本实用新型涉及一种用于改善并测量液体流动性的装置，具体涉及一种用于改善并同时测量石油领域中各种油品流动性的装置。
背景技术：
我国内陆及海外油田盛产含蜡原油，其在常温下具有易凝高黏的特征，流动性差为其开采和管道输送带来了诸多难题。当含蜡原油温度低于其析蜡点时，原油中的蜡逐渐析出，随着温度进一步降低，蜡组分结晶形成结构，表现出复杂的非牛顿流体特性。研究含蜡原油低温下的流动性改善技术，并将其应用于管道运输中，对于保障管道安全高效运行具有十分重要的意义。
目前，含蜡原油输送中常用加热输送、掺稀输送、乳化降黏输送等技术手段，但这些技术均存在一定的缺点和不足。例如：加热降黏输送工艺增加了管道建设的投资和运行管理费用；掺稀降黏输送多受限于稀油资源分布情况，且掺稀后的原油品质发生改变；乳化降黏输送存在稳定性不足的问题，经过输油泵高速剪切后可能出现破乳，无法实现长距离改性输送。
为了探究改善原油流动性的新技术，有研究者根据电流变液的机理，提出了高压电场处理以改善原油流动性的新方法。该技术特点明显，安全高效、操作简单、能耗很低。高压电场降黏技术可以应用于管道含蜡原油输送，海洋深水管道输油等方面。
不同于纯液相的牛顿流体，原油等多种油品低温下表现出非牛顿流体的特征，其黏度与流动过程中所受的剪切率相关。低温下的含蜡原油作为一种典型的非牛顿流体，对比同一剪切率下原油在电场处理前后的黏度是十分重要的。然而，目前该方面的研究相对较少，需要进行大量实验探究。
因此，提供一种用于改善并测量液体流动性的装置及方法已经成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种用于改善并测量液体流动性的装置。
为达上述目的，一方面，本实用新型提供了一种用于改善并测量液体流动性的装置，其中，该装置包括：储液设备、电场处理设备、控温设备、氮气加压设备、计量设备及绝缘支架；其中，
所述储液设备包括储液室14，其开口端设置有用于密封该储液室14的绝缘盖板11，且该绝缘盖板11上设有加压孔12及泄压孔13；
所述电场处理设备包括绝缘圆管33、带孔圆形电极板31及高压电源32，该绝缘圆管33通过所述储液室14底面中心处设置的开孔与所述储液室14相连，该绝缘圆管33的上部设置有出口阀15；
所述带孔圆形电极板31紧密固定于绝缘圆管33内，且该带孔圆形电极板31垂直于所述绝缘圆管33的轴向，且其通过电线与所述高压电源32相连；
所述计量设备包括毛细管52、压力传感器51，该毛细管52通过所述绝缘圆管33底面中心处设置的开孔与该绝缘圆管33相连；所述压力传感器51设置于所述毛细管52的入口端、出口端并用于测量毛细管52入口和出口之间的压力差；
所述控温设备包括循环液套41和高低温恒温循环装置，该循环液套41包裹于所述储液室14、绝缘圆管33及毛细管52的外部，且包裹于毛细管52外部的循环液套41的下部设置有循环液入口，包裹于储液室14外部的循环液套41的上部设置有循环液出口；所述循环液入口、循环液出口通过管路分别与所述高低温恒温循环装置相连；
所述氮气加压设备包括氮气储罐21、氮气调压阀22，该氮气储罐21通过气动软管23穿过所述加压孔12与所述储液室14相连，且所述氮气调压阀22设置于气动软管23上；
所述绝缘支架61用于支撑所述储液设备、电场处理设备、控温设备及计量设备。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，该绝缘圆管通过所述储液室底面中心处设置的开孔与所述储液室相连，其中，绝缘圆管与储液室底面中心处设置的开孔的连接方式可为粘合或者丝扣。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，其中，所述出口阀设置于绝缘圆管的上部，且位于绝缘圆管内最上端的带孔圆形电极板之上，该出口阀用于控制待测实验液体注入电场处理设备，其在实验前处于关闭状态，待储液室内的液体恒温一定时间后，开始实验时，再打开该出口阀。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，其中，本实用新型对所述带孔圆形电极板的数量不作具体要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要，合理设置该带孔圆形电极板的数量；但是，电极板数量较少时，形成的电场数目就少，影响处理效果；而电极板数量较多(≥5)时，实验液体流动受阻，需要很长时间才能从绝缘圆管流至毛细管，因此在本实用新型优选的实施方式中，所述带孔圆形电极板为3-5块。
