倾斜、垂直管道的油、气、水、固多相流或气、液单相流的模拟；

(3)通过设置低温箱和温控水浴可有效地控制反应釜29、加液泵32、循环泵53、天然气压缩机11以及测试管段内的温度，以实现测试管段的分段控制。

附图说明

图1是本发明一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置结构示意图。

图中：1真空泵、2真空表、3第一阀、4第一压力传感器、5气体流量计、6第二阀、7第二压力传感器、8可视旋转管道、9第三压力传感器、10真空缓冲罐、11天然气压缩机、12第一温度传感器、13第四压力传感器、14第三阀、15第一温控水浴、16第四阀、17第一水平测试直管段、18第一可视视窗、19第五阀、20第六阀、21第五压力传感器、21电动搅拌机、23第七阀、24第六压力传感器、25第二温度传感器、26气体质量流量控制器、27第八阀、28减压阀、29反应釜、30第九阀、31第三温度传感器、32加液泵、33第十阀、34立管、35第四温度传感器、36第二可视视窗、37第二温控水浴、38第七压力传感器、39储液槽、40五温度传感器、41第八压力传感器、42液体流量计、43第六温度传感器、44第九压力传感器、45第三可视视窗、46第十一阀、47第十二阀、48第三温控水浴、49第七温度传感器、50第十压力传感器、51水平测试弯管段、52第十三阀、53循环泵、54第十四阀、55第四可视视窗、56高压气瓶、57第十五阀、58第十六阀、59第二水平测试直管段、60第十一压力传感器、61第八温度传感器、62低温箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

本发明是一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，包括：1真空泵、2真空表、3第一阀、4第一压力传感器、5气体流量计、6第二阀、7第二压力传感器、8可视旋转管道、9第三压力传感器、10真空缓冲罐、11天然气压缩机、12第一温度传感器、13第四压力传感器、14第三阀、15第一温控水浴、16第四阀、17第一水平测试直管段、18第一可视视窗、19第五阀、20第六阀、21第五压力传感器、21电动搅拌机、23第七阀、24第六压力传感器、25第二温度传感器、26气体质量流量控制器、27第八阀、28减压阀、29反应釜、30第九阀、31第三温度传感器、32加液泵、33第十阀、34立管、35第四温度传感器、36第二可视视窗、37第二温控水浴、38第七压力传感器、39储液槽、40五温度传感器、41第八压力传感器、42液体流量计、43第六温度传感器、44第九压力传感器、45第三可视视窗、46第十一阀、47第十二阀、48第三温控水浴、49第七温度传感器、50第十压力传感器、51水平测试弯管段、52第十三阀、53循环泵、54第十四阀、55第四可视视窗、56高压气瓶、57第十五阀、58第十六阀、59第二水平测试直管段、60第十一压力传感器、61第八温度传感器、62低温箱。

具体实施方式为：

第一步：关闭第八阀27、第九阀30，打开反应釜29和测试管路连接管线上的所有阀门，打开第一阀3；

第二步：打开真空泵1对反应釜29及测试管路抽真空，并用真空表3测定真空压力；

第三步：当真空表3的读数稳定一段时间后关闭第一阀3，再关停真空泵1；

第四步：打开测试管道上所有阀门，通过第九阀30向测试环道中注入自来水；

第五步：注水完成后，停加液泵32，关闭注水口第九阀30；

第六步：打开第八阀27，向反应釜29中注入高压气瓶56中的实验气体，通入量通过气体质量流量控制器26控制，使得测试管道中的压力稍高于实验要求的压力；

第七步：憋压4到5小时，检测测试管道中压力表变化情况，若压力表数值恒定，不形成气泡，说明测试管道气密性良好；

第八步：关闭第一阀3、第七阀23、第八阀27、第十三阀52、第十五阀57，打开第九阀30，向反应釜29中注入反应釜容积三分之二的自来水，注水完成后，关闭第九阀30；

第九步：打开第八阀27，向反应釜29中通入高压实验气体，压力稍高于实验压力后停止注气，打开电动搅拌机22，加快气体溶解，反应釜29中压力有所下降后，关闭电动搅拌机22，补充实验气体达到实验所需压力后，停止注气；

