CN112619559A - 一种油主相水合物悬浮液制备装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油主相水合物悬浮液制备装置,包括:反应釜、气体注入模块、压力调节模块、旋转控制模块、温度控制模块和取样模块;反应釜为一密封压力容器,用于盛放水合物样品;反应釜的一端连接气体注入模块,另一端连接取样模块,在反应釜的进气端和取样端均设有压力调节模块,反应釜顶部设有一废气排放管路,反应釜顶部还设有旋转控制模块,反应釜放置在温度控制模块中,温度控制模块用于控制反应釜内的反应温度。其能够原位生成水合物浆液并且模拟实际深海油气管路中特定地温压条件,为后续对水合物浆液流动性质的测量提供相应物质基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种油主相水合物悬浮液制备装置及方法,属于水合物开采技术领域。
背景技术
天然气水合物是一种类似于冰的结晶状固体混合物,在低温高压条件下由水分子和小的气体分子构成。水合物经常在油气运输管路中生成聚集,造成管道堵塞,导致操作故障影响油气开采效率,甚至危及设备和人员的安全。近几十年来,海上油气勘探与生产已过渡到深水,水合物形成风险显著增加。因此,水合物堵塞是深水流动安全保障的重要问题。
现有的防止水合物堵塞的方法主要为添加热力学抑制剂,但随着海洋石油开采深度的增加,该方法成本大大增加,同时技术上也存在一定的局限性。而另一种方法为通过应用低剂量的水合物抑制剂(LDHIs),例如抗聚集剂(AAs),其允许水合物形成,但生成的水合物仍然具有流动性,悬浮在油相中,以浆液形式运输。然而,每种原油,甚至同种原油的不同批次,形成的水合物悬浮液都存在很大的差别,再加上原油的复杂性与水底管路内组分的多样性使得很难定性定量的对水合物悬浮液进行研究。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供了一种油主相水合物悬浮液制备装置及方法,其能够原位生成水合物浆液并且模拟实际深海油气管路中特定地温压条件,为后续对水合物浆液流动性质的测量提供相应物质基础。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案一种油主相水合物悬浮液制备装置,包括:反应釜、气体注入模块、压力调节模块、旋转控制模块、温度控制模块和取样模块;反应釜为一密封压力容器,用于盛放水合物样品;反应釜的一端连接气体注入模块,另一端连接取样模块,在反应釜的进气端和取样端均设有压力调节模块,反应釜顶部设有一废气排放管路,反应釜顶部还设有旋转控制模块,其包括依次连接的电机、联轴器、磁力耦合器以及搅拌桨,磁力耦合器包括一外部永磁体和一内部永磁体,内部永磁体连接一转子,转子连接搅拌桨,搅拌桨深入到反应釜内部,通过电机带动外部永磁体进行转动,同时耦合驱动内部永磁体及转子作同步旋转,从而带动搅拌桨对水合物样品进行搅拌,反应釜放置在温度控制模块中,温度控制模块用于控制反应釜内的反应温度。
进一步,反应釜由圆柱形釜体与反应釜盖组成,圆柱形釜体与反应釜盖通过螺栓固定并密封;反应釜盖的上端有一个隔离区间,旋转控制模块的内部永磁体设置在隔离区间内。
进一步,旋转控制模块还包括有转速测量传感器和扭矩测量传感器,能够实时测量桨叶转动转速以及扭矩,并通过变压器来控制搅拌桨的转动。
进一步,温度控制模块由热电阻和恒温水浴组成,通过热电阻测量反应釜内实时温度,并通过调节恒温水浴来控制反应釜温度。
进一步,恒温水浴中的介质为乙二醇水溶液。
进一步,气体注入模块包括依次连接的甲烷气瓶、减压阀、不锈钢管、压力传感器,其中,甲烷气体通过减压阀调节压力,注入密封的反应釜中,并通过压力传感器测量反应釜内实时压力。
进一步,制备装置还包括数据采集系统,数据采集系统连接转速测量传感器、扭矩测量传感器、热电阻和压力传感器,并将其测得的实时数据采集记录到计算机中。
进一步,压力调节模块为若干针阀。
本发明还公开了一种油主相水合物悬浮液制备方法,采用上述任一种的油主相水合物悬浮液制备装置,包括以下步骤:S1常温下在油相中加入表面活性剂,用均质乳化机搅拌均匀,在继续搅拌过程中缓慢注入制备水合物浆液所需含量的水相,在去离子水完全加入后继续搅拌5分钟;S2将制备完成的乳化液取样加入反应釜压力室,密封反应釜,并安装旋转控制模块;S3打开恒温水浴,通过水浴外循环使反应釜降温,直至温度保持稳定;S4向反应釜中缓缓通入甲烷气扫气;S5打开旋转控制模块,带动乳化液在反应釜内匀速流动,此时反应釜压力下降;S6当反应釜压力长时间保持稳定不再下降即标志反应结束,获得稳定的水合物悬浮液。
