一种模拟管输减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验方法技术

本发明专利技术涉及一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验方法，属于石油天然气管道输送的减阻技术领域。该实验方法共包含十个步骤，分别为①准备管道内壁试件；②计算微凸体高度变化范围；③确定微凸体外体形状；④计算不同高度微凸体的出现次数；⑤制造管道内壁微观模型MOD1；⑥形成实验流体域；⑦在实验流体域的前后增加整流缓冲装置；⑧观测流体域流态变化；⑨分析加入减阻剂后的流体域流态变化；⑩对比加剂前后流态变化状况，分析减阻剂在近壁区的微观减阻性能。采用该发明专利技术能够模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能，深层揭示不同减阻剂的微观减阻机理，缩短减阻剂研发周期。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟管输减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验方法
：本专利技术涉及一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验方法，属于石油天然气管道输送的减阻

技术介绍
：管道输送是石油天然气的主要运输方式。油气在管道输送过程中会产生内摩擦以及与管壁间的摩擦，造成能量散失，尤其是长输管道，由摩擦带来的能耗更为严重，使油气输送效率大幅降低。向管道内加注减阻剂，可减少管道内流体的内摩擦，以及流体与管壁之间的摩擦，进而能够减阻增输，显著提高经济效益。减阻剂减阻技术已成为在役油气长输管道中必不可少的配套技术。国内外学者对高性能减阻剂的研发工作从未停止，目前多从宏观角度评价减阻剂的减阻性能，例如压力降评价方法，水力摩阻系数评价方法等。这些方法能够测量减阻剂的宏观减阻性能，却不能分析其微观减阻机理及微观减阻性能，而微观减阻机理及性能是研发新型高效减阻剂的根本所在。针对目前减阻剂减阻的微观减阻性能分析多采用二维平面分析与理论分析，尚缺少针对减阻剂微观减阻性能的三维分析与实验分析，无法很好地为减阻剂高效研发与应用工作提供技术指导的现状，特提出一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验方法，以期基于该实验方法，能够深层揭示不同减阻剂的微观减阻机理，缩短减阻剂研发周期，提升我国的油气减阻技术。
技术实现思路
：本专利技术提供一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验方法，旨在解决目前尚缺少针对减阻剂微观减阻性能的实验方法，无法很好地为减阻剂高效研发工作提供技术指导的问题。采用该专利技术能够模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能，深层揭示不同减阻剂的微观减阻机理，缩短减阻剂研发周期。本专利技术实现其目的所采用的技术方案是：本专利技术一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验方法，共包含十个步骤，分别为①准备管道内壁试件；②计算微凸体高度变化范围；③确定微凸体外体形状；④计算不同高度微凸体的出现次数；⑤制造管道内壁微观模型MOD1；⑥形成实验流体域；⑦在实验流体域的前后增加整流缓冲装置；⑧观测流体域流态变化；⑨分析加入减阻剂后的流体域流态变化；⑩对比加剂前后流态变化状况，分析减阻剂在近壁区的微观减阻性能。其具体方法步骤为：①准备管道内壁试件：在待测油气管道上割取出管道内壁试件，用清水去除管道内壁试件上的污垢；②计算微凸体高度变化范围：测量管道内壁的粗糙度Ra，设置微凸体的高度服从正态分布N(Ra，1.5625*Ra2)，微凸体的高度变化范围为Ra±3.75Ra；所述的微凸体高度变化范围Ra±3.75Ra，能包括99.9％的管壁微凸体真实高度情况；③确定微凸体外体形状：观测管壁微凸体形貌特征，并根据微凸体形貌特征采用类似球形、椭球形、锥形、柱形、多面体形或各形状的组合构造微凸体外体形状；④计算不同高度微凸体的出现次数：将微凸体的高度变化范围[Ra-3.75Ra,Ra+3.75Ra]划分为N等分，计算N等分微凸体的平均高度H1，H2，H3，…，Hi，…，HN，所述的根据微凸体高度累积分布函数F(X)，按公式计算Hi的发生概率P(Hi)；设置不同高度微凸体出现的总次数为M，Hi高度微凸体的出现次数Oci为M×P(Hi)；其中所述的N为正整数，i为1到N之间的某个正整数，Hi代表第i等分微凸体的平均高度；F(X)代表随机变量小于或等于数值X的概率，对于累积分布函数F(X)为本领域公知概念，可根据微凸体高度服从的正态分布N求得，在此不做赘述。⑤制造管道内壁微观模型MOD1：采用步骤③中的微凸体外体形状，将步骤④中微凸体高度Hi扩大1000倍，制作单微凸体实体模型，单微凸体实体模型由底板和拟微凸体构成，底板形状制作为正六边形、正方形、正三角形或其它等边多边形，以便各微凸体之间能够依靠底板紧密相连；底板取刚性材质，配套强磁性安装座，以便底板能吸附在强磁性安装座上；根据单微凸体实体模型的出现次数Oci构建微凸体矩阵，微凸体矩阵的组合形成管道内壁微观模型MOD1；⑥形成实验流体域：强磁性安装座四周配套透明玻璃板，以形成实验流体域；⑦在实验流体域的前后增加整流缓冲装置：通入含荧光示踪剂的待测流体，并采用栅栏型网格对液体流态进行整流，使液体流入实验流体域时为层流状态；实验流体域后面接流体缓冲区域，减少后续流体对实验流体域内流状的影响；⑧观测流体域流态变化：采用高速摄像机拍摄待测流体在实验流体域内靠近管道内壁微观模型MOD1时的流态变化状况T1；⑨分析加入减阻剂后的流体域流态变化：向管道内壁试件加注减阻剂，重复步骤②到⑧，并制作管道内壁微观模型MOD2，并观测待测流体在实验流体域内靠近管道内壁微观模型MOD2时的流态变化状况T2；⑩对比加剂前后流态变化状况，分析减阻剂在近壁区的微观减阻性能：根据加剂前后流体流态变化状况T1和T2，对比分析管道近壁区液体的流动迹线、旋涡大小、紊流状态程度；流动迹线越平滑、旋涡越小、紊流状态越低，减阻剂在近壁区的微观减阻性能越佳。前述本专利技术主方案和各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本专利技术采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本专利技术后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本专利技术所要保护的技术方案，在此不做穷举。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1.本专利技术中将管壁微凸体模型放大1000倍，使液体流经微凸体的微观流态变为肉眼可观测的量级，方便观察加注不同减阻剂后近壁区的减阻性能，简单易行快捷；2本专利技术引入概率理论和组合理论，采用不同形状、不同高度和不同数量的单微凸体实体模型的组合能真实反映原始管壁3D微观形貌和加注不同减阻剂后管壁的3D微观形貌；3.本专利技术提供的实验方法，简单易行，能快速对减阻剂在近壁区的微观减阻性能进行观测和评价，缩短了减阻剂研发周期。附图说明：图1为一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验方法流程图；图2为具有不同外体形状的微凸体图；图3为单微凸体实体模型图；图4为实施例中采用的定高微凸体模型；图5为一行二十列型矩阵；图6为二行十列型矩阵；图7为四行五列型矩阵；图8为矩阵组合示意图；图9为由矩阵组合成的管道内壁微观模型图；图10为配有强磁性安装座的管道内壁微观模型图；图11为形成的流体域示意图；图12为增加整流缓冲装置的流体域示意图。图中：1、球形；2、椭球形；3、锥形；4、柱形；5、多面体形；6、单微凸体实体模型；7、拟微凸体；8、底板；9、Ⅰ型定高微凸体模型；10、Ⅱ型定高微凸体模型；11、Ⅲ型定高微凸体模型；12、Ⅳ型定高微凸体模型；13、Ⅴ型定高微凸体模型；14、一行二十列型矩阵；15、二行十列型矩阵；16、四行五列型矩阵；17、管道内壁微观模型；18、强磁性安装座；19、透明玻璃板；20、栅栏型网格；21、流体缓冲区域；具体实施方法：下面结合附图和非限制性实施例对本专利技术作进一步说明：如图1所示，本专利技术一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验方法，共包含十个步骤，分别为①准备管道内壁试件；②计算微凸体高度变化范围；③确定微凸体外体形状；④计算不同高度微凸体的出现次数；⑤制造管道内壁微观模型MOD1；⑥形成实验流体域；⑦在实验流体域的前后增加整流缓冲装置；⑧观测流体域流态变化；⑨分析加入减阻剂后的流体域流态变化；⑩对比加剂前后流态变化状况，分析减阻剂在近壁区的微观减阻性能。其具体方法步骤为：①准备管道内壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验方法，共包含十个步骤，分别为①准备管道内壁试件；②计算微凸体高度变化范围；③确定微凸体外体形状；④计算不同高度微凸体的出现次数；⑤制造管道内壁微观模型MOD1；⑥形成实验流体域；⑦在实验流体域的前后增加整流缓冲装置；⑧观测流体域流态变化；⑨分析加入减阻剂后的流体域流态变化；⑩对比加剂前后流态变化状况，分析减阻剂在近壁区的微观减阻性能。

