一种高温高压油水多相流流型观测实验装置的制作方法

xiaoxiao2020-6-26  16

专利名称:一种高温高压油水多相流流型观测实验装置的制作方法
技术领域
实用新型涉及一种应用于多相流领域的观测实验装置,具体的说,是涉及一种应 用于实验室中进行油水多相流流型观测实验的装置。
背景技术
油气水多相流动是在实际生产中普遍存在的现象。随着油田开发的深入,采出液 的含水率不断上升,油气水多相流的流变特性对于油田生产的影响越来越重要。水与管壁 长期接触会加速管壁腐蚀和结垢,因此油气水流型的控制对管道腐蚀与防护具有重要的作 用。此外,对于油田内部的集输管网,海上平台至陆上终端的海底管道和长距离油水输送, 管道的设计与维护都与油气水流型有着密不可分的关系。另外,油包水和水包油的不同流 型及其相态的转化,对油气水多相流的化学反应和化学工艺有直接的影响,例如对于蒸发 器、冷凝器等液液反应器和萃取过程、混合过程的管程设计,都应考虑相态逆转对水动力 特征的作用。目前,很多油田已进行到原油高温开采阶段,油气水混合液温度和压强会很 高,这时的油水多相流流型观测实验可以说对现实的意义就更为重大。不过,与前述重要 性描述形成反差的是,目前国内大部分油气水多相流流型观测研究都是在水平状态下进行 的,即使有个别实验是在不同角度下观测,但其油气水混合物也是在常温常压状态下,这些 现有技术在一定程度上限制了油水多相流流型研究的进一步深入。
发明内容为了解决背景技术中所提出的技术问题,本实用新型提供一种高温高压油水多相 流流型观测实验装置,该种高温高压油水多相流流型观测实验装置能够在高温高压的状态 下对不同倾角的油气水多相流型进行观测,分析高温高压对倾斜管中的流型有何影响。此 外,还具有原理明确、结构简单、操作方便的特点。本实用新型的技术方案是该种高温高压油水多相流流型观测实验装置,包括外 循环系统、内循环系统和信号采集系统,其中所述外循环系统包括油水重力分离器、外循环 丫型过滤器、油泵、水泵、气泵以及油气水多相流混相器,在所述外循环系统中,由所述油水 重力分离器导出的油经过油泵、油气水多相流混相器、油气水多相流观测装置以及增压泵 构成油管道,由所述油水重力分离器导出的水经过水泵、油气水多相流混相器、油气水多相 流观测装置以及增压泵构成水管道,由所述气泵产生的测试汽经过油气水混相器、油气水 多相流观测装置以及增压泵构成气管道;所述内循环系统由管道温度控制器、内循环丫型 过滤器、循环泵、油气水多相流混相器、油气水多相流观测装置以及管道压力控制器经管路 连通后构成;所述信号采集系统由气流量传感器、水流量传感器、油流量传感器、微波含水 率测试仪、温度传感器、压力传感器以及PLC模块构成,所述油、气、水流量传感器分别对应 安装于待测循环管道中,所述PLC模块在内置程序的控制下采集前述传感器信号,并向所 述管道温度控制器和管道压力控制器输出控制信号;所述管道温度控制器由可接受PLC模 块控制的两组安装于管道两端的电加热器构成,所述管道压力控制器采用通过管道排液口与压力泵相连控制管道压力的结构,所述压力泵接收来自于PLC模块的控制信号。在前述实验装置中,还可以对其中的油水多相流观测装置进行改进,将其观察段 变为具有可调倾角的耐高温高压透明聚合管,两端由不锈钢金属软管B连接,通过固定架 C进行固定,所述固定架上装有伸缩段D,前述倾角调节范围在0° -60°之间。本实用新型具有如下有益效果采用本种结构的油水多相流观测装置,能够用直 接的方法观测不同压力和温度下以及不同倾角的油气水多相流流型,可以在实验室内进行 模拟实验,为多相流流型研究提供理论依据,具有原理明确、结构简单、操作方便的特点,为 油田多相流研究提供参考和依据,非常适用于多相流观测的室内实验研究。

