CN115479748A - 一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下原位螺旋‑旋流耦合分离模拟实验系统,属于天然气水合物开采装备领域。本发明由水合物混合相输送模块、分离器模拟调装模块、管底泥沙沉降回填模块、管内多相分离监测模块以及中控与数据采集模块组成。本发明实现了对天然气水合物开采的井下环境参数、运行工况的模拟和井下不同结构、不同规格参数的旋流、螺旋分离器耦合流场的模拟与测试。同时，本发明可实时采集和分析出实验过程中模拟分离器流场中进出口的压力、流量、温度、流速等参数，且实现可视化观测和分析实验系统中宏观流场及微观粒子的运动状态。本发明具有功能性强、适应性好、操作智能的特点。
Description
技术领域
本发明涉及天然气水合物开采装备领域，具体涉及一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统。
背景技术
天然气水合物，又称“可燃冰”，是一种储量大、密度高、热值高的清洁能源。天然气水合物分布广、埋藏浅、清洁无污染、储量巨大，被视为油气领域最有潜力的替代清洁能源。我国南海神狐海域水合物层76.5％以上是非成岩结构，其具有埋深浅、弱胶结、不稳定、无致密盖层、含砂量高，且粉砂主要是微米级极细-细粒粉砂与中粗粒粉砂，具有粒径跨尺度、微米级极细等特点。因而为了解决天然气水合物开发出砂量大、防砂困难的瓶颈问题，实现其持续、安全、高效开发，井下分离器原位除砂是必不可少的环节。但现有井下分离器多为结构及规格参数单一的的旋流、螺旋分离器，无法满足天然气水合物开采的需求，尤其是针对天然气水合物固态流化开采工艺。因此，基于海底天然气水合物开采时工艺特殊、环境复杂、工况恶劣等特点，其所用井下分离器的结构、性能、功能相较于现有分离器来说均有不同的要求。为了实现对于天然气水合物开采井下分离器的机理分析、设计制造和产品测试等过程中科学性研究，专用的分离器模拟测试功能的实验系统是必不可少的。
通过调研分析，当前分离器实验系统应用于天然气水合物开采井下原位分离器测试过程中，存在如下问题或不足：
(1)现有分离器实验系统只能调节出简单的运行工况，无法模拟天然气水合物开采过程中不同环境参数及不同运行工况；
(2)现有分离器实验系统只能单独测试结构单一或规格参数有限的旋流或螺旋原理的分离器，无法开展对不同结构及规格参数的旋流、螺旋分离器的模拟测试，尤其是旋流、螺旋分离耦合流场及机理的模拟测试；
(3)现有分离器实验系统对压力、流量、温度等参数实时采集、实时观测、综合分析能力较差，而对于天然气水合物开采用中存在泥砂、海水、水合物等气液固多相多物质，实验测试过程中需对分离器中流场及粒子的运动状态进行可视化观测和微观分析。
因此，当前没有能直接满足天然气水合物开采井下原位分离器的机理分析、设计制造和产品测试的模拟实验系统。为了促进天然气水合物开采装备及工具的研发，确保其开采的高效率和开采过程的安全性，有必要结合深海天然气水合物开采的工况要求以及水合物自身的特性，发明一种天然气水合物井下分离器的实验系统，以满足天然气水合物开采井下分离器的机理分析、设计制造和产品测试等过程中科学性研究，为推进全球天然气水合物商业开采装备及工具研究进程提供重要平台及技术支撑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功能性强、适应性好、操作智能的井下原位螺旋 -旋流耦合分离模拟实验系统。为了解决现有水合物分离器类型、结构单一的问题，本发明的可变分离模拟装置采用螺旋、旋流耦合使用，整体装置通过法兰盘利用螺栓连接；为了解决现有水合物分离器参数固定的问题，本发明采用螺旋值可以变化的分段装置；为了解决现有分离器实验系统不能模拟不同环境参数及不同运行工况，本发明采用流量测试仪、温度泵、压力传感器等装置，实时采集流量、温度、压力等数据，实时模拟不同环境参数及不同运行工况；为了解决现有分离器实验系统无法完成对分离器前后粒子状态可视化观察的功能，本发明中可变分离模拟装置的材质采用有机玻璃，并设置同步测试装置、PIV、高速摄像机等实时监测和分析可变分离模拟装置中的流场与粒子运动状态。