【技术特征摘要】
1.一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验方法，共包含十个步骤，分别为①准备管道内壁试件；②计算微凸体高度变化范围；③确定微凸体外体形状；④计算不同高度微凸体的出现次数；⑤制造管道内壁微观模型MOD1；⑥形成实验流体域；⑦在实验流体域的前后增加整流缓冲装置；⑧观测流体域流态变化；⑨分析加入减阻剂后的流体域流态变化；⑩对比加剂前后流态变化状况，分析减阻剂在近壁区的微观减阻性能。2.如权利要求1所述的一种模拟减阻剂在近壁区微观减阻性能的实验方法，其特征在于：所述的步骤①为准备管道内壁试件：在待测油气管道上割取出管道内壁试件，用清水去除管道内壁试件上的污垢；所述的步骤②为计算微凸体高度变化范围：测量管道内壁的粗糙度Ra，设置微凸体的高度服从正态分布N(Ra，1.5625*Ra2)，微凸体的高度变化范围为Ra±3.75Ra；所述的步骤③为确定微凸体外体形状：观测管壁微凸体形貌特征，并根据微凸体形貌特征采用类似球形(1)、椭球形(2)、锥形(3)、柱形(4)、多面体形(5)或各形状的组合构造微凸体外体形状；所述的步骤④为计算不同高度微凸体的出现次数：将微凸体的高度变化范围[Ra-3.75Ra,Ra+3.75Ra]划分为N等分，计算N等分微凸体的平均高度H1，H2，H3，…，Hi，…，HN，所述的根据微凸体高度累积分布函数F(X)，按公式计算Hi的发生概率P(Hi)；设置不同高度微凸体出现的总次数为M，Hi高度微凸体的出现次数Oci为M×P(Hi)；所述的步骤⑤为制造管道内壁微观模型MOD1：采用步骤③中的微凸体外体形状，将步骤④中微凸体高度Hi扩大1000...

【专利技术属性】
技术研发人员：马亚超，练章华，黄志强，李琴，谢豆，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51