图1是本实用新型的组成示意图。图2为本实用新型中所涉及的油气水多相流观测装置结构示意图。图3为图2中密封腔剖面的结构示意图。图中1 -管道温度控制器,2-内循环丫型过滤器,3-循环泵,4-内循环入口节流 阀,5-内循环流量传感器,6-油气水混相器出口,7-管道压力控制器,8-油气水多相流观 测装置,9-微波含水率测试仪,10- 一级增压泵,11- 二级增压泵,12-温度传感器,13-压力 传感器,14-油水重力分离器,15-气泵,16-油泵,17-水泵,18-气流量传感器,19-水流量 传感器,20-油流量传感器,21-油气水多相流混相器,22-PLC模块,23-存储器,24-气管道 节流阀,25-水管道节流阀,26-油管道节流阀,27-外循环丫型过滤器,28-混相控制节流 阀,29-油水分离入口节流阀,30-直通控制节流阀,31-内循环出口节流阀,I-内循环管道, II 一气管道,III一水管道,IV—油管道,A-节流阀,F-观察段,B-不锈钢金属软管,C-固定 架,D-伸缩段,E-密封腔,a-光源,b-光线投射孔,C-取像孔,d-摄影设备。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明图1为本实用新型的组成示意图。如图所示,这种高温高压油水多相流流型观测 实验装置,可概括分为外循环系统、内循环系统和信号采集系统。其中,所述外循环系统包 括油水重力分离器14、外循环丫型过滤器27、油泵16、水泵17、气泵15以及油气水多相流 混相器21,在所述外循环系统中,由所述油水重力分离器14导出的油经过油泵6、油气水多 相流混相器21、油气水多相流观测装置8以及增压泵构成油管道IV,由所述油水重力分离 器14导出的水经过水泵17、油气水多相流混相器21、油气水多相流观测装置8以及增压泵 构成水管道III,由所述气泵15产生的测试气经过油气水多相流混相器21、油气水多相流观 测装置8以及增压泵构成气管道II ;所述内循环系统由管道温度控制器1、内循环丫型过滤 器2、循环泵3、油气水多相流混相器21、油气水多相流观测装置8以及管道压力控制器7经 管路连通后构成;所述信号采集系统由气流量传感器18、水流量传感器19、油流量传感器 20、微波含水率测试仪9、温度传感器12、压力传感器13以及PLC模块22构成,所述油、气、 水流量传感器分别对应安装于待测循环管道中,所述PLC模块22在内置程序的控制下采集 前述传感器信号,并向所述管道温度控制器1和管道压力控制器7输出控制信号;所述管道 温度控制器1由可接受PLC模块控制的两组安装于管道两端的电加热器构成,所述管道压力控制器7采用通过管道排液口与压力泵相连控制管道压力的结构,所述压力泵接收来自 于PLC模块的控制信号。在本实用新型中,外循环系统的主要作用是通过油气水多相流混相器配比相应比 例的油气水混合液输送到内循环系统中,并且由微波含水率测试仪进行检验。而内循环系 统的作用则是产生高温高压的物性条件并观测在此条件下不同倾角的油气水多相流流型。具体实施时,温度控制器可以接收PLC模块的控制调整安装于管段两端的电加热 器,每组加热器可以由多个加热管组成,每根加热管的加热功率可自由调节,由此实现调节 油气水混相液体温度。根据实际模拟要求,温度可控制在20°C -200°C之间,压力可控制在 0 MPa -2.0 MI^a之间。此外,压力控制器采用压力泵通过节流阀门与管段的出液口连接的 方式,压力可控制在0 MPa -2 MPa之间。考虑到现有的油气水多相流观测装置中的观察段不可调的问题,如图2结合 图3所示,观察段F为具有可调倾角的耐高温高压透明聚合管,两端由不锈钢金属软管B连 接,通过固定架C进行固定,所述固定架上装有伸缩段D,前述倾角调节范围在0° - 60° 之间。将观察段可以采用管径为DN50的耐高温高压透明聚合管,两侧的不锈钢金属软管, 管径为DN50。固定架上部与观察段两端固定,竖直和水平的伸缩段用以控制固定架的相应 宽度和高度。通过调节固定架的相应宽度和高度来调节观测段的倾角,进而满足对不同倾 角观测段的油气水多相流流型的进行观测。设备安装完成以后,可以进行高温高压油气水多相流不同倾角的流型观测,具体 应用方法如下首先进行外管道循环,打开PLC模块和计算机测试界面、微波含水率测试仪9和 外循环系统各参数测试仪表。关闭内循环入口节流阀4和内循环出口节流阀31,同时打 开其他节流阀,开启油泵16、水泵17和气泵15,根据油气水流量比,调节节流阀,以配制实 验用的油水多相流混合液,并且通过微波含水率测试仪进行验证。