气液固三相分离特性试验自动供给系统技术方案

本发明专利技术提供了一种气液固三相分离特性试验自动供给系统，应用于石油工程领域模拟多相分离试验的供给。该试验自动供给系统依据气体模拟器、固液搅拌器、固液增压器、三相混流器和自动供给控制系统，实施油气开采多相分离特性试验的气液固三相流供给作业流程，气体模拟器依据氮气调压阀并结合高压氮气模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气，固液搅拌器依据固粒搅拌泵并结合常压固液供给控制系统供给连续稳定的常压固液流，固液增压器依据固液增压泵和固液调控阀并结合高压固液模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流，三相混流器依据三相混流管并结合高压混流模拟试验控制系统自动供给连续稳定的三相模拟流。

Automatic Supply System for Gas-liquid-solid Three-phase Separation Characteristic Test

The invention provides an automatic supply system for gas-liquid-solid three-phase separation characteristic test, which is applied to the supply of simulated multi-phase separation test in the field of petroleum engineering. According to the gas simulator, solid-liquid agitator, solid-liquid supercharger, three-phase mixer and automatic supply control system, the gas-liquid-solid three-phase flow supply system for the multi-phase separation characteristic test of oil and gas exploitation is implemented. The gas simulator is based on the nitrogen pressure regulating valve and the high-pressure nitrogen simulation test control system. The solid-liquid agitator supplies continuous and stable atmospheric solid-liquid flow according to the solid-particle agitator pump and the atmospheric solid-liquid supply control system, and the solid-liquid supercharger supplies continuous and stable solid-liquid flow according to the solid-liquid supercharger pump and the solid-liquid control valve combined with the high-pressure solid-liquid simulation test control system. High-pressure solid-liquid flow with adjustable flow pressure, three-phase mixer automatically supplies continuous and stable three-phase simulation flow according to three-phase mixing pipe and high-pressure mixing simulation test control system.

