專利名稱：一種模擬深水油氣水混輸實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬深水油氣水混輸實驗裝置，屬于深水流動安全保障技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
與單相流動相比，油氣水多相流動是一種十分復雜的流動?？梢哉f，至今人們?nèi)匀粵]有從根本上解決對它的流動特性進行準確預測的問題。自20世紀70年代末以來，歐洲北海油田的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)規(guī)模的逐步擴大，進一步加大了對深水多相混輸技術(shù)的需求，有力地促進了這一技術(shù)的發(fā)展。深水海底為高靜壓、低溫環(huán)境，這對海底油氣混輸管道提出了嚴格的要求。深水油氣田現(xiàn)場的應用實踐表明，在深水油氣混輸管道中，由多相流成分、海底地勢起伏、運行操作等帶來的問題，如段塞流、析蠟、水合物等，已經(jīng)嚴重威脅到生產(chǎn)的正常運行和海底集輸系統(tǒng)的安全，由此引起的險情頻頻發(fā)生。影響深水流動安全保障技術(shù)應用的主要因素是其自身的技術(shù)完善和適用程度上存在的問題。深水流動安全保障技術(shù)是國民經(jīng)濟中十分重要的學科，至今尚有許多基本的規(guī)律與機理不很清楚，許多工程技術(shù)問題的解決有待于本學科研究工作的深入。在海洋油氣開發(fā)中，當海底的混輸管線到達海洋平臺時，需要與上升管連接。在較低的氣液流速下，集輸和上升管路組成的系統(tǒng)中會出現(xiàn)稱為嚴重段塞流的特殊有害流型。 這種流型給設計和生產(chǎn)帶來許多問題，系統(tǒng)壓力的劇烈波動和出現(xiàn)長液塞會造成分離器控制困難，甚至出現(xiàn)生產(chǎn)中斷，同時在深海油田中嚴重段塞流現(xiàn)象會產(chǎn)生很高的背壓，對油藏造成不利影響，甚至出現(xiàn)死井。因此，深入系統(tǒng)地研究嚴重段塞流的發(fā)生機理和流動特征， 探索消除嚴重段塞流的可行方法，是我國海洋油氣工業(yè)走向深水油田開發(fā)過程中急需解決的關(guān)鍵科學問題。我國所產(chǎn)原油80%以上為含蠟原油，輸送含蠟原油常采用加熱方法來改善原油的流動性。在原油開采及管道輸送過程中，由于壓力、溫度等環(huán)境條件的變化，原油中的蠟、浙青質(zhì)及膠質(zhì)會沉積在管壁上，使原油的輸送阻力增大。結(jié)蠟層對管道經(jīng)濟運行有一定的影響，嚴重時甚至會造成凝管事故，給管道輸送造成很大的安全隱患。為解決上述問題，需對輸油管道結(jié)蠟進行預測和預防，探索輸油管道結(jié)蠟的規(guī)律，以便采取積極有效的預防措施， 保證輸油管道的正常運行。天然氣水合物是在一定溫度和壓力條件下形成的冰狀籠形化合物。管道內(nèi)的氣體水合物能夠阻塞管道，影響石油天然氣的正常輸送，還可能對海底管道和連接裝置造成損害，甚至導致大量的經(jīng)濟損失和人員傷亡。因此，氣體水合物的生成是天然氣工業(yè)界在天然氣生產(chǎn)、處理和運輸過程中必須解決的難題。針對目前深水流動安全技術(shù)實驗環(huán)路研究的迫切性，歐洲在深水油氣水混輸技術(shù)研究方面建設了一流的試驗裝置，法國、英國、挪威都設有一定規(guī)模和技術(shù)水平名列世界前矛的多相流試驗環(huán)路，相繼發(fā)起了若干個深水油氣水混輸技術(shù)研究項目，在段塞流模擬、蠟沉積研究、水合物抑制措施、多相管流壓降計算、多相混輸泵、多相流量計等方面開展了大量的研究工作。以期應用于工程實際，提高深水流動安全輸送的穩(wěn)定性。但目前已有的多相流混輸環(huán)路實驗裝置存在的不足主要在于(1)實驗室環(huán)路的功能單一，不能模擬深水流動保障安全問題多種工況；(2)目前的實驗室環(huán)路主要集中在中低壓系統(tǒng)研究，不滿住深水高壓低溫的實際工況；(3)目前我國進行深水流動安全保障技術(shù)的研究不夠深入，相關(guān)多相混輸環(huán)路設計規(guī)模和測試方法均與深水實際的工況差距很大，其實驗結(jié)果難以推廣到深水工程應用。因此設計一套能夠模擬深水實際工況的多功能油氣水混輸環(huán)路實驗裝置，能夠?qū)ι钏鲃影踩Ｕ蠁栴}例如段塞流、蠟沉積、水合物形成等多方面技術(shù)領(lǐng)域進行模擬實驗， 為深水流動安全保障技術(shù)在工程實例的應用和推廣奠定基礎。