专利名称：一种模拟深水油气水混输实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟深水油气水混输实验装置，属于深水流动安全保障技术领域。
背景技术：
与单相流动相比，油气水多相流动是一种十分复杂的流动。可以说，至今人们仍然没有从根本上解决对它的流动特性进行准确预测的问题。自20世纪70年代末以来，欧洲北海油田的发现和开发规模的逐步扩大，进一步加大了对深水多相混输技术的需求，有力地促进了这一技术的发展。深水海底为高静压、低温环境，这对海底油气混输管道提出了严格的要求。深水油气田现场的应用实践表明，在深水油气混输管道中，由多相流成分、海底地势起伏、运行操作等带来的问题，如段塞流、析蜡、水合物等，已经严重威胁到生产的正常运行和海底集输系统的安全，由此引起的险情频频发生。影响深水流动安全保障技术应用的主要因素是其自身的技术完善和适用程度上存在的问题。深水流动安全保障技术是国民经济中十分重要的学科，至今尚有许多基本的规律与机理不很清楚，许多工程技术问题的解决有待于本学科研究工作的深入。在海洋油气开发中，当海底的混输管线到达海洋平台时，需要与上升管连接。在较低的气液流速下，集输和上升管路组成的系统中会出现称为严重段塞流的特殊有害流型。 这种流型给设计和生产带来许多问题，系统压力的剧烈波动和出现长液塞会造成分离器控制困难，甚至出现生产中断，同时在深海油田中严重段塞流现象会产生很高的背压，对油藏造成不利影响，甚至出现死井。因此，深入系统地研究严重段塞流的发生机理和流动特征， 探索消除严重段塞流的可行方法，是我国海洋油气工业走向深水油田开发过程中急需解决的关键科学问题。我国所产原油80%以上为含蜡原油，输送含蜡原油常采用加热方法来改善原油的流动性。在原油开采及管道输送过程中，由于压力、温度等环境条件的变化，原油中的蜡、浙青质及胶质会沉积在管壁上，使原油的输送阻力增大。结蜡层对管道经济运行有一定的影响，严重时甚至会造成凝管事故，给管道输送造成很大的安全隐患。为解决上述问题，需对输油管道结蜡进行预测和预防，探索输油管道结蜡的规律，以便采取积极有效的预防措施， 保证输油管道的正常运行。天然气水合物是在一定温度和压力条件下形成的冰状笼形化合物。管道内的气体水合物能够阻塞管道，影响石油天然气的正常输送，还可能对海底管道和连接装置造成损害，甚至导致大量的经济损失和人员伤亡。因此，气体水合物的生成是天然气工业界在天然气生产、处理和运输过程中必须解决的难题。针对目前深水流动安全技术实验环路研究的迫切性，欧洲在深水油气水混输技术研究方面建设了一流的试验装置，法国、英国、挪威都设有一定规模和技术水平名列世界前矛的多相流试验环路，相继发起了若干个深水油气水混输技术研究项目，在段塞流模拟、蜡沉积研究、水合物抑制措施、多相管流压降计算、多相混输泵、多相流量计等方面开展了大量的研究工作。以期应用于工程实际，提高深水流动安全输送的稳定性。但目前已有的多相流混输环路实验装置存在的不足主要在于(1)实验室环路的功能单一，不能模拟深水流动保障安全问题多种工况；(2)目前的实验室环路主要集中在中低压系统研究，不满住深水高压低温的实际工况；(3)目前我国进行深水流动安全保障技术的研究不够深入，相关多相混输环路设计规模和测试方法均与深水实际的工况差距很大，其实验结果难以推广到深水工程应用。因此设计一套能够模拟深水实际工况的多功能油气水混输环路实验装置，能够对深水流动安全保障问题例如段塞流、蜡沉积、水合物形成等多方面技术领域进行模拟实验， 为深水流动安全保障技术在工程实例的应用和推广奠定基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种具备多功能油气水混输实验装置，能模拟深水工程环境中的实际工况条件，同时适合于研究深水段塞流模拟、低温蜡沉积、停输再启动，水合物形成等不同深水流动安全保障技术的实验研究及工程推广等完整的研究体系。