CN207457230U - 电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及原油开采及输运过程的粘度预测及成分检测领域，尤其是一种电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统。所述油路计量部和水路计量部呈并联连接，油路计量部和水路计量部的入口端分别与油水分离部连接，油路计量部和水路计量部的出口端分别与油水混合部连接，油水混合部的出口与实验测试部连接，实验测试部的出口与油水分离部的进口连接；所述实验测试部包括导电仪、测试段、温度场采集装置和数据信号处理装置，测试段呈管状，温度场采集装置位于测试段的中部，测试段的入口端设有导电仪，温度场采集装置包括恒温水浴箱和热电偶，数据信号处理装置包括温度数据转换模块和计算机。其通过对非牛顿流体进行模态测定，从而在线预测非牛顿流体的粘度和成分。
Description
技术领域
本实用新型涉及原油开采及输运过程的粘度预测及成分检测领域，尤其是一种电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统。
背景技术
油水乳状液是其中一相以分散液滴的形式分布于另一不相溶相中的两相混合液，包括油包水型乳状液(W/O)和水包油型乳状液(O/W)。在石油、化学工业中，经常遇到油水两相互不相溶的流体均匀分散分于管内共同流动的现象，而且由于含油率不同、油水两相的分布也不同，故油水两相的管流状态非常复杂，且表现为非牛顿流体的特征。油水乳状物的粘度系数是油气田开发、开采以及油气集输设计中重要的物性参数,研究粘度变化规律有着重要的实际工程意义。
通常牛顿流体的粘度可以视为一种独立的物理参数，而对于非牛顿流体，粘度受原油性质、含水率、油水分散度等多种因素影响，基于传热学反问题理论的油水乳状液粘度预测及成分检测技术研究因此不能再视为自身的物理参数。因此，对于非牛顿流体，工程上通过引入表观粘度来描述其流变行为。若已知混合液表观黏度等物性参数，便可以通过单相流的理论模型精确预测其管输压降，为工业中输运、开采等相关设备提供准确的设计参数。同时，预测油水乳状液在运输管路中的成分组成，对原油、石化产品的输运系统设计，具有重要的工程参考价值。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统，其通过对非牛顿流体进行模态测定，从而在线预测非牛顿流体的粘度和成分。
本实用新型的技术方案是：一种电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统，其中，包括油水混合部、油路计量部、水路计量部、实验测试部和油水分离部，油路计量部和水路计量部呈并联连接，油路计量部和水路计量部的入口端分别与油水分离部连接，油路计量部和水路计量部的出口端分别与油水混合部连接，油水混合部的出口与实验测试部连接，实验测试部的出口与油水分离部的进口连接；
所述实验测试部包括导电仪、测试段、温度场采集装置和数据信号处理装置，测试段呈管状，温度场采集装置位于测试段的中部，测试段的入口端设有导电仪，温度场采集装置包括恒温水浴箱和热电偶，热电偶沿测试段的轴向均匀布置，热电偶的探头顶端与测试段的管中心存在距离，数据信号处理装置包括温度数据转换模块和计算机，热电偶与温度数据转换模块电连接，温度数据转换模块与计算机电连接。
本实用新型中，所述油水混合部采用搅拌箱，搅拌箱内设有油水搅拌器；油水分离部采用油水分离器，油水分离器为重力沉降分离器。
所述油路计量部包括油箱、油泵、流量表Ⅰ和油相调节阀，油箱的进油口与油水分离器的出油口连接，油箱的出油口依次通过油泵、流量表Ⅰ和油相调节阀与搅拌箱连接。
所述水路计量部包括水箱、水泵、流量表Ⅱ和水相调节阀，水箱的进水口与油水分离器的出水口连接，水箱的出水口依次通过水泵、流量表Ⅱ和水相调节阀与搅拌箱连接。
所述油泵上设有回油口，该回油口与油箱的进油口连接，在油泵的回油口与油箱的连接管路上设有油相调节阀；所述水泵上设有回水口，回水口与水箱的进水口连接，在水泵的回水口与水箱的连接管路上设有水相调节阀。
优选的，所述水泵采用离心水泵，流量表Ⅱ采用椭圆齿轮流量计。
优选的，所述油泵采用齿轮油封，流量表Ⅰ采用椭圆齿轮流量计。
所述测试段的长度需保证试验段内流体为充分发展层流流体，最低设计长度建议：
l＝0.05·Re·Pr·d
其中l为测试段的长度，Re表示流体雷诺数，Pr表示流体普朗特数，d表示铜制管的管径。
所述热电偶采用直径1mm的K型铠装热电偶，铠装热电偶具有可弯曲、耐高压、热响应时间短、不易受外界影响和坚固耐用等优点，并且热电偶间距离远远大于热电偶测量直径，因此在测量温度过程中，可以忽略热电偶间互相的测量影响。
所述温度数据转换模块采用型号为研华ADAM4118的测温模块。