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具備多功能油氣水混輸實驗裝置，能模擬深水工程環(huán)境中的實際工況條件，同時適合于研究深水段塞流模擬、低溫蠟沉積、停輸再啟動，水合物形成等不同深水流動安全保障技術(shù)的實驗研究及工程推廣等完整的研究體系。本發(fā)明提供的一種模擬深水油氣水混輸實驗裝置包括段塞流捕集器、油氣水三相分離器、儲油罐、儲水罐、油氣水三相混合器、一級壓縮機、二級壓縮機、天然氣水合物生成模擬裝置和夾套管式換熱裝置；所述儲油罐和儲水罐上均設有加熱器；所述儲油罐和儲水罐分別通過水平管路I和水平管路II與所述油氣水三相分離器相連通，所述水平管路I和水平管路II上分別設有輸油泵和輸水泵；所述油氣水三相分離器的出油口、出水口和出氣口分別通過管路a、管路b和管路c與所述油氣水三相混合器相連，所述管路a、管路b和管路c上分別設有輸油泵、輸水泵和一級壓縮機；所述一級壓縮機通過管路d與所述二級壓縮機相連；所述二級壓縮機與所述天然氣水合物生成模擬裝置相連；所述油氣水三相混合器的出口與傾斜的管路e相連，所述管路e的另一端與立管的入口端相連；所述管路e上設有可視窗口 ；所述立管的出口端與所述段塞流捕集器相連；所述夾套管式換熱裝置并聯(lián)于所述管路e上，所述夾套管式換熱裝置包括若干個并聯(lián)的套管式管路，所述若干個套管式管路的內(nèi)管尺寸均不相等；制冷劑儲罐的出口和入口均與所述套管式管路的外管相連，并向所述套管式管路的外管中循環(huán)通入制冷劑；所述立管的入口處設有水平管路III，所述水平管路III的另一端與所述油氣水三相分離器相連；所述段塞流捕集器的出液口與所述油氣水三相分離器相連，所述段塞流捕集器的出氣口與所述管路c相連。上述的實驗裝置中，所述段塞流捕集器可為氣液兩相分離器。上述的實驗裝置中，所述儲油罐與所述管路a相連通，所述儲水灌與所述管路b相連通。上述的實驗裝置中，所述天然氣水合物生成模擬裝置可為節(jié)流降壓裝置，所述節(jié)流降壓裝置可為節(jié)流閥，通過降壓的方式來調(diào)控天然氣水合物的生成。上述的實驗裝置中，所述天然氣水合物生成模擬裝置可為天然氣/制冷劑換熱器；所述制冷劑儲罐向所述天然氣/制冷劑換熱器中循環(huán)通入所述制冷劑，通過降溫的方式調(diào)控天然氣水合物的生成。
上述的實驗裝置中，所述天然氣水合物的檢測可以采用光學檢測、壓差檢測、溫度檢測。光學檢測要求有透明的視窗，壓差檢測可以通過濾器的的壓差變化來實現(xiàn)，溫度檢測可以通過傳感器來進行。所述天然氣水合物穩(wěn)定形成后，可以通過兩種方式來消除，一是使用化學藥劑系統(tǒng)，注入所述天然氣水合物抑制劑，記錄下注入量和水合物形成的關(guān)系；二是通過模塊外部的電伴熱帶加熱，提高溫度以消除所述天然氣水合物。上述的實驗裝置中，在末端所述套管式管路的內(nèi)管中的原油逐漸降溫結(jié)蠟，可通過Y射線和FBRM probo (聚焦光束反射率測試探頭)來測定結(jié)蠟的厚度，通過插入深度不同的溫度變送器檢測不同深度的溫度，從而分析不同溫度場對結(jié)蠟的影響及油品的結(jié)蠟規(guī)律。上述的實驗裝置中，所述夾套管式換熱裝置的兩端分別設有發(fā)球筒和收球筒，用于去除結(jié)蠟；出現(xiàn)嚴重堵塞的情況下，所述套管式管路可以進行拆卸以清除結(jié)蠟上述的實驗裝置中，所述管路e相對于水平面的傾斜角為0° -45°，以便在所述立管中產(chǎn)生嚴重段塞；可通過改變所述管路e的傾角和氣液比進行流型研究，進而得到段塞流行成規(guī)律和段塞量。上述的實驗裝置中，所述套管式管路可為3條。上述的實驗裝置中，所述制冷劑可為乙二醇；所述制冷劑儲罐可與制冷機相連，以持續(xù)提供所述制冷劑。本發(fā)明在于提供一種具備多功能深水流動安全保障油氣水混輸實驗裝置，能模擬深水工程環(huán)境(輸送介質(zhì)壓力高，管線環(huán)境溫度低)中的實際工況條件，同時適合于研究深水段塞流模擬、低溫蠟沉積、停輸再啟動，水合物形成等不同深水流動安全保障技術(shù)的實驗研究及工程推廣等完整的研究體系，填補了國內(nèi)空白。與此同時，減少環(huán)路的重復建設，進一步提高環(huán)路的綜合實驗研究價值。多功能深水流動安全保障油氣水混輸實驗環(huán)路為深水油氣田開發(fā)奠定了試驗研究和性能測試基礎，為關(guān)鍵設備的性能測試以及國產(chǎn)化提供了可能，相關(guān)研究將提高我國開發(fā)南海深水油氣資源能力。


