CN114993611A - 一种海底跨接管油气水三相流实验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海底跨接管油气水三相流实验系统及方法。实验系统包括：三相流实验装置和上位机；所述三相流实验装置上部署有工作节点和数据采集装置，所述工作节点包括传感器节点、图像采集节点以及执行节点，数据采集装置将由传感器节点和图像采集节点采集的数据信息发送至上位机，上位机向所述执行节点发送控制指令；所述上位机一方面对三相流实验装置产生的实验数据进行保存，另一方面基于搭载的人机交互应用提供查询服务以及操作服务。本发明能够得到在模拟海底洋流下管内不同气液比、不同压力、不同管径对海底跨接管多相流流动及诱发振动实验的影响，从而为管道安全提供技术支持。

Description

一种海底跨接管油气水三相流实验系统及方法

技术领域

本发明涉及石油与天然气工程模拟技术领域，可用于海底跨接管运输油气时管内多相流的流动特性及振动特性研究。具体而言，尤其涉及一种海底跨接管油气水三相流实验系统及方法。

背景技术

海底跨接管作为连接采油树、管汇、管路终端、立管等水下结构的部件，在以水下模式开发的油气田中已成为不可缺少的组成部分。与普通的海底管道相比，跨接管具有更加特殊的结构形式，例如具有多个弯曲部位和较长的悬跨段，在内部油气水三相流作用下更容易产生振动，造成管道失稳、强度失效或疲劳破坏。因此有必要对海底跨接管内部三相流流动及其诱导振动特性进行深入研究，揭示三相流流动与跨接管振动之间的内在规律，保障海底油气输送安全。

对于具有复杂几何结构的海底跨接管，目前主要采用的是数值模拟的方式对其振动特性进行研究，并且研究工况单一，缺乏相应的数据支撑和实验验证。对于跨接管实验研究目前仅有少数的关于外流涡激振动的实验，无法揭示跨接管内部三相流诱导振动问题及规律。因而亟待开发实验方式对海底跨接管内气液三相流流型分布和管道的振动响应进行研究，从而获取对应的实验数据，为跨接管管道设计、安全操作和振动控制提供参考支持。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提供一种海底跨接管油气水三相流实验系统及方法。本发明可以采集应用环境下跨接管油气水三相流实验全流程数据，可实现多维度数据良好保存，便于后续更深层次的挖掘和利用，实现海底管路的优化设计。

本发明采用的技术手段如下：

一种海底跨接管油气水三相流实验系统，包括：

三相流实验装置，所述三相流实验装置上部署有工作节点和数据采集装置，所述工作节点包括传感器节点、图像采集节点以及执行节点，数据采集装置将由传感器节点和图像采集节点采集的数据信息发送至上位机，上位机向所述执行节点发送控制指令，

所述三相流实验装置主要包括：空气供给单元、油液供给单元、水供给单元、模拟海底洋流比例水池系统、混合管路、实验管路、参考管路以及三相分离器，

所述空气供给单元、油液供给单元以及水供给单元分别输送空气、油液和水，三相流体在混合管路中混合之后进入实验管路和参考管路，图像采集节点投过实验管路上设置的透明窗对管路中的三相流体进行图像提取，三相流体流出实验管路和参考管路后进入三相分离器，所述三相分离器的空气出口与大气连通，油液出口通过油泵装置与混合管路连通，水出口通过水泵装置与混合管路连通，

所述模拟海底洋流比例水池系统包括水池、稳流装置、造流泵和进/出水系统，所述实验管路和参考管路浸入水池内的液体中，所述造流泵用于驱动液体对所述实验管路和参考管路产生垂直于管路内部流体流向的液流，在所述造流泵后接稳流装置，所述稳流装置包括至少一层整流网，

所述实验管路为包括上升段、下降段以及水平段的跨接管，且上升段、下降段以及水平段之间通过弯管连接，所述透明窗设置在上升段、下降段以及水平段中的至少一个上；

所述实验系统还包括上位机，所述上位机一方面对三相流实验装置产生的实验数据进行保存，另一方面基于搭载的人机交互应用提供查询服务以及操作服务。

进一步地，所述实验管路为M型跨接管，所述M型跨接管包括两个上升段、两个下降段以及三个水平段。

进一步地，所述传感器节点用于采集三相流实验装置管路中各关键位置的压强数据、温度数据、流量数据以及振动数据；所述关键位置包括管路弯道前后位置、阀门元件前后位置、三相分离器前后位置以及泵结构前后位置。

