水合物浆液流动性实验系统、方法及装置与流程

本发明涉及油气水体系数据分析领域，尤指一种水合物浆液流动性实验系统、方法及装置。

背景技术：

随着海洋石油工程不断走向深海，海底管道和相关设备所处的温度更低、压力更高，更容易发生水合物生成甚至堵塞管道和设备的事故，水合物流动安全保障的问题变得越来越严峻，严重威胁着海底管道和相关设备的正常运行。

水合物颗粒在管道中生成后会增加液相的黏度，随着水合物的体积分数不断增加，水合物浆液的黏度会不断增加，水合物浆液的流动性不断减弱。水合物浆液的流动性是研究制定水合物流动安全保障措施的重要指标。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种新颖、简单操作的实验装置以从实验角度对油水分散体系、油气水分散体系等不同条件下水合物浆液的流动性进行测量和研究。

为达上述目的，本发明具体提供一种水合物浆液流动性实验系统，所述系统包含压力调节装置、抽空装置、温度调节装置和实验装置；所述压力调节装置用于所述水合物浆液流动性实验系统内压力状态；所述抽空装置用于抽取所述水合物浆液流动性实验系统内废气；所述温度调节装置用于放置所述实验装置，并控制所述实验装置的实验温度；所述实验装置包含可视实验管段、传动模块和内部搅拌块；所述可视实验管段用于装载实验用的水合物浆液，并提供可视窗口；所述传动模块用于提供动力带动所述内部搅拌块按预定路线移动，以及根据所述内部搅拌块移动情况，获得所述水合物浆液的浆液流动性信息；所述内部搅拌块设置于所述可视实验管段内部，用于根据所述传动模块所提供的动力按预定路线搅拌所述可视实验管段内的所述水合物浆液；所述传动模块为磁力传动模块，所述内部搅拌块内设置有衔铁；所述磁力传动模块利用与所述衔铁之间的磁力为所述内部搅拌块提供移动的动力。

在上述水合物浆液流动性实验系统中，优选的，所述压力调节装置包含一个或多个高压气瓶，所述高压气瓶与所述可视实验管段通过辅助管线相连；所述辅助管线上设置有减压阀；所述压力调节装置通过所述高压气瓶加压或所述减压阀减压调节所述水合物浆液流动性实验系统内压力状态。

在上述水合物浆液流动性实验系统中，优选的，所述抽空装置包含放空模块和抽真空模块，所述放空模块和所述抽真空模块分别与所述可视实验管段相连；所述放空模块用于排放所述可视实验管段内的水合物；所述抽真空模块用于对所述可视实验管段做抽真空处理。

在上述水合物浆液流动性实验系统中，优选的，所述系统还包含加料模块，所述加料模块与所述可视实验管段相连，用于向所述可视实验管段内注入实验用的水合物浆液。

在上述水合物浆液流动性实验系统中，优选的，所述内部搅拌块内设置有一个或多个导通孔，所述导通孔用于在所述内部搅拌块移动时导通所述水合物浆液。

在上述水合物浆液流动性实验系统中，优选的，所述传动模块还包含数据采集单元，所述数据采集单元用于根据所述内部搅拌块移动时，所述传动模块提供的动力变化获得所述水合物浆液的浆液流动性信息。

在上述水合物浆液流动性实验系统中，优选的，所述可视实验管段包含一个或多个透明可视实验管道，所述透明可视实验管道内设置有温度传感器；所述温度调节装置为带有透明视窗的恒温箱，所述恒温箱内设有天然气报警器。

在上述水合物浆液流动性实验系统中，优选的，所述磁力传动模块包含可调速电机，所述可调速电机用于利用所述磁力传动模块来控制所述内部搅拌块的移动速度。

本发明一优选实施例中还提供一种水合物浆液流动性实验方法，所述实验方法包含：利用磁力传动模块带动内设有衔铁的内部搅拌块，于填充有水合物浆液的可视实验管段内移动；根据所述内部搅拌块移动时，所述磁力传动模块提供的动力变化获得所述水合物浆液的浆液流动性信息；其中所述动力变化包含水合物浆液的温度及压力信息，以及所述内部搅拌块的扭矩和移动速度信息。

