專利名稱：一種檢測水合物漿液在管道中流動(dòng)規(guī)律的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及檢測水合物漿液在管道中流動(dòng)規(guī)律的裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國海洋石油的開發(fā)正在逐漸步入深海領(lǐng)域，采出的原油進(jìn)行海底輸送將會(huì)面臨更高的壓力與更低的溫度，因此在很大程度上會(huì)促進(jìn)水合物顆粒的生成，聚結(jié)堵塞管道的情況經(jīng)常發(fā)生，因此，深海油氣的安全輸送已經(jīng)引起學(xué)者的廣泛關(guān)注，并已開展了相關(guān)的研究。由此建設(shè)了許多著名的水合物漿液管流實(shí)驗(yàn)裝置，雖然這些環(huán)路各具特點(diǎn)與規(guī)模， 但是也存在一些設(shè)計(jì)上的缺憾，例如法國的IFP-Iyre環(huán)路雖然其在設(shè)備與規(guī)模上具有一定的優(yōu)勢，但是其測試管路較為單一，溫控系統(tǒng)較不精確以及在線激光粒度儀的安裝較不合理；法國圣埃蒂安礦業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)建造的阿基米德環(huán)路雖然設(shè)計(jì)新穎，消除了泵對水合物漿液的剪切作用，但是其依靠重力作用對流體提供的能量無法使管內(nèi)流體進(jìn)入紊流區(qū)域等。鑒于上述原因，現(xiàn)有的水合物漿液實(shí)驗(yàn)裝置限制了對水合物漿液流動(dòng)的深入研究，因此，需要更加準(zhǔn)確模擬實(shí)際運(yùn)輸條件的裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的一個(gè)目的是提供一種用于檢測水合物漿液在管道內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的裝置。本實(shí)用新型提供的用于檢測水合物漿液在管道內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的裝置，它包括檢測環(huán)路、液體加入線路和氣體補(bǔ)壓線路；所述檢測環(huán)路由氣液分離器的排液口、用于輸送水合物漿液的泵、氣液混合器、測試管道、氣液分離器的回液口依次通過輔助管線連接而成；所述氣液分離器上設(shè)置如下四種口 進(jìn)液口、進(jìn)氣口、排液口和回液口 ；所述液體加入線路的末端與所述氣液分離器的進(jìn)液口連接；所述氣體補(bǔ)壓線路的末端與氣液分離器的進(jìn)氣口連接；所述測試管道上設(shè)置有用于檢測目標(biāo)數(shù)據(jù)的儀器；所述用于檢測目標(biāo)數(shù)據(jù)的儀器為如下中的至少一種若干個(gè)溫度檢測儀器、若干個(gè)壓力檢測儀器和若干個(gè)差壓檢測儀器。上述裝置中，所述裝置中包括氣體加入線路；所述氣體加入線路為將氣液分離器內(nèi)的氣體加入到氣液混合器中的線路；其始端與所述氣液分離器連接，末端與所述氣液混合器連接。上述任一裝置中，所述裝置中包括排氣線路和排污線路；所述排污線路的始端與所述氣液分離器的排液口連接；所述排氣線路包括排氣線路I和排氣線路II ；所述排氣線路I為排放氣液分離器中氣體的線路，其始端與所述氣液分離器連接，末端游離；[0015]所述排氣線路II為排放排污線路產(chǎn)生氣體的線路，其始端與所述排污線路連接， 末端游離。上述任一裝置中，所述裝置中包括氣體回收線路；所述氣體回收線路包括氣體回收線路I和氣體回收線路II ；所述氣體回收線路I為將所述氣液分離器中的氣體收集到緩沖罐中的線路；其始端與所述氣液分離器連接，末端與緩沖罐連接；所述氣體回收線路II為將所述緩沖罐中的氣體收集到儲氣瓶中的線路；其始端為所述緩沖罐，末端為儲氣瓶。上述任一裝置中，所述氣體回收線路I的始端與所述氣體回收線路II的末端并聯(lián)后再依次與天然氣回注管線和所述緩沖罐串聯(lián)；所述緩沖罐設(shè)置在所述氣體加入線路上，所述天然氣回注管線與所述氣體加入線路中的一段線路并聯(lián)。上述任一裝置中，所述氣體回收線路II中包括儲水罐、注水泵、注水管線；儲水罐、注水泵和所述緩沖罐通過注水管線依次連接。上述任一裝置中，所述測試管道為可拆卸和更換的若干個(gè)測試管道，各個(gè)測試管道間管徑各異；每個(gè)所述測試管道由緩沖管道I、測量管道I、緩沖管道II和測量管道II依次通過所述輔助管線連接而成。上述任一裝置中，所述裝置中包括設(shè)在所述測試管道上的溫控系統(tǒng)。上述任一裝置中，所述溫控系統(tǒng)由水浴夾套、溫度傳感器和溫控儀構(gòu)成；水浴夾套設(shè)置在所述緩沖管道和所述測量管道的外部；將所述測量管道I和所述緩沖管道II計(jì)為第一組，將所述緩沖管道I和所述測量管道II計(jì)為第二組；第一組中，在測量管道I的起始端位置，分別在測量管道I的內(nèi)管和其外部的水浴夾套上設(shè)置溫度傳感器，該兩個(gè)溫度傳感器分別與同一臺溫控儀連接；第二組中，在測量管道II起始端位置，在測量管道II的內(nèi)管及水浴夾套上分別設(shè)置溫度傳感器，該兩個(gè)溫度傳感器分別與同一臺溫控儀連接；所述起始端均沿著水合物漿液流動(dòng)方向計(jì)。