本发明采用如下技术方案：
1.一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统包括水合物混合相输送模块、分离器模拟调装模块、管底泥沙沉降回填模块、管内多相分离监测模块、中控与数据采集模块，所述管底泥沙沉降回填模块和管内多相分离监测模块由可变分离模拟装置分隔开；可变分离模拟装置上端连接为管内多相分离监测模块，下端连接管底泥沙沉降回填模块；外接中控与数据采集模块，其中：
水合物混合相输送模块包括混料罐、泥浆泵、入口阀、流量计Ⅰ、压力计Ⅰ、控制器Ⅰ、流量测试仪Ⅰ、温度泵Ⅰ、压力传感器Ⅰ、同步测试装置Ⅰ、PIVⅠ、高速摄像机Ⅰ、取样口Ⅰ；
分离器模拟调装模块包括可变分离模拟装置、泥砂沉降仓、底部支座；
管底泥沙沉降回填模块包括取样口Ⅱ、压力计Ⅱ、底流阀；
管内多相分离监测模块包括取样口Ⅲ、同步测试装置Ⅱ、PIVⅡ、高速摄像机Ⅱ、控制器Ⅱ、流量测试仪Ⅱ、温度泵Ⅱ、压力传感器Ⅱ、压力计Ⅲ、流量计Ⅱ、溢流阀；
中控与数据采集模块包括中央控制器、数据采集及处理器、控制面板；
可变分离模拟装置由水合物气液分流仓、混合流体输入仓、电机旋流仓、螺旋一级分离仓、螺旋二级分离仓、旋流挡板仓、内部流道Ⅰ、内部流道Ⅱ、内部流道Ⅲ、内部流道Ⅳ、螺栓组成；
水合物气液分流仓在可变分离模拟装置最上端，下端连接混合流体输入仓，混合流体输入仓上端与水合物气液分流仓连接，下端与电机旋流仓连接，电机旋流仓下端连接螺旋一级分离仓，螺旋一级分离仓下端连接螺旋二级分离仓，螺旋二级分离仓下端依次连接旋流挡板仓、泥砂沉降仓、底部支座；
电机旋流仓内设置旋流桨，内部流道Ⅱ与流道外壳由悬空肋板Ⅰ连接固定，悬空肋板Ⅰ分别焊接在内部流道Ⅱ外壁和流道外壳内壁，电动机连接在流道外壳外壁上；
螺旋一级分离仓内设置悬空肋板Ⅱ，螺旋二级分离仓上下两端设置有法兰盘Ⅱ，螺旋一级分离仓与螺旋二级分离仓通过法兰盘Ⅰ和法兰盘Ⅱ上的螺栓连接；
螺旋一级分离仓内设置的螺旋片Ⅰ焊接在内部流道Ⅲ外壁上，螺旋二级分离仓内设置的螺旋片Ⅱ焊接在内部流道Ⅳ外壁上；
控制器Ⅰ、流量测试仪Ⅰ、温度泵Ⅰ、压力传感器Ⅰ、同步测试装置Ⅰ、取样口Ⅰ、同步测试装置Ⅱ、控制器Ⅱ、压力传感器Ⅱ、温度泵Ⅱ、流量测试仪Ⅱ分别直接与中央控制器外接，数据采集及处理器直接与中央控制器连接，控制面板控制中央控制器。
2.进一步地，所述的水合物气液分流仓、混合流体输入仓、电机旋流仓、螺旋一级分离仓、螺旋二级分离仓、旋流挡板仓、泥砂沉降仓所采用材质为有机玻璃，底部支座、内部流道Ⅰ、螺栓所采用材质为高铬铸铁。
3.进一步地，所述的一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的水合物气液分流仓主要由水合物液相出口端与水合物气相出口端构成。
4.进一步地，所述的一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的混合流体输入仓连接有法兰盘流体入口。
5.进一步地，所述的一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的螺旋一级分离仓内设置的螺旋片Ⅰ和螺旋二级分离仓内设置的螺旋片Ⅱ的螺距不相同。
6.进一步地，所述的一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的旋流挡板仓内部设置有挡板。
7.进一步地：所述的一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统的试验方法，其特征在于：它包括如下步骤：
S1：调试安装过程，具体包括以下步骤：
S11：将实验系统的管道线路接好。