本发明一优选实施例中还提供一种水合物浆液流动性实验装置，所述实验装置包含：磁力传动模块、可视实验管段、内部搅拌块和数据采集模块；所述磁力传动模块用于利用磁力带动所述内部搅拌块按预定路线移动；所述内部搅拌块内设置有衔铁，且所述内部搅拌块设置于所述可视实验管段内部，用于根据所述磁力传动模块所提供的磁力按预定路线搅拌所述可视实验管段内的水合物浆液；所述数据采集模块用于根据所述内部搅拌块移动时，所述磁力传动模块提供的动力变化获得所述水合物浆液的浆液流动性信息；其中所述动力变化包含水合物浆液的温度及压力信息，以及所述内部搅拌块的扭矩和移动速度信息。

通过本发明所提供的水合物浆液流动性实验系统、方法及装置，可在实验体系中加入砂石等其他固体杂质，研究其对水合物生成、分解及流动性的影响，同时也可用于评价水合物动力学抑制剂等相关方面的研究；实现水合物浆液生成、分解动力学规律监测、水合物浆液流动性测量和水合物抑制剂评价。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明所提供的水合物浆液流动性实验系统的结构示意图；

图2为本发明一优选实施例所提供的内部搅拌块的结构示意图。

附图标号

1：高压气瓶；

2：放空模块；

3：抽真空模块；

4：恒温箱；

5：透明可视实验管段；

6：加料系统；

7：磁力传动模块；

8：内部搅拌块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

请参考图1所示，本发明具体提供一种水合物浆液流动性实验系统，所述系统包含压力调节装置、抽空装置、温度调节装置和实验装置；所述压力调节装置用于所述水合物浆液流动性实验系统内压力状态；所述抽空装置用于抽取所述水合物浆液流动性实验系统内废气；所述温度调节装置用于放置所述实验装置，并控制所述实验装置的实验温度；所述实验装置包含可视实验管段、传动模块和内部搅拌块；所述可视实验管段用于装载实验用的水合物浆液，并提供可视窗口；所述传动模块用于提供动力带动所述内部搅拌块按预定路线移动，以及根据所述内部搅拌块移动情况，获得所述水合物浆液的浆液流动性信息；所述内部搅拌块设置于所述可视实验管段内部，用于根据所述传动模块所提供的动力按预定路线搅拌所述可视实验管段内的所述水合物浆液；所述传动模块为磁力传动模块，所述内部搅拌块内设置有衔铁；所述磁力传动模块利用与所述衔铁之间的磁力为所述内部搅拌块提供移动的动力。

在上述实施例中，所述压力调节装置包含一个或多个高压气瓶1，所述高压气瓶1与所述可视实验管段通过辅助管线相连；所述辅助管线上设置有减压阀；所述压力调节装置通过所述高压气瓶1加压或所述减压阀减压调节所述水合物浆液流动性实验系统内压力状态。实际工作中，高压气瓶1和可视实验管段依次通过辅助管线相连，实验装置内的气体源自于高压气瓶1，辅助管线中安装有减压阀，可以通过控制阀门开度来恒定实验装置的压力，以实现控制实验装置体系处于不同的压力设定值；高压气瓶1内的压强最大可为25mpa，可以设计多个高压气瓶1同时向实验装置内供气，逐渐提高系统内的压力，当然也可根据实际需要选择高压气瓶1数量及规格，本发明在此并不做限制。

再请参考图1所示，在本发明一优选的实施例中，所述抽空装置包含放空模块2和抽真空模块3，所述放空模块2和所述抽真空模块3分别与所述可视实验管段相连；如图1所示，放空模块2的末端与可视试验管段气相入口端相连，抽真空模块3的末端与可视试验管段气相入口端相连；所述放空模块2用于排放所述可视实验管段内的水合物；所述抽真空模块3用于对所述可视实验管段做抽真空处理；实际工作中，所述放空模块2和所述抽真空模块3具体采用抽气泵结构还是其他结构可根据实际需要选择，本发明在此并不做限制。

