一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统及实验方法技术方案

本发明专利技术涉及管柱冲蚀实验技术领域，特别涉及一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统及实验方法。其技术方案是：壁厚测量导波杆分别通过管线连接到低温水浴，使壁厚测量导波杆的温度处于室温范围，超声波测厚仪安装在冲蚀测试模块的外侧，并连接到每一组壁厚测量导波杆；冲蚀测试模块的第一高压密封法兰盘的上端连接第一绝热段，在第一高压密封法兰盘和第二高压密封法兰盘之间连接正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段。有益效果是：本发明专利技术能够进行温度对出砂储层中储气库注采管柱冲蚀的影响实验，特别是正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段的冲蚀，有助于明晰高温下不同管柱靶材的冲蚀规律，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统及实验方法


[0001]本专利技术涉及管柱冲蚀实验
，特别涉及一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统及实验方法。

技术介绍

[0002]储气库注采管柱流动工况复杂多变，使得管柱冲蚀具有极强的环境依赖性且影响因素众多，这些因素可能存在一定的交互作用，导致不同工况下冲蚀预测模型的理论推导难度极大。鉴于此，管流冲蚀实验系统成为实现冲蚀预测、揭示冲蚀机理不可或缺的研究方法，即通过构建冲蚀实验系统，开展不同工况下的管流冲蚀实验，将固相颗粒、含颗粒流体及靶面塑性材料属性的待定参数与壁厚损失或冲蚀率联系起来，实现冲蚀经验或半经验预测模型的建立。然而，目前国内外尚未形成针对冲蚀实验系统的成熟标准及实验规范，不同的冲蚀实验结果多适用于特定实验流程及实验系统，导致管柱冲蚀规律未得到系统研究，不同工况下实验现象及冲蚀机理的统一解释仍未实现。
[0003]现有冲蚀实验系统较少考虑温度对储气库管柱靶面材料冲蚀的影响关系。中国专利文献公开号为CN114577650A公开了《一种多参数可调的射流、管流相结合的气液固冲蚀磨损实验装置及其使用方法》，所述直管测试段、弯管测试段均通过电缆加热管进行加热，即电缆加热管缠绕于直管测试段和弯曲测试段上，用于给测试段的管壁材质进行加热，从而考虑在管流条件下温度对材料冲蚀性能的影响。然而，实验过程中发现，基于电缆加热的形式，并不能保证测试段高温分布的均匀及稳定，且稳定的加热峰值很难超过130℃，这显著低于高温储气库中储层段的温度（如苏桥储气库的储层段温度达150℃左右，正在建设的崖城13
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1储气库的储层段温度为178℃左右）。鉴于此，为进一步贴近现场工况，亟需探究其他的加热方式以保证测试段持续稳定的高温条件；此外，该专利技术仅实时监测了测试管道内的颗粒速度，并未提及如何得到管壁的冲蚀速率，冲蚀过程中的壁厚损失更是无法测量，因此需要借助其他手段来实现高温条件下管柱壁厚损失的实时测量。
[0004]需要注意的是：现场储气库的注采管柱会同时受到重力、活塞力、温度变形力、鼓胀变形力、库伦摩擦力、粘滞摩擦力等载荷的作用，管柱受力和变形复杂，导致管柱产生屈曲变形（常见有正弦屈曲和螺旋屈曲两种变形形式），而关于实验室条件下储气库屈曲管柱的高温冲蚀规律分析目前较少得到报道，因此高温条件下屈曲管柱的冲蚀实验系统亟需构建以开展相关实验。
[0005]此外，现有的气液固冲蚀实验系统多关注固相参数（如固相颗粒半径、固相颗粒形状、固相颗粒的冲击速度、固相颗粒密度、固相颗粒含量等）、气相参数（如流速、气体成分、流型等）及管柱参数（如管柱材质、靶面硬度、靶面涂层等）对管柱靶面的冲蚀影响关系，对液相参数（如液滴粒径、液滴含量等）所产生的冲蚀影响规律目前很少报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种考虑高温及管柱屈曲
的冲蚀实验系统及实验方法，通过高温控制箱实现正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段的高温可调，通过高压密封法兰盘实现正弦屈曲管柱测试段和螺旋屈曲管柱测试段的快速更换，通过连接到低温水浴，使每一组壁厚测量导波杆的温度时刻处于室温范围，并通过激光多普勒测速仪监测气液固混合流体中的液滴含量和液滴粒径。