S12：准备好待实验的可变分离模拟装置，调试好中央控制器，并进行必要的参数设置，开始实验。
S2：混合物输送实验过程，具体包括以下步骤：
S21：中央控制器通过外接线路使入口阀打开，控制流量计Ⅰ运行，能检测出此时管道内流量的大小，便于实时调节入口阀开口的大小；
S22：控制器Ⅰ工作，控制器Ⅰ控制流量测试仪Ⅰ、温度泵Ⅰ、压力传感器Ⅰ运转，此时测试的数据反馈到数据采集及处理器；
S23：中央控制器使同步测试装置Ⅰ、PIV1、高速摄像机Ⅰ工作，可以观察到分离器前粒子的状态，此外可在取样口Ⅰ取样待分离的混合物；
S3:可变分离模拟装置工作过程，具体包括以下步骤：
S31:待分离混合物从法兰盘流体入口进入可变分离模拟装置；
S32:在电机旋流仓上，打开电动机，电动机带动旋流桨转动，可通过调节电动机功率来改变旋流桨的转速；
S33：可变分离模拟装置上设置的螺旋一级分离仓与螺旋二级分离仓同时开始工作；
S331：可变分离模拟装置上设置的法兰盘Ⅰ与法兰盘Ⅱ连接断开，取下螺旋二级分离仓，使螺旋一级分离仓单独工作；
S332：可变分离模拟装置上设置的法兰盘Ⅰ与法兰盘Ⅱ连接断开，取下螺旋一级分离仓，使螺旋二级分离仓单独工作；
S34：可变分离模拟装置运行，天然气水合物通过内部流道Ⅰ从水合物也像出口端输出，气体从水合物气相出口端输出；
S35:泥沙通过旋流挡板仓的工作，沉降在泥砂沉降仓；
S4：水合物回收实验过程，具体包括以下步骤：
S41：控制器打开，使流量测试仪、温度泵、压力传感器运行，测试的数据反馈到数据采集及处理器，可以通过数据的改变来分析可变分离模拟装置的运行对压力、温度、流量等数据的影响；
S42：中央控制器使同步测试装置Ⅱ、PIVⅡ、高速摄像机Ⅱ工作，测出的粒子状态与分离前粒子的状态进行对比观察，流量计Ⅱ、溢流阀与中央控制器连接，根据此时流量计Ⅱ的数据来调节溢流阀阀门开口的大小；
S5：泥沙沉降实验过程，具体包括以下步骤：
S51：压力计Ⅱ测试此时回路的压力，中央控制器控制底流阀运行，根据压力计Ⅱ测试的数据来调节底流阀开口的大小，可在取样口Ⅱ取样分离出的泥沙。
S6：试验完成，关闭试验系统电源及阀门，生成试验结果报告。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.实现了分离器“旋流”和“螺旋”的耦合使用
2.电机旋流仓、螺旋流道之间由法兰盘连接，方便拆卸，同时螺旋值可以由螺旋一级分离仓与螺旋二级分离仓的组合使用来改变。因此可以根据需要更换分离设备，模拟出多结构、多参数的分离系统，来验证对分离泥沙和破胶结键的效果。
3.实现了对压力、流量、温度等参数实时采集和分析，且可视化观测实验系统中流场及粒子的运动状态。
4.试验系统组成简易、拆装方便、操作简单，可实现和可重复性高，便于测试和观察，解决了海底实验的高成本、高风险问题。
附图说明
1.图1是本发明的系统示意图；
2.图2是本发明数据采集控制原理
3.图3是可变分离模拟装置的三维剖视图；
4.图4是电机旋流仓的主要视图；
5.图5是螺旋分离的三维剖视图；
6.图6为本发明提供的一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟试验方法流程图；
图中：0-1-水合物混合相输送模块、0-2-分离器模拟调装模块、0-3-管底泥沙沉降回填模块、0-4-管内多相分离监测模块、0-5-中控与数据采集模块、1-混料罐、2-泥浆泵、3-入口阀、4-流量计Ⅰ、5-压力计Ⅰ、6-控制器Ⅰ、7-流量测试仪Ⅰ、8-温度泵Ⅰ、9-压力传感器Ⅰ、10-同步测试装置Ⅰ、11-PIVⅠ、12-高速摄像机Ⅰ、13-取样口Ⅰ、14-可变分离模拟装置、15-取样口Ⅱ、16-压力计Ⅱ、 17-底流阀、18-取样口Ⅲ、19-同步测试装置Ⅱ、20-PIVⅡ、21-高速摄像机Ⅱ、 