进一步地，所述执行节点用于控制三相流实验装置管路中各阀结构的开关程度以及泵结构的启停。

进一步地，所述上位机上基于PID控制算法控制管路中各相流体的流量。

进一步地，所述工作节点还包括用于获取跨接管截面流型的层析成像仪器；

相应的，所述上位机通过调用层析成像工具审查层析成像数据。

进一步地，所述参考管路为水平管、倾斜管、三通、跨接管或者起伏管道中的任意一种。

进一步地，所述空气供给单元主要包括空气压缩机、空气瓶、冻干机以及连接管路；在所述空气瓶的输出管路及冻干机的输出管路上均设置有滤器。

本发明还提供了一种海底跨接管油气水三相流实验方法，基于上述实验系统实现，包括以下步骤：

S1、搭建三相流实验装置，所述三相流实验装置上部署有工作节点和数据采集装置，所述工作节点包括传感器节点、图像采集节点以及执行节点，数据采集装置将由传感器节点和图像采集节点采集的数据信息发送至上位机，上位机向所述执行节点发送控制指令，

所述三相流实验装置主要包括：空气供给单元、油液供给单元、水供给单元、模拟海底洋流比例水池、混合管路、实验管路、参考管路以及三相分离器，

所述空气供给单元、油液供给单元以及水供给单元分别输送空气、油液和水，三相流体在混合管路中混合之后进入实验管路和参考管路，图像采集节点投过实验管路上设置的透明窗对管路中的三相流体进行图像提取，三相流体流出实验管路和参考管路后进入三相分离器，所述三相分离器的空气出口与大气连通，油液出口通过油泵装置与混合管路连通，水出口通过水泵装置与混合管路连通，

所述模拟海底洋流比例水池系统包括水池、稳流装置、造流泵和进/出水系统，所述实验管路和参考管路浸入水池内的液体中，所述造流泵用于驱动液体对所述实验管路和参考管路产生垂直于管路内部流体流向的液流，在所述造流泵后接稳流装置，所述稳流装置包括至少一层整流网，

所述实验管路为包括上升段、下降段以及水平段的跨接管，且上升段、下降段以及水平段之间通过弯管连接，所述透明窗设置在上升段、下降段以及水平段中的至少一个上；

S2、通过上位机一方面对三相流实验装置产生的实验数据进行保存，另一方面基于搭载的人机交互应用提供查询服务以及操作服务。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明能够进行M型跨接管管道研究可视化。本发明实验管路设有优质有机玻璃制成的不同管径的透明视窗，且配备有高速摄像机及层析成像设备，可用于拍摄透明视窗内的流型和记录跨接管截面流型等直观流动特征。

2、本发明中实验管件模型可替换。本发明实验管路有48mm、102mm不同管径的跨接管，且实验管路通过法兰连接，并设有可改造管路，测试管件可为水平管、倾斜管、三通、不同形状的跨接管、起伏管道等。

3、本发明测量数据全面。实验装置中油气水三相管道回路上均设有振动、压力、流量、温度传感器及阀件，并分别与计算机相连，其均设置在各流体的输出管路上，进行数据采集。

4、本发明多相流监测系统加入多相流的流量自动模块，各相均采用PID控制，且实验装置控制模式为控制室电脑远程控制，实验操作方便精准。

5、本发明油气水三个回路并联，独立存在。提供水流回路和油流回路的立式多级离心泵的流量最大为100m³/h，扬程160m；且压缩空气在进入实验管路前，经过冻干机干燥，排除空气中的水分，降低空气温度。

6、本发明三相分离器设有背压阀，混合相流入三相分离器后，空气可由背压阀控制排入大气；且包括两台空压机，空压机的输出端与所述储气罐的输入端相连，实验装置功能完备。

7、本发明模拟海底洋流比例水池可实现外部洋流对跨接管中多相流动时造成的影响，可模拟真实海底环境。

基于上述理由，本发明可以在石油与天然气领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明海底跨接管油气水三相流实验装置结构示意图。

