一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置，包括立管段、弯管段、加砂罐、供气系统、供水系统和数据采集系统以及砂粒运动监测系统；立管段和弯管段成一体式“L”型管段，供气系统和供水系统均与气液混合器相连，气液混合器之后依次连接加沙罐、弯管段和立管段，数据采集系统用于分别对供气管路、气液混合管路、弯管段和立管段上的压力信号进行采集，砂粒运动监测系统用于对弯管段和立管段中的砂粒状态进行监测。本发明专利技术根据不同的输送工况测得不同粒径的砂粒的运动情况，同时得到等尺寸条件下砂粒堵塞弯管后重新启动时所需的条件，为不同输送工况下管道发生砂堵的风险评估提供依据，实现海洋油气的安全、高效生产运行。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置
本专利技术属于海洋油气开采
，尤其涉及一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置。
技术介绍
海底石油天然气在开采过程中，经过井口设备过滤之后，井流介质中仍携带有微小的砂粒和微量气体，随着输送过程流动速度以及运动方向的改变，尤其是当液体流速较小时，砂粒极易在后续管道输送过程中曲率较大的弯管段及立管段中沉积，严重时会导致堵塞，影响正常生产。另外，颗粒的沉积特性受介质的流动特性影响显著，确定介质携带砂粒的运动状况，对于管输介质安全运行具有重要意义。因此需要针对海底管道输送过程的流体携砂能力及砂沉积特性进行详细的实验研究，确定输送管道携砂量、砂堵重启所需要的条件等为不同输送工况下管道特定位置处发生砂堵的风险评估提供依据。
技术实现思路
针对海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的问题，本专利技术提供一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置，根据不同的输送工况测得不同粒径的砂粒的运动情况，同时得到等尺寸弯管段条件下砂粒堵塞后重新启动时所需的条件，为不同输送工况下管道发生砂堵的风险评估提供依据，实现海洋油气的安全、高效生产运行。为了实现上述功能，本专利技术专利采用了如下的技术方案：一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置，包括立管段、弯管段、加砂罐、供气系统、供水系统和数据采集系统以及砂粒运动监测系统；所述立管段和弯管段成一体式“L”型管段，所述供气系统和供水系统均与气液混合器相连，所述气液混合器之后依次连接加沙罐、弯管段和立管段，所述数据采集系统用于分别对供气管路、气液混合管路、弯管段和立管段上的压力信号进行采集，所述砂粒运动监测系统用于对弯管段和立管段中的砂粒状态进行监测。优选地，所述供气系统包括压缩机和供气管路，所述压缩机通过供气管路依次连接有缓冲罐和气体流量计以及第一压力变送器；所述供水系统包括储水罐和供水管路，所述储水罐通过供水管路依次连接有离心泵和液体流量计；所述供气管路和供水管路提供的气液通过气液混合器混合，所述气液混合管路上设置有第二压力变送器，之后气液混合管路与加沙罐连接，所述加沙罐依次又连接弯管段和立管段；所述加沙罐上方设置有通过第一球阀控制的第一加沙漏斗，加沙罐内部设置有搅拌器；所述立管段顶部设置有通过第二球阀控制的第二加沙漏斗，所述弯管段和立管段上依次设置有第三压力变送器，第四压力变送器，第五压力变送器，第六压力变送器和第七压力变送器，对应所述立管段上的第五压力变送器，第六压力变送器和第七压力变送器依次在立管段上设置有下取样阀门，中取样阀门和上取样阀门，在所述立管段上还设置刻度标尺；所述立管段顶部的介质流出口设置有与储水罐连通的回管路，所述回管路上设置有筛分设备；所述数据采集系统包括数据采集卡，所述数据采集卡分别与第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第五压力变送器、第六压力变送器和第七压力变送器通过线路连接；所述砂粒运动监测系统包括高速摄像机，所述高速摄像机用于在实验过程中对弯管段和立管段中的砂粒运动情况进行摄制监测。优选地，在所述供气系统的供气管路上，所述压缩机与所述缓冲罐之间管路上设置有第一阀门，所述缓冲罐和所述气体流量计之间管路上设置有第二阀门，所述第一压力变送器和所述气液混合器之间管路上设置有第三阀门；在所述供水系统的供水管路上，所述储水罐与所述离心泵之间管路上设置有第四阀门，所述离心泵和所述液体流量计之间管路上设置有第五阀门，所述液体流量计和所述气液混合器之间管路上设置有第六阀门。