22-控制器Ⅱ、23-流量测试仪Ⅱ、24-温度泵Ⅱ、25-压力传感器Ⅱ、26-压力计Ⅲ、27-流量计Ⅱ、28-溢流阀、29-中央控制器、30-数据采集及处理器、31-控制面板、32-水合物气液分流仓、321-水合物液相出口端、322-水合物气相出口端、33-混合流体输入仓、331-法兰盘流体入口、34-电机旋流仓、341-旋流桨、 342-肋板Ⅰ、343-电动机、344-内部流道Ⅱ、345-流道外壳、35-螺旋一级分离仓、351-肋板Ⅱ、352-法兰盘Ⅰ、353-螺旋片Ⅰ、354-内部流道Ⅲ、36-螺旋二级分离仓、361-法兰盘Ⅱ、362-螺旋片Ⅱ、363-内部流道Ⅳ、37-旋流挡板仓、 371-挡板、38-泥砂沉降仓、39-底部支座、40-内部流道I、41-螺栓；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
1、参考图1、图2，一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统，包括：水合物混合相输送模块(0-1)、分离器模拟调装模块(0-2)、管底泥沙沉降回填模块(0-3)、管内多相分离监测模块(0-4)、中控与数据采集模块(0-5)，管底泥沙沉降回填模块(0-3)和管内多相分离监测模块(0-4)由可变分离模拟装置(14)分隔开；可变分离模拟装置(14)上端连接为管内多相分离监测模块(0-4)，下端连接管底泥沙沉降回填模块(0-3)，外接中控与数据采集模块(0-5)；所述的水合物混合相输送模块(0-1)包括混料罐(1)、泥浆泵(2)、入口阀(3)、流量计Ⅰ(4)、压力计Ⅰ(5)、控制器Ⅰ(6)、流量测试仪Ⅰ(7)、温度泵Ⅰ(8)、压力传感器Ⅰ(9)、同步测试装置Ⅰ(10)、PIV1(11)、高速摄像机Ⅰ(12)、取样口Ⅰ(13)；所述的分离器模拟调装模块(0-2)包括可变分离模拟装置(14)泥砂沉降仓(38)、底部支座(39)；所述的管底泥沙沉降回填模块(0-3)包括压力计取样口Ⅱ(15)、压力计Ⅱ(16)、底流阀(17)；所述的管内多相分离监测模块(0-4)包括取样口Ⅲ(18)、同步测试装置Ⅱ(19)、 PIVⅡ(20)、高速摄像机Ⅱ(21)、控制器Ⅱ(22)、流量测试仪Ⅱ(23)、温度泵Ⅱ(24)、压力传感器Ⅱ(25)、压力计Ⅲ(26)、流量计Ⅱ(27)、底流阀(28)；所述的中控与数据采集模块(0-5)包括中央控制器(29)、数据采集及处理器(30)、控制面板(31)。
所述的可变分离模拟装置(14)由水合物气液分流仓(32)、混合流体输入仓(33)、电机旋流仓(34)、螺旋一级分离仓(35)、螺旋二级分离仓(36)、旋流挡板仓(37)、内部流道Ⅰ(40)、内部流道Ⅱ(344)、内部流道Ⅲ(354)、内部流道Ⅳ(363)、螺栓(41)组成。
所述的水合物气液分流仓(32)在可变分离模拟装置(14)最上端，下端连接混合流体输入仓(33)，混合流体输入仓(33)上端与水合物气液分流仓(32)连接，下端与电机旋流仓(34)连接，电机旋流仓下端(34)连接螺旋一级分离仓 (35)，螺旋一级分离仓(35)下端连接螺旋二级分离仓(36)，螺旋二级分离仓(36)下端依次连接旋流挡板仓(37)、泥砂沉降仓(38)、底部支座(39)。
所述的电机旋流仓(34)内设置旋流桨(341)，内部流道Ⅱ(344)与流道外壳(345)由悬空肋板Ⅰ(342)连接固定，悬空肋板Ⅰ(342)分别焊接在内部流道Ⅱ(344)外壁和流道外壳(345)内壁，电动机(343)连接在流道外壳 (345)外壁上；
所述的螺旋一级分离仓(35)内设置悬空肋板Ⅱ(351)，螺旋二级分离仓 (36)上下两端设置有法兰盘Ⅱ(361)，螺旋一级分离仓(35)与螺旋二级分离仓(36)通过法兰盘Ⅰ(352)和法兰盘Ⅱ(361)上的螺栓(41)连接；
所述的螺旋一级分离仓(35)内设置的螺旋片Ⅰ(353)焊接在内部流道Ⅱ (354)外壁上，螺旋二级分离仓(36)内设置的螺旋片Ⅲ(362)焊接在内部流道Ⅳ(363)外壁上；