上述任一裝置中，所述裝置中包括與所述氣液混合器連接的在線加藥線路；所述檢測環(huán)路上，在所述氣液分離器與氣液混合器之間的輔助管線上且沿著水合物漿液流動(dòng)方向依次設(shè)置液相質(zhì)量流量計(jì)、伽瑪相分率儀和激光粒度分析儀，并且所述激光粒度分析儀設(shè)置在垂直于水平面的輔助管線上；在所述氣體補(bǔ)壓線路中，在靠近氣液分離器端并沿著加入氣體流動(dòng)方向依次設(shè)置過濾器、減壓閥、壓力傳感器、氣相質(zhì)量流量計(jì)和溫度檢測儀器；在所述排氣線路I上，沿著氣體流出的方向依次設(shè)置過濾器、背壓閥和溫度檢測儀器；所述檢測環(huán)路上，所述溫度檢測儀器分別設(shè)置在緩沖管道I的起始端、測量管道I 的兩端和測量管道II的兩端；所述壓力檢測儀器分別設(shè)置在緩沖管道I的起始端、測量管道I的起始端、測量管道II的起始端；所述差壓檢測儀器分別設(shè)置在測量管道I的兩端之間、測量管道I的起始端與緩沖管道II的末端之間、測量管道II的兩端之間、緩沖管道I 的起始端與緩沖管道II的末端之間；所述起始端和末端均是沿著水合物漿液流動(dòng)方向計(jì)。本實(shí)用新型裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)1)檢測環(huán)路中的測試管道是可拆卸的，且可以更換為不同管徑的測試管道，因而可以方便地模擬不同管徑環(huán)路下水合物漿液的流動(dòng)情況，從而更準(zhǔn)確的模擬實(shí)際油氣運(yùn)輸條件，得到更切合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2)裝置中在測試管道上設(shè)置了多個(gè)分布較為全面的溫度檢測儀器、壓力檢測儀器和差壓檢測儀器，可以準(zhǔn)確的記錄流動(dòng)的各個(gè)參數(shù)，使數(shù)據(jù)采集更全面更準(zhǔn)確，從而為后續(xù)的科研工作提供充足的數(shù)據(jù)支持。3)溫度控制方面將測試管道上的4段水浴夾套分成2部分進(jìn)行分別溫控，每一部分采用一臺溫控儀進(jìn)行控溫操作。在每一部分的入口處的內(nèi)管和水浴夾套上都裝有溫度傳感器，可以分別將溫度傳感器的信號傳入到溫控儀中，這樣就可以利用溫控儀分別設(shè)定內(nèi)管溫度或夾套中循環(huán)介質(zhì)溫度，以此來模擬實(shí)際管路的內(nèi)管溫度與環(huán)境溫度，并且可以設(shè)定符合實(shí)際的控溫軌跡來模擬環(huán)境溫度的變化，以達(dá)到更為符合實(shí)際的效果。本套實(shí)驗(yàn)裝置采用水浴夾套的方式進(jìn)行控溫，并且采用的溫控儀功能強(qiáng)大，技術(shù)先進(jìn)，并且占用體積小、省水、能耗低，控溫精度達(dá)到了 0. 05°C，油溫穩(wěn)定性、均勻性良好。4)本實(shí)用新型裝置采用了國際上最為先進(jìn)的激光粒度儀，可以監(jiān)測環(huán)路內(nèi)水合物粒徑，有利于研究人員深入油水乳狀液分散相液滴分布特征、含蠟原油低溫下蠟晶析出的過程及特征、以及水合物結(jié)晶過程中的微觀變化，可以實(shí)時(shí)、在線、定量的測定液滴/顆粒的粒徑和形狀，瞬間監(jiān)測形狀遷徙、聚集、破碎等現(xiàn)象，為油水乳狀液微觀研究提供支持；能夠準(zhǔn)確分析結(jié)晶機(jī)理，例如聚結(jié)、生長和成核，監(jiān)測結(jié)晶析出速度、析出溫度等，為含蠟原油低溫流動(dòng)性研究提供理論指導(dǎo)和技術(shù)基礎(chǔ)。5)本實(shí)用新型裝置中采用高壓磁力泵。采用變頻調(diào)速器對高壓磁力泵電機(jī)組進(jìn)行變頻無級調(diào)速，也可通過多個(gè)并聯(lián)的調(diào)節(jié)閥對流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使流量調(diào)節(jié)方便。高壓磁力泵一直應(yīng)用于石油化工、制藥及核工業(yè)中不允許物料泄露、安全要求高的環(huán)境，成為輸送危險(xiǎn)及貴重液體的最佳選擇。因此選擇高壓磁力泵提供該實(shí)驗(yàn)環(huán)道的動(dòng)力是較為適合的。6)壓力控制方面實(shí)驗(yàn)氣體經(jīng)由氣體補(bǔ)壓線路補(bǔ)充到實(shí)驗(yàn)裝置中，在氣體補(bǔ)壓線路的出口處安裝有減壓閥與氣體質(zhì)量流量計(jì)，而在氣液分離器上部安裝有背壓閥，由此不僅可以通過氣體質(zhì)量流量計(jì)來計(jì)量補(bǔ)充到環(huán)路中的氣相質(zhì)量，還可以通過減壓閥與背壓閥的共同作用來恒定實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的壓力，并有效控制補(bǔ)充到環(huán)路系統(tǒng)內(nèi)的氣體質(zhì)量，進(jìn)而控制系統(tǒng)內(nèi)的壓力值，以實(shí)現(xiàn)在不同的壓力下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。