图2为本发明M型跨接管结构示意图。

图3为本发明模拟海底洋流比例水池示意图。

图中：1-1号空气压缩机、2-2号空气压缩机、3-空气瓶、4-冻干机、5-立式多级离心油泵、6-立式多级离心水泵、7-三相分离器、8-M型跨接管48mm透明视窗、9-102mm透明视窗、10-高速摄像机、11-截止阀、12-气动球阀、13-滤器、14-压力传感器、15-温度传感器、16-流量传感器、17-102mm参考管道、18-48mm跨接管实验管道、19-混合管道、20-背压阀、21-振动传感器、22-层析成像设备、23-模拟海底洋流比例水池、24-整流网。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

本发明提供了一种海底跨接管油气水三相流实验系统，包括三相流实验装置和上位机，二者通信连接。

三相流实验装置上部署有工作节点和数据采集装置，所述工作节点包括传感器节点、图像采集节点以及执行节点，数据采集装置将由传感器节点和图像采集节点采集的数据信息发送至上位机，上位机向所述执行节点发送控制指令。具体来说，三相流实验装置主要包括：空气供给单元、油液供给单元、水供给单元、模拟海底洋流比例水池、混合管路、实验管路、参考管路以及三相分离器。空气供给单元、油液供给单元以及水供给单元分别输送空气、油液和水，三相流体在混合管路中混合之后进入实验管路和参考管路，图像采集节点投过实验管路上设置的透明窗对管路中的三相流体进行图像提取，三相流体流出实验管路和参考管路后进入三相分离器，所述三相分离器的空气出口与大气连通，油液出口通过油泵装置与混合管路连通，水出口通过水泵装置与混合管路连通。模拟海底洋流比例水池系统包括水池、稳流装置、造流泵和进/出水系统，所述实验管路和参考管路浸入水池内的液体中，所述造流泵用于驱动液体对所述实验管路和参考管路产生垂直于管路内部流体流向的液流，在所述造流泵后接稳流装置，所述稳流装置包括至少一层整流网。实验管路为包括上升段、下降段以及水平段的跨接管，且上升段、下降段以及水平段之间通过弯管连接，所述透明窗设置在上升段、下降段以及水平段中的至少一个上。进一步地，传感器节点用于采集三相流实验装置管路中各关键位置的压强数据、温度数据、流量数据以及振动数据；所述关键位置包括管路弯道前后位置、阀门元件前后位置、三相分离器前后位置以及泵结构前后位置。执行节点用于控制三相流实验装置管路中各阀结构的开关程度以及泵结构的启停。进一步地，数据采集装置采用数据采集卡NI903。

上位机一方面对三相流实验装置产生的实验数据进行保存，另一方面基于搭载的人机交互应用提供查询服务以及操作服务。优选地，上位机上基于PID控制算法控制管路中各相流体的流量。

作为本发明较佳的实施方式，实验管路优选采用M型跨接管。M型跨接管由两个上升段、两个下降段以及三个水平段组成。其上升管、下降管及水平管位置均可通过法兰连接安装透明视窗，通过高速摄像机和层析成像设备可得到管内多相流流动特征，从而实现对跨接管不同位置油气水三相流的流型分布的监测；所述压力传感器安装于跨接管的八个弯管前后，用于监测M型跨接管各个弯管前后油气水三相流的压力信号波动；所述振动传感器安装于跨接管的八个弯管处，用于监测M型跨接管各个弯管处油气水三相流的振动信号波动。

M型跨接管实验管道设有优质有机玻璃制成的不同管径的透明视窗，透明视窗前设置有高速摄像机，通过高速摄像机拍摄可得到管内的流型分布及流动变化。本发明中通过拆卸管路上的法兰，可以将透明视窗安装在跨接管不同部位，得到不同管段油气水三相流的流动结构。高速摄像机最大分辨率为1280×1024，最高拍摄速度(全帧)为4000fps，在管路旁布置LED补光灯，调整光源到合适距离以得到清晰的拍摄图像。