所述的控制器Ⅰ(6)、流量测试仪Ⅰ(7)、温度泵Ⅰ(8)、压力传感器Ⅰ(9)、同步测试装置Ⅰ(10)、取样口Ⅰ(13)、同步测试装置Ⅱ(19)、控制器Ⅰ(22)、流量测试仪Ⅱ(23)、温度泵Ⅱ(24)、压力传感器Ⅱ(25) 分别直接与中央控制器(29)外接，数据采集及处理器(30)直接与中央控制器 (29)连接，控制面板(31)连接中央控制器(29)
2.所述的水合物气液分流仓(32)、混合流体输入仓(33)、电机旋流仓(34)、螺旋一级分离仓(35)、螺旋二级分离仓(36)、旋流挡板仓(37)、泥砂沉降仓(38)所采用材质为有机玻璃，底部支座(39)、内部流道Ⅰ(40)、螺栓(41) 所采用材质为高铬铸铁。
3.所述的水合物气液分流仓(32)主要由水合物液相出口端(321)与水合物气相出口端(322)构成。
4.所述的混合流体输入仓(33)主要连接有法兰盘流体入口(331)。
5.所述的螺旋一级分离仓(35)内设置的螺旋片Ⅰ(353)和螺旋二级分离仓(36)内设置的螺旋片Ⅱ(362)的螺距不相同；
6.所述的旋流挡板仓(37)内部设置有挡板(371)。
7.如图6所示，本申请基于一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统，还提供了一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统的试验方法，该方法包括以下步骤：
S1：调试安装过程，具体包括以下步骤：
S11：将实验系统的管道线路接好。
S12：准备好待实验的可变分离模拟装置(14)，调试好中央控制器(29)，并进行必要的参数设置，开始实验。
S2：混合物输送实验过程，具体包括以下步骤：
S21：中央控制器(29)通过外接线路使入口阀(3)打开，控制流量计Ⅰ(4) 运行，能检测出此时管道内流量的大小，便于实时调节入口阀(3)开口的大小；
S22：控制器Ⅰ(6)工作，控制器Ⅰ(6)控制流量测试仪Ⅰ(7)、温度泵Ⅰ(8)、压力传感器Ⅰ(9)运转，此时测试的数据反馈到数据采集及处理器(30)；
S23：中央控制器(29)使同步测试装置Ⅰ(10)、PIV1(11)、高速摄像机Ⅰ(12)工作，可以观察到分离器前粒子的状态，此外可在取样口Ⅰ(13)取样待分离的混合物；
S3:可变分离模拟装置(14)工作过程，具体包括以下步骤：
S31:待分离混合物从法兰盘流体入口(331)进入可变分离模拟装置(14)；
S32:在电机旋流仓(34)上，打开电动机(343)，电动机(343)带动旋流桨(341)转动，可通过调节电动机(343)功率来改变旋流桨(341)的转速；
S33：可变分离模拟装置(14)上设置的螺旋一级分离仓(35)与螺旋二级分离仓(36)同时开始工作；
S331：可变分离模拟装置(14)上设置的法兰盘Ⅰ(352)与法兰盘Ⅱ(361) 连接断开，取下螺旋二级分离仓(36)，使螺旋一级分离仓(35)单独工作；
S332：可变分离模拟装置(14)上设置的法兰盘Ⅰ(352)与法兰盘Ⅱ(361) 连接断开，取下螺旋一级分离仓(36)，使螺旋二级分离仓(35)单独工作；
S34：可变分离模拟装置(14)运行，天然气水合物通过内部流道Ⅰ(40) 从水合物液相出口端(321)输出，气体从水合物气相出口端(322)输出；
S35:泥沙通过旋流挡板仓(37)的工作，沉降在泥砂沉降仓(38)。
S4：水合物回收实验过程，具体包括以下步骤：
S41：控制器Ⅱ(22)打开，使流量测试仪Ⅱ(23)、温度泵Ⅱ(24)、压力传感器(25)运行，测试的数据反馈到数据采集及处理器(30)，可以通过数据的改变来分析可变分离模拟装置(14)的运行对压力、温度、流量等数据的影响；
S42：中央控制器(29)使同步测试装置Ⅱ(19)、PIVⅡ(20)、高速摄像机Ⅱ(21)工作，测出的粒子状态与分离前粒子的状态进行对比观察，流量计Ⅱ(27)、溢流阀(28)与中央控制器(29)连接，根据此时流量计Ⅱ(27)的数据来调节溢流阀(28)阀门开口的大小；
