水合物漿液流動性實驗系統、方法及裝置與流程
2023-05-28 05:09:36 3
本發明涉及油氣水體系數據分析領域，尤指一種水合物漿液流動性實驗系統、方法及裝置。
背景技術：
隨著海洋石油工程不斷走向深海，海底管道和相關設備所處的溫度更低、壓力更高，更容易發生水合物生成甚至堵塞管道和設備的事故，水合物流動安全保障的問題變得越來越嚴峻，嚴重威脅著海底管道和相關設備的正常運行。
水合物顆粒在管道中生成後會增加液相的黏度，隨著水合物的體積分數不斷增加，水合物漿液的黏度會不斷增加，水合物漿液的流動性不斷減弱。水合物漿液的流動性是研究制定水合物流動安全保障措施的重要指標。
技術實現要素：
本發明目的在於提供一種新穎、簡單操作的實驗裝置以從實驗角度對油水分散體系、油氣水分散體系等不同條件下水合物漿液的流動性進行測量和研究。
為達上述目的，本發明具體提供一種水合物漿液流動性實驗系統，所述系統包含壓力調節裝置、抽空裝置、溫度調節裝置和實驗裝置；所述壓力調節裝置用於所述水合物漿液流動性實驗系統內壓力狀態；所述抽空裝置用於抽取所述水合物漿液流動性實驗系統內廢氣；所述溫度調節裝置用於放置所述實驗裝置，並控制所述實驗裝置的實驗溫度；所述實驗裝置包含可視實驗管段、傳動模塊和內部攪拌塊；所述可視實驗管段用於裝載實驗用的水合物漿液，並提供可視窗口；所述傳動模塊用於提供動力帶動所述內部攪拌塊按預定路線移動，以及根據所述內部攪拌塊移動情況，獲得所述水合物漿液的漿液流動性信息；所述內部攪拌塊設置於所述可視實驗管段內部，用於根據所述傳動模塊所提供的動力按預定路線攪拌所述可視實驗管段內的所述水合物漿液；所述傳動模塊為磁力傳動模塊，所述內部攪拌塊內設置有銜鐵；所述磁力傳動模塊利用與所述銜鐵之間的磁力為所述內部攪拌塊提供移動的動力。
在上述水合物漿液流動性實驗系統中，優選的，所述壓力調節裝置包含一個或多個高壓氣瓶，所述高壓氣瓶與所述可視實驗管段通過輔助管線相連；所述輔助管線上設置有減壓閥；所述壓力調節裝置通過所述高壓氣瓶加壓或所述減壓閥減壓調節所述水合物漿液流動性實驗系統內壓力狀態。
在上述水合物漿液流動性實驗系統中，優選的，所述抽空裝置包含放空模塊和抽真空模塊，所述放空模塊和所述抽真空模塊分別與所述可視實驗管段相連；所述放空模塊用於排放所述可視實驗管段內的水合物；所述抽真空模塊用於對所述可視實驗管段做抽真空處理。
在上述水合物漿液流動性實驗系統中，優選的，所述系統還包含加料模塊，所述加料模塊與所述可視實驗管段相連，用於向所述可視實驗管段內注入實驗用的水合物漿液。
在上述水合物漿液流動性實驗系統中，優選的，所述內部攪拌塊內設置有一個或多個導通孔，所述導通孔用於在所述內部攪拌塊移動時導通所述水合物漿液。
在上述水合物漿液流動性實驗系統中，優選的，所述傳動模塊還包含數據採集單元，所述數據採集單元用於根據所述內部攪拌塊移動時，所述傳動模塊提供的動力變化獲得所述水合物漿液的漿液流動性信息。
在上述水合物漿液流動性實驗系統中，優選的，所述可視實驗管段包含一個或多個透明可視實驗管道，所述透明可視實驗管道內設置有溫度傳感器；所述溫度調節裝置為帶有透明視窗的恆溫箱，所述恆溫箱內設有天然氣報警器。
在上述水合物漿液流動性實驗系統中，優選的，所述磁力傳動模塊包含可調速電機，所述可調速電機用於利用所述磁力傳動模塊來控制所述內部攪拌塊的移動速度。
本發明一優選實施例中還提供一種水合物漿液流動性實驗方法，所述實驗方法包含：利用磁力傳動模塊帶動內設有銜鐵的內部攪拌塊，於填充有水合物漿液的可視實驗管段內移動；根據所述內部攪拌塊移動時，所述磁力傳動模塊提供的動力變化獲得所述水合物漿液的漿液流動性信息；其中所述動力變化包含水合物漿液的溫度及壓力信息，以及所述內部攪拌塊的扭矩和移動速度信息。