作为本发明较佳的实施方式，工作节点还包括用于获取跨接管截面流型的层析成像仪器；相应的，所述上位机通过调用层析成像工具审查层析成像数据。

具体来说，用于分析M型跨接管截面流型的层析成像仪器分为电容层析成像仪器和电阻层析成像仪器。层析成像仪器使用高品质同轴电缆和Windows操作系统软件通过USB接口连接。对于多相流动系统，电容层析成像仪器可与电阻层析成像仪一起使用，并在通用层析成像工具包平台上审查数据。所述电容层析成像仪器适用软件MMTC，电阻层析成像仪器适用软件p2+本发明装置均有配备，并可直接投入使用。

下面通过具体的应用实例对本发明的方案做进一步说明。

如图1所示，本实施例中提供了一种海底跨接管油气水三相流实验装置，包括上位机、1号空气压缩机1、2号空气压缩机2、储气瓶3、冻干机4、立式多级离心油泵5、立式多级离心水泵6、三相分离器7、48mm透明视窗8、102mm透明视窗9、高速摄像机10、截止阀11、气动球阀12、滤器13、压力传感器14、温度传感器15、流量传感器16、102mm参考管道17、48mm跨接管实验管道或者102mm实验管道18，混合管道19、背压阀20、振动传感器21、层析成像设备22以及模拟海底洋流比例水池23。其中测试管道17、18为水平管、倾斜管、三通、不同形状的跨接管、起伏管道中的任意一种。

图2为本实施例中实验管M型跨接管结构和传感器及透明视窗布置示意图，包括48mm透明视窗8、压力传感器14、48mm跨接管实验管道18以及振动传感器21。图3为本实施例中模拟海底洋流比例水池示意图，为了清晰展示，图3中仅给出了48mm跨接管实验管道18浸入模拟海底洋流比例水池23的图示，而未示出参考管道17。

实验过程中，将参考管道17和实验管道18。本实施例中模拟海底洋流比例水池23优选尺寸为长10米，宽4米，高2.3米，由高透明亚克力有机玻璃制成。水池内水流速采用声学多普勒测速仪(ADV)测量，所述水池前方有稳流装置，稳流装置主要由特制固定架及多层整流网24构成，本实施例中给出水池前后两层整流网。水池造流由双向造流泵和进/出水系统实现，跨接管外部水流通过安装在水池中的离心泵泵出流动，通过改变泵的转速，可改变当前水流速度，水流速度可达到0.1m/s-1m/s。本发明通过造流泵驱动液体对所述实验管路和参考管路产生垂直于管路内部流体流向的液流，通过改变水流速度可以模拟海底洋流环境和压力环境，进而使实验结果更贴近真实工况下的数据。

所述空气压缩机1和2输出端与储气罐3输入端相连；储气罐3输出端与冻干机4输入端相连；所述立式多级离心油泵5、立式多级离心水泵6分别与三相分离器7相连；测试管道17和18分别与冻干机4、立式多级离心油泵5、立式多级离心水泵6及三相分离器7进行可拆卸相连；高速摄像机10设置在透明视窗8和9的前方；所述监测系统包括压力传感器14、温度传感器15、流量传感器16、振动传感器21、以及计算机(图中未示出)，所述压力传感器14、温度传感器15、流量传感器16、振动传感器21分别与所述计算机相连，所述流量传感器16和所述压力传感器14设置在各流体的输出管路上；所述滤器13分别与储气瓶3、冻干机4、立式多级离心油泵5、立式多级离心水泵6相连；所述气动球阀12与混合管线、测试管道17和18相连；层析成像设备22置于跨接管18下方；模拟海底洋流比例水池23放置于跨接管18外部。

为研究不同工况下的M型跨接管多相流流动实验的影响，所述实验管路设有优质有机玻璃制成的不同管径的透明视窗，透明视窗前设置有高速摄像机，通过高速摄像机拍摄可得到管内的流型分布及流动变化。并可以通过层析成像设备对跨接管截面流型进行监测，可与仿真图像进行对比。高速摄像机最大分辨率为1280×1024，最高拍摄速度(全帧)为4000fps，在管路旁布置LED补光灯，调整光源到合适距离以得到清晰的拍摄图像。通过拆卸管路上的法兰，可以将透明视窗安装在跨接管不同部位，得到不同管段油气水三相流的流动结构。