圖1為本發(fā)明的油氣水混輸實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標記如下1氣液兩相分離器、2油氣水三相分離器、3儲油灌、4儲油罐加熱器、5低壓輸油泵、6儲水罐加熱器、7低壓輸水泵、8儲水罐、9收球筒、10輸油泵、11輸水泵、12 —級壓縮機、13油氣水三相混合器、14發(fā)球筒、15 二級壓縮機、16套管式管路、17天然氣/乙二醇換熱器、18制冷機、19冷乙二醇儲罐、20冷乙二醇泵、21節(jié)流閥、22管路a、23 管路b、M管路C、25管路管路e、27水平管路U8水平管路II、四水平管路III、30 立管。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。本發(fā)明的油氣水混輸實驗裝置包括氣液兩相分離器1、油氣水三相分離器2、儲油罐3、儲水罐8、油氣水三相混合器13、一級壓縮機12、二級壓縮機15、天然氣水合物生成模擬裝置和夾套管式換熱裝置；儲油罐3和儲水罐8分別設有儲油罐加熱器4和儲水罐加熱
5器6 ；儲油罐3和儲水罐8分別通過水平管路I 27和水平管路II 28與油氣水三相分離器 2相連通，水平管路I 27和水平管路II 28上分別設有低壓輸油泵5和低壓輸水泵11 ；油氣水三相分離器2的出油口、出水口和出氣口分別通過管路a22、管路b23和管路cM與油氣水三相混合器13相連，管路a22、管路b23和管路W4上分別設有輸油泵10、輸水泵11 和一級壓縮機12 ；儲油罐3與管路a22相連通，儲水罐8與管路b23相連通；一級壓縮機12 通過管路d25與二級壓縮機15相連；天然氣水合物生成模擬裝置為節(jié)流閥21 ；二級壓縮機 15與節(jié)流閥21相連，通過降壓來調(diào)控天然氣水合物的生成；天然氣水合物檢測可以采用光學檢測、壓差檢測或溫度檢測；天然氣水合物穩(wěn)定形成后，可以通過兩種方式來消除，一是使用化學藥劑系統(tǒng)，注入水合物抑制劑，記錄下注入量和水合物形成的關(guān)系；二是通過模塊外部的電伴熱帶加熱，提高溫度以消除水合物；油氣水三相混合器13的出口與可調(diào)傾斜的管路U6相連相連，管路U6與水平面的傾斜角為30°，管路e26的另一端與立管30的入口端相連；管路U6上設有可視窗口(圖中未示出)，用于觀察流型的變化；立管30的出口端與氣液兩相分離器1相連；夾套管式換熱裝置并聯(lián)于管路上，該夾套管式換熱裝置包括3個并聯(lián)的套管式管路16，3個套管式管路16的內(nèi)管尺寸均不相等，用于結(jié)蠟測試，可通過Y射線和FBRM probo (聚焦光束反射率測試探頭)來測定結(jié)蠟的厚度，通過插入深度不同的溫度變送器檢測不同深度的溫度，從而分析不同溫度場對結(jié)蠟的影響及油品的結(jié)蠟規(guī)律；冷乙二醇儲罐19的出口和入口均與套管式管路16的外管相連，并通過冷乙二醇泵20 向套管式管路16的外管中循環(huán)通入制冷乙二醇，冷乙二醇儲罐19與制冷機18相連，用于對乙二醇進行循環(huán)制冷；套管式管路16的入口端和出口端分別設有發(fā)球筒14和收球筒9， 用于去除管路內(nèi)的蠟沉積；立管30的入口處設有水平管路11129，水平管路III29的另一端與油氣水三相分離器2相連；氣液兩相分離器1的出液口與油氣水三相分離器2相連， 氣液兩相分離器1的出氣口與管路相連；管路a22、管路1^23、管路c24、管路d25、管路 e26、水平管路I 27、水平管路11 、水平管路111 和立管30上均設有截止閥(圖中未示出)；管路a22、管路b23和管路cM上均設有流量計(圖中未示出)。