本發明一優選實施例中還提供一種水合物漿液流動性實驗裝置，所述實驗裝置包含：磁力傳動模塊、可視實驗管段、內部攪拌塊和數據採集模塊；所述磁力傳動模塊用於利用磁力帶動所述內部攪拌塊按預定路線移動；所述內部攪拌塊內設置有銜鐵，且所述內部攪拌塊設置於所述可視實驗管段內部，用於根據所述磁力傳動模塊所提供的磁力按預定路線攪拌所述可視實驗管段內的水合物漿液；所述數據採集模塊用於根據所述內部攪拌塊移動時，所述磁力傳動模塊提供的動力變化獲得所述水合物漿液的漿液流動性信息；其中所述動力變化包含水合物漿液的溫度及壓力信息，以及所述內部攪拌塊的扭矩和移動速度信息。
通過本發明所提供的水合物漿液流動性實驗系統、方法及裝置，可在實驗體系中加入砂石等其他固體雜質，研究其對水合物生成、分解及流動性的影響，同時也可用於評價水合物動力學抑制劑等相關方面的研究；實現水合物漿液生成、分解動力學規律監測、水合物漿液流動性測量和水合物抑制劑評價。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明的限定。在附圖中：
圖1為本發明所提供的水合物漿液流動性實驗系統的結構示意圖；
圖2為本發明一優選實施例所提供的內部攪拌塊的結構示意圖。
附圖標號
1：高壓氣瓶；
2：放空模塊；
3：抽真空模塊；
4：恆溫箱；
5：透明可視實驗管段；
6：加料系統；
7：磁力傳動模塊；
8：內部攪拌塊。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明做進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。
請參考圖1所示，本發明具體提供一種水合物漿液流動性實驗系統，所述系統包含壓力調節裝置、抽空裝置、溫度調節裝置和實驗裝置；所述壓力調節裝置用於所述水合物漿液流動性實驗系統內壓力狀態；所述抽空裝置用於抽取所述水合物漿液流動性實驗系統內廢氣；所述溫度調節裝置用於放置所述實驗裝置，並控制所述實驗裝置的實驗溫度；所述實驗裝置包含可視實驗管段、傳動模塊和內部攪拌塊；所述可視實驗管段用於裝載實驗用的水合物漿液，並提供可視窗口；所述傳動模塊用於提供動力帶動所述內部攪拌塊按預定路線移動，以及根據所述內部攪拌塊移動情況，獲得所述水合物漿液的漿液流動性信息；所述內部攪拌塊設置於所述可視實驗管段內部，用於根據所述傳動模塊所提供的動力按預定路線攪拌所述可視實驗管段內的所述水合物漿液；所述傳動模塊為磁力傳動模塊，所述內部攪拌塊內設置有銜鐵；所述磁力傳動模塊利用與所述銜鐵之間的磁力為所述內部攪拌塊提供移動的動力。
在上述實施例中，所述壓力調節裝置包含一個或多個高壓氣瓶1，所述高壓氣瓶1與所述可視實驗管段通過輔助管線相連；所述輔助管線上設置有減壓閥；所述壓力調節裝置通過所述高壓氣瓶1加壓或所述減壓閥減壓調節所述水合物漿液流動性實驗系統內壓力狀態。實際工作中，高壓氣瓶1和可視實驗管段依次通過輔助管線相連，實驗裝置內的氣體源自於高壓氣瓶1，輔助管線中安裝有減壓閥，可以通過控制閥門開度來恆定實驗裝置的壓力，以實現控制實驗裝置體系處於不同的壓力設定值；高壓氣瓶1內的壓強最大可為25mpa，可以設計多個高壓氣瓶1同時向實驗裝置內供氣，逐漸提高系統內的壓力，當然也可根據實際需要選擇高壓氣瓶1數量及規格，本發明在此並不做限制。
