CN216247116U - 一种集输立管两相流型在线分析实验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的一种集输立管两相流型在线分析实验系统，属于石油工程多相流动监测技术领域。空气压缩机依次与缓冲装置和混合器的气相入口连接，气相质量流量检测装置设在缓冲装置与混合器之间；储水装置依次与高压水泵和混合器的液相入口连接，液相质量流量检测装置设在缓冲装置与混合器之间；混合器的出口依次与水平管段、组合管段、上部上升管和高压气液分离器的入口连接，调节阀设在高压气液分离器的入口处，压差检测装置设在上部上升管与高压气液分离器的入口之间；高压气液分离器的液相出口与储水装置连接，气相出口与大气连通。本实用新型能够很好地模拟集输－立管系统内的气液两相流动，为工程实际提供扎实的理论基础。
Description
技术领域
本实用新型属于石油工程多相流动监测技术领域，涉及一种集输立管两相流型在线分析实验系统。
背景技术
随着陆地及近海油气资源日益枯竭，向深海进军成为油气资源开发的必然趋势。而海洋油气集输管线的特殊结构易诱发流型转变，出现有害流型即流动失稳的危险，这会严重影响整个集输系统的安全。因此有害流型的监测成为深水管线流动安全保障的主要目标之一。但是，目前人们对集输－立管系统内气液两相流动特性及规律的认识仍然不足，导致集输－立管系统内的快速流型识别的理论与方法仍十分缺乏，这制约了海洋油气资源大规模开发的进程。
由集输－立管的特殊几何形式产生的严重段塞流就是一种气液流动极不稳定的流动现象，它所诱导的长液塞与关键气液流动参数的剧烈波动会对整个集输系统的安全稳定高效运行产生严重危害，如导致死井事故、造成分离器溢流、加剧管壁腐蚀、促进结蜡与水合物形成、降低油气产量等。因此，理清严重段塞流的形成机理与流动特性，建立海洋油气集输管线流型快速识别系统，形成流型快速识别理论与技术方案，对解决在海洋油气开发中所遇到的关于流动安全保障技术方面的理论难题具有重要的意义。
因此如何更好地模拟集输－立管内的两相流型，从而对其进行相关研究，对工程实际有着重要的意义。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种集输立管两相流型在线分析实验系统，能够很好地模拟集输－立管系统内的气液两相流动，从而为工程实际提供扎实的理论基础。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
本实用新型公开了一种集输立管两相流型在线分析实验系统，包括空气压缩机、缓冲装置、气相质量流量检测装置、高压水泵、液相质量流量检测装置、混合器、组合管段、高压气液分离器、压差检测装置、调节阀、储水装置、水平管段和上部上升管；
空气压缩机与缓冲装置连接，缓冲装置与混合器的气相入口连接，气相质量流量检测装置设在缓冲装置与混合器之间的连接管路上；储水装置与高压水泵连接，高压水泵与混合器的液相入口连接，液相质量流量检测装置设在缓冲装置与混合器之间的连接管路上；混合器的出口与水平管段连接，水平管段与组合管段连接，组合管段用于模拟海底地貌，组合管段与上部上升管连接，上部上升管与高压气液分离器的入口连接，调节阀设在高压气液分离器的入口处，压差检测装置设在上部上升管与高压气液分离器的入口之间；高压气液分离器的液相出口与储水装置连接，气相出口与大气连通。
优选地，缓冲装置包括容积由大到小依次串联的若干缓冲罐，各缓冲罐之间的连接管路上设有安全阀。
优选地，气相质量流量检测装置包括第一气相质量流量计和第二气相质量流量计，第一气相质量流量计和第二气相质量流量计分别设在并联的两条支路上，第一气相质量流量计的两端分别设有一个气相管道调节阀，第二气相质量流量计的两端分别设有一个气相管道调节阀；第一气相质量流量计所在支路的管径大于第二气相质量流量计所在支路的管径，且第一气相质量流量计的检测量级大于第二气相质量流量计。
优选地，气相质量流量检测装置与混合器的气相入口之间设有第一背压阀，液相质量流量检测装置与混合器的液相入口之间设有第二背压阀。
优选地，高压水泵为管道泵或柱塞泵。
优选地，液相质量流量检测装置包括第一液相质量流量计和第二液相质量流量计，第一液相质量流量计和第二液相质量流量计分别设在并联的两条支路上，第一液相质量流量计的两端分别设有一个液相管道调节阀，第二液相质量流量计的两端分别设有一个液相管道调节阀；第一液相质量流量计所在支路的管径大于第二液相质量流量计所在支路的管径，且第一液相质量流量计的检测量级大于第二液相质量流量计。