單個(gè)高壓天然氣瓶可承壓25MPa，因此可以依次開啟高壓氣瓶頂部閥門向環(huán)路中進(jìn)行補(bǔ)氣，逐步提升裝置中壓力，實(shí)現(xiàn)在高壓條件下對水合物漿液進(jìn)行管流規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)而為在深海油田開發(fā)過程中高壓條件下對水合物漿液的輸送提供理論依據(jù)以及數(shù)據(jù)支持。7)裝置中的氣體加入線路(即帶有循環(huán)壓縮機(jī)的線路)，可以將分離器上部的氣體重新注入到測試環(huán)路中(即氣液混合器中)進(jìn)行水合物漿液與天然氣的分流型流動(dòng)的研究，并可大大降低實(shí)驗(yàn)氣體的使用量。8)為了保證循環(huán)壓縮機(jī)可以在向環(huán)路提供穩(wěn)定壓力的條件下來調(diào)節(jié)供氣量，因此采用PLC控制的循環(huán)壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)中在出口處安裝壓力傳感器并將壓力信號傳入到壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)。通過設(shè)定壓縮機(jī)的出口壓力值就可以保證供氣壓力的恒定(即自動(dòng)通過變頻的方式來穩(wěn)定出口壓力)，大大降低了人為操作的工作量與誤差。9)向混合器中供氣穩(wěn)定緩沖罐在實(shí)驗(yàn)檢測中使用(即在氣體加入線路中使用)， 與儲氣瓶是斷開，壓縮機(jī)排氣經(jīng)過緩沖罐后采用調(diào)節(jié)回流的方式來達(dá)到調(diào)節(jié)供氣流量的目的，這樣可以降低壓縮機(jī)供氣的不穩(wěn)定性。10)從氣液混合器的不同口分別輸入液體和氣體，經(jīng)氣液混合器混合形成不同的流型，能對多相體系水合物漿液流動(dòng)特性進(jìn)行研究，從而探索深水油氣混輸?shù)牧鲃?dòng)保障問題。11)裝置中在氣液混合器上連接有在線加藥線路，可以調(diào)節(jié)加藥劑量和加藥速度， 有利于研究人員掌握藥劑量變化以及加藥速度對水合物漿液管流規(guī)律的影響，可以實(shí)現(xiàn)對目前海洋石油生產(chǎn)所使用的一些水合物熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)抑制劑進(jìn)行功效評價(jià)。12)裝置中的氣體回收線路，可以將實(shí)驗(yàn)氣體進(jìn)行回收，大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本以及減少有害氣體排放。緩沖罐在氣體回收過程中使用(即在氣體回收線路中使用)時(shí)，與儲氣瓶聯(lián)通的，環(huán)路或線路中的氣體先進(jìn)入緩沖罐，再通過向緩沖罐底部注水的方法將緩沖罐中的氣體頂回到補(bǔ)氣瓶中，實(shí)現(xiàn)氣體回收。13)上述裝置中的排氣線路和排污線路，可以將裝置中的廢液和廢氣及時(shí)排出，使裝置可以重復(fù)循環(huán)利用并在緊急情況下及時(shí)泄壓。14)運(yùn)用數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行壓力、溫度、流量等多參量的采集與記錄，避免人工操作誤差，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化。采用高速采集板，能夠采集在短時(shí)間內(nèi)變化比較快的物理量。綜上所述，本實(shí)用新型裝置充分考慮了不同因素的影響以及盡可能與現(xiàn)場環(huán)境一致，且該實(shí)驗(yàn)裝置具有結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)精巧、實(shí)驗(yàn)設(shè)備先進(jìn)、適用范圍廣、測量準(zhǔn)確等特點(diǎn)。 本裝置在本行業(yè)中處于領(lǐng)先地位。

圖1為水合物漿液的檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。實(shí)施例1、用于檢測多相水合物漿液在管道內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的裝置結(jié)構(gòu)如下中所述的始端或末端均按照各個(gè)線路或環(huán)路上氣體、液體或水合物漿液的流動(dòng)方向計(jì)。