进一步,根据反应釜的压力下降值,计算出总消耗的甲烷气体的量,通过亨利定律计算出甲烷气在油相中溶解的量,两者相减得出水合物生成所消耗的甲烷气体的量,从而算出水合物悬浮液中水合物含量以及水合物转化率。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:本方案能够原位生成一种可以流动的水合物悬浮液并且模拟实际深海油气管路中特定地温压条件,为后续对水合物悬浮液流动性质的测量提供相应物质基础。同时水合物悬浮液可以重复生成,并且可以在其基础上添加不同种类的添加剂或改变含水率,解决了实际开采管路原油的复杂性与水底管路内组分的多样性的问题。
附图说明
图1是本发明一实施例中油主相水合物悬浮液制备装置的结构图。
附图标记:
1-釜体;2-反应釜盖;3-甲烷气瓶;4-减压阀;5-不锈钢管;6-压力传感器;7-针阀;8-取样口;9-电机;10-联轴器;11-磁力耦合器;12-搅拌桨;13-转速测量传感器;14-扭矩测量传感器;15-变压器;16-热电阻;17-恒温水浴;18-数据采集卡;19-信号线;20-计算机。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方向,通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解,具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明,它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中,需要理解的是,所用到的术语仅仅是用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
本实施例公开了一种油主相水合物悬浮液制备装置,如图1所示,包括:反应釜、气体注入模块、压力调节模块、旋转控制模块、温度控制模块和取样模块。
反应釜为一密封压力容器,用于盛放水合物样品;反应釜由圆柱形釜体1与反应釜盖2组成,圆柱形釜体1与反应釜盖2通过螺栓固定并密封;反应釜盖2的上端有一个隔离区间。
反应釜的一端连接气体注入模块,另一端连接取样模块,在反应釜的进气端和取样端均设有压力调节模块气体注入模块包括依次连接的甲烷气瓶3、减压阀4、不锈钢管5、压力传感器6,其中,甲烷气体通过减压阀4调节压力,注入密封的反应釜中,并通过压力传感器6测量反应釜内实时压力。压力调节模块为若干针阀7。
反应釜顶部设有一废气排放管路,当水合物生成后,可以调节压力调节模块,通过反应釜内外压力差将水合物浆液从取样口8取出。排气时同样通过调节压力调节模块将废气从排气口排除。
反应釜顶部还设有旋转控制模块,其包括依次连接的电机9、联轴器10、磁力耦合器11以及搅拌桨12,磁力耦合器11包括一外部永磁体和一设置在隔离套中的内部永磁体,隔离套中的内部永磁体连接一转子,该转子连接搅拌桨12,隔离套对搅拌桨12产生径向约束,使其只可以沿轴线转动而不产生上下滑移,该搅拌桨12深入到反应釜内部,通过电机9带动外部永磁体进行转动,同时耦合驱动封闭在隔离套内的内部永磁体及转子作同步旋转,从而无接触、无摩擦地将外部动力传送到内部转子,并搅拌桨12联成一体,带动搅拌桨12对水合物样品进行搅拌。旋转控制模块还包括有转速测量传感器13和扭矩测量传感器14,能够实时测量桨叶转动转速以及扭矩,并通过变压器15来控制搅拌桨12的转动。
反应釜放置在温度控制模块中,温度控制模块用于控制反应釜内的反应温度。温度控制模块由热电阻16和恒温水浴17组成,通过热电阻16测量反应釜内实时温度,并通过调节恒温水浴17来控制反应釜温度。恒温水浴17中的介质为乙二醇水溶液。
水合物悬浮液制备装置还包括数据采集系统,数据采集系统包括依次连接的数据采集卡18、信号线19和计算机20,数据采集卡18连接转速测量传感器13、扭矩测量传感器14、热电阻16和压力传感器6,并将其测得的实时数据采集记录到计算机20中。
实施例二
基于相同的发明构思,本实施例公开了一种油主相水合物悬浮液制备方法,采用上述任一种的油主相水合物悬浮液制备装置,包括以下步骤:
S1常温下在油相中加入适量的表面活性剂,用均质乳化机搅拌均匀,在继续搅拌过程中缓慢注入制备水合物浆液所需含量的水相,在去离子水完全加入后继续搅拌设定时间,该设定时间本实施例中优选为5分钟;