优选地，组合管段包括若干直管和若干弯管。
优选地，压差检测装置包括在上部上升管与高压气液分离器的入口之间设置的第一压差传感器和第二压差传感器。
优选地，高压气液分离器的气相出口设置有消声装置。
优选地，高压气液分离器连接有压力表。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型公开的集输立管两相流型在线分析实验系统，利用空气压缩机模拟实际油田开采中的井内高压气相环境，利用高压水泵模拟实际油井开采中的高压液体输送环境，混合器对气相和液相进行充分混合，保证气液稳定流入系统水平管段内，实现对两相流流动的准确模拟。通过气相质量流量检测装置、液相质量流量检测装置和压差检测装置，对不同流型的两相流流动进行分析和研究。同时组合管段实现对复杂多变的海底地形地貌的模拟研究。本实用新型能够很好地模拟集输－立管系统内的气液两相流动，从而为工程实际提供扎实的理论基础。
进一步地，缓冲装置包括容积由大到小依次串联的若干缓冲罐，各缓冲罐之间的连接管路上设有安全阀，空气压缩机产生的高压气体先进入大罐体，再进入小罐体，通过安全阀调节后，实现了高压气相的稳定输送。
进一步地，第一气相质量流量计和第二气相质量流量计并联设置，能够实现对不同量级的气相流量的测量，达到对大范围若干气量数据工况点进行实验研究的目的，测量精度高，反应灵敏，可实现对气相流量的精准测量。
进一步地，第一背压阀和第二背压阀能够保证系统内气液流量不会回流，保障系统的安全稳定运行。
进一步地，高压水泵采用管道泵或柱塞泵，能够保证水泵在高压运行过程中液体的稳定流出。
进一步地，第一液相质量流量计和第二液相质量流量计并联设置，能够实现对不同量级的液相流量的测量，达到对大范围若干液量数据工况点进行实验研究的目的，测量精度高，反应灵敏，可实现对液相流量的精准测量。
进一步地，组合管段包括若干直管和若干弯管，能够根据实际需求模拟不同的海底地貌，应用范围广。
进一步地，第一压差传感器和第二压差传感器设置在上部上升管与高压气液分离器的入口之间，测量精度高，反应灵敏，能够实现对气液流动流型的超前判别。
进一步地，高压气液分离器的气相出口设置有消声装置，能够消除分离器排放气体时产生的噪音，保证实验环境音量不会干扰操作人员，同时控制空气向大气持续稳定地排放。
进一步地，高压气液分离器连接有压力表，能够对压力进行实时监测，提高系统运行的安全性和稳定性。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图。
图中，1为空气压缩机，2为缓冲装置，3为气相管道调节阀，4为第一气相质量流量计，5为第二气相质量流量计，6为第一背压阀，7为高压水泵，8为液相管道调节阀，9为第一液相质量流量计，10为第二液相质量流量计，11为第二背压阀，12为混合器，13为组合管段，14为高压气液分离器，15为第一压差传感器，16为第二压差传感器，17为调节阀，18为消声装置，19为储水装置，20为水平管段，21为上部上升管，22为压力表。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述：
如图1，为本实用新型的集输立管两相流型在线分析实验系统，包括空气压缩机1、缓冲装置2、气相质量流量检测装置、高压水泵7、液相质量流量检测装置、混合器12、组合管段13、高压气液分离器14、压差检测装置、调节阀17、储水装置19、水平管段20和上部上升管21；
空气压缩机1与缓冲装置2连接，缓冲装置2与混合器12的气相入口连接，气相质量流量检测装置设在缓冲装置2与混合器12之间的连接管路上；储水装置19与高压水泵7连接，高压水泵7与混合器12的液相入口连接，液相质量流量检测装置设在缓冲装置2与混合器12之间的连接管路上；混合器12的出口与水平管段20连接，水平管段20与组合管段13连接，组合管段13用于模拟海底地貌，组合管段13与上部上升管21连接，上部上升管21与高压气液分离器14的入口连接，调节阀17设在高压气液分离器14的入口处，压差检测装置设在上部上升管21与高压气液分离器14的入口之间；高压气液分离器14的液相出口与储水装置19连接，气相出口与大气连通。
在本实用新型的一个较优的实施例中，缓冲装置2包括容积由大到小依次串联的若干缓冲罐，各缓冲罐之间的连接管路上设有安全阀。