該裝置包括檢測環(huán)路、液體加入線路、氣體補(bǔ)壓線路、氣體加入線路、排氣線路、排污線路、氣體回收線路、在線加藥線路；所述檢測環(huán)路由氣液分離器1的排液口、用于輸送水合物漿液的泵2、氣液混合器 3的進(jìn)液口、測試管道4、氣液分離器的回液口依次通過輔助管線連接而成；所述氣液分離器上設(shè)置如下四種口 進(jìn)液口、進(jìn)氣口、排液口和回液口 ；[0059]液體加入線路由漏斗5和液體存儲器6 (具體可為塑料桶)通過注液管線連接而成；其始端為漏斗、末端與氣液分離器的進(jìn)液口連接；氣體補(bǔ)壓線路由儲氣瓶7和氣體輸送管線連接而成；其始端為儲氣瓶，末端與氣液分離器的進(jìn)氣口(也可稱作排氣口)連接；氣體加入線路由循環(huán)壓縮機(jī)8和緩沖罐9通過氣體輸送管線連接而成；其始端與氣液分離器的進(jìn)氣口連接，末端與氣液混合器的進(jìn)氣口連接；排污線路由排污管線和具有氣液分離功能的排污灌10連接而成；其始端與氣液分離器的排液口連接，末端為排污灌；所述排氣線路包括排氣線路I和排氣線路II和排氣線路III ；排氣線路I為從氣液分離器進(jìn)氣口伸出的氣體輸送管線；其始端與氣液分離器的進(jìn)氣口連接，末端游離于空氣中；排氣線路II為從排污線路中排污灌伸出的氣體輸送管線；其始端與排污灌連接， 末端游離于空氣中；排氣線路III為從氣體加入線路中的循環(huán)壓縮機(jī)的出氣口端伸出的氣體輸送管線，其始端與循環(huán)壓縮機(jī)的出氣口連接，末端游離于空氣中；所述排氣線路I的末端、所述排氣線路II的末端和所述排氣線路III的末端并聯(lián)后，再與含氧分析儀23和放空管M串聯(lián)連接。所述氣體回收線路包括氣體回收線路I和氣體回收線路II ；氣體回收線路I為天然氣回注管線11和緩沖罐通過氣體輸送管線連接而成的線路，其始端與氣液分離器連接，末端與緩沖罐連接。氣體回收線路II包括兩部分，一部分由儲水罐12、注水泵13和緩沖罐9通過注水管線依次連接而成，另一部分由緩沖罐9、天然氣回注管線11和儲氣瓶7通過氣體輸送管線連接而成；其始端為儲水罐，末端為儲氣瓶；所述氣體回收線路I的始端與所述氣體回收線路II的末端并聯(lián)后再依次與天然氣回注管線和緩沖罐串聯(lián)。所述氣體加入線路中的循環(huán)壓縮機(jī)與所述天然氣回注管線11并聯(lián)。在線加藥線路由加藥箱14和電動(dòng)計(jì)量泵15通過注藥管線連接而成，其始端為加藥箱，末端與氣液混合器連接；為了將緩沖罐內(nèi)的水抽走，還設(shè)置將緩沖罐內(nèi)的水排出的排水線路，所述排水線路是由輸水管線和排水罐16連接而成，其始端與緩沖罐連接，末端與排水罐連接。所述氣體補(bǔ)壓線路的氣液分離器連接端、所述氣體加入線路的氣液分離器連接端與所述排氣線路I的氣液分離器連接端，三者并聯(lián)后與所述氣液分離器的進(jìn)氣口連接。所述檢測環(huán)路的氣液分離器排液口連接端與所述排污線路的氣液分離器排液口連接端并聯(lián)后，再與所述氣液分離器的排液口連接。所述氣體補(bǔ)壓線路的始端與所述氣體回收線路II的末端并聯(lián)后再與儲氣瓶串聯(lián)。為了方便控制各個(gè)線路的開關(guān)，在各個(gè)所述線路和環(huán)路均設(shè)置控制線路開關(guān)的閘閥或控制環(huán)路開關(guān)的閘閥(圖中未視出)。為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)時(shí)所需的真空環(huán)境，可在裝置中設(shè)置真空泵，具體可在與上述排水線路中輸水管線并聯(lián)的線路上設(shè)置水環(huán)式真空泵。為了更準(zhǔn)確的模擬實(shí)際油氣運(yùn)輸條件，充分考慮管道管徑變化對水合物漿液流動(dòng)規(guī)律的影響，在檢測環(huán)路上，將測試管道設(shè)置為可拆卸和更換的若干個(gè)測試管道，各個(gè)測試管道間管徑各異(每個(gè)測試管道中的緩沖管道I、緩沖管道II、測量管道I和測量管道II的管徑相同)；具體可以在測試管道的兩端各設(shè)有同心異徑管接頭，接頭再通過法蘭與輔助管線連接，以實(shí)現(xiàn)不同管徑的測試管道的拆卸和安裝。具體可以采用不銹鋼制DN25和DN50 兩種規(guī)格鋼管，以實(shí)現(xiàn)管徑的不同。為了能夠較為靈活的設(shè)置不同的環(huán)境溫度并研究溫度對水合物漿液流動(dòng)的影響， 將整個(gè)測試管道分成了四段可進(jìn)行單獨(dú)溫控，即每個(gè)測試管道由緩沖管道I 4-1、測量管道 I 4-2、緩沖管道II 4-3和測量管道II 4-4依次通過輔助管線連接而成，測量管道I和測量管道II長度相同。設(shè)置測量管道I和測量管道II為相同長度以便于進(jìn)行參照對比。為了測量出環(huán)路中各個(gè)主要位置的溫度、壓力以及差壓的變化值，在檢測環(huán)路上， 將溫度傳感器(圖中未示出)分別設(shè)置在緩沖管道I的起始端、測量管道I的兩端和測量管道II的兩端；將壓力傳感器(圖中未示出)分別設(shè)置在緩沖管道I的起始端、測量管道I 的起始端、測量管道II的起始端；將差壓變送器(圖中未示出)分別設(shè)置在測量管道I的兩端之間、測量管道I的起始端與緩沖管道II的末端之間、測量管道II的兩端之間、緩沖管道I的起始端與測量管道II的末端之間。一個(gè)數(shù)據(jù)采集軟件可以同時(shí)采集溫度傳感器、 壓力傳感器和差壓變送器，只要在這個(gè)軟件上設(shè)置不同的窗口就能同時(shí)顯示各個(gè)儀表的測量值。