S2将制备完成的乳化液取样加入反应釜压力室,密封反应釜,将旋转控制模块固定在反应釜上方,使磁力耦合器11内外磁环相互耦合;
S3打开恒温水浴17,设定温度为1℃,通过水浴外循环使反应釜降温,直至温度保持稳定;
S4向反应釜中缓缓通入甲烷气扫气,将管路及反应釜内部空气排出,尽可能降低空气等其他气体对甲烷水合物浆液制备产生的影响,然后将甲烷气体经过冷却后通入反应釜,直至反应釜压力达到设定压力;
S5打开旋转控制模块,带动乳化液在反应釜内匀速流动,加速甲烷气体溶解以及水合物形成,同时防止水合物过度聚集而不能形成稳定流动的水合物浆液,此时反应釜压力下降;
S6反应一段时间后,当反应釜压力长时间保持稳定不再下降即标志反应结束,获得稳定的水合物悬浮液。
根据反应釜的压力下降值,计算出总消耗的甲烷气体的量,通过亨利定律计算出甲烷气在油相中溶解的量,两者相减得出水合物生成所消耗的甲烷气体的量,从而算出水合物悬浮液中水合物含量以及水合物转化率。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种油主相水合物悬浮液制备装置,其特征在于,包括:反应釜、气体注入模块、压力调节模块、旋转控制模块、温度控制模块和取样模块;
所述反应釜为一密封压力容器,用于盛放水合物样品;所述反应釜的一端连接气体注入模块,另一端连接取样模块,在所述反应釜的进气端和取样端均设有压力调节模块,所述反应釜顶部设有一废气排放管路,所述反应釜顶部还设有所述旋转控制模块,其包括依次连接的电机、联轴器、磁力耦合器以及搅拌桨,所述磁力耦合器包括一外部永磁体和一内部永磁体,内部永磁体连接一转子,所述转子连接所述搅拌桨,所述搅拌桨深入到所述反应釜内部,通过电机带动外部永磁体进行转动,同时耦合驱动内部永磁体及转子作同步旋转,从而带动所述搅拌桨对所述水合物样品进行搅拌,所述反应釜放置在所述温度控制模块中,所述温度控制模块用于控制所述反应釜内的反应温度。
2.如权利要求1所述的油主相水合物悬浮液制备装置,其特征在于,所述反应釜由釜体与反应釜盖组成,所述圆柱形釜体与反应釜盖通过螺栓固定并密封;所述反应釜盖的上端有一个隔离区间,所述旋转控制模块的内部永磁体设置在所述隔离区间内。
3.如权利要求2所述的油主相水合物悬浮液制备装置,其特征在于,所述旋转控制模块还包括有转速测量传感器和扭矩测量传感器,能够实时测量桨叶转动转速以及扭矩,并通过变压器来控制所述搅拌桨的转动。
4.如权利要求3所述的油主相水合物悬浮液制备装置,其特征在于,所述温度控制模块由热电阻和恒温水浴组成,通过所述热电阻测量所述反应釜内实时温度,并通过调节恒温水浴来控制所述反应釜温度。
5.如权利要求4所述的油主相水合物悬浮液制备装置,其特征在于,所述恒温水浴中的介质为乙二醇水溶液。
6.如权利要求3所述的油主相水合物悬浮液制备装置,其特征在于,所述气体注入模块包括依次连接的甲烷气瓶、减压阀、不锈钢管、压力传感器,其中,甲烷气体通过减压阀调节压力,注入密封的反应釜中,并通过压力传感器测量反应釜内实时压力。
7.如权利要求6所述的油主相水合物悬浮液制备装置,其特征在于,所述制备装置还包括数据采集系统,所述数据采集系统连接所述转速测量传感器、扭矩测量传感器、热电阻和压力传感器,并将其测得的实时数据采集记录到计算机中。
8.如权利要求1-7任一项所述的油主相水合物悬浮液制备装置,其特征在于,所述压力调节模块为若干针阀。
9.一种油主相水合物悬浮液制备方法,采用如权利要求1-8任一项所述的油主相水合物悬浮液制备装置,其特征在于,包括以下步骤:
S1常温下在油相中加入表面活性剂,用均质乳化机搅拌均匀,在继续搅拌过程中缓慢注入制备水合物浆液所需含量的水相,随后继续搅拌设定时间;
S2将制备完成的乳化液取样加入反应釜压力室,密封反应釜,并安装旋转控制模块;
S3打开恒温水浴,通过水浴外循环使反应釜降温,直至温度保持稳定;
S4向反应釜中缓缓通入甲烷气扫气,然后将甲烷气体经过冷却后通入反应釜,直至反应釜压力达到设定压力;
S5打开所述旋转控制模块,带动乳化液在反应釜内匀速流动,此时反应釜压力下降;
S6当反应釜压力长时间保持稳定不再下降即标志反应结束,获得稳定的水合物悬浮液。
10.如权利要求9所述的油主相水合物悬浮液制备方法,其特征在于,根据所述反应釜的压力下降值,计算出总消耗的甲烷气体的量,通过亨利定律计算出甲烷气在油相中溶解的量,两者相减得出水合物生成所消耗的甲烷气体的量,从而算出水合物悬浮液中水合物含量以及水合物转化率。
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