再請參考圖1所示，在本發明一優選的實施例中，所述抽空裝置包含放空模塊2和抽真空模塊3，所述放空模塊2和所述抽真空模塊3分別與所述可視實驗管段相連；如圖1所示，放空模塊2的末端與可視試驗管段氣相入口端相連，抽真空模塊3的末端與可視試驗管段氣相入口端相連；所述放空模塊2用於排放所述可視實驗管段內的水合物；所述抽真空模塊3用於對所述可視實驗管段做抽真空處理；實際工作中，所述放空模塊2和所述抽真空模塊3具體採用抽氣泵結構還是其他結構可根據實際需要選擇，本發明在此並不做限制。
在上述實施例中，所述系統還包含加料模塊6，所述加料模塊6與所述可視實驗管段相連，用於向所述可視實驗管段內注入實驗用的水合物漿液。請參考圖1所示，加料模塊與可視試驗管段液相入口端相連，可以加入不同配比的液相和固相混合物，以及實驗用的水合物漿液。
請參考圖1結合圖2所示，在本發明一優選的實施例中，所述內部攪拌塊8內設置有一個或多個導通孔，所述導通孔用於在所述內部攪拌塊移動時導通所述水合物漿液，以此，當管道內存在較多固體絮狀物時，不會使絮狀物向兩端聚集；實際工作中，所述內部攪拌塊8可為圓柱體，並在內部開5個通孔，當然具體通孔數量以及形狀可根據實際需要選擇。
在本發明一優選的實施例中，所述傳動模塊7還包含數據採集單元，所述數據採集單元用於根據所述內部攪拌塊8移動時，所述傳動模塊提供的動力變化獲得所述水合物漿液的漿液流動性信息，實際工作中，所述傳動模塊7還可包含溫度、壓力、扭矩等傳感器，通過該些傳感器獲得溫度、壓力、扭矩、攪拌片移動速度等數據，以此進一步精準分析不同狀態或材質下的水合物漿液的流動性。
在本發明一優選的實施例中，所述可視實驗管段包含一個或多個透明可視實驗管道，所述透明可視實驗管道內設置有溫度傳感器。所述溫度調節裝置為帶有透明視窗的恆溫箱，所述恆溫箱內設有天然氣報警器。所述磁力傳動模塊包含可調速電機，所述可調速電機用於利用所述磁力傳動模塊來控制所述內部攪拌塊的移動速度。在實際工作中，所述溫度調節裝置可為一個帶有透明視窗的恆溫箱，該恆溫箱長2.2米，寬1米，高0.5米；控溫範圍：-10℃～40℃；恆溫箱前後兩側為透明可視窗，恆溫箱內部放置兩根高壓聚碳酸酯透明管亦即透明可視實驗管道(承壓為4mpa)，管道內放置有滑塊，滑塊內部放置有銜鐵，可通過外部的磁力傳動模塊控制管道內攪拌塊的運動模式，對透明管內部的介質進行攪拌；再將外磁鋼移動支架放置在恆溫箱內部，該磁力傳動模塊配有可調速電機，可控制管道內攪拌塊的速度，能夠測得磁塊往復的頻率以及磁塊驅動的扭矩，配有數據採集系統，能夠實時記錄磁塊往復頻率及扭矩；恆溫箱內配有天然氣報警器；恆溫箱內部透明管設備內安裝溫度傳感器，分布於兩根透明管段中部，每根內部有兩個溫度測量點，測量精度0.1℃。配有溫度採集系統，實時記錄溫度數據。每根透明管一端都配有壓力傳感器，配有數採系統，能夠實時記錄壓力數據。同時恆溫箱外部配備有相機支架，可遠程操控相機位置，通過恆溫箱外部的透明視窗對管道內介質物理形態進行記錄；同樣的，上述實例僅為本發明的一較佳實例，實際工作中具體採用的型號和位置結構可根據實際需要選擇設置，本發明在此並不做限制。
在本發明一優選實施例中還提供一種水合物漿液流動性實驗方法，所述實驗方法包含：利用磁力傳動模塊帶動內設有銜鐵的內部攪拌塊，於填充有水合物漿液的可視實驗管段內移動；根據所述內部攪拌塊移動時，所述磁力傳動模塊提供的動力變化獲得所述水合物漿液的漿液流動性信息；其中所述動力變化包含水合物漿液的溫度及壓力信息，以及所述內部攪拌塊的扭矩和移動速度信息。該實施例的具體操作流程，具體請參考如下所述，在進行水合物漿液生成動力學規律監測實驗中：
1、檢查裝置是否處於正常運行狀態，包括：高壓氣瓶是否工作正常；恆溫箱是否工作正常；壓力傳感器、溫度傳感器和扭矩傳感器採集是否正常；各種閥門是否按要求開關；