為了可以實(shí)時(shí)在線的測量管道內(nèi)流體的持液率，分別在測量管道I的起始端和測量管道II的起始端設(shè)置伽瑪相分率儀(圖中未示出)。為了進(jìn)一步最大限度的來模擬現(xiàn)場實(shí)際油氣管輸時(shí)的溫度工況，并可以設(shè)定符合實(shí)際要求的溫變軌跡，在檢測環(huán)路上設(shè)置如下溫控系統(tǒng)(圖中未示出)該溫控系統(tǒng)由水浴夾套、溫度傳感器和溫控儀構(gòu)成；水浴夾套設(shè)置在所述緩沖管道和所述測量管道的外部；將所述測量管道I和所述緩沖管道II計(jì)為第一組，將所述緩沖管道I和所述測量管道II計(jì)為第二組；第一組中，在測量管道I的起始端位置，分別在測量管道I的內(nèi)管和其外部的水浴夾套上設(shè)置溫度傳感器，該兩個(gè)溫度傳感器分別與同一臺溫控儀連接；這樣就可以利用溫控儀的外部控制功能，根據(jù)所需實(shí)驗(yàn)要求選擇控溫位置(控制內(nèi)管或水浴夾套溫度)。溫控儀可進(jìn)行外部循環(huán)，其排液口與緩沖管道II的末端連接，回液口與測量管道I的起始端連接，并利用金屬絕熱管將緩沖管道II的起始端與測量管道I的末端相連，由此可以使水浴夾套內(nèi)的制冷液與內(nèi)管流體逆向流動(dòng)，增強(qiáng)換熱效果。第二組中，在測量管道II起始端位置，在測量管道II的內(nèi)管及水浴夾套上分別裝有一個(gè)溫度傳感器，該兩個(gè)溫度傳感器分別與同一臺溫控儀連接。這樣也可利用溫控儀的外部控制功能，根據(jù)所需實(shí)驗(yàn)要求選擇控溫位置(控制內(nèi)管或水浴夾套溫度)。溫控儀可進(jìn)行外部循環(huán)，其排液口與緩沖管道I的末端連接，回液口與測量管道II的起始端連接，并利用金屬絕熱管將緩沖管道I的起始端與測量管道II的末端相連，由此可以使水浴夾套內(nèi)的制冷液與內(nèi)管流體逆向流動(dòng)，增強(qiáng)換熱效果。[0089]為了提高整體實(shí)驗(yàn)過程的準(zhǔn)確性，分別對氣液相進(jìn)行調(diào)解與測量，以得到所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在檢測環(huán)路上，在所述氣液分離器與氣液混合器之間的輔助管線上且沿著水合物漿液流動(dòng)方向依次設(shè)置液相質(zhì)量流量計(jì)(圖中未示出)、伽瑪相分率儀(圖中未示出)和激光粒度分析儀18，并且激光粒度分析儀設(shè)置在垂直于水平面方向的輔助管線上。該液體流量計(jì)、伽瑪相分率儀和激光粒度分析儀的設(shè)置可以較為準(zhǔn)確的測量出水合物顆粒粒徑在管路中的分布情況，也可以監(jiān)測出管路中的氣泡含量來判斷分離器的分離效果是否符合要求，從而保證整體實(shí)驗(yàn)過程的準(zhǔn)確性。為了模擬出不同流型，從而進(jìn)行水合物漿液多相流動(dòng)的研究，在檢測環(huán)路上，在液相質(zhì)量流量計(jì)至激光粒度分析儀之間設(shè)置用于調(diào)節(jié)液體流量的截止閥和針閥(圖中未示出)；通過調(diào)節(jié)此處的截止閥與針閥來控制進(jìn)液量，進(jìn)而可以得到不同的氣液流量。為了更為準(zhǔn)確的控制與維持整個(gè)系統(tǒng)的壓力值，在氣體補(bǔ)壓線路中，并且在靠近氣液分離器端并沿著加入氣體流動(dòng)方向依次設(shè)置過濾器、減壓閥19、壓力傳感器、氣相質(zhì)量流量計(jì)20和溫度傳感器；所述氣體流量計(jì)為并聯(lián)的量程不同的氣體流量計(jì)組。過濾器是防止有雜質(zhì)進(jìn)入到減壓閥內(nèi)，壓力與溫度傳感器是為了可以采集當(dāng)時(shí)的溫度與壓力，這樣就可以根據(jù)進(jìn)入的質(zhì)量算出當(dāng)時(shí)的進(jìn)氣體積。在氣體加入線路中，為了保證供氣壓力的恒定，在循環(huán)壓縮機(jī)的氣體出口處設(shè)置壓力傳感器21 ；為了便于計(jì)算氣體流量，沿著氣體流動(dòng)方向，在緩沖罐和氣液混合器之間依次設(shè)置截止閥、針閥和氣相質(zhì)量流量計(jì)，截止閥和針閥相互配合控制氣體的流量。為了更為準(zhǔn)確的控制與維持整個(gè)系統(tǒng)的壓力值，在排氣線路I中，沿著氣體流出的方向依次設(shè)置過濾器、背壓閥22和溫度傳感器；為了可以知道分離器內(nèi)的液相高以及氣液相溫度便于后期的計(jì)算，在氣液分離器的液位計(jì)開口上連接液位計(jì)，在氣液分離器的溫度傳感器開口上連接溫度傳感器。為了將循環(huán)壓縮機(jī)中產(chǎn)生的廢氣及時(shí)排出，設(shè)置了如上氣體排出線路III。在加藥線路中，利用高精度的電動(dòng)計(jì)量泵，可以精確的向混合器上注入預(yù)定劑量的藥劑，并可以調(diào)節(jié)不同的加藥速度以更為準(zhǔn)確的來模擬海底井口的加藥過程。為了減少實(shí)驗(yàn)介質(zhì)在輸送過程中與外界進(jìn)行換熱，在輔助管線的周圍覆蓋有保溫層(圖中未視出)。