为研究不同管道模型对多相流实验的影响，所述实验管路18和参考管路17有48mm、102mm不同管径的管路，所述实验管路通过法兰连接，并设有可改造管路，测试管件可为水平管、倾斜管、三通、不同形状的跨接管、起伏管道等。

为研究不同气液比、不同压力下对M型跨接管多相流实验的影响，所述控制阀门11、气动球阀12开度控制气液流量形成不同气液比，转化为不同气液速度，可用流量传感器16进行监测；不同压力时可用压力传感器14进行监测；振动信号可用振动传感器21进行监测。

使用本发明进行海底跨接管油气水三相流流动特性实验时：

检查实验装置设备，确认正常后，接通配电箱电源，打开空压机1或者2，向储气瓶3中充气，打开电脑启动控制系统(图中未示意)，查看系统各参数。充气完毕后，在控制系统中打开实验管路上的气动截止阀11。启动立式多级离心水泵6和油泵7，水流回路从三相分离器7中经滤器13由立式多级离心泵6抽出，经过流量计16后与由油泵5抽出的油混合进入油水混合管段19，确保油水无泄漏。由储气瓶3流出的压缩空气经滤器13及冻干机4后，在油水混合管段与液相混合，进入三相混合管段17和18。此时，调节离心泵6、7电机频率和阀门开度，控制液相流量，调节气阀11控制气相流量；或在控制系统输入流量参数，进行PID自动调节。混合后的油气水多相流经跨接管实验管路18，沿途流经数个压力传感器14、温度传感器15、流量传感器16、振动传感器21、截止阀11以及透明视窗8和9。此时，打开水池专用离心泵，依靠高速水流带动水池内水循环，从而在水池23中部形成大致稳定流场。温度传感器15、流量传感器16、压力传感器14、振动传感器21分别与计算机相连，其均设置在各流体的输出管路上。透明视窗用法兰连接的方法安装于跨接管的上升段、下降段及水平段(见附图2)，待流动稳定后，使用高速摄像机10拍摄管内流型，高速摄像机可详细记录下跨接管内出现的气泡流、段塞流、分层流、弥散流及波浪流等经典流型。使用层析成像设备22层析成像仪通过传感器可重构出截面图像，得到层析成像仪的测量图像。与此同时，触发压力传感器14记录跨接管各个弯管前后处压力变化情况，得到跨接管管线流动过程中的压降，测量完毕后保存数据至电脑，得到跨接管在油气水三相流下流动特性。调节气液流量，进行下一个工况的实验。混合相经过突扩管段后回流至三相分离器7，空气可由背压阀20控制排入大气而分离出的水则存留至分离器底部循环使用。油水通过重力沉降，所述分离出的油在立式多级离心泵6作用下回注到油罐，分离出的水在泵5作用下回注到水罐。实验完成后，关闭各阀门11、12，关闭水泵6、油泵7及水池专用离心泵，退出控制程序，关闭配电箱电源。

使用本发明进行海底跨接管气液三相流振动特性实验时：

本实施例中，M型跨接管不同管段的外壁面安装有八个加速度传感器进行振动的测量，传感器安装在管道竖直方向，并安装于不同位置以得到跨接管典型的振动特性。加速度传感器能直接与记录仪器连接，简化了测试系统，有更高的测试精度和可靠性，抗干扰性好，噪声小，适用于多点测量。加速度传感器配合LC3101数据采集仪使用，可实现多通道同步采样，数据通过USB接口传输到上位机，可在振动分析软件中进行实时的监测和保存。