在本实用新型的一个较优的实施例中，气相质量流量检测装置包括第一气相质量流量计4和第二气相质量流量计5，第一气相质量流量计4和第二气相质量流量计5分别设在并联的两条支路上，第一气相质量流量计4的两端分别设有一个气相管道调节阀3，第二气相质量流量计5的两端分别设有一个气相管道调节阀3；第一气相质量流量计4所在支路的管径大于第二气相质量流量计5所在支路的管径，且第一气相质量流量计4的检测量级大于第二气相质量流量计5。
在本实用新型的一个较优的实施例中，气相质量流量检测装置与混合器12的气相入口之间设有第一背压阀6，液相质量流量检测装置与混合器12的液相入口之间设有第二背压阀11。
在本实用新型的一个较优的实施例中，高压水泵7为管道泵或柱塞泵。
在本实用新型的一个较优的实施例中，液相质量流量检测装置包括第一液相质量流量计9和第二液相质量流量计10，第一液相质量流量计9和第二液相质量流量计10分别设在并联的两条支路上，第一液相质量流量计9的两端分别设有一个液相管道调节阀8，第二液相质量流量计10的两端分别设有一个液相管道调节阀8；第一液相质量流量计9所在支路的管径大于第二液相质量流量计10所在支路的管径，且第一液相质量流量计9的检测量级大于第二液相质量流量计10。
在本实用新型的一个较优的实施例中，组合管段13包括若干直管和若干弯管。
在本实用新型的一个较优的实施例中，压差检测装置包括在上部上升管与高压气液分离器14的入口之间设置的第一压差传感器15和第二压差传感器16。
在本实用新型的一个较优的实施例中，高压气液分离器14的气相出口设置有消声装置。
在本实用新型的一个较优的实施例中，高压气液分离器14连接有压力表22。
下面结合系统内各部分的功能来对本实用新型的工作原理进行进一步解释：
空气压缩机1运行时可提供30MPa以上的高压压缩空气，实现实际油田开采中的井内高压气相环境。
缓冲装置2由大罐体与小罐体串联排列的方式组合，空气压缩机1产生的高压气体先进入大罐体，再进入小罐体，大小罐体之间由安全阀调节，可实现小罐体内输出气相的压力的调节，缓冲装置2的存在实现了高压气相的稳定输送。
气相质量流量检测装置通过4个气相管道调节阀3控制气相的流动走向，可以通过气相管道调节阀3的启闭，可以实现不同量级气相顺利通过不同管径管路，从而达到精准控制气相流量的目的。第一气相质量流量计4和第二气相质量流量计5安装在管径不同的两路管道上，可以实现对不同量级的气相流量的测量，达到对大范围若干气量数据工况点进行实验研究的目的。
高压水泵7能够保证水泵在高压运行过程中液体的稳定流出，用于模拟实际油井开采中的高压液体输送环境。
液相质量流量检测装置通过4个液相管道调节阀8控制液相的流动走向，能够实现不同量级液相顺利通过不同管径管路，从而达到精准控制液相流量的目的。第一液相质量流量计9和第二液相质量流量计10安装在管径不同的两路管道上，可以实现对不同量级的液相流量的测量，达到对大范围若干液量数据工况点进行实验研究的目的。
混合器12具有气液混合腔体，可实现气相与液相的充分混合，保证气液稳定流入系统水平管内，实现对两相流流动的准确模拟。
组合管段13为模拟海底地貌的组合管路，可替换为单一水平管、单一下倾管等管路结构，实现对复杂多变的海底地形地貌的模拟研究。
系统内流动的气液两相流体流经气液分离器14，实现分离，保证实验系统内安全稳定运行，同时实现系统内气液的循环流动。
调节阀17可根据开度大小实现对系统的管内压力控制，以模拟不同压力下的气液两相流体流动现象。
需要说明的是，以上所述仅为本实用新型实施方式之一，根据本实用新型所描述的系统所做的等效变化，均包括在本实用新型的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种集输立管两相流型在线分析实验系统，其特征在于，包括空气压缩机(1)、缓冲装置(2)、气相质量流量检测装置、高压水泵(7)、液相质量流量检测装置、混合器(12)、组合管段(13)、高压气液分离器(14)、压差检测装置、调节阀(17)、储水装置(19)、水平管段(20)和上部上升管(21)；