当油气水比例符合实 验要求后打开内循环入口节流阀4和内循环出口节流阀31,同时关闭直通控制节流阀,待 5min-10min后关闭外循环管道各泵,关闭混相控制节流阀28和油水分离入口节流阀29, 打开直通控制节流阀;之后,开始进行内管道循环,打开循环泵3,通过温度传感器12和压 力传感器13测试各种状态参数值;之后,待混合均勻后,通过油气水多相流观测装置8的 倾角,对其不同倾角下的流型进行观测;之后,打开温度控制器和压力控制器,再改变观察 段的倾角,观测油水两相在高温高压下的流型。实验结束。关闭温度控制器;最后,待管道 温度降为环境温度后,通过排液口将管道中的混合液排净,准备进行下一组实验,需重新配 液,步骤同上。本实用新型解决了高温和高压对不同倾角油气水多相流流型影响的观测,具有原 理明确、结构简单、操作方便的特点。通过本实用新型的实验装置和观测方法可以在室内进 行油气水多相流流型的观测试验,为油田多相流研究提供参考和依据,适用于多相流观测 的室内实验研究。
权利要求1.一种高温高压油水多相流流型观测实验装置,包括外循环系统、内循环系统和信 号采集系统,其特征在于所述外循环系统包括油水重力分离器(14)、外循环丫型过滤器 (27)、油泵(16)、水泵(17)、气泵(15)以及油气水多相流混相器(21),在所述外循环系统 中,由所述油水重力分离器(14)导出的油经过油泵(16)、油气水多相流混相器(21)、油气 水多相流观测装置(8)以及增压泵构成油管道(IV),由所述油水重力分离器(14)导出的水 经过水泵(17)、油气水多相流混相器(21)、油气水多相流观测装置(8)以及增压泵构成水 管道(III),由所述气泵(15)产生的测试汽经过油气水多相流混相器(21)、油气水多相流观 测装置(8)以及增压泵构成气管道(II);所述内循环系统由管道温度控制器(1)、内循环丫 型过滤器(2)、循环泵(3)、油气水多相流混相器(21)、油气水多相流观测装置(8)以及管道 压力控制器(7)经管路连通后构成;所述信号采集系统由气流量传感器(18)、水流量传感 器(19)、油流量传感器(20)、微波含水率测试仪(9)、温度传感器(12)、压力传感器(13)以 及PLC模块(22)构成,所述油、气、水流量传感器分别对应安装于待测循环管道中,所述PLC 模块(22)在内置程序的控制下采集前述传感器信号,并向所述管道温度控制器(1)和管道 压力控制器(7)输出控制信号;所述管道温度控制器(1)由可接受PLC模块控制的两组安 装于管道两端的电加热器构成,所述管道压力控制器(7)采用通过管道排液口与压力泵相 连控制管道压力的结构,所述压力泵接收来自于PLC模块的控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压油水多相流流型观测实验装置,其特征在于 所述油水多相流观测装置(8)的观察段(F)为具有可调倾角的耐高温高压透明聚合管,两 端由不锈钢金属软管(B)连接,通过固定架(C)进行固定,所述固定架上装有伸缩段(D), 前述倾角调节范围在0° - 60°之间。
专利摘要一种高温高压油水多相流流型观测实验装置。主要解决现有实验装置不能进行高温、高压条件油水多相流流型观测实验的问题。其特征在于装置由外循环系统、内循环系统和信号采集系统三部分组成,其中外循环系统包括油气水三个管道,通过混相器混合后输送到内循环管道中;所述内循环系统具有温度控制器以及压力控制器,以形成不同压力、不同温度的待测流体;信号采集系统包括流量、压力和温度传感器以及PLC模块和计算机,以实现控制和显示并记录油气水多相流状态参数值。该装置能够在高温高压的状态下对不同倾角的油气水多相流型进行观测,分析高温高压对倾斜管中的流型有何影响。此外,还具有原理明确、结构简单、操作方便的特点。
文档编号G09B25/02GK201859589SQ20102057990
公开日2011年6月8日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者吴国忠, 孙家东, 李栋, 齐晗兵 申请人:东北石油大学

最新回复(0)