一種閉環式多相混合流體模擬測試裝置的製作方法

2023-05-14 21:42:51

本發明涉及工業多相混合流體模擬檢測的領域，特別是涉及一種閉環式多相混合流體模擬測試裝置。

背景技術：

多相流現象廣泛存在於自然界和生產生活中，對多相流動機理認識的加深能有效促進和推動國民經濟的發展。對多相流的研究主要分為理論研究與實驗研究，二者都離不開多相流模擬檢測系統的支持。

多相流在石油工業中更是一個重要的研究課題，油井開採出來的原油主要是由工業氣體，液體水，油等組成的混合物，由於油井所處的地質條件的不同，所開採的原油所含油氣水的比例也不同，並且，油井口的出油壓力也不同。在石油工業生產中，檢測油氣水的混合比例從而測量率油井的出油率是一項複雜的檢測工序。目前國內都採用開環式多相混合流體模擬檢測系統來模擬工業原油油氣水的混合比，由於開環式系統是在常壓下實驗，也不能的模擬油井出口的壓力變化，一般檢測誤差偏離幅度比較大。

因此，現有的開環式多相混合流體模擬檢測系統由於不能模擬壓力變化而導致檢測誤差偏離幅度較大。

技術實現要素：

本發明提供一種閉環式多相混合流體模擬測試裝置，能夠解決現有技術存在的測試裝置由於不能模擬壓力變化而導致多相流體測試的局限性。通過採用裝置整體閉環設計，實現系統的整體壓力恆定及穩定。

為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是：提供一種閉環式多相混合流體模擬測試裝置，所述測試裝置包括循環壓縮機、多相流測量管段和氣相控制單元、水相控制單元、油相控制單元中三相控制單元的任意兩相或三相，所述循環壓縮機與所述氣相控制單元、所述水相控制單元以及所述油相控制單元三相中的任意兩相或三相連通組成閉環迴路，所述多相流測試管段跨設於所述氣相控制單元、所述水相控制單元以及所述油相控制單元三相中的任意兩相或三相之間，用於對兩相或兩相以上混合流體進行模擬。

其中，所述測試裝置包括氣相控制單元、水相控制單元以及油相控制單元，其中，所述水相控制單元和所述油相控制單元的一端分別與油水分離罐連接，另一端與所述氣相控制單元連接，所述油水分離罐設於所述循環壓縮機與所述水相控制單元以及所述油相控制單元之間。

其中，所述氣相控制單元包括空氣罐以及與所述空氣罐連接的一條或多條氣相控制管路，每一氣相控制管路上分別設有控制閥門以及流量計。

其中，所述氣相控制單元還包括乾燥器，所述乾燥器串聯設於所述空氣罐與所述氣相控制管路之間。

其中，所述水相控制單元包括水泵以及與所述水泵連接的水相控制管路，每一水相控制管路上分別設有控制閥門以及流量計。

其中，所述油相控制單元包括油泵以及與所述油泵連接的油相控制管路，每一油相控制管路上分別設有控制閥門以及流量計。

其中，所述測試裝置還包括冷卻水箱，所述冷卻水箱通過冷卻水泵與所述循環壓縮機連通，用於對所述循環壓縮機進行水冷卻。

其中，所述氣相控制單元、所述水相控制單元以及所述油相控制單元的控制管路上分別設置多個控制閥門，所述控制閥門可以為電磁閥、截止閥或者球閥。

其中，所述測試裝置進一步包括壓差流量調節閥組，所述壓差流量調節閥組的一端連接於所述乾燥器與所述空氣罐之間，另一端連接於所述循環壓縮機與所述油水分離罐之間。

其中，所述乾燥器與所述空氣罐和/或所述氣相控制管路之間設有流量計。

本發明的有益效果是：區別於現有技術的情況，本發明的優點在於，本系統通過閉環式恆壓設計，系統在設定壓力下工作，系統的每一個點的壓力穩定，不需要中斷實驗進行補氣，可循環不間斷工作，更接近實際工況，解決開環式實驗系統壓力不穩的重大缺陷，能接近真實的模擬原油生產過程中油氣水多相流體的混合狀況及其與壓力、壓差的變化的關係，為研究及開發多相流測量設備及學術研究提供必要的物理實驗條件。此外，本發明採取壓差式流量控制組精確的調節所需的流體流量，大大提高測量精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明閉環式多相混合流體模擬測試裝置一優選實施方式的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步的詳細描述。特別指出的是，以下實施例僅用於說明本發明，但不對本發明的範圍進行限定。同樣的，以下實施例僅為本發明的部分實施例而非全部實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。