輔助管線采用不銹鋼制DN25管道。輔助管線負(fù)責(zé)將液相和氣相分別從氣液分離器中引入到混合器中進(jìn)行混合，然后輸送到測試管道中。在排氣線路I上設(shè)置有一處抽真空點(diǎn)，可利用真空管將此處接頭與真空泵連接進(jìn)行抽真空作業(yè)。其中，氣液分離器的內(nèi)徑為0.細(xì)，內(nèi)腔高度為1.8m，容積為0.226m3。其上共開有6個(gè)口 進(jìn)氣口(也可稱排氣口)、進(jìn)液口、排液口、回液口、液位計(jì)開口和溫度傳感器開口。其中，排氣口位于罐頂，主要起以下4個(gè)方面的作用①當(dāng)氣液分離器內(nèi)壓力超過設(shè)計(jì)壓力時(shí)，安全閥自動(dòng)打開(安全閥設(shè)置在分離器頂部)，部分氣體通過排氣口排出，使氣液分離器內(nèi)壓力降低；②當(dāng)水合物生成時(shí)，氣體被消耗，氣液分離器內(nèi)壓力降低，氣體補(bǔ)壓線路通過氣體輸送管線和氣液分離器排氣口向氣液分離器內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)氣，以維持其內(nèi)壓力的恒定；③實(shí)驗(yàn)開始前，用氮?dú)庵脫Q出的空氣及天然氣置換出的氮?dú)饩ㄟ^排氣口排出，完成吹掃工作；④實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，利用排氣口將無法回收的實(shí)驗(yàn)氣體排放到大氣中。[0101]用于輸送水合物漿液的泵具體可為高壓磁力泵，并裝入變頻調(diào)速器。該高壓磁力泵提供的壓力為12MPa，揚(yáng)程30米，流量為3 12m3/h，溫度范圍為-15°C 80°C。采用變頻器實(shí)現(xiàn)對高壓磁力泵進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)和對電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行無級調(diào)速。儲氣瓶為高壓天然氣瓶；循環(huán)壓縮機(jī)完全可以滿足一寸管路在15MI^壓力下，提供管內(nèi)氣相折算速度為 6m/s。并且控制部分利用PLC系統(tǒng)、防爆壓力變送器和控制柜中的電氣元件對壓縮機(jī)進(jìn)行多種保護(hù)功能的控制系統(tǒng)，能對油壓過低、進(jìn)氣壓力過低，排氣壓力高，電機(jī)過載等進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)與控制。壓縮機(jī)采用PLC系統(tǒng)控制，使用戶的氣路系統(tǒng)流速在1 6m/s的范圍內(nèi)設(shè)定值穩(wěn)定(通過變頻控制)。數(shù)據(jù)采集軟件是安裝在計(jì)算機(jī)中的軟件，可以編輯界面，顯示讀數(shù)，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。高速采集板是硬件，它與各個(gè)測量儀表上的信號線相連接，并將信號傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，也就是其一端連接儀表一端連接計(jì)算機(jī)主機(jī)。實(shí)施例2、裝置的使用方法一、進(jìn)行單相水合物漿液流動(dòng)規(guī)律檢測1、檢查裝置是否處于正常運(yùn)作狀態(tài)，包括高壓磁力泵是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常、氣體流量計(jì)讀數(shù)是否穩(wěn)定、液體流量計(jì)讀數(shù)是否穩(wěn)定、壓力傳感器和溫度傳感器采集是否正常、各種閥門是否按要求開關(guān)、水浴槽內(nèi)的水位是否正常及運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常、伽瑪相分率儀以及激光粒度儀是否處于工作狀態(tài)。2、抽真空作業(yè)將整個(gè)環(huán)路關(guān)閉，利用真空泵對設(shè)置在環(huán)路上的抽真空點(diǎn)進(jìn)行抽真空作業(yè)，一直抽到環(huán)路內(nèi)壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求值為止。3、添加液相實(shí)驗(yàn)介質(zhì)將實(shí)驗(yàn)所需的油和水按照預(yù)定體積準(zhǔn)備好，分別加入到液體加入線路中的漏斗中，再通過注液管線加入到氣液分離器中，打開高壓磁力泵將加入到氣液分離器中的液相介質(zhì)在測試管道中進(jìn)行循環(huán)攪拌，通過高壓視窗與激光粒度儀對乳狀液的分散情況進(jìn)行觀察與分析，直到達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。4、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)溫控選定實(shí)驗(yàn)條件，利用夾套式的水浴溫控系統(tǒng)對整個(gè)環(huán)路進(jìn)行控溫，使實(shí)驗(yàn)介質(zhì)的溫度恒定到實(shí)驗(yàn)值。