无论该装置中设置几块带孔圆形电极板，这些电极板均需要与高压电源相连，且本实用新型对电极板与高压电源正负极的连接顺序也不作具体要求，位于绝缘圆管最上方的电极板可以接正极也可以接负极，但相邻极板必须接电源不同的极，相邻两个电极板不能同性。如在本实用新型具体实施方式中，该装置设置三块带孔圆形电极板，则该三块带孔圆形电极板可以依次与高压电源的正极、负极、正极相连。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，其中，所用压力传感器为压差式压力传感器，可以采用支架进行固定，用于测量毛细管入口和出口之间的压力差。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，可以在所述泄压孔的孔口安装泄压阀，以控制实验结束后剩余气体的排出。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，该毛细管通过所述绝缘圆管底面中心处设置的开孔与所述绝缘圆管相连，其中，毛细管与绝缘圆管底面中心处设置的开孔的连接方式可为粘合。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，所述毛细管可以为竖直状态，也可以为倾斜状态(即与绝缘圆管的底面呈一定角度)，并且无论毛细管处于何种状态，均需要保证带孔圆形电极板互相平行，且与绝缘圆管的轴向垂直/与绝缘圆管的径向平行，以保证电极板之间产生电场方向与实验液体流动方向平行。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，优选地，所述计量设备还包括回收液罐53及电子计数天平54。其中，实验液体通过毛细管流入烧杯中，电子天平记录流入烧杯中实验液体的质量。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，优选地，所述计量设备还包括数据远传仪表，该数据远传仪表与所述压力传感器51通过电线连接。其中，所述数据远传仪用于远程显示、记录压力传感器测量的压力值。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，优选地，所述储液室14为由绝缘材料制成的储液室，其内径为150-200mm。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，优选地，所述带孔圆形电极板31的开孔为方形孔或圆形孔；
更优选地，所述带孔圆形电极板31的直径为25-40mm，其开孔的边长或直径为1-4mm，开孔数目为15-80个；
还更优选地，所述带孔圆形电极板31两两间距为20-90mm。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，“紧密固定”是指必须确保带孔圆形电极板与绝缘圆管内壁之间无缝隙，即确保实验液体均经过该电极板的孔流至下方。本实用新型对带孔圆形电极板的固定方式不作具体要求，本领域技术人员可以根据需要选择合适的方式将带孔圆形电极板紧密固定于绝缘圆管内壁，只要能保证可以实现上述实用新型目的即可。在本实用新型具体的实施方式中，可以通过定位环并粘合的形式将电极板紧密固定于绝缘圆管内。
同时，本实用新型对所用电极板的材料不作具体要求要求，其可以采用铝、铁或铜等金属材料制成，并且本实用新型对电极板的尺寸也不作具体要求，本领域技术人员可根据实际需要，如绝缘圆管的相应尺寸参数等进行加工制作。在本实用新型的一具体实施方式中，该电极板为铜电极板，间距为50mm，开孔直径为2mm，开孔数目37个。
根据本实用新型具体的实施方案，改善液体流动性过程中所需要的电场由电场处理设备中的电极(接电源的电极板)产生，电场处理设备中的均匀电场可为恒定静电场，也可为具有一定时间间隔的脉冲电场。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，优选地，所述绝缘圆管33的内径为25-40mm。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，优选地，所述毛细管52的长度为150-400mm，内径为0.05-5.00mm。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，优选地，用于连接循环液入口、循环液出口与高低温恒温循环装置的管路的内径为10-30mm。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，优选地，所述氮气调压阀22为双级调压阀，其一级调压范围为0-25MPa，二级调压范围为0-100kPa。其中，该氮气调压阀用于精确控制供给液体的氮气压力，以改变液体流动过程中的流速。