空气压缩机(1)与缓冲装置(2)连接，缓冲装置(2)与混合器(12)的气相入口连接，气相质量流量检测装置设在缓冲装置(2)与混合器(12)之间的连接管路上；储水装置(19)与高压水泵(7)连接，高压水泵(7)与混合器(12)的液相入口连接，液相质量流量检测装置设在缓冲装置(2)与混合器(12)之间的连接管路上；混合器(12)的出口与水平管段(20)连接，水平管段(20)与组合管段(13)连接，组合管段(13)用于模拟海底地貌，组合管段(13)与上部上升管(21)连接，上部上升管(21)与高压气液分离器(14)的入口连接，调节阀(17)设在高压气液分离器(14)的入口处，压差检测装置设在上部上升管(21)与高压气液分离器(14)的入口之间；高压气液分离器(14)的液相出口与储水装置(19)连接，气相出口与大气连通。
2.根据权利要求1所述的集输立管两相流型在线分析实验系统，其特征在于，缓冲装置(2)包括容积由大到小依次串联的若干缓冲罐，各缓冲罐之间的连接管路上设有安全阀。
3.根据权利要求1所述的集输立管两相流型在线分析实验系统，其特征在于，气相质量流量检测装置包括第一气相质量流量计(4)和第二气相质量流量计(5)，第一气相质量流量计(4)和第二气相质量流量计(5)分别设在并联的两条支路上，第一气相质量流量计(4)的两端分别设有一个气相管道调节阀(3)，第二气相质量流量计(5)的两端分别设有一个气相管道调节阀(3)；第一气相质量流量计(4)所在支路的管径大于第二气相质量流量计(5)所在支路的管径，且第一气相质量流量计(4)的检测量级大于第二气相质量流量计(5)。
4.根据权利要求1所述的集输立管两相流型在线分析实验系统，其特征在于，气相质量流量检测装置与混合器(12)的气相入口之间设有第一背压阀(6)，液相质量流量检测装置与混合器(12)的液相入口之间设有第二背压阀(11)。
5.根据权利要求1所述的集输立管两相流型在线分析实验系统，其特征在于，高压水泵(7)为管道泵或柱塞泵。
6.根据权利要求1所述的集输立管两相流型在线分析实验系统，其特征在于，液相质量流量检测装置包括第一液相质量流量计(9)和第二液相质量流量计(10)，第一液相质量流量计(9)和第二液相质量流量计(10)分别设在并联的两条支路上，第一液相质量流量计(9)的两端分别设有一个液相管道调节阀(8)，第二液相质量流量计(10)的两端分别设有一个液相管道调节阀(8)；第一液相质量流量计(9)所在支路的管径大于第二液相质量流量计(10)所在支路的管径，且第一液相质量流量计(9)的检测量级大于第二液相质量流量计(10)。
7.根据权利要求1所述的集输立管两相流型在线分析实验系统，其特征在于，组合管段(13)包括若干直管和若干弯管。
8.根据权利要求1所述的集输立管两相流型在线分析实验系统，其特征在于，压差检测装置包括在上部上升管与高压气液分离器(14)的入口之间设置的第一压差传感器(15)和第二压差传感器(16)。
9.根据权利要求1所述的集输立管两相流型在线分析实验系统，其特征在于，高压气液分离器(14)的气相出口设置有消声装置。
10.根据权利要求1所述的集输立管两相流型在线分析实验系统，其特征在于，高压气液分离器(14)连接有压力表(22)。
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| CN202122385002.5U CN216247116U (zh) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | 一种集输立管两相流型在线分析实验系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114719190A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-08 | 西南石油大学 | 一种管路系统流型与压降实验装置 |
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2021
- 2021-09-29 CN CN202122385002.5U patent/CN216247116U/zh active Active
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| CN114719190A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-08 | 西南石油大学 | 一种管路系统流型与压降实验装置 |
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