CN204177704U - 一种高温高压减阻剂评价装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温高压减阻剂评价装置，属评价减阻剂减阻性能装置技术领域。它由模拟管路、差压传感器、电动阀、流量计、压力传感器、循环泵、加热罐、排气阀、温度控制系统、配料罐和搅拌电机构成。本实用新型采用循环泵作为流动动力，并且能在高温高压下对减阻剂进行评价，且温度、压力可控可调节；同时可模拟高温高压条件下管道流体在不同剪切速率下的流变性的研究。避免了现有技术使用氮气作为循环动力以及其它使用齿轮泵作为动力时对流体产生一定剪切作用减弱减阻剂性能的不足，以及实验装置内为常温常压，不能真实全面的模拟不同温度、压力梯度条件下减阻剂的减阻效果的问题。且操作简单快捷，控制方便，安全可靠，结构合理。

Description

一种高温高压减阻剂评价装置

技术领域

本实用新型涉及一种高温高压减阻剂评价装置，属评价减阻剂减阻性能装置技术领域。

背景技术

减阻剂是一种可以降低流体流动摩阻，降低输送压力，增加输送量的高分子添加剂，在输量不变的情况下，使用减阻剂可以大幅降低流体的沿程摩擦阻力损失，降低管线运行压力；在管线运行压力不变的情况下，使用减阻剂可以提高管线的输量。目前，主要应用于油气运输管道，以及页岩气及天然气的勘探开发。使用减阻剂减阻或者增输是一种非工程性的技术措施，可以在管道不改变现有设备的条件下，简捷而迅速地达到减阻或增输的目的，具有投资风险小，使用灵活，见效快等特点。

随着页岩气及天然气井的勘探及大规模开发，压裂用减阻剂的研制及应用的日益增加，减阻剂的效果评价作为减阻剂进行现场试验或者现场应用中的一个不可缺少的中间环节，也变得越来越重要。不论何种减阻剂，在正式工业应用之前都必须经过实验室试验和工业试验。因此，对减阻剂减阻性能的科学评价具有非常重要的意义。

目前，如公知的减阻剂评价装置采用环道试验装置，此装置采用高压氮气作为流动动力，测定同一流动压力下减阻流动和非减阻流动的流量和摩阻压降。此评价装置中氮气压力作为液体流动的动力，避免减阻剂剪切降解。但氮气消耗量大，需频繁更换气瓶，操作复杂，整个系统需保持气密性良好，因此不但成本较高而且不够安全。

又如专利号为201120195557.7，名称为“减阻剂评价装置”的专利，较好的克服了上述现有技术的不足，但由于实验前需通过调节装置中相关阀门及螺杆泵调节至低频运转将流体混合均匀，混合均匀后又要关闭螺杆泵，再调节相关阀门，再开启螺杆泵并调节到相应频率，才能开始实验。这样不仅实验前准备步骤繁琐，开启关闭螺杆泵频繁，影响实验效率，影响螺杆泵工作稳定性，而且还对减阻剂性能评价造成一定影响。同时，整个实验过程中实验装置内为常温常压，不能真实全面的模拟不同温度、压力梯度条件下减阻剂的减阻效果，对减阻剂性能评价不客观全面。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种在结构原理及流体流动的剪切速率上采用相似原理进行模拟，通过研究减阻剂的流变特性，分析管内流体受力与沿程摩阻之间的关系，并通过循环泵作为流动动力，能在高温高压下对减阻剂进行评价，且温度、压力可控可调节的高温高压减阻剂评价装置。

本实用新型是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

该高温高压减阻剂评价装置由模拟管路Ga、模拟管路Gb、差压传感器△Pa、差压传感器△Pb、电动阀VDa、电动阀VDb、电动阀VDc、流量计、压力传感器、循环泵、加热罐、电动阀VDd、电动阀VDe、排气阀、温度控制系统、配料罐和搅拌电机构成，其特征在于：所述的配料罐的流出端通过电动阀VDe和管路与带变频调节器的循环泵的流入端和加热罐的流出端连通，配料罐上装有带变频调节器的搅拌电机；循环泵的流出端通过管路和电动阀VDa、电动阀VDb与模拟管路Ga和模拟管路Gb的流入端连通，模拟管路Ga上并接有差压传感器△Pa，模拟管路Gb上并接有差压传感器△Pb；模拟管路Ga和模拟管路Gb的流出端通过管路和电动阀VDa、电动阀VDb与流量计的流入端连通；流量计的流出端通过管路与加热罐的流入端连通。