5、添加氣相實(shí)驗(yàn)介質(zhì)打開氣體加入線路中的補(bǔ)氣瓶閥門，緩慢向氣液分離器中補(bǔ)氣，將系統(tǒng)壓力升至約低于水合物平衡壓力(對應(yīng)于實(shí)驗(yàn)溫度)0. 05MPa時(shí)停止補(bǔ)氣，啟動(dòng)高壓離心泵使氣液接觸達(dá)到飽和狀態(tài)。6、飽和氣液相實(shí)驗(yàn)介質(zhì)待壓力達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，關(guān)閉高壓磁力泵，通過設(shè)定減壓閥與背壓閥壓力的方法使整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)值。7、進(jìn)行漿液流動(dòng)實(shí)驗(yàn)重新開啟高壓磁力泵，同時(shí)開始計(jì)時(shí)，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中不斷進(jìn)氣，維持壓力恒定，并同時(shí)采集各個(gè)流量計(jì)、壓力傳感器，差壓變送器與溫度傳感器的實(shí)驗(yàn)值，使
1用激光粒度儀測量水合物晶體粒子的尺寸分布，記下初始與結(jié)束時(shí)氣體流量計(jì)的值來測定氣體消耗量數(shù)據(jù)。二、進(jìn)行多相水合物漿液流動(dòng)規(guī)律檢測除如下步驟與一中不同外，其余均與一中所述相同。1、檢查裝置是否處于正常運(yùn)作狀態(tài)與一中所述基本相同，不同的是還要檢測循環(huán)壓縮機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常、氣體加入線路中的閥門開關(guān)是否符合要求、氣體回收線路中的閥門開關(guān)是否符合要求。7、進(jìn)行漿液流動(dòng)實(shí)驗(yàn)開啟高壓磁力泵與循環(huán)壓縮機(jī)，同時(shí)開始計(jì)時(shí)，進(jìn)行水合物漿液與實(shí)驗(yàn)氣體的多相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)定循環(huán)壓縮機(jī)出口壓力為實(shí)驗(yàn)值，并不斷補(bǔ)氣維持系統(tǒng)壓力恒定。通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣與進(jìn)液量來控制流型，并同時(shí)采集各個(gè)流量計(jì)、壓力傳感器，差壓變送器與溫度傳感器的實(shí)驗(yàn)值，使用激光粒度儀測量水合物晶體粒子的尺寸分布，記下初始與結(jié)束時(shí)氣體流量計(jì)的值來測定氣體消耗量數(shù)據(jù)。8、實(shí)驗(yàn)氣體回收完成一組實(shí)驗(yàn)后，分別將進(jìn)入到氣液混合器與氣液分離器上部以及循環(huán)壓縮機(jī)的進(jìn)出口的閘閥關(guān)閉，同時(shí)打開天然氣回注管線，利用往復(fù)泵向緩沖罐中注水，以將緩沖罐中的氣體壓入到天然氣回注管線中，從而流入儲氣瓶中；然后關(guān)閉補(bǔ)氣瓶以及天然氣回注管線，重新打開氣液混合器、氣液分離器以及循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)出口的閘閥，讓環(huán)路中的氣體重新補(bǔ)充到緩沖罐中而后再次向儲氣瓶回注。重復(fù)多次，直到環(huán)路中的氣體無法進(jìn)一步回收為止，打開排氣系統(tǒng)，將剩余氣體送入火炬燃燒排入大氣。
權(quán)利要求1.一種用于檢測水合物漿液在管道內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的裝置，其特征在于它包括檢測環(huán)路、液體加入線路和氣體補(bǔ)壓線路；所述檢測環(huán)路由氣液分離器的排液口、用于輸送水合物漿液的泵、氣液混合器、測試管道、氣液分離器的回液口依次通過輔助管線連接而成；所述氣液分離器上設(shè)置如下四種口 進(jìn)液口、進(jìn)氣口、排液口和回液口 ；所述液體加入線路的末端與所述氣液分離器的進(jìn)液口連接；所述氣體補(bǔ)壓線路的末端與氣液分離器的進(jìn)氣口連接；所述測試管道上設(shè)置有用于檢測目標(biāo)數(shù)據(jù)的儀器；所述用于檢測目標(biāo)數(shù)據(jù)的儀器為如下中的至少一種若干個(gè)溫度檢測儀器、若干個(gè)壓力檢測儀器和若干個(gè)差壓檢測儀器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述裝置中包括氣體加入線路；所述氣體加入線路為將氣液分離器內(nèi)的氣體加入到氣液混合器中的線路；其始端與所述氣液分離器連接，末端與所述氣液混合器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述裝置中包括排氣線路和排污線路；所述排污線路的始端與所述氣液分離器的排液口連接；所述排氣線路包括排氣線路I和排氣線路II ；所述排氣線路I為排放氣液分離器中氣體的線路，其始端與所述氣液分離器連接，末端游離；所述排氣線路II為排放排污線路產(chǎn)生氣體的線路，其始端與所述排污線路連接，末端游離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述裝置中包括氣體回收線路；所述氣體回收線路包括氣體回收線路I和氣體回收線路II ；所述氣體回收線路I為將所述氣液分離器中的氣體收集到緩沖罐中的線路；其始端與所述氣液分離器連接，末端與緩沖罐連接；所述氣體回收線路II為將所述緩沖罐中的氣體收集到儲氣瓶中的線路；其始端為所述緩沖罐，末端為儲氣瓶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述氣體回收線路I的始端與所述氣體回收線路II的末端并聯(lián)后再依次與天然氣回注管線和所述緩沖罐串聯(lián)；所述緩沖罐設(shè)置在所述氣體加入線路上，所述天然氣回注管線與所述氣體加入線路中的一段線路并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述氣體回收線路II中包括儲水罐、 注水泵、注水管線；儲水罐、注水泵和所述緩沖罐通過注水管線依次連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述測試管道為可拆卸和更換的若干個(gè)測試管道，各個(gè)測試管道間管徑各異；每個(gè)所述測試管道由緩沖管道I、測量管道I、緩沖管道II和測量管道II依次通過所述輔助管線連接而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述裝置中包括設(shè)在所述測試管道上的溫控系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述溫控系統(tǒng)由水浴夾套、溫度傳感器和溫控儀構(gòu)成；水浴夾套設(shè)置在所述緩沖管道和所述測量管道的外部；將所述測量管道I和所述緩沖管道II計(jì)為第一組，將所述緩沖管道I和所述測量管道 II計(jì)為第二組；第一組中，在測量管道I的起始端位置，分別在測量管道I的內(nèi)管和其外部的水浴夾套上設(shè)置溫度傳感器，該兩個(gè)溫度傳感器分別與同一臺溫控儀連接；第二組中，在測量管道II起始端位置，在測量管道II的內(nèi)管及水浴夾套上分別設(shè)置溫度傳感器，該兩個(gè)溫度傳感器分別與同一臺溫控儀連接；所述起始端均沿著水合物漿液流動(dòng)方向計(jì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述裝置中包括與所述氣液混合器連接的在線加藥線路；所述檢測環(huán)路上，在所述氣液分離器與氣液混合器之間的輔助管線上且沿著水合物漿液流動(dòng)方向依次設(shè)置液相質(zhì)量流量計(jì)、伽瑪相分率儀和激光粒度分析儀，并且所述激光粒度分析儀設(shè)置在垂直于水平面的輔助管線上；在所述氣體補(bǔ)壓線路中，在靠近氣液分離器端并沿著加入氣體流動(dòng)方向依次設(shè)置過濾器、減壓閥、壓力傳感器、氣相質(zhì)量流量計(jì)和溫度檢測儀器；在所述排氣線路I上，沿著氣體流出的方向依次設(shè)置過濾器、背壓閥和溫度檢測儀器；所述檢測環(huán)路上，所述溫度檢測儀器分別設(shè)置在緩沖管道I的起始端、測量管道I的兩端和測量管道II的兩端；所述壓力檢測儀器分別設(shè)置在緩沖管道I的起始端、測量管道I 的起始端、測量管道II的起始端；所述差壓檢測儀器分別設(shè)置在測量管道I的兩端之間、測量管道I的起始端與緩沖管道II的末端之間、測量管道II的兩端之間、緩沖管道I的起始端與緩沖管道II的末端之間；所述起始端和末端均是沿著水合物漿液流動(dòng)方向計(jì)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了檢測水合物漿液在管道中流動(dòng)規(guī)律的裝置。本實(shí)用新型的用于檢測水合物漿液在管道內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的裝置，它包括檢測環(huán)路、液體加入線路和氣體補(bǔ)壓線路。本實(shí)用新型裝置充分考慮了不同因素的影響以及盡可能與現(xiàn)場環(huán)境一致，且該實(shí)驗(yàn)裝置具有結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)精巧、實(shí)驗(yàn)設(shè)備先進(jìn)、適用范圍廣、測量準(zhǔn)確等特點(diǎn)。
文檔編號G01M10/00GK202255828SQ201120300760
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者于達(dá), 余敏, 吳海浩, 周曉紅, 姚海元, 宮敬, 李文慶, 李清平, 王凱, 王瑋, 程兵 申請人:中國海洋石油總公司, 中國石油大學(xué)(北京), 中海石油研究中心