本发明提供的一种模拟深水油气水混输实验装置包括段塞流捕集器、油气水三相分离器、储油罐、储水罐、油气水三相混合器、一级压缩机、二级压缩机、天然气水合物生成模拟装置和夹套管式换热装置；所述储油罐和储水罐上均设有加热器；所述储油罐和储水罐分别通过水平管路I和水平管路II与所述油气水三相分离器相连通，所述水平管路I和水平管路II上分别设有输油泵和输水泵；所述油气水三相分离器的出油口、出水口和出气口分别通过管路a、管路b和管路c与所述油气水三相混合器相连，所述管路a、管路b和管路c上分别设有输油泵、输水泵和一级压缩机；所述一级压缩机通过管路d与所述二级压缩机相连；所述二级压缩机与所述天然气水合物生成模拟装置相连；所述油气水三相混合器的出口与倾斜的管路e相连，所述管路e的另一端与立管的入口端相连；所述管路e上设有可视窗口 ；所述立管的出口端与所述段塞流捕集器相连；所述夹套管式换热装置并联于所述管路e上，所述夹套管式换热装置包括若干个并联的套管式管路，所述若干个套管式管路的内管尺寸均不相等；制冷剂储罐的出口和入口均与所述套管式管路的外管相连，并向所述套管式管路的外管中循环通入制冷剂；所述立管的入口处设有水平管路III，所述水平管路III的另一端与所述油气水三相分离器相连；所述段塞流捕集器的出液口与所述油气水三相分离器相连，所述段塞流捕集器的出气口与所述管路c相连。上述的实验装置中，所述段塞流捕集器可为气液两相分离器。上述的实验装置中，所述储油罐与所述管路a相连通，所述储水灌与所述管路b相连通。上述的实验装置中，所述天然气水合物生成模拟装置可为节流降压装置，所述节流降压装置可为节流阀，通过降压的方式来调控天然气水合物的生成。上述的实验装置中，所述天然气水合物生成模拟装置可为天然气/制冷剂换热器；所述制冷剂储罐向所述天然气/制冷剂换热器中循环通入所述制冷剂，通过降温的方式调控天然气水合物的生成。
上述的实验装置中，所述天然气水合物的检测可以采用光学检测、压差检测、温度检测。光学检测要求有透明的视窗，压差检测可以通过滤器的的压差变化来实现，温度检测可以通过传感器来进行。所述天然气水合物稳定形成后，可以通过两种方式来消除，一是使用化学药剂系统，注入所述天然气水合物抑制剂，记录下注入量和水合物形成的关系；二是通过模块外部的电伴热带加热，提高温度以消除所述天然气水合物。上述的实验装置中，在末端所述套管式管路的内管中的原油逐渐降温结蜡，可通过Y射线和FBRM probo (聚焦光束反射率测试探头)来测定结蜡的厚度，通过插入深度不同的温度变送器检测不同深度的温度，从而分析不同温度场对结蜡的影响及油品的结蜡规律。上述的实验装置中，所述夹套管式换热装置的两端分别设有发球筒和收球筒，用于去除结蜡；出现严重堵塞的情况下，所述套管式管路可以进行拆卸以清除结蜡上述的实验装置中，所述管路e相对于水平面的倾斜角为0° -45°，以便在所述立管中产生严重段塞；可通过改变所述管路e的倾角和气液比进行流型研究，进而得到段塞流行成规律和段塞量。上述的实验装置中，所述套管式管路可为3条。上述的实验装置中，所述制冷剂可为乙二醇；所述制冷剂储罐可与制冷机相连，以持续提供所述制冷剂。本发明在于提供一种具备多功能深水流动安全保障油气水混输实验装置，能模拟深水工程环境(输送介质压力高，管线环境温度低)中的实际工况条件，同时适合于研究深水段塞流模拟、低温蜡沉积、停输再启动，水合物形成等不同深水流动安全保障技术的实验研究及工程推广等完整的研究体系，填补了国内空白。与此同时，减少环路的重复建设，进一步提高环路的综合实验研究价值。多功能深水流动安全保障油气水混输实验环路为深水油气田开发奠定了试验研究和性能测试基础，为关键设备的性能测试以及国产化提供了可能，相关研究将提高我国开发南海深水油气资源能力。