請參閱圖1，圖1是本發明閉環式多相混合流體模擬測試裝置一優選實施方式的示意圖。該測試裝置包括但不限於循環壓縮機1、多相流測量管段2和氣相控制單元3、水相控制單元4以及油相控制單元5。

該循環壓縮機1與氣相控制單元3、水相控制單元4以及油相控制單元5連通組成閉環迴路，多相流測量管段2跨設於氣相控制單元3、水相控制單元4以及油相控制單元5之間，用於對系統中混合流體進行模擬檢測。

其中，水相控制單元4和油相控制單元5的一端分別與油水分離罐6連接，具體為水相控制單元4與油水分離罐6的底部連接，而油相控制單元5則與油水分離罐6的中部連接，因為水的密度較大，會在油水分離罐6中油水混合液的底部。

水相控制單元4和油相控制單元5的另一端與氣相控制單元3連接，而油水分離罐6設於循環壓縮機1與水相控制單元4以及油相控制單元5之間。

氣相控制單元3包括空氣罐7以及與空氣罐7連接的氣相控制管路，在本實施例中為3條氣相控制管路，當然，在其他實施例中，還可以為一條、兩條或者多條氣相控制管路。每一氣相控制管路上分別設有控制閥門9以及流量計8，因而可以調節控制管路中氣體流量。優選地，氣相控制單元3還包括乾燥器10，該乾燥器10串聯設於空氣罐7與氣相控制管路之間，乾燥器10可去除氣相控制管路中的水分，提高參考測量值的準確性。

水相控制單元4包括水泵11以及與水泵連接的水相控制管路，每一水相控制管路上分別設有控制閥門12以及流量計13。

油相控制單元5包括油泵14以及與油泵14連接的油相控制管路，每一油相控制管路上分別設有控制閥門15以及流量計16。通過水相控制管路及油相控制管路中的控制閥門，可精確調節控制管路中水相及油相介質的流量。在本實施例中只示意出了兩條油相控制管路和水相控制管路的情況，本領域技術人員可以根據實際需要增減油相控制管路和水相控制管路的數量以及相對應設置的控制閥門和流量計。

進一步優選地，還測試裝置還包括冷卻水箱17，冷卻水箱17通過冷卻水泵18與循環壓縮機1連通，用於對循環壓縮機1進行水冷卻，冷卻水箱17能夠維持循環壓縮機工作溫度，防止過熱，保證循環壓縮機的正常運轉。

該氣相控制單元3、水相控制單元4以及油相控制單元5的控制管路上分別設置多個控制閥門，而控制閥門的類型可以為電磁閥、截止閥或者球閥等，在本領域技術人員的理解範圍內，此處不再一一列舉。

優選地，該測試裝置還可以包括壓差流量調節閥組19，該壓差流量調節閥組19的一端連接於乾燥器10與空氣罐7之間，另一端連接於循環壓縮機1與油水分離罐6之間。用於調節空氣罐7與油水分離罐6之間(或者說是系統)的壓力。

乾燥器10與空氣罐7相連接。

另外，空氣罐7上還可以連接有輔助空氣罐71，輔助空氣罐71與空氣罐7之間通過閥門(圖中未標示)連接，輔助空氣罐71用於保證空氣罐7具有充足的空氣。

舉例而言，在使用本發明實施例中的閉環式多相混合流體模擬測試裝置時，通過壓差流量調節閥組19可以將系統壓力任意設定在0～1.6mpa之間。然後分別開啟油泵14，通過油相管路及閥組15，調節油相介質的流量。開啟水泵11，通過水相管路及閥組12，調節水相介質的流量，再開啟循環調節壓縮機1，通過氣相管路及控制閥組9，同時通過改變循環壓縮機1的轉速以及調節壓差流量調節閥組19聯動來調節氣相流量及流速從而達到實驗所設定的油氣水比例，最終油氣水混合流體通過管路進入多相流測量管段2，完成實驗檢測目的。

綜上所述，本發明可以接近真實的模擬原油生產過程中油氣水多相流體的混合狀況及其與壓力變化的關係，為研究及開發多相流測量設備及學術研究提供必要的物理實驗條件。同時本系統通過閉環式恆壓設計，解決開環式實驗系統壓力不穩的重大缺陷，並且採取壓差式流量控制組精確的調節所需的流體流量，更接近實際工況。

需要說明的是，本發明實施例中只給出了三相混合流體的實施例情況，在其他實施例中，本領以技術人員在本實施例的原理之上，還可以設置為水相、氣相、油相任意兩相混合或者與其他相混合的三相以上的情況。

以上所述僅為本發明的實施方式，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。