在上述实施例中，所述系统还包含加料模块6，所述加料模块6与所述可视实验管段相连，用于向所述可视实验管段内注入实验用的水合物浆液。请参考图1所示，加料模块与可视试验管段液相入口端相连，可以加入不同配比的液相和固相混合物，以及实验用的水合物浆液。

请参考图1结合图2所示，在本发明一优选的实施例中，所述内部搅拌块8内设置有一个或多个导通孔，所述导通孔用于在所述内部搅拌块移动时导通所述水合物浆液，以此，当管道内存在较多固体絮状物时，不会使絮状物向两端聚集；实际工作中，所述内部搅拌块8可为圆柱体，并在内部开5个通孔，当然具体通孔数量以及形状可根据实际需要选择。

在本发明一优选的实施例中，所述传动模块7还包含数据采集单元，所述数据采集单元用于根据所述内部搅拌块8移动时，所述传动模块提供的动力变化获得所述水合物浆液的浆液流动性信息，实际工作中，所述传动模块7还可包含温度、压力、扭矩等传感器，通过该些传感器获得温度、压力、扭矩、搅拌片移动速度等数据，以此进一步精准分析不同状态或材质下的水合物浆液的流动性。

在本发明一优选的实施例中，所述可视实验管段包含一个或多个透明可视实验管道，所述透明可视实验管道内设置有温度传感器。所述温度调节装置为带有透明视窗的恒温箱，所述恒温箱内设有天然气报警器。所述磁力传动模块包含可调速电机，所述可调速电机用于利用所述磁力传动模块来控制所述内部搅拌块的移动速度。在实际工作中，所述温度调节装置可为一个带有透明视窗的恒温箱，该恒温箱长2.2米，宽1米，高0.5米；控温范围：-10℃～40℃；恒温箱前后两侧为透明可视窗，恒温箱内部放置两根高压聚碳酸酯透明管亦即透明可视实验管道(承压为4mpa)，管道内放置有滑块，滑块内部放置有衔铁，可通过外部的磁力传动模块控制管道内搅拌块的运动模式，对透明管内部的介质进行搅拌；再将外磁钢移动支架放置在恒温箱内部，该磁力传动模块配有可调速电机，可控制管道内搅拌块的速度，能够测得磁块往复的频率以及磁块驱动的扭矩，配有数据采集系统，能够实时记录磁块往复频率及扭矩；恒温箱内配有天然气报警器；恒温箱内部透明管设备内安装温度传感器，分布于两根透明管段中部，每根内部有两个温度测量点，测量精度0.1℃。配有温度采集系统，实时记录温度数据。每根透明管一端都配有压力传感器，配有数采系统，能够实时记录压力数据。同时恒温箱外部配备有相机支架，可远程操控相机位置，通过恒温箱外部的透明视窗对管道内介质物理形态进行记录；同样的，上述实例仅为本发明的一较佳实例，实际工作中具体采用的型号和位置结构可根据实际需要选择设置，本发明在此并不做限制。

在本发明一优选实施例中还提供一种水合物浆液流动性实验方法，所述实验方法包含：利用磁力传动模块带动内设有衔铁的内部搅拌块，于填充有水合物浆液的可视实验管段内移动；根据所述内部搅拌块移动时，所述磁力传动模块提供的动力变化获得所述水合物浆液的浆液流动性信息；其中所述动力变化包含水合物浆液的温度及压力信息，以及所述内部搅拌块的扭矩和移动速度信息。该实施例的具体操作流程，具体请参考如下所述，在进行水合物浆液生成动力学规律监测实验中：