所述的加热罐上装有温度控制系统、排气阀及电动阀VDd。

所述的循环泵的流出端上安装有压力传感器。

所述的模拟管路Ga和模拟管路Gb的流出端与流量计的流入端之间的管路上装有电动阀VDc。

本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：

该高温高压减阻剂评价装置采用循环泵作为流动动力，并且能在高温高压下对减阻剂进行评价，且温度、压力可控可调节。避免了现有技术使用氮气作为循环动力以及其它使用齿轮泵作为动力时对流体产生一定剪切作用减弱减阻剂性能的不足，以及实验过程中实验装置内为常温常压，不能真实全面的模拟不同温度、压力梯度条件下减阻剂的减阻效果的问题。通过开展不同高温高压及不同流量条件的管路模拟实验，实现了管路流动阻力的测试及减阻率测试；同时可以模拟高温高压条件下管道流体在不同剪切速率下的流变性的研究。测试结果更接近于应用环境实况，对减阻剂性能评价更科学。该装置操作简单快捷，控制方便，安全可靠，结构合理。

附图说明

附图为一种高温高压减阻剂评价装置的结构示意图

图中：1、模拟管路Ga，2、模拟管路Gb，3、差压传感器△Pa，4、差压传感器△Pb，5、电动阀VDa，6、电动阀VDb，7、电动阀VDc，8、流量计，9、压力传感器，10、循环泵，11、加热罐，12、电动阀VDd，13、电动阀VDe，14、排气阀，15、温度控制系统，16、配料罐，17、搅拌电机。    

具体实施方式

该高温高压减阻剂评价装置由模拟管路Ga1、模拟管路Gb2、差压传感器△Pa3、差压传感器△Pb4、电动阀Vda5、电动阀VDb6、电动阀VDc7、流量计8、压力传感器9、循环泵10、加热罐11、电动阀VDd12、电动阀Vde13、排气阀14、温度控制系统15、配料罐16和搅拌电机17构成，所述的配料罐16的流出端通过电动阀Vde13和管路与带变频调节器的循环泵10的流入端和加热罐11的流出端连通，配料罐16上装有带变频调节器的搅拌电机17；循环泵10的流出端通过管路和电动阀Vda5、电动阀VDb6与模拟管路Ga1和模拟管路Gb2的流入端连通，模拟管路Ga1上并接有差压传感器△Pa3，模拟管路Gb2上并接有差压传感器△Pb4；模拟管路Ga1和模拟管路Gb2的流出端通过管路和电动阀Vda5、电动阀VDb6与流量计8的流入端连通；流量计8的流出端通过管路与加热罐11的流入端连通。

所述的加热罐11为高压容器，加热罐11上装有温度控制系统15、排气阀14及电动阀VDd12。

所述的循环泵10的流出端上安装有压力传感器9，用于测试模拟管路进口压力。

所述的模拟管路Ga1和模拟管路Gb2的流出端与流量计8的流入端之间的管路上装有电动阀VDc7。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的如“流入端”通常是指流体流入的端口，“流出端”是指流体流出的端口；模拟管路包括模拟管路Ga1及模拟管路Gb2，模拟管路Ga1及模拟管路Gb2代表两种不同公称通径的模拟管路。

该高温高压减阻剂评价装置的工作过程为，首先将工作液注入整个管路，待管路整个充满液体后，建立实验温度、压力，开启循环泵10，通过传感器测得系统压力、温度、流量、压力降，然后根据管径、长度大小，由计算机自动计算出压力降、摩阻梯度、剪切速率、剪切应力等参数。

所述的差压传感器△Pa3、差压传感器△Pb4分别测试模拟管路Ga1和模拟管路Gb2流入端与流出端之间的压差；

所述的搅拌电机17安装有变频调节器，通过变频调节器调节配液的搅拌速度，保证减阻剂能均匀分散于水中；

所述的循环泵10装有变频调节器，通过变频调节器调节电机的转速来控制流体的流量。因为减阻剂评价的试验通常要在不同的流量下进行，这样对减阻剂减阻特性的研究和评价非常重要。循环泵10本身可以使流速保持较为稳定的流量，因此给循环泵10安装可以辅助控制流量的循环泵变频调节器,可以根据试验需要来改变评价装置中流体的流速。

该高温高压减阻剂评价装置构成了减阻剂评价装置的二条不同管径的循环回路。由于减阻剂评价试验通常需要进行多组循环回路进行测试。当电动阀Vda5、电动阀VDc7、电动阀VDd12、电动阀Vde13、排气阀14截止，电动阀VDb6导通时或电动阀VDb6、电动阀VDc7、电动阀VDd12、电动阀Vde13、排气阀14截止，电动阀Vda5导通时，在循环泵10提供的流动动力下，混合有减阻剂的流体从加热罐11流出而进入模拟管路Ga1或模拟管路Gb2，最终到达加热罐11。

