一种全可视化循环管路系统流动安全在线监测方法与流程

本发明涉及循环管路流动安全保障技术领域，具体涉及一种全可视化循环管路系统流动安全在线监测方法。

背景技术：

深水油气田的开发近年来逐步受到世界各国的关注，由于深水其特殊的环境条件使得其管道铺设条件尤为苛刻。因此，深水油气输运过程中的管道流动安全保障问题成为海洋油气资源开发的重要限制因素。各国研究机构搭建了实验循环管路进行流动安全保障实验研究，包括法国ifp实验管路，美孚石油公司实验管路，塔尔萨大学实验管路，西澳大学实验管路，中国石油大学实验管路以及赫瑞瓦特大学实验管路等。这些实验管路均可对流动安全方面的科学问题进行研究，但所有涉及的循环管路仅可实现部分可视化，并只能进行常规的温度压力等实验数据的分析，无法对水合物堵塞过程进行真实的图像分析，无法为实际油气输运管路的探测提供全面的技术支持。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种全可视化循环管路系统流动安全在线监测方法，适用于对循环管路流动安全保障方面的科学问题进行系统实验研究，便于为实际油气输运管路的探测提供技术支持。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全可视化循环管路系统流动安全在线监测方法，包括如下步骤：

s1：确定实验研究所需要的实验工质及工况条件；

s2：将系统进行抽真空处理，启动注液模块，对全可视化循环管路模块进行液相定量注入；

s3：启动稳压注气模块，对全可视化循环管路模块进行气相恒压定量注入；

s4：启动多相循环模块使系统稳定运行；

s5：启动温度控制模块对系统进行控温；

s6：通过摄像装置对水合物生成堵塞过程进行实时图像在线监测，通过声波装置对水合物堵塞区域进行堵塞位置及程度的在线监测，数据采集及分析模块实时采集摄像装置和声波装置反馈的监测数据并进行比对分析；

s7：启动背压控制模块和分离收集模块，对实验工质进行气液分离并回收再利用，或者进行环保后处理。

进一步的，所述步骤s1中需要确定的实验工质及工况条件包括：循环管路中液相和气相的成分及所需比例、循环流动过程中的实时流量以及循环流动过程中的温度和压力条件。

进一步的，所述注液模块可实现两种实验配置溶液的混合定量注入。

进一步的，所述步骤s2中是通过真空泵对系统进行抽真空处理的。

本发明的有益效果是：本发明可系统全面的对流动安全保障方面的实验进行科学研究，为实际海底输气管道的铺设提供理论支持；通过摄像装置和声波装置可对水合物堵塞过程进行真实的图像分析而不是局限于对温度和压力的实验数据分析；本发明提供的方法，操作简便，易于理解。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

本实施例中，将整套实验系统设计分为八个模块部分，其中包括：全可视化循环管路模块、温度控制模块、多相循环模块、注液模块、稳压注气模块、背压控制模块、分离收集模块、数据采集及分析模块。为实现全可视化循环管路流动过程中的实时在线监测，于循环管路上各段设置有温度及压力传感器；于循环管路上设置有声波装置；于循环管路外架设有摄像装置以实现实时监测功能。

一种全可视化循环管路系统流动安全在线监测方法，具体包括以下步骤：

s1：根据所需实现的科学问题进行实验工况设计，需要确定循环管路中液相和气相的成分及所需比例、循环流动过程中的实时流量、循环流动过程中的温度和压力条件。具体工况设计步骤如下：首先根据研究的问题确定属于油气水三相流动还是气水两相流动，其次，根据所要研究的问题确定气相工质为混合天然气、甲烷或者二氧化碳，液相工质为水或者油水混合物，本研究的工质成分及比例均依据实际工程上油气输运过程中的实际配比进行调控；当确定气相工质后，根据气相工质水合物生成的温度压力相平衡曲线来进一步确定实验的工况条件，保证实验的温度压力工况条件在其生成水合物条件的相平衡曲线之上，即保证在实验工况条件下能够生成水合物。优选的，本实例中确定液相为水比例为60％，气相为甲烷气比例为40％，循环流量为25m³/h，环境温度为4℃，管路压力为5mpa。