图1为本发明的油气水混输实验装置的结构示意图。图中各标记如下1气液两相分离器、2油气水三相分离器、3储油灌、4储油罐加热器、5低压输油泵、6储水罐加热器、7低压输水泵、8储水罐、9收球筒、10输油泵、11输水泵、12 —级压缩机、13油气水三相混合器、14发球筒、15 二级压缩机、16套管式管路、17天然气/乙二醇换热器、18制冷机、19冷乙二醇储罐、20冷乙二醇泵、21节流阀、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。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。本发明的油气水混输实验装置包括气液两相分离器1、油气水三相分离器2、储油罐3、储水罐8、油气水三相混合器13、一级压缩机12、二级压缩机15、天然气水合物生成模拟装置和夹套管式换热装置；储油罐3和储水罐8分别设有储油罐加热器4和储水罐加热
5器6 ；储油罐3和储水罐8分别通过水平管路I 27和水平管路II 28与油气水三相分离器 2相连通，水平管路I 27和水平管路II 28上分别设有低压输油泵5和低压输水泵11 ；油气水三相分离器2的出油口、出水口和出气口分别通过管路a22、管路b23和管路cM与油气水三相混合器13相连，管路a22、管路b23和管路W4上分别设有输油泵10、输水泵11 和一级压缩机12 ；储油罐3与管路a22相连通，储水罐8与管路b23相连通；一级压缩机12 通过管路d25与二级压缩机15相连；天然气水合物生成模拟装置为节流阀21 ；二级压缩机 15与节流阀21相连，通过降压来调控天然气水合物的生成；天然气水合物检测可以采用光学检测、压差检测或温度检测；天然气水合物稳定形成后，可以通过两种方式来消除，一是使用化学药剂系统，注入水合物抑制剂，记录下注入量和水合物形成的关系；二是通过模块外部的电伴热带加热，提高温度以消除水合物；油气水三相混合器13的出口与可调倾斜的管路U6相连相连，管路U6与水平面的倾斜角为30°，管路e26的另一端与立管30的入口端相连；管路U6上设有可视窗口(图中未示出)，用于观察流型的变化；立管30的出口端与气液两相分离器1相连；夹套管式换热装置并联于管路上，该夹套管式换热装置包括3个并联的套管式管路16，3个套管式管路16的内管尺寸均不相等，用于结蜡测试，可通过Y射线和FBRM probo (聚焦光束反射率测试探头)来测定结蜡的厚度，通过插入深度不同的温度变送器检测不同深度的温度，从而分析不同温度场对结蜡的影响及油品的结蜡规律；冷乙二醇储罐19的出口和入口均与套管式管路16的外管相连，并通过冷乙二醇泵20 向套管式管路16的外管中循环通入制冷乙二醇，冷乙二醇储罐19与制冷机18相连，用于对乙二醇进行循环制冷；套管式管路16的入口端和出口端分别设有发球筒14和收球筒9， 用于去除管路内的蜡沉积；立管30的入口处设有水平管路11129，水平管路III29的另一端与油气水三相分离器2相连；气液两相分离器1的出液口与油气水三相分离器2相连， 气液两相分离器1的出气口与管路相连；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上均设有截止阀(图中未示出)；管路a22、管路b23和管路cM上均设有流量计(图中未示出)。
上述的油气水混输实验装置中，天然气水合物生成模拟装置还可为天然气/乙二醇换热器17，并由制冷机18和冷乙二醇储罐19向其中循环通过冷乙二醇，以降温的方式调控天然气水合物的生成；管路e相对于水平面的倾斜角可以在0° -45°内调节(但不为 0° )；套管式管路16的个数可以根据实际需要进行调节。
权利要求