下面结合附图对本实用新型的工作过程作进一步的详细描述如下。

一、清水的压差测定。

（1）充液。启动软件操作系统，系统默认电动阀Vda5、电动阀VDb6、电动阀VDc7、电动阀VDd12和电动阀Vde13关闭。把10L清水倒入配料罐16中，选择模型管路Ga1，系统自动打开电动阀Vda5、电动阀Vde13和排气阀14，设定一个流量（如5L/min）并启动循环泵10，把模型管路Ga1充满清水；停止循环泵10，选择模型管路Gb2，系统自动打开电动阀VDb6，关闭Vda5，启动循环泵10，把模型管路Gb2充满清水；停止循环泵10,关闭电动阀Vde13和排气阀14，差压清零。

（2）测试。选择测试模型管路Ga1或模型管路Gb2，按照流量从低到高依次测量原则，设定循环泵10的排量，启动循环泵10，待流量稳定后记录模型管路Ga1或模型管路Gb2上的差压传感器△Pa3或差压传感器△Pb4的压差△Pa，测量完成后停止循环泵10。

（3）排液。打开电动阀VDc7、电动阀VDd12，排出试验用清水。二、减阻剂的压差测定。

（1）配液。将10L清水注入配料罐16中，启动搅拌电机17搅拌，按实验配比加入减阻剂，持续搅拌20min。

（2）充液。重复上述第一、（1）的过程。

（3）加温保温。启动温度控制系统15，设定加热温度，并开始加热，同时为保证所有实验液体温度均匀一致，还要打开模拟管路，启动循环泵10低速循环实验流体。

（4）测试。选择测试模型管路Ga1或模型管路Gb2，按照流量从低到高依次测量的原则，设定循环泵10的排量，启动循环泵10，待流量稳定后记录模型管路Ga1或模型管路Gb2的差压传感器△Pa3或差压传感器△Pb4的压差△Pa，测量完成后停止循环泵10。

（5）排液并清洗。在流体温度低于30℃时，打开电动阀VDc7、电动阀VDd12，排出试验液体。当试验液体排完后，注入清水反复清洗测试回路。

三、减阻剂减阻率的计算及曲线绘制。

 （1）计算。按下式计算减阻剂在不同管径、温度及流速条件下的减阻率。

                                                                 

其中，η-—与清水同一测量条件下减阻剂相对清水的减阻率，%；

△Pa—清水流经管路时的稳定压差，KPa；

      △Pb—与清水同一测量条件下加入减阻剂后加减阻剂后流经管路时的稳定压差，KPa；

（2）曲线绘制。根据不同实验要求，系统可自动绘制对应曲线如：压差——流量曲线，压差——剪切速率曲线，压差——雷诺数曲线，减阻率——流量曲线，减阻率——剪切速率曲线，减阻率——雷诺数曲线，减阻率——温度曲线等。

以上所述只是本实用新型的较佳实施例而已，上述举例说明不对本实用新型的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本实用新型的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本实用新型技术方案的范围内，而不背离本实用新型的实质和范围。

Claims (4)

1.一种高温高压减阻剂评价装置，它由模拟管路Ga（1）、模拟管路Gb（2）、差压传感器△Pa（3）、差压传感器△Pb（4）、电动阀Vda（5）、电动阀VDb（6）、电动阀VDc（7）、流量计（8）、压力传感器（9）、循环泵（10）、加热罐（11）、电动阀VDd（12）、电动阀Vde（13）、排气阀（14）、温度控制系统（15）、配料罐（16）和搅拌电机（17）构成，其特征在于：所述的配料罐（16）的流出端通过电动阀Vde（13）和管路与带变频调节器的循环泵（10）的流入端和加热罐（11）的流出端连通，配料罐（16）上装有带变频调节器的搅拌电机（17）；循环泵（10）的流出端通过管路和电动阀Vda（5）、电动阀VDb（6）与模拟管路Ga（1）和模拟管路Gb（2）的流入端连通，模拟管路Ga（1）上并接有差压传感器△Pa（3），模拟管路Gb（2）上并接有差压传感器△Pb（4）；模拟管路Ga（1）和模拟管路Gb（2）的流出端通过管路和电动阀Vda（5）、电动阀VDb6与流量计（8）的流入端连通；流量计（8）的流出端通过管路与加热罐（11）的流入端连通。

2.根据权利要求1所述的高温高压减阻剂评价装置，其特征在于：所述的加热罐（11）为高压容器，加热罐（11）上装有温度控制系统（15）、排气阀（14）及电动阀VDd（12）。

3.根据权利要求1所述的高温高压减阻剂评价装置，其特征在于：所述的循环泵（10）的流出端上安装有压力传感器（9），用于测试模拟管路进口压力。

4.根据权利要求1所述的高温高压减阻剂评价装置，其特征在于：所述的模拟管路Ga（1）和模拟管路Gb（2）的流出端与流量计（8）的流入端之间的管路上装有电动阀VDc（7）。