s2：启动真空泵，将管路内抽成接近真空的状态，根据确定的液相注入条件通过注液模块首先将水定量注入全可视化循环管路模块中，当管路内水的体积占60％时停止注水过程。

s3：根据确定的气相注入条件通过稳压注气模块将甲烷气体增压至5mpa后恒压注入全可视化循环管路模块中，当注入量达到管路体积40％时停止甲烷气体注入过程并启动自动恒压补气功能。

s4：待水和甲烷气体注入完成后，启动多相循环模块使气液混相的流量达到25m³/h并稳定运行。

s5：待循环管路内稳定运行后，启动温度控制模块，将环境温度缓慢降至实验温度4℃，并保持系统稳定持续运行。

s6：系统稳定运行过程中，在高压低温的环境下甲烷气体和水首先会生成水合物颗粒并逐渐聚集沉降最后直至堵塞循环管路，在这个过程中可通过摄像装置捕捉整个水合物堵塞过程的实时图像以供进行堵塞机理方面的实验研究；当系统产生水合物聚集堵塞后，可通过声波装置进行堵塞部位的声波信号分析；通过信号分析所得到的水合物堵塞位置和堵塞状态可以与图像所获得的水合物堵塞位置及状态进行对比分析，以完善在水合物堵塞方面的声波探测技术。在整个实验过程中，可通过数据采集及分析模块，实时采集整个系统内的温度和压力实验数据信息，以进行常规的水合物堵塞压差模型预测。

s7：一组实验过程结束后，需要对循环管路内的水和甲烷进行排放处理，此时启动背压控制模块实现系统的稳定分解流出，同时启动分离收集模块将水和甲烷的混相进行气液分离，并将分离出的甲烷气体进行收集，此时可以选择将甲烷气体进行再增压并重新导入到稳压注气模块或者直接通过分离收集模块的甲烷燃烧器将甲烷烧掉以防止温室气体排入大气环境。

优选的，本实施例中，注液模块由两个溶液罐和配套的往复泵以及阀门构成，可实现两种实验配置溶液的混合定量注入；全可视化循环管路模块所用的直管道均为高透光率、耐高压、耐腐蚀的有机玻璃管，所用弯管为耐高压、耐腐蚀的不锈钢管，并且弯管处开有可视窗口；稳压注气模块由实验气瓶组、稳压缓冲罐以及配套的增压泵和气动阀构成，可实现实验气体的恒压定量注入，并且可随着实验过程中气体的消耗实现自动恒压补气的功能；分离收集模块由气体收集罐以及其后连接的增压循环管路和气体燃烧器构成，可实现气液两相的分离，并且可将实验气体进行回收再利用或者将其烧掉以防止温室气体排入大气；摄像装置和声波装置所得到的实验数据信息，均通过数据采集及分析模块进行整合分析。

优选的，本实施例中，温度控制模块主体由一个步进式低温恒温室构成，可实现-20℃～40℃的控温以模拟实际海底输气管道的环境温度；多相循环模块主体由一个单螺杆泵构成，可实现气液混相循环，保证最大流量为25m³/h。

本发明提供的全可视化循环管路系统流动安全在线监测方法，可系统全面的对流动安全保障方面的实验进行科学研究，为实际海底输气管道的铺设提供理论技术支持。本发明实现了循环管道的高压全可视化，可对水合物堵塞过程进行真实的图像分析而不是局限于对温度和压力的实验数据分析，使用了前沿的声波探测技术，可通过声波装置接收的声波信号分析水合物堵塞位置及状态，为声波探测技术在实际管路中的应用提供技术支持。工质注入及排出系统简单高效，并且重视工质的循环利用及环保排放。所有系统采用模块化设计，具有实验系统操作简洁，易于维修的特点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。