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，优选地，所述气动软管23的内径为6-15mm。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，优选地，所述绝缘支架61为由绝缘材料制成的四角支架，其高为1000-2000mm，支架各支撑杆间的距离为400-900mm。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，所述控温设备用于调控处理过程中实验液体的温度，所述氮气加压设备用于调控处理过程中实验液体的流速。
所述绝缘盖板可以防止实验液体挥发，同时也可以为氮气加压过程提供密封；所述泄压孔用于排出实验结束后剩余的气体；所述储液室为由绝缘材料制成的储液室，采用绝缘材料制备的储液室可以避免对待处理液体产生影响，该储液室上端使用绝缘盖板密封(如螺纹、法兰等)，其是用于装载待改性处理的实验液体，同时为了更好地将绝缘盖板与储液室进行密封，可以粘合密封条，以防漏气；所述毛细管用于测量实验液体的流变性。
在本实用新型的一具体实施方式中，所述储液室上端绝缘盖板采用法兰密封，该法兰数目为6-15个。
所用的循环液套和高低温恒温循环装置均为本领域使用的常规设备；所述高低温恒温循环装置中使用的循环液体可以是水(超纯水)，也可以是非极性液体。当所用的循环液体为水时，该循环液套即为循环水套，该高低温恒温循环装置也可以采用常规的循环水浴装置进行替代。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的装置中，优选地，所述循环液套的内外径之差(内外壁间厚度)为30-60mm。
本实用新型所述的装置可以适用于多种不同的方法进行改善并测量液体流动性，为了进一步对本实用新型的装置进行说明，本实用新型还提供了应用本实用新型的装置改善并测量液体流动性的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)、开启高低温恒温循环装置，使包裹于所述储液室、绝缘圆管及毛细管外部的循环液套温度达到实验液体的预设温度，再将带孔圆形电极板通过电线与高压电源进行连接；
(2)、关闭储液室的出口阀和泄压孔，向储液室中加入实验液体后采用绝缘盖板将储液室密封；
(3)、待实验液体恒温30min以上后，打开出口阀使得该实验液体经毛细管流出，并记录每分钟流出的该实验液体的质量，同时记录毛细管入口和出口之间的压力差；
(4)、打开电场处理设备的高压电源并调节至初设电压值，所述实验液体流经电场处理设备时对其进行改性处理，记录每分钟流出的该实验液体的质量，同时记录毛细管入口和出口之间的压力差；
(5)、关闭高压电源，打开氮气储罐，通过氮气调压阀调整供气压力，以改变实验液体所受的压力，该实验液体经毛细管流出时，记录每分钟流出的该实验液体的质量，同时记录毛细管入口和出口之间的压力差；
保持供气压力不变，打开高压电源并调节至初设电压值，所述实验液体进入电场处理设备时对其进行改性处理，记录每分钟流出的该实验液体的质量，同时记录毛细管入口和出口之间的压力差；
(6)、计算不同剪切率下，所述实验液体及经电场处理后的实验液体的黏度。
根据本实用新型具体的实施方案，在所述的方法中，优选地，步骤(6)中采用如下式1)-式2)计算不同剪切率下，所述实验液体及经电场处理后的实验液体的黏度：
式1)中，η为液体黏度，Pa·s；为液体受到的剪切率，s-1；K为液体的稠度系数，Pa·sn；n为液体的流动行为指数；
式2)中，Q为液体流量，m3/s；L为毛细管管长，m；Δp为毛细管入口及出口之间的压力差，Pa；ρ为实验条件下液体的密度，kg/m3；g为重力加速度，9.8m/s2；h为毛细管入口、出口间的距离，m；R为毛细管半径，m。
根据本实用新型具体的实施方案，式2)中所述h为毛细管入口、出口间的距离，m；即h为高程差，毛细管的竖直高度。L是管长，当毛细管竖直放置时，L＝h；毛细管倾斜时，L>h。
根据本实用新型具体的实施方案，其中，不同剪切率下，所述实验液体及经电场处理后的实验液体的黏度按照以下步骤计算得到：
由于毛细管内径很细，约为0.05mm至5.00mm，实验液体处于层流状态，由此得到流体在毛细管管壁处的剪切率：
式中，为毛细管管壁处的剪切率，s-1；V为毛细管内实验液体的平均流速，m/s；D为毛细管的内径(直径)，m。
式中，n'的计算公式如下所示：
式中，τw为毛细管管壁处的剪应力，Pa；V为毛细管内实验液体的平均流速，m/s；D为毛细管的内径，m。