1、检查装置是否处于正常运行状态，包括：高压气瓶是否工作正常；恒温箱是否工作正常；压力传感器、温度传感器和扭矩传感器采集是否正常；各种阀门是否按要求开关；

2、抽真空作业：将整个实验管路关闭，利用抽真空系统中的真空泵对设置在实验装置上的抽真空点进行抽真空作业，直到实验系统内的压力达到预先要求值为止。

3、添加实验介质：将实验所需的液相介质和固相介质按照预先设定的量准备好，通过加料口加注到管道内。打开磁力传动装置对测试管道内的实验介质进行搅拌，通过透明视窗对体系内的情况进行观察和分析，直至达到实验要求。

4、进行实验温控：按照预先设定的实验条件，开启恒温箱对试验管道进行控温，直到温度恒定到实验值。

5、进行实验压力控制：打开气瓶与试验管路中间的阀门，缓慢向实验测试管道内补气增压。待压力达到设定压力时，关闭阀门。

6、进行动力学实验，开始计时，采集各个温度、压力传感器的数据测定气体消耗量数据，同时采集扭矩传感器的数据来研究水合物浆液流动性规律。

其次，在进行水合物浆液分解动力学规律监测中，进一步包含以下步骤：

7、监测到实验体系的压力停止降低或管道内的搅拌块因阻力停止运动后，调高恒温箱的设定温度到设定值，开始进行水合物浆液分解动力学规律监测实验。

8、开始计时，采集温度、压力传感器的实验数据来测定水合物浆液的分解速率；同时通过扭矩传感器的数据来判断水合物浆液的流动性，直至体系内压力不再升高，水合物完全分解。

与水合物浆液分解动力学规律监测步骤不同的是，在进行水合物动力学抑制剂评价中并不用进行步骤7和步骤8，而是用以下步骤9、10分别替代上述步骤3、6，以此完成实验。

9、添加实验介质：将实验所需的液相介质和相应的水合物抑制剂按照预先设定的量准备好，通过加料口加注到管道内。打开磁力传动装置对测试管道内的实验介质进行搅拌，通过透明视窗对体系内的情况进行观察和分析，直至达到实验要求。

10、进行水合物动力学抑制剂评价试验，开始计时，采集各个温度、压力传感器的数据测定水合物生成速率，同时采集扭矩传感器的数据来研究水合物浆液流动性规律。

在本发明一优选实施例中还提供一种水合物浆液流动性实验装置，所述实验装置包含：磁力传动模块、可视实验管段、内部搅拌块和数据采集模块；所述磁力传动模块用于利用磁力带动所述内部搅拌块按预定路线移动；所述内部搅拌块内设置有衔铁，且所述内部搅拌块设置于所述可视实验管段内部，用于根据所述磁力传动模块所提供的磁力按预定路线搅拌所述可视实验管段内的水合物浆液；所述数据采集模块用于根据所述内部搅拌块移动时，所述磁力传动模块提供的动力变化获得所述水合物浆液的浆液流动性信息；其中所述动力变化包含水合物浆液的温度及压力信息，以及所述内部搅拌块的扭矩和移动速度信息；该实验装置中，主要使用外磁钢移动支架放置在恒温箱或其他实验载体内部，该磁力传动装置配有可调速电机，可控制管道内搅拌块的速度，能够测得磁块往复的频率以及磁块驱动的扭矩。配有数据采集系统，能够实时记录磁块往复频率及扭矩。恒温箱内配有天然气报警器。恒温箱内部透明管设备内安装温度传感器，分布于两根透明管段中部，每根内部有两个温度测量点，测量精度0.1℃。配有温度采集系统，实时记录温度数据。每根透明管一端都配有压力传感器，配有数采系统，能够实时记录压力数据。同时恒温箱外部配备有相机支架，可远程操控相机位置，通过恒温箱外部的透明视窗对管道内介质物理形态进行记录。

通过本发明所提供的水合物浆液流动性实验系统、方法及装置，可在实验体系中加入砂石等其他固体杂质，研究其对水合物生成、分解及流动性的影响，同时也可用于评价水合物动力学抑制剂等相关方面的研究；实现水合物浆液生成、分解动力学规律监测、水合物浆液流动性测量和水合物抑制剂评价。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。