一种高压可控温多相流体流动模拟环道装置及操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种高压可控温多相流体流动模拟环道装置及操作方法，该装置包括液体介质注入单元、气体介质注入增压单元、多相流动管路、气液混合装置、实验参数采集单、温度调节组件、可视组件、流体循环单元、角度调节组件；该装置可以模拟在高温、高压等一些极端条件下的油气水三相或两相或单相流动循环，能够模拟亚临界、超临界流体的多相流动，可调节管道在不同角度进行流动循环，可模拟在不同流速不同温度压力下的多相流动，并直接对多相流流型进行观察。该装置可以在多种复杂的条件下进行多相流动或单相流动实验可以应用于现场实际应用为相关环境下的多相流动机理研究提供依据。为相关环境下的多相流动机理研究提供依据。为相关环境下的多相流动机理研究提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种高压可控温多相流体流动模拟环道装置及操作方法


[0001]本专利技术涉及油气水多相混输管道模拟实验装置
，具体涉及一种高压可控温多相流体流动模拟环道装置及操作方法

技术介绍

[0002]常规的多相流在实际生产中普遍存在，石油开采过程中的油水两相和油气水三相流动，原油运输中的掺水减阻或掺气减阻都是多相流动。在管道的流动过程中，由于压力，流速、温度、管道倾斜角度不同，管道内的流型会发生变化。且在复杂环境或工况下，由于气液两相的不稳定性可能会出现段塞流，使整个管道各断面所受的压力波动范围变大，管内流动更加不稳定。油气水多相流型的不同也会对油井及下游工艺设施的生产产生重要的影响。现设计一套模拟装置，该装置可以控制在不同温度，不同压力，不同气液流速下的实验，对不同条件下的多相流动的流型、流型图、相含率、流型转换、速度场以及压降等方面进行研究；在不同角度管道内多相流动的模拟；实现相分离、相掺混，能够在油气水三相、油水、油气以及液体的流动实验之间灵活切换。
[0003]随着油气资源更深入的开采，现在开采的条件更加极端且随着高压大管径的发展，因此在极端条件下进行多相流动模拟是非常有必要的。然而现有的部分多相流动模拟装置不能完全达到实际的要求，目前已经公开多相流动部分装置(CN201610607941.0、CN202210132716.1)但是上述实验设备和实验方法依然存在有待改进的缺陷，其评价结果与工程实际结果存在较大差异。
[0004]当前，常用的多相流动测试装置存在以下不足：
[0005](1)缺乏可视化装置，不能直接对多相流流型、流动状态进行观察；
[0006](2)不能在高温、高压下对多相流进行模拟，不能模拟亚临界、超临界流体的多相流动；
[0007](3)不能实现油气水单相、多相流体之间的切换，且实验管道只有一段，效率低，操作不灵活；
[0008](4)缺乏实验数据实时记录手段，不能实时收集相关实验数据并处理。
[0009](5)流型检测方法单一，不能精确地判断流型；
[0010](6)只能对实验环境的温度进行整体的控制，不能进行分段实验。
[0011]因此需要开发一种高压可控温多相流体流动模拟环道装置及操作方法以研究在油气资源开采和运输过程中的多相流动规律提供实验基础，从而为在油气资源开采后期以及在油气外输时的极端条件下的流动安全保障及流动特性研究提供指导。