【技术实现步骤摘要】
气液固三相分离特性试验自动供给系统
本专利技术涉及一种石油工程领域模拟多相分离试验用的供给系统，特别是涉及一种气液固三相分离特性试验自动供给系统及其工艺流程。
技术介绍
分析油气开采多相流动及其分离特性是一个极其复杂的过程，目前对多相流的流型、压降、持液率等多相流动机理研究仍未达到明确透彻的地步，现有的多相流动模型包括分相流动模型、均相流动模型和流动型态模型等，都是依托一定的假设条件提出的，并经现场测试数据或者室内实验数据进行一定的修正后而得出的简化模型。目前，油气开采多相分离特性试验装置主要有倾斜气液两相管流试验装置和垂直油气井模拟试验装置等，其中倾斜气液两相管流试验装置由试验管段、供液系统、排液系统和控制系统组成，试验管段由有机玻璃制成，且其试验管架上装配有角度测量器，并指示管段的倾斜程度；供液系统由泵和空压机供给，气液混合计量和实验后经试验管段进入气液分离器进行分离处理，分离出的气体经排液系统排空，同时液体经排液系统送储液罐循环利用；控制系统实施实验液体的控制和计量配比，其控制阀和指示性仪表布置在集中的控制面板上。垂直油气井模拟试验装置的试验管段选用透明有机玻璃管材并模拟真实井身结构而制成，其控制系统中，试验管段的进口和出口安装了压力传感器、涡轮流量计和流量积算仪，试验管段的两端及其中部均装有电阻传感器，并设有数据采集电路和处理软件实现数据的采集和存储，该试验装置的供液系统和排液系统与倾斜气液两相管流试验装置相似。综上所述，目前的油气开采多相分离特性试验系统主要为倾斜气液两相管流试验装置和垂直油气井模拟试验装置，用于研究油气开采气液两相流动等试验，而针对油气开采多相分离的模拟试验装置则较少。同时，倾斜气液两相管流试验装置和垂直油气井模拟试验装置中供液系统的气体由空压机供给，没有设置气体调压阀和气体流量计，由此将造成高压气体的流压不稳定且计量误差较大；而且其供液系统的液体由泵供给，没有设置液体调控阀和变频电机，会使得供液压力范围有限且供液流压不稳定。此外，供液系统没有设置专门的混流器，气液混合计量后没有充分混合均匀即进行相关试验，由此难以模拟出真实的气液固三相流。
技术实现思路
为了有效解决油气开采多相流模拟技术问题并克服现有气液固三相分离试验装置的供液系统存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种油气开采多相分离特性试验用的气液固三相流自动供给系统及其相关控制流程。该试验自动供给系统依据气体模拟器、固液搅拌器、固液增压器、三相混流器和自动供给控制系统，远程自动调控高压氮气、高压固液流和三相模拟流的供给，实施油气开采多相分离特性试验的气液固三相流供给作业流程。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种气液固三相分离特性试验自动供给系统，主要由气体模拟器、固液搅拌器、固液增压器、三相混流器和自动供给控制系统组成。气体模拟器结合自动供给控制系统远程自动调控高压氮气的供给，且固液搅拌器和固液增压器结合自动供给控制系统自动调控高压固液流的供给，同时三相混流器结合自动供给控制系统远程自动调控三相模拟流的供给。气体模拟器依据氮气调压阀并结合高压氮气模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气，它包括氮气罐、排气管汇、氮气调压阀、智能氮气流量计和输气管汇。氮气罐采用可移动式管制气瓶，且氮气罐内存储高压氮气，氮气罐经排气管汇并由输气管汇与三相混流器的进氮气管相连，同时排气管汇上设有氮气调压阀且输气管汇上设有智能氮气流量计，氮气调压阀采用压力气动控制阀，氮气调压阀依据三相混流器内的混流压力将自力式压力调节阀调压后的设计压力调整至模拟气压力，智能氮气流量计采用孔板式气体流量计以及先进的微功耗方式自动进行调压后高压氮气压力和温度的补偿。