上述的油氣水混輸實驗裝置中，天然氣水合物生成模擬裝置還可為天然氣/乙二醇換熱器17，并由制冷機18和冷乙二醇儲罐19向其中循環(huán)通過冷乙二醇，以降溫的方式調(diào)控天然氣水合物的生成；管路e相對于水平面的傾斜角可以在0° -45°內(nèi)調(diào)節(jié)(但不為 0° )；套管式管路16的個數(shù)可以根據(jù)實際需要進行調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種油氣水混輸實驗裝置，其特征在于該實驗裝置包括段塞流捕集器、油氣水三相分離器、儲油罐、儲水罐、油氣水三相混合器、一級壓縮機、二級壓縮機、天然氣水合物生成模擬裝置和夾套管式換熱裝置；所述儲油罐和儲水罐上均設有加熱器；所述儲油罐和儲水罐分別通過水平管路I和水平管路II與所述油氣水三相分離器相連通，所述水平管路I 和水平管路II上分別設有輸油泵和輸水泵；所述油氣水三相分離器的出油口、出水口和出氣口分別通過管路a、管路b和管路c與所述油氣水三相混合器相連，所述管路a、管路b和管路c上分別設有輸油泵、輸水泵和一級壓縮機；所述一級壓縮機通過管路d與所述二級壓縮機相連；所述二級壓縮機與所述天然氣水合物生成模擬裝置相連；所述油氣水三相混合器的出口與傾斜的管路e相連，所述管路e的另一端與立管的入口端相連；所述管路e上設有可視窗口 ；所述立管的出口端與所述段塞流捕集器相連；所述夾套管式換熱裝置并聯(lián)于所述管路e上，所述夾套管式換熱裝置包括若干個并聯(lián)的套管式管路，所述若干個套管式管路的內(nèi)管尺寸均不相等；制冷劑儲罐的出口和入口均與所述套管式管路的外管相連，并向所述套管式管路的外管中循環(huán)通入制冷劑；所述立管的入口處設有水平管路III，所述水平管路III的另一端與所述油氣水三相分離器相連；所述段塞流捕集器的出液口與所述油氣水三相分離器相連，所述段塞流捕集器的出氣口與所述管路c相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于所述段塞流捕集器為氣液兩相分離ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實驗裝置，其特征在于所述儲油罐與所述管路a相連通，所述儲水灌與所述管路b相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的實驗裝置，其特征在于所述天然氣水合物生成模擬裝置為節(jié)流降壓裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實驗裝置，其特征在于所述節(jié)流降壓裝置為節(jié)流閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的實驗裝置，其特征在于所述天然氣水合物生成模擬裝置為天然氣/制冷劑換熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的實驗裝置，其特征在于所述套管式管路的入口端和出口端分別設有發(fā)球筒和收球筒；所述管路e相對于水平面的傾斜角為0° -45°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一所述的實驗裝置，其特征在于所述套管式管路為3條。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一所述的實驗裝置，其特征在于所述制冷劑為乙二醇；所述制冷劑儲罐與制冷機相連。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種模擬深水油氣水混輸實驗裝置。所述實驗環(huán)路包括段塞流捕集器、油氣水三相分離器、儲油罐、儲水罐、油氣水三相混合器、一級壓縮機、二級壓縮機、天然氣水合物生成模擬裝置和夾套管式換熱裝置；所述儲油罐和儲水罐分別通過水平管路I和水平管路II與所述油氣水三相分離器相連通；所述油氣水三相分離器的出油口、出水口和出氣口分別通過管路a、管路b和管路c與所述油氣水三相混合器相連，所述管路a、管路b和管路c上分別設有輸油泵、輸水泵和一級壓縮機；所述一級壓縮機通過管路d與所述二級壓縮機相連；所述二級壓縮機與所述天然氣水合物生成模擬裝置相連；所述油氣水三相混合器的出口與傾斜的管路e相連，所述管路e的另一端與立管的入口端相連；所述管路e上設有可視窗口；所述立管的出口端與所述段塞流捕集器相連。
文檔編號F17D1/00GK102226499SQ20111008106
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者倪浩, 劉培林, 葉忠志, 姚海元, 張佃臣, 張姝妍, 李清平, 楊宇航, 鞠文杰, 韓旭平 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心, 海洋石油工程股份有限公司