2、抽真空作業：將整個實驗管路關閉，利用抽真空系統中的真空泵對設置在實驗裝置上的抽真空點進行抽真空作業，直到實驗系統內的壓力達到預先要求值為止。
3、添加實驗介質：將實驗所需的液相介質和固相介質按照預先設定的量準備好，通過加料口加注到管道內。打開磁力傳動裝置對測試管道內的實驗介質進行攪拌，通過透明視窗對體系內的情況進行觀察和分析，直至達到實驗要求。
4、進行實驗溫控：按照預先設定的實驗條件，開啟恆溫箱對試驗管道進行控溫，直到溫度恆定到實驗值。
5、進行實驗壓力控制：打開氣瓶與試驗管路中間的閥門，緩慢向實驗測試管道內補氣增壓。待壓力達到設定壓力時，關閉閥門。
6、進行動力學實驗，開始計時，採集各個溫度、壓力傳感器的數據測定氣體消耗量數據，同時採集扭矩傳感器的數據來研究水合物漿液流動性規律。
其次，在進行水合物漿液分解動力學規律監測中，進一步包含以下步驟：
7、監測到實驗體系的壓力停止降低或管道內的攪拌塊因阻力停止運動後，調高恆溫箱的設定溫度到設定值，開始進行水合物漿液分解動力學規律監測實驗。
8、開始計時，採集溫度、壓力傳感器的實驗數據來測定水合物漿液的分解速率；同時通過扭矩傳感器的數據來判斷水合物漿液的流動性，直至體系內壓力不再升高，水合物完全分解。
與水合物漿液分解動力學規律監測步驟不同的是，在進行水合物動力學抑制劑評價中並不用進行步驟7和步驟8，而是用以下步驟9、10分別替代上述步驟3、6，以此完成實驗。
9、添加實驗介質：將實驗所需的液相介質和相應的水合物抑制劑按照預先設定的量準備好，通過加料口加注到管道內。打開磁力傳動裝置對測試管道內的實驗介質進行攪拌，通過透明視窗對體系內的情況進行觀察和分析，直至達到實驗要求。
10、進行水合物動力學抑制劑評價試驗，開始計時，採集各個溫度、壓力傳感器的數據測定水合物生成速率，同時採集扭矩傳感器的數據來研究水合物漿液流動性規律。
在本發明一優選實施例中還提供一種水合物漿液流動性實驗裝置，所述實驗裝置包含：磁力傳動模塊、可視實驗管段、內部攪拌塊和數據採集模塊；所述磁力傳動模塊用於利用磁力帶動所述內部攪拌塊按預定路線移動；所述內部攪拌塊內設置有銜鐵，且所述內部攪拌塊設置於所述可視實驗管段內部，用於根據所述磁力傳動模塊所提供的磁力按預定路線攪拌所述可視實驗管段內的水合物漿液；所述數據採集模塊用於根據所述內部攪拌塊移動時，所述磁力傳動模塊提供的動力變化獲得所述水合物漿液的漿液流動性信息；其中所述動力變化包含水合物漿液的溫度及壓力信息，以及所述內部攪拌塊的扭矩和移動速度信息；該實驗裝置中，主要使用外磁鋼移動支架放置在恆溫箱或其他實驗載體內部，該磁力傳動裝置配有可調速電機，可控制管道內攪拌塊的速度，能夠測得磁塊往復的頻率以及磁塊驅動的扭矩。配有數據採集系統，能夠實時記錄磁塊往復頻率及扭矩。恆溫箱內配有天然氣報警器。恆溫箱內部透明管設備內安裝溫度傳感器，分布於兩根透明管段中部，每根內部有兩個溫度測量點，測量精度0.1℃。配有溫度採集系統，實時記錄溫度數據。每根透明管一端都配有壓力傳感器，配有數採系統，能夠實時記錄壓力數據。同時恆溫箱外部配備有相機支架，可遠程操控相機位置，通過恆溫箱外部的透明視窗對管道內介質物理形態進行記錄。
通過本發明所提供的水合物漿液流動性實驗系統、方法及裝置，可在實驗體系中加入砂石等其他固體雜質，研究其對水合物生成、分解及流動性的影響，同時也可用於評價水合物動力學抑制劑等相關方面的研究；實現水合物漿液生成、分解動力學規律監測、水合物漿液流動性測量和水合物抑制劑評價。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。