S5：泥沙沉降实验过程，具体包括以下步骤：
S51：压力计Ⅱ(16)测试此时回路的压力，中央控制器(29)控制底流阀 (17)运行，根据压力计Ⅱ(16)测试的数据来调节底流阀(17)开口的大小，可在取样口Ⅱ(15)取样分离出的泥沙。
S6：试验完成，关闭试验系统电源及阀门，生成试验结果报告。
Claims (5)
1.一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统包括水合物混合相输送模块(0-1)、分离器调装模拟模块(0-2)、管底泥沙沉降回填模块(0-3)、管内多相分离监测模块(0-4)、中控与数据采集模块(0-5)；
所述的水合物混合相输送模块(0-1)包括混料罐(1)、泥浆泵(2)、入口阀(3)、流量计Ⅰ(4)、压力计Ⅰ(5)、控制器Ⅰ(6)、流量测试仪Ⅰ(7)、温度泵Ⅰ(8)、压力传感器Ⅰ(9)、同步测试装置Ⅰ(10)、PIVⅠ(11)、高速摄像机Ⅰ(12)、取样口Ⅰ(13)；
所述的分离器调装模拟模块(0-2)包括可变分离模拟装置(14)、泥砂沉降仓(38)、底部支座(39)；
所述的管底泥沙沉降回填模块(0-3)包括取样口Ⅱ(15)、压力计Ⅱ(16)、底流阀(17)；
所述的管内多相分离监测模块(0-4)包括取样口Ⅲ(18)、同步测试装置Ⅱ(19)、PIVⅡ(20)、高速摄像机Ⅱ(21)、控制器Ⅱ(22)、流量测试仪Ⅱ(23)、温度泵Ⅱ(24)、压力传感器Ⅱ(25)、压力计Ⅲ(26)、流量计Ⅱ(27)、溢流阀(28)；
所述的中控与数据采集模块(0-5)包括中央控制器(29)、数据采集及处理器(30)、控制面板(31)；
所述的可变分离模拟装置(14)由水合物气液分流仓(32)、混合流体输入仓(33)、电机旋流仓(34)、螺旋一级分离仓(35)、螺旋二级分离仓(36)、旋流挡板仓(37)、内部流道Ⅰ(40)、内部流道Ⅱ(344)、内部流道Ⅲ(354)、内部流道Ⅳ(363)、螺栓(41)组成；
所述的水合物气液分流仓(32)在可变分离模拟装置(14)最上端，下端连接混合流体输入仓(33)，混合流体输入仓(33)上端与水合物气液分流仓(32)连接，下端与电机旋流仓(34)连接，电机旋流仓(34)下端连接螺旋一级分离仓(35)，螺旋一级分离仓(35)下端连接螺旋二级分离仓(36)，螺旋二级分离仓(36)下端依次连接旋流挡板仓(37)、泥砂沉降仓(38)、底部支座(39)；
所述的电机旋流仓(34)内设置旋流桨(341)，内部流道Ⅱ(344)与流道外壳(345)由悬空肋板Ⅰ(342)连接固定，悬空肋板Ⅰ(342)分别焊接在内部流道Ⅱ(344)外壁和流道外壳(345)内壁，电动机(343)连接在流道外壳(345)外壁上；
所述的螺旋一级分离仓(35)内设置悬空肋板Ⅱ(351)，螺旋二级分离仓(36)上下两端设置有法兰盘Ⅱ(361)，螺旋一级分离仓(35)与螺旋二级分离仓(36)通过法兰盘Ⅰ(352)和法兰盘Ⅱ(361)上的螺栓(41)连接；
所述的螺旋一级分离仓(35)内设置的螺旋片Ⅰ(353)焊接在内部流道Ⅲ(354)外壁上，螺旋二级分离仓(36)内设置的螺旋片Ⅱ(362)焊接在内部流道Ⅳ(363)外壁上；
所述的控制器Ⅰ(6)、流量测试仪Ⅰ(7)、温度泵Ⅰ(8)、压力传感器Ⅰ(9)、同步测试装置Ⅰ(10)、取样口Ⅰ(13)、同步测试装置Ⅱ(19)、控制器Ⅱ(22)、流量测试仪Ⅱ(23)、温度泵Ⅱ(24)、压力传感器Ⅱ(25)分别直接与中央控制器(29)外接，数据采集及处理器(30)直接与中央控制器(29)连接，控制面板(31)连接中央控制器(29)。
2.根据权利要求1所述的一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的水合物气液分流仓(32)、混合流体输入仓(33)、电机旋流仓(34)、螺旋一级分离仓(35)、螺旋二级分离仓(36)、旋流挡板仓(37)、泥砂沉降仓(38)所采用材质为有机玻璃，底部支座(39)、内部流道Ⅰ(40)、螺栓(41)所采用材质为高铬铸铁。