具体地，将加速度传感器线缆21接好，打开数据采集仪，检查各传感器信号输出是否正常。检查实验装置设备，确认正常后，接通配电箱电源，打开空压机1或者2，向储气瓶3中充气，打开电脑启动控制系统(图中未示意)，查看系统各参数。充气完毕后，在控制系统中打开实验管路上的气动截止阀11。启动立式多级离心水泵6和油泵7，水流回路从三相分离器7中经滤器13由立式多级离心泵6抽出，经过流量计16后与由油泵5抽出的油混合进入油水混合管段19，确保油水无泄漏。由储气瓶3流出的压缩空气经滤器13及冻干机4后，在油水混合管段与液相混合，进入三相混合管段17和18。此时，调节离心泵6、7电机频率和阀门开度，控制液相流量，调节气阀11控制气相流量；或在控制系统输入流量参数，进行PID自动调节。混合后的油气水多相流经跨接管实验管路18，沿途流经数个压力传感器14、温度传感器15、流量传感器16、振动传感器21、截止阀11以及透明视窗8和9。此时，打开水池专用离心泵，依靠高速水流带动水池内水循环，从而在水池23中部形成大致稳定流场。温度传感器15、流量传感器16、压力传感器14、振动传感器21分别与计算机相连，其均设置在各流体的输出管路上。待流动稳定后，记录此时流动参数，打开振动分析软件，记录并保存此工况下跨接管弯管处的8个加速度传感器21数据，测量完毕后保存数据至电脑，可得到跨接管各个弯管处在油气水三相流下振动特性。调节气液流量，进行下一个工况的实验。混合相经过突扩管段后回流至三相分离器7，空气可由背压阀20控制排入大气而分离出的水则存留至分离器底部循环使用。油水通过重力沉降，所述分离出的油在立式多级离心泵6作用下回注到油罐，分离出的水在泵5作用下回注到水罐。实验完成后，关闭各阀门11、12，关闭水泵6、油泵7及水池专用离心泵，退出控制程序，关闭配电箱电源。

本发明还提供了一种海底跨接管油气水三相流实验方法，基于上述实验系统实现，包括以下步骤：

S1、搭建三相流实验装置，所述三相流实验装置上部署有工作节点和数据采集装置，所述工作节点包括传感器节点、图像采集节点以及执行节点，数据采集装置将由传感器节点和图像采集节点采集的数据信息发送至上位机，上位机向所述执行节点发送控制指令，

所述三相流实验装置主要包括：空气供给单元、油液供给单元、水供给单元、混合管路、实验管路、参考管路以及三相分离器，

所述空气供给单元、油液供给单元以及水供给单元分别输送空气、油液和水，三相流体在混合管路中混合之后进入实验管路和参考管路，图像采集节点投过实验管路上设置的透明窗对管路中的三相流体进行图像提取，三相流体流出实验管路和参考管路后进入三相分离器，所述三相分离器的空气出口与大气连通，油液出口通过油泵装置与混合管路连通，水出口通过水泵装置与混合管路连通，

模拟海底洋流比例水池系统包括水池、稳流装置、造流泵和进/出水系统，所述实验管路和参考管路浸入水池内的液体中，所述造流泵用于驱动液体对所述实验管路和参考管路产生垂直于管路内部流体流向的液流，在所述造流泵后接稳流装置，所述稳流装置包括至少一层整流网，

所述实验管路为包括上升段、下降段以及水平段的跨接管，且上升段、下降段以及水平段之间通过弯管连接，所述透明窗设置在上升段、下降段以及水平段中的至少一个上；

S2、通过上位机一方面对三相流实验装置产生的实验数据进行保存，另一方面基于搭载的人机交互应用提供查询服务以及操作服务。

对于本发明实施例的而言，由于其与上面实施例中的相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见上面实施例中部分的说明即可，此处不再详述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种海底跨接管油气水三相流实验系统，其特征在于，包括：

三相流实验装置，所述三相流实验装置上部署有工作节点和数据采集装置，所述工作节点包括传感器节点、图像采集节点以及执行节点，数据采集装置将由传感器节点和图像采集节点采集的数据信息发送至上位机，上位机向所述执行节点发送控制指令，

所述三相流实验装置主要包括：空气供给单元、油液供给单元、水供给单元、模拟海底洋流比例水池系统、混合管路、实验管路、参考管路以及三相分离器，

所述空气供给单元、油液供给单元以及水供给单元分别输送空气、油液和水，三相流体在混合管路中混合之后进入实验管路和参考管路，图像采集节点投过实验管路上设置的透明窗对管路中的三相流体进行图像提取，三相流体流出实验管路和参考管路后进入三相分离器，所述三相分离器的空气出口与大气连通，油液出口通过油泵装置与混合管路连通，水出口通过水泵装置与混合管路连通，