本实用新型的有益效果：通过本实用新型所述的实验系统，可以对非牛顿流体即油水乳状液进行模态测定，确定流体为油包水型还是水包油型，进而在线分析非牛顿流体的粘度和成分；且该方法能够不依赖特殊设备，在实际工业过程中，具有一定的普适性。
附图说明
图1是本实用新型的连接结构示意图；
图2是温度场采集装置的结构示意图。
图中：1油水分离器；2油路计量部；201油箱；202油泵；203油相调节阀；204流量表Ⅰ；2水路计量部；301水箱；302水泵；303水相调节阀；304流量表Ⅱ；4搅拌箱；5流速控制阀；6导电仪；7测试段；8温度数据转换模块；9计算机；10温度采集部；11热电偶；12恒温水浴箱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型所述的电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统包括油水混合部、油路计量部2、水路计量部3、实验测试部和油水分离部。油路计量部和水路计量部呈并联连接，油路计量部和水路计量部的入口端分别与油水分离部连接，经油水分离部分离后得到的油和水分别进入油路计量部和水路计量部。油路计量部和水路计量部的出口端分别与油水混合部连接，通过油水混合部将油水混合，从而得到油水混合物。油水混合部的出口与实验测试部连接，通过实验测试部辨识流体模态是油包水型还是水包油型，并获取实验流体温度变化场。实验测试部的出口与油水分离部的进口连接，经测试后的油水混合物回到油水分离部内进行分离，分离后的油和水可以循环利用。本实施例中，油水混合部采用搅拌箱4，搅拌箱4内设有油水搅拌器；油水分离部采用油水分离器1，本实施例中的油水分离器1采用重力沉降分离器。
油路计量部包括油箱201、油泵202、流量表Ⅰ204和油相调节阀203。油箱201的进油口与油水分离器1的出油口连接，油箱201的出油口依次通过油泵202、流量表Ⅰ204和油相调节阀203与搅拌箱4连接。本实施例中的油泵202采用齿轮油封，流量表Ⅰ204采用椭圆齿轮流量计。水路计量部包括水箱301、水泵302、流量表Ⅱ304和水相调节阀303。水箱301的进水口与油水分离器1的出水口连接，水箱301的出水口依次通过水泵302、流量表Ⅱ304和水相调节阀303与搅拌箱4连接。本实施例中的水泵302采用离心水泵，流量表Ⅱ304采用椭圆齿轮流量计。油和水的流速由椭圆型齿轮流量计测量，两者由搅拌箱4内的油水搅拌器混合搅拌，搅拌混合均匀后进入实验测试部。
该实验系统通过控制油相和水相的流量来控制油水混合物的含水率，含水率从10％开始，依次增加水相体积，直至含水率达到90％。为了调整实验测试部的油箱和水相的流速，油泵和水泵分别连接有回流管路，即油泵202上设有回油口，该回油口与油箱201的进油口连接，在油泵的回油口与油箱201的连接管路上设有油相调节阀203。同样的，水泵302上设有回水口，回水口与水箱301的进水口连接，在水泵的回水口与水箱301的连接管路上设有水相调节阀303。
实验测试部包括导电仪6、测试段7、温度场采集装置和数据信号处理装置。测试段7采用铜质薄壁管，其有效长度依据实际情况而定。为了保证测试段内流体为充分发展层流流体，最低设计长度建议：
l＝0.05·Re·Pr·d
其中l为测试段的长度，Re表示流体雷诺数，Pr表示流体普朗特数，d表示铜制管的管径。温度场采集装置位于测试段7的中部，测试段7的前端设有导电仪6，本实施例中的导电仪采用的是在线管道式电导电极，在流体进入温度场采集装置前，通过电导电极记录电导仪数据。由于水包油型油水乳状液的电导率远远大于油包水型油水乳状液，并且高浓度的原油乳状液基本没有导电性，因此可以通过测量导电性来辨别测试流体混合物的乳变状态。
温度场采集装置如图2所示，包括恒温水浴箱12和K型热电偶11，其中恒温水浴箱12用于加热测试流体加热，K型热电偶11用于测量测试流体的温度。数据信号处理装置包括温度数据转换模块8和计算机9，K型热电偶11将测量得到的测试流体温度转化为信号，然后通过温度数据转换模块8进行信号转换，并输送至计算机9。对流换热温度不超过100℃。圆通过温度场采集装置对测试段的测试流体进行加热并采集换热温度，利用传热学反问题技术可通过电脑在线输出粘度和成分，即利用采集到的温度以及其随时间的变化规律，通过求解传热微分方程来反求管道内油水热物性系数，进而确定油水组分。
测试段7内的瞬时温度场由多个热电偶和计算机进行数据采集，热电偶沿管的轴向均匀布置，热电偶的探头顶端距离管中心有一定距离。本实施例中的热电偶采用直径1mm的K型铠装热电偶，铠装热电偶具有可弯曲、耐高压、热响应时间短、不易受外界影响和坚固耐用等优点，并且热电偶间距离远远大于热电偶测量直径，因此在测量温度过程中，可以忽略热电偶间互相的测量影响。使用激光扫描仪进行检验以保证热电偶位置精度的可靠性，热电偶在使用之前需进行校准，在0-90℃的范围内测量误差不超过±0.5℃。本实施例中的温度数据转换模块采用型号为研华ADAM4118的测温模块。