3.根据权利要求1所述的一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的水合物气液分流仓(32)设置有水合物液相出口端(321)与水合物气相出口端(322)。
4.根据权利要求1所述的一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统，其特征在于：所述的螺旋一级分离仓(35)内设置的螺旋片Ⅰ(353)和螺旋二级分离仓(36)内设置的螺旋片Ⅱ(362)的螺距不相同。
5.根据权利要求1所述的一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1：调试安装过程，具体包括以下步骤：
S11：将实验系统的管道线路接好；
S12：准备好待实验的可变分离模拟装置(14)，调试好中央控制器(29)，并进行必要的参数设置，开始实验；
S2：混合物输送实验过程，具体包括以下步骤：
S21：中央控制器(29)通过外接线路使入口阀(3)打开，控制流量计Ⅰ(4)运行，能检测出此时管道内流量的大小，便于实时调节入口阀(3)开口的大小；
S22：控制器Ⅰ(6)工作，控制器Ⅰ(6)控制流量测试仪Ⅰ(7)、温度泵Ⅰ(8)、压力传感器Ⅰ(9)运转，此时测试的数据反馈到数据采集及处理器(30)；
S23：中央控制器(29)使同步测试装置Ⅰ(10)、PIV1(11)、高速摄像机Ⅰ(12)工作，可以观察到分离器前粒子的状态，此外可在取样口Ⅰ(13)取样待分离的混合物；
S3:可变分离模拟装置(14)工作过程，具体包括以下步骤：
S31:待分离混合物从法兰盘流体入口(331)进入可变分离模拟装置(14)；
S32:在电机旋流仓(34)上，打开电动机(343)，电动机(343)带动旋流桨(341)转动，可通过调节电动机(343)功率来改变旋流桨(341)的转速；
S33：可变分离模拟装置(14)上设置的螺旋一级分离仓(35)与螺旋二级分离仓(36)同时开始工作；
S331：可变分离模拟装置(14)上设置的法兰盘Ⅰ(352)与法兰盘Ⅱ(361)连接断开，取下螺旋二级分离仓(36)，使螺旋一级分离仓(35)单独工作；
S332：可变分离模拟装置(14)上设置的法兰盘Ⅰ(352)与法兰盘Ⅱ(361)连接断开，取下螺旋一级分离仓(35)，使螺旋二级分离仓(36)单独工作；
S34：可变分离模拟装置(14)运行，天然气水合物通过内部流道Ⅰ(40)从水合物液相出口端(321)输出，气体从水合物气相出口端(322)输出；
S35:泥沙通过旋流挡板仓(37)的工作，沉降在泥砂沉降仓(38)；
S4：水合物回收实验过程，具体包括以下步骤：
S41：控制器Ⅱ(22)打开，使流量测试仪Ⅱ(23)、温度泵Ⅱ(24)、压力传感器(25)运行，测试的数据反馈到数据采集及处理器(30)，可以通过数据的改变来分析可变分离模拟装置(14)的运行对压力、温度、流量等数据的影响；
S42：中央控制器(29)使同步测试装置Ⅱ(19)、PIVⅡ(20)、高速摄像机Ⅱ(21)工作，测出的粒子状态与分离前粒子的状态进行对比观察，流量计Ⅱ(27)、溢流阀(28)与中央控制器(29)连接，根据此时流量计Ⅱ(27)的数据来调节溢流阀(28)阀门开口的大小；
S5：泥沙沉降实验过程，具体包括以下步骤：
S51：压力计Ⅱ(16)测试此时回路的压力，中央控制器(29)控制底流阀(17)运行，根据压力计Ⅱ(16)测试的数据来调节底流阀(17)开口的大小，可在取样口Ⅱ(15)取样分离出的泥沙；
S6：生成试验结果报告，试验完成，关闭试验系统电源及阀门。
