一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法，主要包括温度控制系统、模拟混合系统、测量分析系统和倾角控制系统，可以准确的模拟垂直管混合及不同倾斜角度下混合情况，测量出在不同混合温度条件下混合流体的粘度与密度。测定方法如下：(1)通过测定在稳定流量下达到稳定混合状态Ⅰ截面和Ⅱ截面管段的压差实现粘度的计算；(2)通过测量达到稳定混合状态关闭稠油、稀油及混合油端口快关阀门后Ⅰ截面和Ⅱ截面管段压差值实现密度的计算。装置上装有角度卡标，可以测量在不同倾斜角情况下混合油的粘度与密度。本发明专利技术可以准确的模拟稠油与稀油在自由混合情况下的粘度和密度，与现有技术相比，能够对稠油掺稀混合流体粘度和密度提供更精确和可靠的测量方法。

An On-line Measuring Device and Method for Viscosity and Density of Mixed Oil

The invention provides a device and method for on-line measurement of viscosity and density of dilute mixed oil, mainly including temperature control system, analog mixing system, measurement and analysis system and inclination control system, which can accurately simulate mixing of vertical pipe and mixing at different inclination angles, and measure mixing temperature at different mixing angles. Viscosity and density of mixed fluids under conditions. The determination methods are as follows: (1) Viscosity calculation is realized by measuring the pressure difference between section I and section II of the pipeline to reach stable mixing state at steady flow rate; (2) Density calculation is realized by measuring the pressure difference between section I and section II of the pipeline after closing the valves of heavy oil, light oil and mixing oil ports to achieve stable mixing state. The device is equipped with an angle clamp, which can measure the viscosity and density of the mixture at different inclination angles. The invention can accurately simulate the viscosities and densities of heavy oil and light oil under free mixing conditions, and can provide more accurate and reliable measurement methods for viscosities and densities of heavy oil mixed with dilute mixing fluids compared with the existing technology.