优选地，所述弯管段、立管段和加砂罐均采用透明有机玻璃管。一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置，其研究立管携砂实验的方法步骤为：步骤一：初始时，整个实验装置的阀都处于关闭状态，且整个实验装置中充满气体；首先，依次开启第四阀门、第五阀门和第六阀门，储水罐中的水通过离心泵泵送先后进入到加砂罐、弯管段和立管段中；其次，缓慢调节离心泵的扬程使立管段中的液位维持在立管段的刻度标尺以上且没有水进入到筛分设备中；再者，缓慢调节第一球阀使加砂罐中的气体全部放出，根据是否有气体的进入，选择依次打开第一阀门、第二阀门、第三阀门并快速打开压缩机调节气量，一段时间之后有稳定的气量经过弯管段进入到立管段中；最后，打开数据采集卡和高速摄像机，开始记录第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第五压力变送器、第六压力变送器和第七压力变送器的数据；步骤二：首先，打开第二球阀，将配置好的一定粒径一定溶度的砂粒悬浊液通过第二加砂漏斗加入到立管段中，随后关闭第二球阀，通过高速摄像机观察立管段中砂粒的运动情况，当砂粒下沉降到立管段底部时，调节离心泵缓慢改变液体流量，同时通过数据采集卡采集到的立管段上第五压力变送器、第六压力变送器、第七压力变送器的压力信息和高速摄像机对立管段中的沙粒情况的摄制监测信息以及参照立管段上的刻度标尺观测立管段中砂粒的运动情况，通过计量砂粒通过不同刻度线的时间得到砂粒的运动速度，进而判断砂粒在立管段中是否平衡；其次，分别打开立管段上的下取样阀门、中取样阀门和上取样阀门对立管段中不同位置处的砂粒进形取样，随后测得立管段中不同位置砂粒在不同时间溶度的变化，则其对应的液相流速为该尺寸颗粒在该浓度下对应的临界流速；最后，对数据数据采集卡采集的压力信号、高速摄像机摄制的视频、测得的砂粒运动规律和临界流速以及采集的溶度变化做好记录。步骤三：在步骤二结束后，重新调节离心泵加大液量，将立管段中剩余的砂粒携带出去，然后重复步骤一，打开第二球阀通过第二加砂漏斗向立管段中加入不同粒径和溶度的砂粒进行下一组实验，接着重复步骤二。优选地，上述步骤三中从立管段中携带出去的剩余砂粒通过立管段顶部的介质流出口到达回管路上的筛分设备进行筛分，砂粒被分离，水流回到储水罐中循环利用。一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置，其研究弯管砂堵实验的方法步骤为：步骤一：初始时，整个实验装置的阀都处于关闭状态，且整个实验装置中充满气体；首先，依次开启第四阀门、第五阀门和第六阀门，储水罐中的水通过离心泵送先后进入到加砂罐、弯管段和立管段中；其次，缓慢调节离心泵的扬程使立管段中的液位维持在立管段的刻度标尺以上且没有水进入到筛分设备中；再者，缓慢调节第一球阀使加砂罐中的气体全部放出；最后，打开数据采集卡和高速摄像机，开始记录第四压力变送器、第五压力变送器、第六压力变送器和第七压力变送器的数据；步骤二：首先，打开第二球阀，通过第二加砂漏斗向立管段中加入一定量的一定尺寸的砂粒悬浊液，直至立管段底部弯管段34被完全堵住；其次，调节离心泵增大频率，当弯管段上游的压力达到一定值时，弯管段的管道就会打开；再次，调节离心泵继续增大液体流量，观察不同流速下稳定后管道口径变化，并记录数据；最后，对在整个实验过程中数据采集卡采集到的第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第五压力变送器、第六压力变送器和第七压力变送器的压力信息进行分析，得到该工况下管道打开的临界压差；步骤三：改变砂粒的粒径和砂粒的量，重复步骤一，得到不同工况下，弯管砂堵重启需要的压差数据及管道口径的变化数据；步骤四：实验结束后，加大气液流量，将剩余的砂粒携带出弯管段。一种海洋油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置，其特征是，包括立管段、弯管段、加砂罐、供气系统、供水系统和数据采集系统以及砂粒运动监测系统；所述立管段和弯管段成一体式“L”型管段，所述供气系统和供水系统均与气液混合器相连，所述气液混合器之后依次连接加沙罐、弯管段和立管段，所述数据采集系统用于分别对供气管路、气液混合管路、弯管段和立管段上的压力信号进行采集，所述砂粒运动监测系统用于对弯管段和立管段中的砂粒状态进行监测。

【技术特征摘要】