气体模拟器的高压氮气模拟气自动供给流程为，氮气罐中的高压氮气通过排气管汇输出，且氮气调压阀依据三相混流器内的混流压力将自力式压力调节阀调压后的设计压力调整至模拟气压力，达到分离特性试验用的操作压力，而后高压氮气经智能氮气流量计进行计量，最后由输气管汇和进氮气管为三相混流器自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气。固液搅拌器依据固粒搅拌泵并结合常压固液供给控制系统供给连续稳定的常压固液流，它包括常压搅拌罐、固粒搅拌泵、常压输固液管汇和智能固液流量计。常压输固液管汇上设有智能固液流量计，且智能固液流量计采用涡轮式液体流量计以及微机控制和超低功耗的方式进行计量，同时常压搅拌罐通过排液管与常压输固液管汇相连并经由泵进液管与固液增压泵连为一体。常压搅拌罐采用立式筒形罐体，它由进水管、排液管、搅拌罐体和泵支座组成，常压搅拌罐的进水管和排液管分别布置于其搅拌罐体的上部和下部，且搅拌罐体的底端设置裙装套筒进行支撑，常压搅拌罐的泵支座采用十字交叉型的工字钢桁架构造，并通过焊接固定于搅拌罐体的顶部，同时泵支座的桁架交叉部位设有双法兰盘。固粒搅拌泵将蒸馏水经由进水管泵入常压搅拌罐并搅动搅拌罐体内的固液两相流，它由电机、离心泵和长轴式搅拌轮组成，固粒搅拌泵的电机和离心泵采用一体化构造，离心泵的底端通过法兰盘而将固粒搅拌泵固定于常压搅拌罐泵支座的双法兰盘上，同时离心泵的泵轴一端伸出泵外并通过联轴器与长轴式搅拌轮连为一体，长轴式搅拌轮的轮轴下部设有双层搅拌叶轮，各层搅拌叶轮均采用旋向相同的螺旋叶片。固液搅拌器的常压固液流供给流程为，固粒搅拌泵的电机带动其离心泵抽吸蒸馏水并由进水管送入常压搅拌罐，而后常压搅拌罐的搅拌罐体内加入试验用的固体颗粒，通过固粒搅拌泵的长轴式搅拌轮搅动搅拌罐体内的固液两相流并形成常压固液流，接着常压固液流经智能固液流量计并由常压输固液管汇和泵进液管进入固液增压泵。固液增压器依据固液增压泵和固液调控阀并结合高压固液模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流，它包括泵进液管、变频电机、固液增压泵、泵出液管、高压输固液管汇和固液调控阀。固液增压泵的入口处和出口处分别设有泵进液管和泵出液管，同时固液增压泵经泵出液管与高压输固液管汇及其上的固液调控阀相连并由进固液管与三相混流器连为一体。固液增压泵采用单螺杆泵并将常压固液流加压而形成高压固液流，固液增压泵的螺杆两端通过轴承座与泵壳相连，且螺杆由柱形杆体一体加工而成，螺杆的外表面与泵壳的壳壁之间形成螺旋形通道，同时螺杆的一端伸出泵外并通过联轴器与变频电机连为一体。依据混流压力和常压搅拌罐内的液位状况，变频电机自动调整其上变频器的频率，进而控制固液增压泵的螺杆转速并将常压固液流加压而形成高压固液流。高压输固液管汇上设有固液调控阀，固液调控阀采用压力气动控制阀，固液调控阀依据高压输固液管汇内的流压将固液增压泵增压后的流压调整至模拟固液压力。固液增压器的高压固液流模拟液自动供给流程为，常压固液流经由泵进液管进入固液增压泵，依据混流压力和常压搅拌罐内的液位状况，变频电机自动调整其上变频器的频率，进而控制固液增压泵的螺杆转速并将常压固液流加压而形成高压固液流，接着高压固液流经泵出液管送入高压输固液管汇，固液调控阀依据高压输固液管汇内的流压将固液增压泵增压后的流压调整至模拟固液压力，达到分离特性试验用的操作压力，最后由进固液管为三相混流器自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流。