【技术实现步骤摘要】
一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法
本专利技术属于室内测量多相混合液粘度实验研究装置，尤其涉及稠油掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法。设计背景掺稀开采是稠油开采方式中的重要开采工艺，掺稀混合油流变特性研究对掺稀比确定、掺稀效果评价至关重要。目前，对稠油掺稀混合油流变特性的主要研究方法是对一定比例的、均匀混合的油样使用流变仪直接测量其粘度，根据测量结果来确定掺稀比例和评价降粘效果。但事实上，由于掺稀方式、混合空间局限性、混合方式局限性、管壁效应等原因，稠油与稀油在井下相遇并不能均匀混合，且混合油流经油管的过程也是混合的过程，因此，现场掺稀混合油流变特性与室内混合研究存在较大的差异。2010年，A.Yazdani提出了一种用毛细管测量气、油同存情况下的测量方法，其采用测量井口端和出口端处于同一水平高度的螺旋毛细管两端的压力差来进行粘度计算。但是，由于实验理论及装置仅适用于水平管段并不能模拟垂直混合的实际情况。2012年，柯文奇等人提出了一种稠油井筒举升降粘模拟装置及方法，此专利技术在一定程度上模拟了实际井筒掺稀情况，但所属理论基础是根据哈根-泊肃叶定律计算混合油粘度，但是由于哈根-泊肃叶定律的适应范围是水平管流，不能应用于掺稀混合时的垂直管流。同时，密度对混合油的物性研究也是一个重要的参数，特别是在垂直管流中，流体的重力不可忽略不计，但在掺稀模拟实验中，如果对混合油样取样检测密度，可能导致在混合流体取样过程中由于“再混合”引起的密度测量数值不能代表在井筒中混合程度下实际密度，从而影响粘度的计算精度。因此，研究一套在线密度的方法至关重要。为更加接近与现场实际掺稀情况，同时也为弥补上文所述缺陷，本专利技术根据流体动力学的基本方程纳维-斯托克斯方程(N-S方程)，在该公式基础上考虑流体流动过程中受力情况(压力、重力、剪切力)导出粘度与压力、流量的关系式，得到一个粘度与流量、压力和密度的关系式。基于此计算理论，提出了一种接近现场掺稀实际混合情况的混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法，旨在重现实际生产中稠油稀油混合不均匀情况下流体的粘度情况，为更精准的了解稠油掺稀开采中稠油稀油的流变特性研究提供严谨的实验装置及方法。本专利技术是这样实现的，一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法，包括温度控制系统、模拟混合系统、测量分析系统和倾角控制系统。其中，所述温度控制系统主要有水浴箱及回流管线及装置中水循环通道构成，其目的是为混合油样提供预定及恒定的温度环境。水浴箱通过电加热的方式将水加热到预定温度，并提供动力使水沿着回流管线往复流动。通过具有一定温度的水在流动过程中的热交换作用将稀油、稠油和混合环境温度增加和恒定在预定温度。所述模拟混合系统主要由稀油恒温罐、稠油恒温罐、稀油泵、稠油泵、稀油管线、稠油管线、油套环空及油管组成。稀油、稠油被加热到预定温度时开泵。稀油泵将稀油泵送经过稀油管线、快关阀从井口流入油套环空内，稠油泵将稠油泵送经过稠油管线、快关阀从下部流入油套环空内，稀油和稠油在油套环空内自由混合。混合油在压力作用下流入油管，经过井口快关阀进入出油管线，最后流入回收罐进行回收处理。所述测量系统主要由稀油流量计、稠油流量计、温度传感器、Ⅰ截面压力传感器组、Ⅱ截面压力传感器组、数据记录存储仪和笔记本电脑构成。稀油流量计和稠油流量计分别测量掺入稀油的流量和稠油流量，流量计将流量信息通过电缆传送数据记录存储仪存储。温度传感器在井底稀油稠油混合时接收到温度信号通过电缆线传送到地面的数据记录仪并存储，Ⅰ截面和Ⅱ截面的四个对应方位的压力传感器接收对应截面处所受的压力信号，通过电缆传送到地面的数据记录仪并存储，存储的数据输送到笔记本电脑上进行统计分析及计算。当掺稀混合过程进行时，由于初始混合的不稳定性可能回导致测量数据的不准确性，因此，测量时，应当稀油和稠油达到稳定混合状态时(压力传感器测量到所在截面压力信号变化不大即可认为达到稳定混合状态)才进行有效数据的记录。此外，同一截面的四个压力传感器的平均值代表此截面所受压力大小，此设计可以消除由于混合不均造成某一方位测试的数据并不能代表此截面所受压力而引起的误差。同时，根据计算需要，需要测量混合流体在所在条件下的实时密度，此装置可以实现。实现方式是：当稀油和稠油混合稳定时，同时关闭稠油、稀油和井口的快关阀门。此时，Ⅰ截面和Ⅱ截面段的压力差等于此管段内流体所受重力，即mg＝△p×s，由此计算式可得出混合流体密度为ρ＝△p/(gl)，其中l为压力测量点的距离(Ⅰ截面和Ⅱ截面间的管段长度段)。此测量方式可以减少在混合流体取样过程中由于“再混合”和所取油样不能代表整段油样性质而引起的误差。所述倾角控制系统主要由角度卡标、支架和底座构成。角度卡标主要通过卡位对整个装置的倾角进行控制，以便实现在不同的倾斜角度下的粘度测量。附图说明图1是一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置流程图；图2是本专利技术中Ⅰ截面压力传感器组分布规律图；图3是本专利技术中Ⅱ截面压力传感器组分布规律图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-稀油恒温箱；2-阀门；3-稀油泵；4-稀油流量计；5-快关阀；6-稀油管线；7-油套环空；8-水循环流道；9-油管；10-Ⅰ截面压力传感器组；11-Ⅱ截面压力传感器组；12-温度传感器；13-快关阀；14-出油管线；15-阀门；16-回收罐；17-稠油恒温箱；18-阀门；19-稠油泵；20-稠油流量计；21-稠油管线；22-快关阀；23-水浴箱；24-回流管线；25-回流管线；26-回流管线；27-电缆；28-数据记录存储仪；29-笔记本电脑；30-左角度卡标；31-右角度卡标；32-支架；33-底座具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，图1是本专利技术一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置流程图。一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法主要包括温度控制系统、模拟混合系统、测量分析系统和倾角控制系统，可以准确的测量出在不同混合温度条件和稠油与稀油在井底自由混合时的实时粘度。实验介质为稀油和稠油油样，调节水浴箱23确定混合温度，恒定足够时间使稠油和稀油达到预定温度后，打开阀门2、阀门18、稀油泵3和稠油泵19，将稀油和稠油输送到油套环空7，稀油与稠油在油套环空中自由混合。混合后的流体进入油管9流经快关阀13进入出油管线14流入回收罐16中进行回收处理。当稀油与稠油在井底混合达到一种稳定状态时(当压力传感器6和11的压力数值变化不大时即可认为混合达到稳定状态)，Ⅰ截面压力传感器6和Ⅱ截面压力传感器11记录的数据为有效数据，温度传感器12记录的实时混合温度信号通过电缆27与压力信号一起返回数据记录存储仪28，最后传回笔记本电脑29进行数据分析。压力数据与温度数据一一对应。混合油样粘度由公式一计算。所述公式一为：在该公式一中，R为油管半径，G为流体在Ⅰ截面和Ⅱ截面管段压降梯度；ρ为流体的实时密度；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术是这样实现的，一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法，包括温度控制系统、模拟混合系统、测量分析系统和倾角控制系统，可以测量在不同掺稀比例下稠油与稀油在油套环空自由混合后进入油管的粘度与密度。

【技术特征摘要】
1.本发明是这样实现的，一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法，包括温度控制系统、模拟混合系统、测量分析系统和倾角控制系统，可以测量在不同掺稀比例下稠油与稀油在油套环空自由混合后进入油管的粘度与密度。2.所述温度控制系统主要有水浴箱及回流管线及装置中水循环通道构成，其目的是为混合油样提供预定及恒定的温度环境，水浴箱通过电加热的方式将水加热到预定温度，并提供动力使水沿着回流管线往复流动，通过具有一定温度的水在流动过程中的热交换作用将稀油、稠油和混合环境温度增加和恒定在预定温度。3.所述模拟混合系统主要由稀油恒温罐、稠油恒温罐、稀油泵、稠油泵、稀油管线、稠油管线、油套环空及油管组成，稀油、稠油被加热到预定温度时开泵。稀油泵将稀油泵送经过稀油管线、快关阀从井口流入油套环空内，稠油泵将稠油泵送经过稠油管线、快关阀从下部流入油套环空内，稀油和稠油在油套环空内自由混合，混合油在压力作用下流入油管，经过井口快关阀进入出油管线，最后流入回收罐...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永辉，王朗，石书强，刘重伯，吴朋勃，王光彪，李一丰，艾先婷，马赞，孔浩，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51