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| CN202211117357.9A CN115479748B (zh) | 2022-09-14 | 2022-09-14 | 一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统及方法 |
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| CN202211117357.9A CN115479748B (zh) | 2022-09-14 | 2022-09-14 | 一种井下原位螺旋-旋流耦合分离模拟实验系统及方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN116893127A (zh) * | 2023-09-11 | 2023-10-17 | 中储粮成都储藏研究院有限公司 | 粮食外观质量指标检测仪 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103233704A (zh) * | 2013-05-01 | 2013-08-07 | 吉林大学 | 一种co2/n2置换开采冻土区天然气水合物实验模拟方法及模拟装置 |
| CN103645285A (zh) * | 2013-12-17 | 2014-03-19 | 中国海洋石油总公司 | 一种可视化天然气水合物模拟试验装置及方法 |
| CN104360021A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-02-18 | 河海大学 | 一种模拟从深海能源土中开采天然气水合物的试验装置 |
| CN105675449A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-06-15 | 青岛海洋地质研究所 | 天然气水合物开采井砂粒横向运移规律的监测装置及方法 |
| JP3224246U (ja) * | 2019-06-13 | 2019-12-05 | 広州海洋地質調査局 | 堆積物の構造変化の可視化実験装置 |
-
2022
- 2022-09-14 CN CN202211117357.9A patent/CN115479748B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103233704A (zh) * | 2013-05-01 | 2013-08-07 | 吉林大学 | 一种co2/n2置换开采冻土区天然气水合物实验模拟方法及模拟装置 |
| CN103645285A (zh) * | 2013-12-17 | 2014-03-19 | 中国海洋石油总公司 | 一种可视化天然气水合物模拟试验装置及方法 |
| CN104360021A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-02-18 | 河海大学 | 一种模拟从深海能源土中开采天然气水合物的试验装置 |
| CN105675449A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-06-15 | 青岛海洋地质研究所 | 天然气水合物开采井砂粒横向运移规律的监测装置及方法 |
| JP3224246U (ja) * | 2019-06-13 | 2019-12-05 | 広州海洋地質調査局 | 堆積物の構造変化の可視化実験装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116893127A (zh) * | 2023-09-11 | 2023-10-17 | 中储粮成都储藏研究院有限公司 | 粮食外观质量指标检测仪 |
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