三相混流器依据三相混流管并结合高压混流模拟试验控制系统自动供给连续稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气液固三相分离特性试验自动供给系统，主要由气体模拟器、固液搅拌器、固液增压器、三相混流器和自动供给控制系统组成，远程自动调控高压氮气、高压固液流和三相模拟流的供给，实施油气开采多相分离特性试验的气液固三相流供给作业流程，其特征在于：一气体模拟器；所述气体模拟器依据氮气调压阀并结合高压氮气模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气，它包括氮气罐、排气管汇、氮气调压阀、智能氮气流量计和输气管汇；氮气罐采用可移动式管制气瓶，且氮气罐经排气管汇并由输气管汇与进氮气管相连，氮气调压阀采用压力气动控制阀，同时智能氮气流量计采用孔板式气体流量计；一固液搅拌器；所述固液搅拌器依据固粒搅拌泵并结合常压固液供给控制系统供给连续稳定的常压固液流，它包括常压搅拌罐、固粒搅拌泵、常压输固液管汇和智能固液流量计；智能固液流量计采用涡轮式液体流量计，常压搅拌罐通过排液管与常压输固液管汇相连并经由泵进液管与固液增压泵连为一体；常压搅拌罐采用立式筒形罐体，它由进水管、排液管、搅拌罐体和泵支座组成，其搅拌罐体的底端设置裙装套筒进行支撑，且泵支座采用十字交叉型的工字钢桁架构造；固粒搅拌泵由电机、离心泵和长轴式搅拌轮组成，固粒搅拌泵的电机和离心泵采用一体化构造，且其长轴式搅拌轮的轮轴下部设有双层搅拌叶轮；一固液增压器；所述固液增压器依据固液增压泵和固液调控阀并结合高压固液模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流，它包括泵进液管、变频电机、固液增压泵、泵出液管、高压输固液管汇和固液调控阀；固液增压泵经泵出液管与高压输固液管汇及其上的固液调控阀相连并由进固液管与三相混流器连为一体，固液增压泵采用单螺杆泵，固液增压泵的螺杆外表面与其泵壳的壳壁之间形成螺旋形通道，依据混流压力和常压搅拌罐内的液位状况，变频电机自动调整其上变频器的频率，进而控制固液增压泵的螺杆转速并将常压固液流加压而形成高压固液流，固液调控阀采用压力气动控制阀；一三相混流器；所述三相混流器依据三相混流管并结合高压混流模拟试验控制系统自动供给连续稳定的三相模拟流，它包括三相混流管和智能三相流量计；智能三相流量计采用涡轮式多相流量计，三相混流管经进氮气管与气体模拟器相连并由进固液管与固液增压器连为一体；三相混流管采用水平布置的管体，它由进氮气管、进固液管、混流外管、混流内管和排混流管组成，混流内管和混流外管由内而外同轴心布置并构成混流双层管；进固液管采用锥状喷管，且混流外管采用粗长管体，同时混流内管由压缩管段、平流管段和扩散管段组合而成，混流内管的平流管段采用细长管体，且其压缩管段和扩散管段均采用锥形管体；一自动供给控制系统；所述自动供给控制系统包括高压氮气模拟试验控制系统、常压固液供给控制系统、高压固液模拟试验控制系统和高压混流模拟试验控制系统，并远程自动调控高压氮气、高压固液流和三相模拟流的供给，它通过压力释放阀自动释放超压工况时的高压氮气并调整氮气罐内的压力；高压氮气模拟试验控制系统中，智能氮气流量计实时监测高压氮气的流量、流压和温度，压力释放阀和氮气调压阀间的排气管汇上设有自力式压力调节阀，智能氮气流量计和进氮气管间的输气管汇上设有压力变送器；常压固液供给控制系统和高压固液模拟试验控制系统中，智能固液流量计实时监测常压固液流的瞬时流量和累积流量，变频电机前设有就地控制盘、转换开关和变频器，常压搅拌罐的罐壁上设有液位变送器，高压输固液管汇上设有压力变送器；高压混流模拟试验控制系统中，混流外管和排混流管的管壁上均设有压力变送器，智能三相流量计实时监测三相模拟流的瞬时流量和累积流量。...

【技术特征摘要】
1.一种气液固三相分离特性试验自动供给系统，主要由气体模拟器、固液搅拌器、固液增压器、三相混流器和自动供给控制系统组成，远程自动调控高压氮气、高压固液流和三相模拟流的供给，实施油气开采多相分离特性试验的气液固三相流供给作业流程，其特征在于：一气体模拟器；所述气体模拟器依据氮气调压阀并结合高压氮气模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压氮气，它包括氮气罐、排气管汇、氮气调压阀、智能氮气流量计和输气管汇；氮气罐采用可移动式管制气瓶，且氮气罐经排气管汇并由输气管汇与进氮气管