[0007]本专利技术提到的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统，其技术方案是：包括空气压缩机、过滤及干燥罐、缓冲罐、压力传感器、PID控制阀、电子流量计、储砂罐、电动螺杆、汤姆逊阀、水箱、潜水泵、液体流量计、流量可调雾化喷嘴、雾化腔、高速摄像机和数据采集模块，所述空气压缩机通过管线和过滤及干燥罐连接到缓冲罐，所述缓冲罐的输出端通过压力传感器、PID控制阀和电子流量计连接到汤姆逊阀下端的气固透明段；所述储砂罐的下端设有电动螺杆，储砂罐内的石英砂通过电动螺杆进入汤姆逊阀，气固透明段的右端设有雾化腔；雾化腔的内部设有流量可调雾化喷嘴，水箱中的矿化度水通过潜水泵连接流量可调雾化喷嘴，高速摄像机用于监测冲蚀实验情况；其改进之处是：还包括气液固混合第一透明段、第一绝热段、第一高压密封法兰盘、第二高压密封法兰盘、第三高压密封法兰盘、正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段、高温控制箱、第二绝热段、气液固混合第二透明段、第三绝热段、气液固混合第三透明段、气液固回收软管、除尘及砂收集箱体、激光多普勒测速仪、壁厚测量导波杆、超声波测厚仪、低温水浴，所述的雾化腔的下方依次连接气液固混合第一透明段、第一绝热段和冲蚀测试模块，所述冲蚀测试模块的下端通过第二绝热段、气液固混合第二透明段和气液固回收软管连接到除尘及砂收集箱体，冲蚀测试模块的右端通过第三绝热段、气液固混合第三透明段连接到气液固回收软管；所述冲蚀测试模块的左端设有一组以上的壁厚测量导波杆，且所述的壁厚测量导波杆分别通过管线连接到低温水浴，使每一组壁厚测量导波杆的温度时刻处于室温范围；所述超声波测厚仪安装在冲蚀测试模块的外侧，并连接到每一组壁厚测量导波杆；所述的冲蚀测试模块包括第一高压密封法兰盘、第二高压密封法兰盘、第三高压密封法兰盘、正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段、高温控制箱、涡旋弯管测试段，所述第一高压密封法兰盘的上端连接第一绝热段，在第一高压密封法兰盘和第二高压密封法兰盘之间连接正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段。
[0008]优选的，上述的壁厚测量导波杆包括测量杆与测试管道的焊接点、测量杆、冷却水入口、密封套筒右端盖、冷却水密封套筒、密封套筒左端盖、冷却水出口、超声波探头，所述测量杆的外部套有冷却水密封套筒，并且冷却水密封套筒的左端设有密封套筒左端盖，右端设有密封套筒右端盖，且在密封套筒左端盖上设有冷却水出口，密封套筒右端盖的下端盖设有冷却水入口，所述冷却水入口和冷却水出口分别通过管线与低温水浴中的入水接头和出水接头相连接，以实现测量杆的降温；所述测量杆的一端通过测量杆与测试管道的焊接点焊接到测试管道壁厚监测位置，另一端安装超声波探头。
[0009]优选的，上述的壁厚测量导波杆采用四组，包括壁厚测量第一导波杆、壁厚测量第二导波杆、壁厚测量第三导波杆和壁厚测量第四导波杆，均匀分布在正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段的一侧。
[0010]优选的，上述的第三高压密封法兰盘的外端连接第三绝热段，在所述第一高压密封法兰盘与第三高压密封法兰盘之间安装涡旋弯管测试段。
[0011]优选的，上述的高温控制箱的内腔设有高温电炉，控制高温控制箱内的温度峰值
可稳定至600℃；高温控制箱的左侧设置有长条形的导波杆固定口，在导波杆固定口内依次设有导波杆第一固定片、导波杆第二固定片、导波杆第三固定片、导波杆第四固定片和导波杆第五固定片，将壁厚测量第一导波杆、壁厚测量第二导波杆、壁厚测量第三导波杆和壁厚测量第四导波杆进行固定。
[0012]优选的，上述过滤及干燥罐与缓冲罐之间的管线上设有第一截止阀，所述压力传感器与PID控制阀之间的管线上设有第二截止阀，液体流量计与潜水泵之间的管线上设有第三截止阀。
[0013]优选的，上述数据采集模块包括采集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统，包括空气压缩机（1）、过滤及干燥罐（2）、缓冲罐（4）、压力传感器（5）、PID控制阀（7）、电子流量计（8）、储砂罐（9）、电动螺杆（10）、汤姆逊阀（11）、水箱（13）、潜水泵（15）、液体流量计（17）、流量可调雾化喷嘴（18）、雾化腔（19）、高速摄像机（41）和数据采集模块，所述空气压缩机（1）通过管线和过滤及干燥罐（2）连接到缓冲罐（4），所述缓冲罐（4）的输出端通过压力传感器（5）、PID控制阀（7）和电子流量计（8）连接到汤姆逊阀（11）下端的气固透明段（12）；所述储砂罐（9）的下端设有电动螺杆（10），储砂罐（9）内的石英砂通过电动螺杆（10）进入汤姆逊阀（11），气固透明段（12）的右端设有雾化腔（19）；雾化腔（19）的内部设有流量可调雾化喷嘴（18），水箱