所述模拟海底洋流比例水池系统包括水池、稳流装置、造流泵和进/出水系统，所述实验管路和参考管路浸入水池内的液体中，所述造流泵用于驱动液体对所述实验管路和参考管路产生垂直于管路内部流体流向的液流，在所述造流泵后接稳流装置，所述稳流装置包括至少一层整流网，

所述实验管路为包括上升段、下降段以及水平段的跨接管，且上升段、下降段以及水平段之间通过弯管连接，所述透明窗设置在上升段、下降段以及水平段中的至少一个上；

所述实验系统还包括上位机，所述上位机一方面对三相流实验装置产生的实验数据进行保存，另一方面基于搭载的人机交互应用提供查询服务以及操作服务。

2.根据权利要求1所述的一种海底跨接管油气水三相流实验系统，其特征在于，所述实验管路为M型跨接管，所述M型跨接管包括两个上升段、两个下降段以及三个水平段。

3.根据权利要求1所述的一种海底跨接管油气水三相流实验系统，其特征在于，所述传感器节点用于采集三相流实验装置管路中各关键位置的压强数据、温度数据、流量数据以及振动数据；所述关键位置包括管路弯道前后位置、阀门元件前后位置、三相分离器前后位置以及泵结构前后位置。

4.根据权利要求1所述的一种海底跨接管油气水三相流实验系统，其特征在于，所述执行节点用于控制三相流实验装置管路中各阀结构的开关程度以及泵结构的启停。

5.根据权利要求4所述的一种海底跨接管油气水三相流实验系统，其特征在于，所述上位机上基于PID控制算法控制管路中各相流体的流量，用以精确模拟海底跨接管管内油气水三相流的流动参数，包括不同气液比条件、不同气液速度条件、不同压力条件以及不同管径条件。

6.根据权利要求1所述的一种海底跨接管油气水三相流实验系统，其特征在于，所述工作节点还包括用于获取跨接管截面流型的层析成像仪器；

相应的，所述上位机通过调用层析成像工具审查层析成像数据。

7.根据权利要求1所述的一种海底跨接管油气水三相流实验系统，其特征在于，所述参考管路为水平管、倾斜管、三通、跨接管或者起伏管道中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种海底跨接管油气水三相流实验系统，其特征在于，所述空气供给单元主要包括空气压缩机、空气瓶、冻干机以及连接管路；在所述空气瓶的输出管路及冻干机的输出管路上均设置有滤器。

9.一种海底跨接管油气水三相流实验方法，基于权利要求1-8中任意一项实验系统实现，其特征在于，包括以下步骤：

S1、搭建三相流实验装置，所述三相流实验装置上部署有工作节点和数据采集装置，所述工作节点包括传感器节点、图像采集节点以及执行节点，数据采集装置将由传感器节点和图像采集节点采集的数据信息发送至上位机，上位机向所述执行节点发送控制指令，

所述三相流实验装置主要包括：空气供给单元、油液供给单元、水供给单元、模拟海底洋流比例水池系统、混合管路、实验管路、参考管路以及三相分离器，

所述空气供给单元、油液供给单元以及水供给单元分别输送空气、油液和水，三相流体在混合管路中混合之后进入实验管路和参考管路，图像采集节点投过实验管路上设置的透明窗对管路中的三相流体进行图像提取，三相流体流出实验管路和参考管路后进入三相分离器，所述三相分离器的空气出口与大气连通，油液出口通过油泵装置与混合管路连通，水出口通过水泵装置与混合管路连通，

所述模拟海底洋流比例水池系统包括水池、稳流装置、造流泵和进/出水系统，所述实验管路和参考管路浸入水池内的液体中，所述造流泵用于驱动液体对所述实验管路和参考管路产生垂直于管路内部流体流向的液流，在所述造流泵后接稳流装置，所述稳流装置包括至少一层整流网，

所述实验管路为包括上升段、下降段以及水平段的跨接管，且上升段、下降段以及水平段之间通过弯管连接，所述透明窗设置在上升段、下降段以及水平段中的至少一个上；

S2、通过上位机一方面对三相流实验装置产生的实验数据进行保存，另一方面基于搭载的人机交互应用提供查询服务以及操作服务。

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