技术实现思路

[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术主要提供一种高压可控温多相流体流动模拟环道装置及操作方法，该装置能够在高温高压下模拟油气水三相多组不同控制变量的实验，它能模拟亚临界、超临界流体的多相流动，它能够对流型直接观测并预测流型的变化，可直接
测量多相流的相含率，可有效研究在极端条件下多相流动机理及特性，可在线完成流体多相流动的测试并记录结果。
[0013]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0014]一种高压可控温多相流体流动模拟环道装置及操作方法，其特征在于，包括液体介质注入单元、气体介质注入增压单元、多相流动管路、气液混合装置、实验参数采集单、温度调节组件、可视组件、流体循环单元、角度调节组件；
[0015]所述反应釜(1)内包括电动搅拌机(23)、搅拌叶轮(24)、反应釜温控组件(48)、温度传感器、压力传感器、排污阀(54)；所述液体注入单元由储水罐(15)、储油罐(16)、抽水泵(19)、抽油泵(18)、第一进液阀(17)、第二进液阀(20)构成，储水罐(15)和储油罐(16)上设置有液位计，通过进液阀门可控制流体流入反应釜；气体介质注入增压单元由增压泵(55)、气瓶(4)、进气阀(5)、调压阀(6)、气体流量计(7)、气源阀(8)、气体注入管路(9)，所述调压阀(6)设置在所述气体注入管路(9)上，用于调节所述气体介质的压力；气瓶内可注入任意一种气体；液体介质注入单元和气体介质注入单元与反应釜连通(1)；所述反应釜(1)与流体循环单元、多相流动管路、储液池、真空组件相连；反应釜与反应釜出口阀之间设置一条支线，支线上设置有吹扫装置；反应釜放空管路旁设置有真空组件，真空组件由真空泵(13)、真空泵阀(11)、真空阀(10)、真空泵放空阀(12)组成；通过调节所述第一进液阀(17)、第二进液阀(20)、气路出口阀(25)、反应釜出口阀开闭可以控制进入测试管段的流体类型，实现油、气、水多相流体或气、液单相流体的灵活切换；
[0016]实验参数采集单元由第一数据采集段(50)和第二数据采集段(51)、超声波流量计、液体流量计、压力传感器、温度传感器、相含率检测器组成；可视化单元由第一可视窗(43)和第二可视窗(39)以及第一高速摄像机(44)和第二高速摄像机(40)；
[0017]所述流体循环单元由气路循环装置、液路循环装置以及气液混合装置构成；所述气相循环装置由气路出口阀(25)、循环压缩机(28)、超声波流量计(27)、气路止回阀(26)、空冷器(29)、沉降罐(30)构成，液相循环装置由反应釜出口阀(31)、循环泵(32)、液体流量计(34)、液体止回阀(35)构成，所述气路出口阀(25)、循环压缩机(28)、超声波流量计(27)、气路止回阀(26)、空冷器(29)、沉降罐(30)依次连接，所述液体止回阀(35)在循环泵(32)之后，防止气液混合装置压力过高流体倒流；所述循环压缩机(28)设置在所述气体止回阀(26)之后，入口与所述反应釜气体出口段相连，出口段与所述冷凝器(29)相连以防止经压缩后的高温气体影响液相温度，防止油蒸汽进入压缩机；气液混合装置在多相流动管路进口之前使得循环后的气相和液相充分均匀混合，防止任意一相流体流速过高影响另一相流体流动；
[0018]所述多相流动管路呈U型，所述多相流动管路包括第一直管段(42)、弧形管段(41)和第二直管段(38)、角度调节组件(52)；所述多相流动管道设在角度调节组件(52)上，在角度调节机构上可以调节多相流动管道与地面之间的角度进行不同条件下的实验；所述多相流动管路通过第一软管和第二软管与反应釜进口阀和气液混合装置相连；
[0019]所述温度调节组件包括循环管路温度调节组件(47)以及反应釜控温组件(48)不同管段上的温度可以通过循环管路温度调节组件(47)进行调节，以实现温度的分段控制；所述夹套设在所述反应釜(1)和所述多相流动管路上，所述恒温源与所述夹套连通，实现反应釜和多相流动管路的温度稳定。
[0020]进一步的，所述的高压可控温多相流体流动模拟环道装置，其特征在于，所述包括高速摄像机、实验参数采集段与所述计算机数据采集分析系统(49)连接，同步采集和记录测试数据。
[0021]进一步的，液体介质注入单元、气体介质注入增压单元、多相流动管路、气液混合装置、质量流量计、温度调节组件、可视组件、多相流动环道均采用耐高温高压的合金材料制造，气密封工作压力范围为0～40MPa，工作温度范围为0～150℃；