（13）中的矿化度水（14）通过潜水泵（15）连接流量可调雾化喷嘴（18），高速摄像机（41）用于监测冲蚀实验情况；其特征是：还包括气液固混合第一透明段（20）、第一绝热段（21）、第一高压密封法兰盘（22）、第二高压密封法兰盘（23）、第三高压密封法兰盘（24）、正弦屈曲管柱测试段（25）或螺旋屈曲管柱测试段（26）、高温控制箱（27）、第二绝热段（28）、气液固混合第二透明段（29）、第三绝热段（30）、气液固混合第三透明段（31）、气液固回收软管（32）、除尘及砂收集箱体（33）、激光多普勒测速仪（35）、壁厚测量导波杆、超声波测厚仪（40）、低温水浴（47），所述的雾化腔（19）的下方依次连接气液固混合第一透明段（20）、第一绝热段（21）和冲蚀测试模块，所述冲蚀测试模块的下端通过第二绝热段（28）、气液固混合第二透明段（29）和气液固回收软管（32）连接到除尘及砂收集箱体（33），冲蚀测试模块的右端通过第三绝热段（30）、气液固混合第三透明段（31）连接到气液固回收软管（32）；所述冲蚀测试模块的左端设有一组以上的壁厚测量导波杆，且所述的壁厚测量导波杆分别通过管线连接到低温水浴（47），使每一组壁厚测量导波杆的温度时刻处于室温范围；所述超声波测厚仪（40）安装在冲蚀测试模块的外侧，并连接到每一组壁厚测量导波杆；所述的冲蚀测试模块包括第一高压密封法兰盘（22）、第二高压密封法兰盘（23）、第三高压密封法兰盘（24）、正弦屈曲管柱测试段（25）或螺旋屈曲管柱测试段（26）、高温控制箱（27）、涡旋弯管测试段（59），所述第一高压密封法兰盘（22）的上端连接第一绝热段（21），在第一高压密封法兰盘（22）和第二高压密封法兰盘（23）之间连接正弦屈曲管柱测试段（25）或螺旋屈曲管柱测试段（26）。2.根据权利要求1所述的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统，其特征是：所述的壁厚测量导波杆包括测量杆与测试管道的焊接点（49）、测量杆（50）、冷却水入口（51）、密封套筒右端盖（52）、冷却水密封套筒（53）、密封套筒左端盖（54）、冷却水出口（55）、超声波探头（58），所述测量杆（50）的外部套有冷却水密封套筒（53），并且冷却水密封套筒（53）的左端设有密封套筒左端盖（54），右端设有密封套筒右端盖（52），且在密封套筒左端盖（54）上设有冷却水出口（55），密封套筒右端盖（52）的下端盖设有冷却水入口（51），所述冷却水入口（51）和冷却水出口（55）分别通过管线与低温水浴（47）中的入水接头和出水接头相连接，以实现测量杆（50）的降温；所述测量杆（50）的一端通过测量杆与测试管道的焊接点（49）焊接到测试管道壁厚监测位置（48），另一端安装超声波探头（58）。3.根据权利要求2所述的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统，其特征是：所述的壁厚测量导波杆采用四组，包括壁厚测量第一导波杆（36）、壁厚测量第二导波杆（37）、壁厚测量第三导波杆（38）和壁厚测量第四导波杆（39），均匀分布在正弦屈曲管柱测试段（25）或螺旋屈曲管柱测试段（26）的一侧。
4.根据权利要求3所述的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统，其特征是：所述的第三高压密封法兰盘（24）的外端连接第三绝热段（30），在所述第一高压密封法兰盘（22）与第三高压密封法兰盘（24）之间安装涡旋弯管测试段（59）。5.根据权利要求4所述的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统，其特征是：所述的高温控制箱（27）的内腔设有高温电炉（45），控制高温控制箱（27）内的温度峰值可稳定至600℃；高温控制箱（27）的左侧设置有长条形的导波杆固定口（64），在导波杆固定口（64）内依次设有导波杆第一固定片（65）、导波杆第二固定片（66）、导波杆第三固定片（67）、导波杆第四固定片（68）和导波杆第五固定片（69），将壁厚测量第一导波杆（36）、壁厚测量第二导波杆（37）、壁厚测量第三导波杆（38）和壁厚测量第四导波杆（39）进行固定。6.根据权利要求5所述的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统，其特征是：所述过滤及干燥罐（2）与缓冲罐（4）之间的管线上设有第一截止阀（3），所述压力传感器（5）与PID控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志远，张洋洋，庄涛，孙宝江，王天博，杨贺民，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：