相连，氮气调压阀采用压力气动控制阀，同时智能氮气流量计采用孔板式气体流量计；一固液搅拌器；所述固液搅拌器依据固粒搅拌泵并结合常压固液供给控制系统供给连续稳定的常压固液流，它包括常压搅拌罐、固粒搅拌泵、常压输固液管汇和智能固液流量计；智能固液流量计采用涡轮式液体流量计，常压搅拌罐通过排液管与常压输固液管汇相连并经由泵进液管与固液增压泵连为一体；常压搅拌罐采用立式筒形罐体，它由进水管、排液管、搅拌罐体和泵支座组成，其搅拌罐体的底端设置裙装套筒进行支撑，且泵支座采用十字交叉型的工字钢桁架构造；固粒搅拌泵由电机、离心泵和长轴式搅拌轮组成，固粒搅拌泵的电机和离心泵采用一体化构造，且其长轴式搅拌轮的轮轴下部设有双层搅拌叶轮；一固液增压器；所述固液增压器依据固液增压泵和固液调控阀并结合高压固液模拟试验控制系统自动供给连续稳定和流压可调的高压固液流，它包括泵进液管、变频电机、固液增压泵、泵出液管、高压输固液管汇和固液调控阀；固液增压泵经泵出液管与高压输固液管汇及其上的固液调控阀相连并由进固液管与三相混流器连为一体，固液增压泵采用单螺杆泵，固液增压泵的螺杆外表面与其泵壳的壳壁之间形成螺旋形通道，依据混流压力和常压搅拌罐内的液位状况，变频电机自动调整其上变频器的频率，进而控制固液增压泵的螺杆转速并将常压固液流加压而形成高压固液流，固液调控阀采用压力气动控制阀；一三相混流器；所述三相混流器依据三相混流管并结合高压混流模拟试验控制系统自动供给连续稳定的三相模拟流，它包括三相混流管和智能三相流量计；智能三相流量计采用涡轮式多相流量计，三相混流管经进氮气管与气体模拟器相连并由进固液管与固液增压器连为一体；三相混流管采用水平布置的管体，它由进氮气管、进固液管、混流外管、混流内管和排混流管组成，混流内管和混流外管由内而外同轴心布置并构成混流双层管；进固液管采用锥状喷管，且混流外管采用粗长管体，同时混流内管由压缩管段、平流管段和扩散管段组合而成，混流内管的平流管段采用细长管体，且其压缩管段和扩散管段均采用锥形管体；一自动供给控制系统；所述自动供给控制系统包括高压氮气模拟试验控制系统、常压固液供给控制系统、高压固液模拟试验控制系统和高压混流模拟试验控制系统，并远程自动调控高压氮气、高压固液流和三相模拟流的供给，它通过压力释放阀自动释放超压工况时的高压氮气并调整氮气罐内的压力；高压氮气模拟试验控制系统中，智能氮气流量计实时监测高压氮气的流量、流压和温度，压力释放阀和氮气调压阀间的排气管汇上设有自力式压力调节阀，智能氮气流量计和进氮气管间的输气管汇上设有压力变送器；常压固液供给控制系统和高压固液模拟试验控制系统中，智能固液流量计实时监测常压固液流的瞬时流量和累积流量，变频电机前设有就地控制盘、转换开关和变频器，常压搅拌罐的罐壁上设有液位变送器，高压输固液管汇上设有压力变送器；高压混流模拟试验控制系统中，混流外管和排混流管的管壁上均设有压力变送器，智能三相流量计实时监测三相模拟流的瞬时流量和累积流量。2.根据权利要求1所述的气液固三相分离特性试验自动供给系统，其特征在于：所述气体模拟器的氮气罐内存储高压氮气，排气管汇上设有氮气调压阀且输气管汇上设有智能氮气流量计，氮气调压阀依据三相混流器内的混流压力将自力式压力调节阀调压后的设计压力调整至模拟气压力，智能氮气流量计采用先进的微功耗方式自动进行调压后高压氮气压力和温度的补偿。3.根据权利要求1所述的气液固三相分离特性试验自动供给系统，其特征在于：所述固液搅拌器的常压输固液管汇上设有智能固液流量计，智能固液流量计采用微机控制和超低功耗的方式进行计量；常压搅拌罐的进水管和排液管分别布置于其搅拌罐体的上部和下部，泵支座通过焊接固定于搅拌罐体的顶部，同时泵支座的桁架交叉部位设有双法兰盘。4.根据权利要求1或3所述的气液固三相分离特性试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，王优强，张平，周超，王亚莹，何鸿铭，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37