以毛细管圆管中心为坐标轴起点建立柱坐标(管中心处r＝0)，实验液体在计量设备毛细管中的体积流量为Q；对于凝点以上的原油可用幂律流体模型描述剪应力与剪切率之间的关系，剪切率为且幂律流体流动行为指数n与n'相等，由此得到流量与压力间的关系：
式中，L为毛细管管长，m；Δp为毛细管入口和出口之间的压力差，Pa；ρ为实验条件下液体的密度，kg/m3；g为重力加速度，9.8m/s2；h为毛细管入口、出口间的距离，m；R为毛细管半径，m。
通过电子计数天平得到毛细管内流体的质量流量Qm，随后根据流体密度换算得到其体积流量Q，根据毛细管入口端及出口端的压力传感器可知Δp，将Q、Δp代入上述流量与压力间的关系式后得到流体稠度系数K和流动行为指数n，代入幂律流体黏度模型可得不同剪切率下黏度，幂律流体黏度模型为：
式中η为液体黏度，Pa·s；为液体受到的剪切率(给定值)，s-1；K为实验液体的稠度系数，Pa·sn；n为所述实验液体的流动行为指数。
又一方面，本实用新型还提供了上述用于改善并测量液体流动性的装置在改善并测量液体流动性中的应用；优选地，所述液体包括石油领域中的各种油品。其中，所述石油领域中的各种油品包括含蜡原油、稠油、混合原油等。
根据本实用新型具体的实施方案中，改善并测量液体流动性的过程中，实验液体的温度可根据实际需要进行调整，处理的过程中其温度可以保持不变，也可以根据实际需要进行升温或降温。
根据本实用新型具体的实施方案中，改善并测量液体流动性的过程中，电场处理设备中所需的电极板数目及电场加载强度可以根据实际需要进行调整。
根据本实用新型具体的实施方案中，改善并测量液体流动性的过程中，所需要的处理时间可以根据实际需要进行调整。
根据本实用新型具体的实施方案中，改善并测量液体流动性的过程中，实验液体所需要的压力也可以根据实际需要进行调整。
本实用新型所提供的用于改善并测量液体流动性的装置具有以下特点及优点：
该装置可以进行石油领域中的各种油品(含蜡原油、稠油、混合原油等)动态改性处理效果评价实验。通过对绝缘圆管电极板间的油样施加电场，使得待测油样在流动状态下经过恒定均匀电场。本实验装置采用了高压电场处理降黏新技术，电极板数目、电场强度、电场类型(直流、交流或脉冲)、处理时间等可根据实验需要进行调整。该实验装置具有占地面积小、装卸方便、投资小等优点，其重量轻、成本低、适用性强、操作方便、为电场处理降低油品黏度在工程实例应用和推广奠定了基础。
附图说明
图1为本实用新型提供的用于改善并测量液体流动性的装置的结构示意图。
主要附图标号说明：
11、绝缘盖板；
12、加压孔；
13、泄压孔；
14、储液室；
15、出口阀；
21、氮气储罐；
22、氮气调压阀；
23、气动软管；
31、带孔圆形电极板；
32、高压电源；
33、绝缘圆管；
41、循环液套；
51、压力传感器；
52、毛细管；
53、回收液罐；
54、电子计数天平；
61、绝缘支架。
具体实施方式
以下通过具体实施例及说明书附图详细说明本实用新型的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本实用新型的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种用于改善并测量液体流动性的装置，其结构示意图如图1所示，该装置包括：储液设备、电场处理设备、控温设备、氮气加压设备、计量设备及绝缘支架；其中，
所述储液设备包括储液室14，其开口端设置有用于密封(实施例中使用法兰密封)该储液室的圆形绝缘盖板11，且该绝缘盖板11上设有加压孔12及泄压孔13；该泄压孔13的孔口安装有球形阀，用于排出实验结束后剩余氮气减压，实验过程中其为关闭状态；
所述电场处理设备包括绝缘圆管33、三块带孔圆形电极板31及高压电源32，该绝缘圆管33通过所述储液室14底面中心处设置的开孔与所述储液室14相连，该绝缘圆管33的上部设置有出口阀15，该出口阀15为球形阀，用于控制待测液体注入电场处理设备；
带孔圆形电极板31紧密固定于绝缘圆管33内，该带孔圆形电极板31共有3块相互平行的电极板，其均与绝缘圆管33的轴向垂直/径向平行，且自上而下分别与高压电源32的正极、负极、正极相连；
所述计量设备包括毛细管52、压力传感器51，该毛细管52通过所述绝缘圆管33底面中心处设置的开孔与该绝缘圆管33相连，所述压力传感器51设置于所述毛细管52的入口端、出口端并用于测量毛细管52入口和出口之间的压力差；
所述控温设备包括循环液套(本实施例中为循环水套，采用超纯水)41和高低温恒温循环装置(图中未画出)，该循环液套41包裹于所述储液室14、绝缘圆管33及毛细管52的外部，且包裹于毛细管外部的循环液套的下部设置有循环液入口，包裹于储液室外部的循环液套的上部设置有循环液出口；所述循环液入口、循环液出口通过管路分别与所述高低温恒温循环装置相连；
