CN207336275U - 一种用于模拟油气田柔性立管冲蚀情况的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于模拟油气田柔性立管冲蚀情况的试验装置，包括依次连通的鼓风机、气体加速管道、柔性管道、除尘器：柔性管道的外侧套有外套硬管；气体加速管道的管壁开设有一个开口，开口与外部提供沙粒的输沙装置相连接；还包括有一个由角铁焊接而成的管道支架，底部通过螺栓固定在地面上；外套硬管支撑在管道支架上，且该部分开有冲蚀管道观察窗。试验装置简单，便于操作，试验效率高，能较为准确的模拟油气在管道内输送时沙子对管道内壁的冲蚀情况，对判断管道的被冲蚀情况和使用寿命有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于模拟油气田柔性立管冲蚀情况的试验装置及其使用方法，属于海洋石油装备技术领域。
背景技术
随着世界经济的发展，目前陆地的石油开采量已经远远不能满足人类的需求，所以越来越多的国家把目光投向了蕴含着丰富油气资源的海洋。目前，海洋能源的开采逐渐向深海进军，海洋柔性立管被大量用于海洋油气生产中传输过程。但由于在油气的生产及传输过程，不可避免的会有沙子等杂质的存在，因此在柔性立管的使用过程中，沙子等杂质会对管道内壁产生冲蚀破坏，可能会在油气输送过程中出现危险以及对相关工作人员的生命安全构成威胁。
为保证油气运输的安全性和可靠性，因此在管道使用前进行冲蚀模拟试验，是保证油气输送过程可靠性和相关人员生命安全的必要需求。
除此之外，油气输送管道的冲蚀磨损与防护始终是人们重点研究的重点领域，在机械，冶金，能源，建材等领域，由于冲蚀磨损的原因，每年都会造成巨额的浪费和损失。因此，研究管道的冲蚀磨损的特性及机理，成为人们极为关注和有待解决的问题。
发明专利CN 106250572公开了一种L型管道冲蚀率确定方法及装置，该方法和试验装通过获取管道尺寸，管道中第i次作业过程中的的流量控制阀门的开度，第i次作业过程中管道的压力起点和第i次作业过程中流过管道内流体的质量，通过最大冲蚀率计算经验公式，得到管道的最大冲蚀率。该方法虽然无需进行物理实验，在一定程度上减小了经济成本，但计算过程较为繁琐，不能直观的反映出管道的冲蚀状况，无法计算复杂情况下的冲蚀情况。与此同时，该方法只考虑了刚性管道的冲蚀磨损情况，并不能准确有效的反应出海洋柔性立管的冲蚀磨损的情况，对油气田柔性立管冲蚀情况的参考有限。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种用于模拟油气田柔性立管冲蚀情况的试验装置及其使用方法；试验方法简单，便于操作，试验效率高，能较为准确的模拟油气在管道内输送时沙子对管道内壁的冲蚀情况，对判断管道的被冲蚀情况和使用寿命有重要意义。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种用于模拟油气田柔性立管冲蚀情况的试验装置，包括依次连通的鼓风机、气体加速管道、柔性管道、除尘器，其特征在于：
所述的柔性管道的外侧，套有外套硬管；起到保护和支撑软管和密封试验管道的作用；
所述的气体加速管道，管壁开设有一个开口，开口与外部提供沙粒的输沙装置相连接。
上述技术方案中，所述的试验装置还包括有一个管道支架，是由角铁焊接而成的；其底部通过螺栓固定在地面上；对试验装置的整体结构起到支撑的作用。
上述技术方案中，所述的外套硬管，一部分为水平形状的水平型硬管、另一部分为弯曲形状的弯曲型硬管，二者相连通。
上述技术方案中，所述的柔性管道螺旋形盘绕后再套设所述的外套硬管；水平型硬管内部的柔性管道整体随着水平型硬管的走向呈现水平形状，弯曲型硬管内部的柔性管道整体随着弯曲型硬管的走向呈现弯曲形状；水平型硬管内部的柔性管道，末端与气体加速管道相连通；弯曲型硬管内部的柔性管道，末端与除尘器相连通。
上述技术方案中，所述的外套硬管，水平型硬管置于地面上，弯曲型硬管通过角铁支撑在管道支架上。
上述技术方案中，所述的外套硬管，支撑在管道支架上的弯曲型硬管上开有冲蚀管道观察窗，以方便观察试验管道的磨损情况。
上述技术方案中，鼓风机与气体加速管道，气体加速管道与柔性管道，均通过法兰连接。
本实用新型装置的原理为：利用鼓风机产生高压气体，在柔性管道中高速流动形成负压，从而将输沙装置中的沙粒吸入柔性管道中；沙粒随高压气体以不同的速度通过柔性管道，通过沙粒在一定时间内的高速冲击作用，来检测柔性管道的受冲蚀情况及其抗磨损的性能。试验过程中，可以通过冲蚀管道观察窗观察柔性管道的受冲蚀情况，试验完成后，可以将柔性管道切割开，以便更加直观的观察柔性管道的磨损情况。
上述的用于模拟油气田柔性立管冲蚀情况的使用方法，包括以下步骤：