1.一种油气水混输实验装置，其特征在于该实验装置包括段塞流捕集器、油气水三相分离器、储油罐、储水罐、油气水三相混合器、一级压缩机、二级压缩机、天然气水合物生成模拟装置和夹套管式换热装置；所述储油罐和储水罐上均设有加热器；所述储油罐和储水罐分别通过水平管路I和水平管路II与所述油气水三相分离器相连通，所述水平管路I 和水平管路II上分别设有输油泵和输水泵；所述油气水三相分离器的出油口、出水口和出气口分别通过管路a、管路b和管路c与所述油气水三相混合器相连，所述管路a、管路b和管路c上分别设有输油泵、输水泵和一级压缩机；所述一级压缩机通过管路d与所述二级压缩机相连；所述二级压缩机与所述天然气水合物生成模拟装置相连；所述油气水三相混合器的出口与倾斜的管路e相连，所述管路e的另一端与立管的入口端相连；所述管路e上设有可视窗口 ；所述立管的出口端与所述段塞流捕集器相连；所述夹套管式换热装置并联于所述管路e上，所述夹套管式换热装置包括若干个并联的套管式管路，所述若干个套管式管路的内管尺寸均不相等；制冷剂储罐的出口和入口均与所述套管式管路的外管相连，并向所述套管式管路的外管中循环通入制冷剂；所述立管的入口处设有水平管路III，所述水平管路III的另一端与所述油气水三相分离器相连；所述段塞流捕集器的出液口与所述油气水三相分离器相连，所述段塞流捕集器的出气口与所述管路c相连。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于所述段塞流捕集器为气液两相分离ο
3.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于所述储油罐与所述管路a相连通，所述储水灌与所述管路b相连通。
4.根据权利要求1-3中任一所述的实验装置，其特征在于所述天然气水合物生成模拟装置为节流降压装置。
5.根据权利要求4所述的实验装置，其特征在于所述节流降压装置为节流阀。
6.根据权利要求1-5中任一所述的实验装置，其特征在于所述天然气水合物生成模拟装置为天然气/制冷剂换热器。
7.根据权利要求1-6中任一所述的实验装置，其特征在于所述套管式管路的入口端和出口端分别设有发球筒和收球筒；所述管路e相对于水平面的倾斜角为0° -45°。
8.根据权利要求1-7中任一所述的实验装置，其特征在于所述套管式管路为3条。
9.根据权利要求1-8中任一所述的实验装置，其特征在于所述制冷剂为乙二醇；所述制冷剂储罐与制冷机相连。
全文摘要
本发明提供了一种模拟深水油气水混输实验装置。所述实验环路包括段塞流捕集器、油气水三相分离器、储油罐、储水罐、油气水三相混合器、一级压缩机、二级压缩机、天然气水合物生成模拟装置和夹套管式换热装置；所述储油罐和储水罐分别通过水平管路I和水平管路II与所述油气水三相分离器相连通；所述油气水三相分离器的出油口、出水口和出气口分别通过管路a、管路b和管路c与所述油气水三相混合器相连，所述管路a、管路b和管路c上分别设有输油泵、输水泵和一级压缩机；所述一级压缩机通过管路d与所述二级压缩机相连；所述二级压缩机与所述天然气水合物生成模拟装置相连；所述油气水三相混合器的出口与倾斜的管路e相连，所述管路e的另一端与立管的入口端相连；所述管路e上设有可视窗口；所述立管的出口端与所述段塞流捕集器相连。
文档编号F17D1/00GK102226499SQ20111008106
公开日2011年10月26日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者倪浩, 刘培林, 叶忠志, 姚海元, 张佃臣, 张姝妍, 李清平, 杨宇航, 鞠文杰, 韩旭平 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心, 海洋石油工程股份有限公司