[0022]本专利技术还提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压可控温多相流体流动模拟环道装置，其特征在于，包括液体介质注入单元、气体介质注入增压单元、多相流动管路、气液混合装置、实验参数采集单、温度调节组件、可视组件、流体循环单元、角度调节组件；所述反应釜(1)内包括电动搅拌机(23)、搅拌叶轮(24)、反应釜温控组件(48)、温度传感器、压力传感器、排污阀(54)；所述液体注入单元由储水罐(15)、储油罐(16)、抽水泵(19)、抽油泵(18)、第一进液阀(17)、第二进液阀(20)构成，储水罐(15)和储油罐(16)上设置有液位计，通过进液阀门可控制流体流入反应釜；气体介质注入增压单元由增压泵(55)、气瓶(4)、进气阀(5)、调压阀(6)、气体流量计(7)、气源阀(8)、气体注入管路(9)，所述调压阀(6)设置在所述气体注入管路(9)上，用于调节所述气体介质的压力；气瓶内可注入任意一种气体；液体介质注入单元和气体介质注入单元与反应釜连通(1)；所述反应釜与流体循环单元、多相流动管路、储液池、真空组件相连；反应釜与反应釜出口阀之间设置一条支线，支线上设置有吹扫装置；反应釜放空管路旁设置有真空组件，真空组件由真空泵(13)、真空泵阀(11)、真空阀(10)、真空泵放空阀(12)组成；通过调节所述第一进液阀(17)、第二进液阀(20)、气路出口阀(25)、反应釜出口阀开闭可以控制进入测试管段的流体类型，实现油、气、水多相流体或气、液单相流体的灵活切换；实验参数采集单元由第一数据采集段(50)和第二数据采集段(51)、超声波流量计、液体流量计、压力传感器、温度传感器、相含率检测器组成；可视化单元由第一可视窗(43)和第二可视窗(39)以及第一高速摄像机(44)和第二高速摄像机(40)。2.根据权利要1所述的高压可控温多相流体流动模拟环道装置，其特征在于，所述流体循环单元由气路循环装置、液路循环装置以及气液混合装置构成；所述气相循环装置由气路出口阀(25)、循环压缩机(28)、超声波流量计(27)、气路止回阀(26)、空冷器(29)、沉降罐(30)构成，液相循环装置由反应釜出口阀(31)、循环泵(32)、液体流量计(34)、液体止回阀(35)构成，所述气路出口阀(25)、循环压缩机(28)、超声波流量计(27)、气路止回阀(26)、空冷器(29)、沉降罐(30)依次连接，所述液体止回阀(35)在循环泵(32)之后，防止气液混合装置压力过高流体倒流；所述循环压缩机(28)设置在所述气体止回阀(26)之后，入口与所述反应釜气体出口段相连，出口段与所述冷凝器(29)相连以防止经压缩后的高温气体影响液相温度，防止油蒸汽进入压缩机；气液混合装置在多相流动管路进口之前使得循环后的气相和液相充分均匀混合，防止任意一相流体流速过高影响另外一相流体流动。3.根据权利要1所述的高压可控温多相流体流动模拟环道装置，其特征在于，所述多相流动管路呈U型，所述多相流动管路包括第一直管段(42)、弧形管段(41)和第二直管段(38)、角度调节组件(52)；所述多相流动管道设在角度调节组件(52)上，在角度调节机构上可以调节多相流动管道与地面之间的角度进行不同条件下的实验；所述多相流动管路通过第一软管和第二软管与反应釜进口阀和气液混合装置相连。4.根据权利要1所述的高压可控温多相流体流动模拟环道装置，其特征在于，所述温度调节组件包括循环管路温度调节组件(47)以及反应釜控温组件(48)不同管段上的温度可以通过循环管路温度调节组件(47)进行调节，以实现温度的分段控制；所述夹套设在所述反应釜(1)和所述多相流动管路上，所述恒温源与所述夹套连通，实现反应釜和多相流动管路的温度稳定。5.根据权利要1所述的高压可控温多相流体流动模拟环道装置，其特征在于，所述包括
高速摄像机、实验参数采集段与所述计算机数据采集分析系统(49)连接，同步采集和记录测试数据。6.根据权利要求1所述的一种高压可控温多相流体流动模拟环道装置，其特征在于，液体介质注入单元、气体介质注入增压单元、多相流动管路、气液混合装置、质量流量计、温度调节组件、可视组件、多相流动环道均采用耐高温高压的合金材料制造，气密封工作压力范围为0～40MPa，工作温度范围为0～150℃。7.根据一种如权利要求中任意一项所述一种高压可控温多相流体流动模拟环道装置的操作方法，其特征在于，本发明还提供高压可控温多相流体流动模拟环道装置的使用方法，其操作步骤如下：
①
所述油气水三相流动实验操作方法，包括如下步骤：打开进气阀(5)并通过调压阀(6)调节压力，对高压可控温多相流体流动模拟环道装置内通入氮气后通过打开气体放空管路(1)上的放空阀(2)排出空气，排出高压可控温多相流体流动模拟环道装置内的空气后关闭进气阀(4)；启动计算机，打开实验参数测量单元，关闭进气阀(1)，完成循环回路试压；打开第一进液阀(17)，开启抽油泵(18)和抽水泵(19)，打开第二进液阀(20)油水两相进入反应釜(1)后关闭抽油泵(18)和抽水泵(19)，关闭第一进液阀(17)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋灿灿，敬加强，孙杰，陈勇，何培明，张少东，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：