(1)先将鼓风机与气体加速管道通过法兰相连接；然后将柔性管道螺旋形盘绕后穿入外套硬管内部，水平型硬管内部的柔性管道整体随着水平型硬管的走向呈现水平形状，弯曲型硬管内部的柔性管道整体随着弯曲型硬管的走向呈现弯曲形状；将水平型硬管内部的柔性管道，末端与气体加速管道相连通；将弯曲型硬管内部的柔性管道，末端与除尘器相连通；最后将弯曲型硬管放在管道支架上；将输沙装置与气体加速管道上的开口相连接；
(2)检查步骤(1)中的试验装置的各部分连接是否紧密，然后启动鼓风机，调整气体流速，根据不通管道的直径和试验要求，将气体流速调整到10m/s-80m/s的范围内，气体速度由安装在气体入口处的传感器测得；当气体流速达到稳定后，开启输沙装置的阀门，使沙粒依次流经气体加速管道、水平柔管、弯曲型柔管，根据不通管道的直径和试验要求，将输沙量控制在0.1kg/s-0.5kg/s之间，连续进行试验。试验时，采用加速试验的试验方法，根据试验标准，试验时间为7天，即在7天内，完成整个管道使用周期内的沙子的冲蚀。
(3)试验结束后，进行管道的拆卸工作，并将柔性管道进行切割，称重，并与试验前管道的质量进行对比，以判断管道的受侵蚀情况。此后还可根据DNV的标准及公式计算沙子对管道的侵蚀率。
上述技术方案中，所述的柔性管道，假设内径参数为D英寸。
上述技术方案中，所述的外套硬管，假设内径参数为D+Δd英寸。
上述技术方案中，根据计算与仿真结果，假设所需柔性试验的管道直径为D，当管道的入口段部分为20D的时候，效果最为理想。
本实用新型技术方案的优点在于：
(1)本实用新型中，以柔性管道为试验对象，外套硬管套在柔性管道的外部，外套硬管内径尺寸与柔性管道外部尺寸相等，外套硬管对柔性管道起到支撑与保护的作用，并对试验装置起到密封的作用。管道支架用来支撑固定试验管道，支架与套在柔性管道外部的外套硬管相接处。输沙装置与气体加速管道相连接，用于连续的向管道内提供沙粒，保证冲蚀的连续进行。鼓风机通过法兰与气体加速管道相连接，为输入的沙粒提供动能，具体的风速应根据实际工程中油气田的油气输送流量确定。气体加速管道用法兰与试验管道相连接，并加以之支撑，使鼓风机吹出气体的速度达到稳定速度。除尘器装在柔性管道的出口位置，起到收集试验沙粒，减少污染的作用；除尘器用收集出口处的沙粒，起到保护环境和沙粒循环利用的目的。连接法兰用于进行各部分管道的连接。观察窗开设在外套硬管的弯曲部位，用来观察柔性管道弯曲处的冲蚀情况。
(2)本实用新型中，管道的冲蚀模拟试验选择沙子作为试验介质，空气作为介质载体，利用鼓风机对沙子提供初动能，以模拟沙粒在油气田中海洋柔性立管中的冲蚀情况。通过柔性立管外套硬管上的观察窗，能方便的观察到被冲蚀管道的冲蚀程度。试验中使用的沙子通过管道末端的除尘器进行收集，有利于环境的保护和沙子的循环利用，节约试验成本。
(3)本实用新型试验方法简单，便于操作，实验效率高，能较为准确的模拟油气在管道内输送时沙子对管道内壁的冲蚀情况，对判断管道的被冲蚀情况和使用寿命有重要意义。
附图说明
图1：本实用新型的用于模拟油气田柔性立管冲蚀情况的试验装置的整体结构示意图；
图2：本实用新型的柔性软管套设外套硬管后的剖面示意图；
图3：本实用新型的柔性软管结构截面示意图；
其中：1为柔性管道，2为外套硬管，3为管道支架，4为输沙装置，5为鼓风机，6为气体加速管道，7为除尘器，8为法兰，9为冲蚀管道观察窗。
具体实施方式
以下对本实用新型技术方案的具体实施方式详细描述，但本实用新型并不限于以下描述内容：
本实用新型提供一种用于模拟油气田柔性立管冲蚀情况的试验装置，包括依次连通的鼓风机5、气体加速管道6、柔性管道1、除尘器7，如图1-3所示：
柔性管道1的外侧套有外套硬管2；外套硬管一部分为水平形状的水平型硬管、另一部分为弯曲形状的弯曲型硬管，二者相连通；柔性管道螺旋形盘绕后再套设外套硬管(如图2所示)；水平型硬管内部的柔性管道整体随着水平型硬管的走向呈现水平形状，弯曲型硬管内部的柔性管道整体随着弯曲型硬管的走向呈现弯曲形状；水平型硬管内部的柔性管道，末端与气体加速管道6相连通；弯曲型硬管内部的柔性管道，末端与除尘器7相连通；
试验装置还包括有一个管道支架3，是由角铁焊接而成的；其底部通过螺栓固定在地面上；外套硬管2的水平型硬管置于地面上，弯曲型硬管通过角铁支撑在管道支架3上；外套硬管，支撑在管道支架上的弯曲型硬管上开有冲蚀管道观察窗9；
气体加速管道6，管壁开设有一个开口，开口与外部提供沙粒的输沙装置4相连接；
鼓风机5与气体加速管道6，气体加速管道与柔性管道1，均通过法兰8连接。
上述的用于模拟油气田柔性立管冲蚀情况的使用方法，包括以下步骤：