1.一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置，其特征是，包括立管段、弯管段、加砂罐、供气系统、供水系统和数据采集系统以及砂粒运动监测系统；所述立管段和弯管段成一体式“L”型管段，所述供气系统和供水系统均与气液混合器相连，所述气液混合器之后依次连接加沙罐、弯管段和立管段，所述数据采集系统用于分别对供气管路、气液混合管路、弯管段和立管段上的压力信号进行采集，所述砂粒运动监测系统用于对弯管段和立管段中的砂粒状态进行监测。2.如权利要求1所述的海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置，其特征是，所述供气系统包括压缩机和供气管路，所述压缩机通过供气管路依次连接有缓冲罐和气体流量计以及第一压力变送器；所述供水系统包括储水罐和供水管路，所述储水罐通过供水管路依次连接有离心泵和液体流量计；所述供气管路和供水管路提供的气液通过气液混合器混合，所述气液混合管路上设置有第二压力变送器，之后气液混合管路与加沙罐连接，所述加沙罐依次又连接弯管段和立管段；所述加沙罐上方设置有通过第一球阀控制的第一加沙漏斗，加沙罐内部设置有搅拌器；所述立管段顶部设置有通过第二球阀控制的第二加沙漏斗，所述弯管段和立管段上依次设置有第三压力变送器，第四压力变送器，第五压力变送器，第六压力变送器和第七压力变送器，对应所述立管段上的第五压力变送器，第六压力变送器和第七压力变送器依次在立管段上设置有下取样阀门，中取样阀门和上取样阀门，在所述立管段上还设置刻度标尺；所述立管段顶部的介质流出口设置有与储水罐连通的回管路，所述回管路上设置有筛分设备；所述数据采集系统包括数据采集卡，所述数据采集卡分别与第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第五压力变送器、第六压力变送器和第七压力变送器通过线路连接；所述砂粒运动监测系统包括高速摄像机，所述高速摄像机用于在实验过程中对弯管段和立管段中的砂粒运动情况进行摄制监测。3.如权利要求2所述的海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置，其特征是，在所述供气系统的供气管路上，所述压缩机与所述缓冲罐之间管路上设置有第一阀门，所述缓冲罐和所述气体流量计之间管路上设置有第二阀门，所述第一压力变送器和所述气液混合器之间管路上设置有第三阀门；在所述供水系统的供水管路上，所述储水罐与所述离心泵之间管路上设置有第四阀门，所述离心泵和所述液体流量计之间管路上设置有第五阀门，所述液体流量计和所述气液混合器之间管路上设置有第六阀门。4.如权利要求1-3任一项所述的海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置，其特征是，所述弯管段、立管段和加砂罐均采用透明有机玻璃管。5.一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置的试验方法，其特征是，研究立管携砂实验的方法步骤为：步骤一：初始时，整个实验装置的阀都处于关闭状态，且整个实验装置中充满气体；首先，依次开启第四阀门、第五阀门和第六阀门，储水罐中的水通过离心泵泵送先后进入到加砂罐、弯管段和立管段中；其次，缓慢调节离心泵的扬程使立管段中的液位维持在立管段的刻度标尺以上且没有水进入到筛分设备中；再者，缓慢调节第一球阀使加砂罐中的气体全部放出，根据是否有气体的进入，选择依次打开第一阀门、第二阀门、第三阀门并快速打开压缩机调节气量，一段时间之后有稳定的气量经过弯管段进入到立管段中；最后，打开数据采集卡和高速摄像机，开始记录第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第五压力变送器、第六压力变送器和第七压力变送器的数据；步骤二：首先，打开第二球阀，将配置好的一定粒径一定溶度的砂粒悬浊液通过第二加砂漏斗加入到立管段中，随后关闭第二球阀，通过高速摄像机观察立管段中砂粒的运动情况，当砂粒下沉降到立管段底部时，调节离心泵缓慢改变液体流量，同时通过数据采集卡采集到的立管段上第五压力变送器、第六压力变送器、第七压力变送器的压力信...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡其会，王权，王冬旭，李玉星，王武昌，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37