第十步：反应釜29憋压1到2天，监测第七压力传感器38示数的变化，若第七压力传感器38数值恒定，不形成气泡，说明制备罐气密性良好；

第十一步：根据每组拟定条件设定测试管道水浴温度；

第十二步：保持反应釜29的压力和温度，打开电动搅拌器22，调节搅拌转速并监测反应釜29内的压力。压力下降后，关停电动搅拌器22，打开第八阀27注入高压实验气体，使釜内压力回升至实验所需压力，再次打开电动搅拌机22，当观察到反应釜29内压力不再下降，温度保持不变，同时观察到有固体生成。此时，关停电动搅拌器22，静置半小时；

第十三步：关闭第八阀27、第五阀19、第六阀20、第十四阀54，打开第二阀6、第三阀14、第四阀16、第七阀23、第十阀33、第十一阀46、第十二阀47、第十三阀52、第十五阀57；第十四步：打开天然气压缩机11、循环泵53，通过调节天然气压缩机11、循环泵53的转速来控制气、液、固相流量，利用气体流量计5、液体流量计42监测并记录低温介质流量；

第十五步：采用高速摄像机在第一可视视窗18处进行摄像，记录油、气、水、固多相流动现象；

第十六步：调节可视旋转管道8的倾斜角度，观测不同角度下油、气、水、固多相流动情况；第十七步：采用高速摄像机在第三可视视窗36、第四可视视窗45处进行摄像，观油、气、水、固流体在立管34上升段和下降段的流动现象；

第十八步：实验结束后，固体、液体通过反应釜排出，无法回收的气体进行放空处理；

第十九步：实验结束。

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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，由水平测试直管段、水平测试弯管段、立管、可视旋转管道、阀门、可视视窗、真空表、气体流量计、液体流量计、真空缓冲罐、气体质量流量控制器、天然气压缩机、加液泵、循环泵、真空泵、电动搅拌机、反应釜、液体储槽、气瓶、压力传感器、温度传感器、低温箱、温控水浴组成；其特征在于所述真空泵(1)、真空缓冲罐(10)、第一水平测试管段(17)、可视旋转管道(8)、水平测试弯管段(51)、第二水平测试直管段(59)、立管(34)、反应釜(29)、气瓶(56)依次连接组成实验装置的主干线；所述真空泵(1)、真空缓冲罐(10)与反应釜(29)顶部气体出口相连接；所述气瓶(56)、减压阀(28)、气体质量流量控制器(26)与反应釜(29)气体入口依次连接；所述液体储槽(39)通过加液泵(32)与反应釜(29)连通；所述天然气压缩机(11)通过气体流量计(5)和第二阀(6)与第一水平测试直管段(17)的入口连通；所述第一水平测试直管段(17)、可视旋转管道(8)、水平测试弯管段(51)、第二水平测试直管段(59)与立管(34)依次通过阀门连接；第二水平测试直管段(59)出口通过第十五阀(57)与反应釜(29)入口相连；所述反应釜(29)顶部气体出口和底部液、固出口分别通过第二阀(6)、第七阀(23)、第十阀(33)、第十三阀(52)与第一水平测试直管段17相连，实现油、气、水、固多相流动模拟。

2.如权利要求1所述一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，其特征在于：所述第二阀(6)、第十阀(33)通过第五阀(19)与测试管段连通；通过调节第二阀(6)、第十阀(33)的开闭，可以控制进入测试管段的流体类型，实现油、气、水、固多相流体或气、液单相流体的灵活切换。

3.如权利要求1所述一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，其特征在于：通过控制流体依次流过所述第一水平测试管段(17)、可视旋转管道(8)、水平测试弯管段(51)、垂直管段(34)、第二水平测试管段(59)，模拟油、气、水、固多相流体在水平、倾斜、垂直管道中的流动。

4.如权利要求1所述一种可控温控压油气水固多相输送管道模拟实验装置，其特征在于：通过所述第一温控水浴(15)、第二温控水浴(37)、第三温控水浴(48)，实现所述第一水平测试管段(17)、第二水平测试管段(59)、水平测试弯管段(51)、可视旋转管道(8)、垂直管段(34)压力及温度的分段控制。