本实用新型的工作过程如下所述：首先，油路计量部中的油和水路计量部的水输入搅拌箱4内，在油水搅拌器的搅拌作用下形成油水混合物。油水混合物进入测试段7后，首先通过导电仪6记录电导仪数据，根据导电性来辨别该油水混合物的乳变状态，然后恒温水浴箱12对油水混合物加热，加热后的温度数据由热电偶测量11，测量后得到的温度值通过温度数据转换模块8后，输入计算机9，利用传热学反问题技术可以得到该油水混合物的粘度和成分。测试结束后，油水混合物进入油水分离器1内，分离后得到的油和水分别流入油箱和水箱内。
Claims (8)
1.一种电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统，其特征在：包括油水混合部、油路计量部(2)、水路计量部(3)、实验测试部和油水分离部，油路计量部和水路计量部呈并联连接，油路计量部和水路计量部的入口端分别与油水分离部连接，油路计量部和水路计量部的出口端分别与油水混合部连接，油水混合部的出口与实验测试部连接，实验测试部的出口与油水分离部的进口连接；
所述实验测试部包括导电仪(6)、测试段(7)、温度场采集装置和数据信号处理装置，测试段(7)呈管状，温度场采集装置位于测试段(7)的中部，测试段(7)的入口端设有导电仪(6)，温度场采集装置包括恒温水浴箱(12)和热电偶(11)，热电偶沿测试段(7)的轴向均匀布置，热电偶的探头顶端与测试段的管中心存在距离，数据信号处理装置包括温度数据转换模块(8)和计算机(9)，热电偶(11)与温度数据转换模块(8)电连接，温度数据转换模块(8)与计算机(9)电连接。
2.根据权利要求1所述的电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统，其特征在：所述油水混合部采用搅拌箱(4)，搅拌箱(4)内设有油水搅拌器；油水分离部采用油水分离器(1)，油水分离器(1)为重力沉降分离器。
3.根据权利要求2所述的电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统，其特征在：所述油路计量部包括油箱(201)、油泵(202)、流量表Ⅰ(204)和油相调节阀(203)，油箱(201)的进油口与油水分离器(1)的出油口连接，油箱(201)的出油口依次通过油泵(202)、流量表Ⅰ(204)和油相调节阀(203)与搅拌箱(4)连接。
4.根据权利要求2所述的电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统，其特征在：所述水路计量部包括水箱(301)、水泵(302)、流量表Ⅱ(304)和水相调节阀(303)，水箱(301)的进水口与油水分离器(1)的出水口连接，水箱(301)的出水口依次通过水泵(302)、流量表Ⅱ(304)和水相调节阀(303)与搅拌箱(4)连接。
5.根据权利要求3所述的电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统，其特征在：所述油泵(202)上设有回油口，该回油口与油箱(201)的进油口连接，在油泵的回油口与油箱(201)的连接管路上设有油相调节阀(203)。
6.根据权利要求4所述的电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统，其特征在：所述水泵(302)上设有回水口，回水口与水箱(301)的进水口连接，在水泵的回水口与水箱(301)的连接管路上设有水相调节阀(303)。
7.根据权利要求1所述的电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统，其特征在：所述热电偶采用直径1mm的K型铠装热电偶。
8.根据权利要求1所述的电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统，其特征在：所述温度数据转换模块(8)采用型号为研华ADAM4118的测温模块。
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| CN201721426496.4U CN207457230U (zh) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | 电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107764982A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-06 | 中国海洋大学 | 电导式非牛顿油水乳状液黏度及成分预测实验系统 |
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2017
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