(1)先将鼓风机5与气体加速管道6通过法兰8相连接；然后将柔性管道1螺旋形盘绕后穿入外套硬管2内部，水平型硬管内部的柔性管道整体随着水平型硬管的走向呈现水平形状，弯曲型硬管内部的柔性管道整体随着弯曲型硬管的走向呈现弯曲形状；将水平型硬管内部的柔性管道，末端与气体加速管道6相连通；将弯曲型硬管内部的柔性管道，末端与除尘器7相连通；最后将弯曲型硬管放在管道支架上；将输沙装置4与气体加速管道上的开口相连接；
(2)检查步骤(1)中的试验装置的各部分连接是否紧密，然后启动鼓风机，调整气体流速为10m/s-80m/s的范围内；当气体流速达到稳定后，开启输沙装置4的阀门，将输沙量控制在0.1kg/s-0.5kg/s之间，使沙粒依次流经气体加速管道、水平柔管、弯曲型柔管；试验时间为7天；
(3)试验结束后，进行管道的拆卸工作，并将柔性管道进行切割，称重，并与试验前管道的质量进行对比，以判断管道的受侵蚀情况；此后根据DNV的标准及公式计算沙子对管道的侵蚀率；
所述的柔性管道，假设内径参数为D英寸；
所述的外套硬管，假设内径参数为D+Δd英寸；
根据计算与仿真结果，假设所需柔性试验的管道直径为D，当管道的入口段部分为20D的时候，效果最为理想。
下面结合具体的实施例对本实用新型装置进行阐述：
实施例1：
在柔性软管管径为8in，试验流体介质为空气的情况下，通过本试验装置，测试沙粒对管道的侵蚀作用。当沙粒粒径为30μm,输沙量0.5kg/s，气体流速80m/s时，连续进行7天的管道冲蚀加速试验。试验结束后，分别在管道弯曲处的0°、20°、40°、60°、80°位置截取样品，对以上位置得到的样品称重并测量其厚度变化。
根据公式可计算出相对物质损失[kg/kg]。
根据公式Em＝Em,m·mp可计算出实际物质损失率[kg/s]。
根据公式可计算相对表面厚度损失[m/kg]。
根据公式EL＝EL,m·mp可计算实际表面厚度损失率[m/s]。
根据公式E＝EL,m·Mp可计算实际表面厚度损失[m]。
其中，Em,m为相对物质损失，K为材料侵蚀常数，为粒子的平均冲击速度，F(α)为材料的表面延展性函数，Em为实际物质损失率，mp为沙粒质量率，EL,m为相对表面厚度损失，ρt为流体相密度，At为受侵蚀区域面积，EL为实际表面厚度损失率，E为际表面厚度损失，Mp为沙子质量。
上述实例只是为说明本实用新型的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于模拟油气田柔性立管冲蚀情况的试验装置，包括依次连通的鼓风机(5)、气体加速管道(6)、柔性管道(1)、除尘器(7)，其特征在于：
所述的柔性管道(1)的外侧，套有外套硬管(2)；
所述的气体加速管道(6)，管壁开设有一个开口，开口与外部提供沙粒的输沙装置(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述的试验装置还包括有一个管道支架(3)，是由角铁焊接而成的；其底部通过螺栓固定在地面上。
3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述的外套硬管(2)，一部分为水平形状的水平型硬管、另一部分为弯曲形状的弯曲型硬管，二者相连通。
4.根据权利要求1或3所述的试验装置，其特征在于：柔性管道(1)螺旋形盘绕后再套设外套硬管(2)；水平型硬管内部的柔性管道整体随着水平型硬管的走向呈现水平形状，弯曲型硬管内部的柔性管道整体随着弯曲型硬管的走向呈现弯曲形状；水平型硬管内部的柔性管道，末端与气体加速管道(6)相连通；弯曲型硬管内部的柔性管道，末端与除尘器(7)相连通。
5.根据权利要求2或3所述的试验装置，其特征在于：外套硬管(2)的水平型硬管置于地面上，弯曲型硬管通过角铁支撑在管道支架(3)上。
6.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于：外套硬管(2)，支撑在管道支架(3)上的弯曲型硬管上开有冲蚀管道观察窗(9)。
7.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：鼓风机(5)与气体加速管道(6)，气体加速管道与柔性管道(1)，均通过法兰(8)连接。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107655776A (zh) * | 2017-10-19 | 2018-02-02 | 中国海洋大学 | 一种用于模拟油气田柔性立管冲蚀情况的试验装置 |
| CN110398433A (zh) * | 2019-08-31 | 2019-11-01 | 西南石油大学 | 一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台 |
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