所述循环液套的内外径之差为45mm；
所述氮气加压设备包括氮气储罐21(其中氮气为高纯氮气，含氧量低于0.5v％)、氮气调压阀22，该氮气储罐21通过气动软管23穿过所述加压孔12与所述储液室14相连，且所述氮气调压阀22设置于气动软管23上；
所述绝缘支架61用于支撑所述储液设备、电场处理设备、控温设备及计量设备；
所述计量设备还包括回收液罐53及电子计数天平54，且该电子计数天平54的计数精度为0.01g；
所述计量设备还包括数据远传仪表(图中未画出)，该数据远传仪表与所述压力传感器51通过电线连接；
所述储液室为由绝缘材料制成的储液室，其内径为200mm；
所述带孔圆形电极板为带孔圆形铜电极板，其直径为35mm，开孔为圆形孔，开孔的孔径为2mm，开孔数目为37个；
所述三块带孔圆形电极板两两间距为50mm；
所述绝缘圆管的内径为35mm，长度为500mm；
所述毛细管为不锈钢圆管，其长度为350mm，内径为1.5mm；
用于连接循环液入口、循环液出口与高低温恒温循环装置的管路的内径为30mm；
所述氮气调压阀22为双级调压阀，其一级调压范围为0-15MPa，二级调压范围为0-100Pa，二级调节精度为1Pa；
所述气动软管的内径为12mm；
所述绝缘支架61为由绝缘材料制成的四角支架，其底端为正方形，边长为500mm绝缘支架高为1800mm，支架各支撑杆间的距离为550mm；
所述压力传感器51、数据远传仪表(图中未给出)的计数精度为0.1Pa，且该压力传感器的计量范围为0kPa-100kPa；
所述加压孔12孔径为12mm。
实施例2
本实施例提供了一种改善并测量原油流动性的方法，其是采用实施例1所提供的装置实现的，该方法操作步骤如下所示：
(1)实验开始前，按照预设实验液体的温度，开启高低温恒温循环水浴使循环水套达到实验人员要求的温度；将带孔圆形电极板通过电线与高压电源相连；
(2)确保储液室的出口阀和泄压孔均处于关闭状态，向储液室中加入原油后，将绝缘盖板的法兰拧紧；
(3)待实验液体恒温30min以上后，打开出口阀使原油经毛细管流入下方回收液罐中，采用电子计数天平记录每分钟原油流入回收液罐的质量，同时记录数据远传仪表中显示的压力值；
(4)打开电场处理设备的高压电源并调节至初设电压值，原油流经电场处理设备进行改性处理，采用电子计数天平记录每分钟原油流入回收液罐的质量，同时记录数据远传仪表中显示的压力值；
(5)关闭高压电源后，打开氮气储罐，通过氮气调压阀调整供气压力，改变原油所受的压力，采用电子计数天平记录每分钟原油流入回收液罐的质量，同时记录数据远传仪表中显示的压力值；保持氮气储罐供压不变，打开高压发电源并调节至初设电压值，原油进入电场处理设备中进行改性处理，采用电子计数天平记录每分钟原油流入回收液罐的质量，同时记录数据远传仪表中显示的压力值；对于非牛顿流体而言，需要多个流速下的黏度，由此可得所有剪切率下的黏度；
(6)根据下述方程1～方程3计算得到各剪切率下的原油在处理前及处理后的黏度。
应用例
选取某1号原油，产自我国中原地区，其标准密度为848.7kg/m3，凝点为12℃，在18℃下对该原油进行高压电场、氮气加压处理，记录各压力、不同电场强度下的流量，按照以下公式进行计算得到处理前后的油品黏度。
其中，原油在毛细管管壁处的剪切率：
式3)中：
——毛细管管壁处的剪切率，s-1；
D——毛细管内径，m；
V——毛细管内实验液体的平均流速，m/s；
n——流动行为指数。
在此基础上，得到原油稠度系数K和流动行为指数n，按公式2)计算：
式2)中：
Q——油品流量，m3/s；
Δp——毛细管入口和出口之间的压力差，Pa；
ρ——油品密度，kg/m3；
g——重力加速度，9.8m/s2；
h——毛细管入口、出口竖直距离，m；
K——稠度系数，Pa·sn；
n——流动行为指数。
测得流量及Δp，再由公式2)拟合得到K及n，其中数据结果如表1所示。
表1
由此，按照公式1)计算得到各剪切率下的油品黏度：
式1)中：
η——油品黏度，Pa·s；
K——油品稠度系数，Pa·sn；
——油品所受的剪切率，s-1；
n——流动行为指数。
根据表1的计算结果，当油品受到的剪切率为20s-1时，按照公式2可得，经过0.7kV/mm电场处理后油品的黏度为31.38mPa·s，未经电场处理的油品黏度为75.15mPa·s，降黏率为58.2％，说明本实用新型所提供的方法具备很好的降黏效果，能够有效的改善流动性，并且可以准确地测量、计算流动性参数。
以上所述为本实用新型的具体实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。