研究管道内流场变化规律的试验装置的制作方法

本发明涉及管道流场研究技术领域，具体而言，涉及一种研究管道内流场变化规律的试验装置。

背景技术：

近些年，部分油井的开采处于生命周期的末期，注水加压后的油井在开采过程中，介质中的含水率很高，输油管道中的输送介质常含有一定量的水分。当介质中的酸性成分与水结合，极容易对管道内壁造成严重腐蚀，因此管道内积水的状况对高含水原油管线的腐蚀起主要作用。跨越段和倾斜段管道内部流型变化更为复杂，不同流动速度及介质含水率对管内积水的变化都会产生明显的影响，从而影响管壁的内腐蚀，使该处管道内壁更容易发生腐蚀。

目前已有以下试验方法，研究倾斜管道内油水两相的混合规律，但都未考虑装置混合介质过程中的扰动对实验段内流场的影响，且实际工况中，受管线敷设地形影响，管道连续位置变化对管内多相流混合状态影响更加明显，对流场冲刷作用下管道内的壁冲刷腐蚀影响规律更复杂，而目前的研究局限于单一直管段、倾斜管段的流场规律研究。由此可知，现有的试验方法试验不全面，无法对实际管道内的流场变化进行全面准确的测试。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种研究管道内流场变化规律的试验装置，以解决现有技术中的试验方法无法对实际管道内的流场变化进行全面准确地测试的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种研究管道内流场变化规律的试验装置，包括：储存气体的储气罐；储存介质的储液罐，储液罐内设置有搅拌件以混合介质；供气管路，储气罐与供气管路连通；供液管路，储液罐与供液管路连通；稳流管路，稳流管路与供气管路的出口端和供液管路的出口端均连通；测试管路，测试管路包括上升段、下降段和倾斜段，测试管路的入口端与稳流管路的出口端连通，测试管路的出口端与储液罐连通；多个压力传感器，上升段、下降段和倾斜段上均设置有压力传感器。

进一步地，试验装置还包括流向控制回路，流向控制回路与测试管路的入口端和测试管路的出口端均连通，以改变介质流经上升段、下降段和倾斜段的顺序。

进一步地，流向控制回路包括：第一管路，第一管路的第一端和第二端分别与测试管路的入口端和测试管路的出口端连通；第二管路，第二管路的第一端和第二端分别与测试管路的入口端和测试管路的出口端连通，且第二管路的第一端相比于第一管路的第一端靠近测试管路的入口端，第二管路的第二端相比于第一管路的第二端远离测试管路的出口端。

进一步地，流向控制回路还包括多个流向控制阀，第一管路、第二管路、位于第一管路的第一端和第二管路的第一端之间的节段以及位于第一管路的第二端和第二管路的第二端之间的节段上均设置有流向控制阀。

进一步地，上升段、下降段和倾斜段依次连通形成测试管路。

进一步地，上升段和下降段均竖直设置。

进一步地，倾斜段相对于水平面活动设置，且倾斜段与水平面之间的角度能够调节。

进一步地，稳流管路水平设置。

进一步地，上升段的入口侧、下降段的出口侧、倾斜段的出口侧和稳流管路的入口侧均设置有压力传感器。

进一步地，试验装置还包括：空气压缩机，空气压缩机与储气罐连通，以向储气罐内通入气体；冷干机；气体控制阀；气体流量计；单向阀，冷干机、气体控制阀、气体流量计和单向阀均设置在供气管路上，并沿气体的流通方向依次设置。

进一步地，试验装置还包括：泵体，泵体设置在供液管路上，以为介质的运动提供动力；流量控制回路，流量控制回路的两端分别与泵体的两端连通，且流量控制回路上设置有控制流量控制回路开合大小的流量控制阀。

进一步地，试验装置还包括：背压阀；至少一个液体控制阀；液体流量计，背压阀、液体控制阀和液体流量计均设置在供液管路上。

进一步地，试验装置还包括温度控制装置，温度控制装置的至少一部分伸入储液罐内，以控制储液罐内的温度。

进一步地，介质为油，或水，或油、水、固体颗粒中的至少两相。

进一步地，试验装置的管路的外侧包覆有保温层，以对介质进行保温。

进一步地，测试管路透明设置。

应用本发明的技术方案，通过设置有测试管路，测试管路包括上升段、下降段和倾斜段，使得试验的管道存在连续起伏变化的地形，从而能够研究不同介质流量及管内压力条件下，管道实际安装位置存在连续起伏时，管道内的流场变化规律，满足研究的需要，该试验装置可以在常温及高温条件下，研究多相流介质在倾斜上升、下降及竖直上升、下降管道内流场的变化规律及沿程压力变化规律，同时设置的稳流管路能够使混合流动介质进入测试管路前混合状态趋于稳定，消除因搅拌带来的对测试管路内流场的扰动影响，保证试验结果的准确可靠。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的试验装置的结构示意图；以及

图2示出了图1中的试验装置的管路的截面图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、储气罐；12、供气管路；13、空气压缩机；14、冷干机；15、气体控制阀；16、气体流量计；17、单向阀；21、储液罐；22、供液管路；23、泵体；24、流量控制回路；25、流量控制阀；26、背压阀；27、液体控制阀；28、液体流量计；29、温度控制装置；30、稳流管路；41、上升段；42、下降段；43、倾斜段；50、压力传感器；61、第一管路；62、第二管路；63、流向控制阀；70、保温层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中的试验方法无法对实际管道内的流场变化进行全面准确地测试的问题，本发明提供了一种研究管道内流场变化规律的试验装置。

如图1所示的一种研究管道内流场变化规律的试验装置，包括储存气体的储气罐11、储存介质的储液罐21、供气管路12、供液管路22、稳流管路30、测试管路和多个压力传感器50，储液罐21内设置有搅拌件以混合介质；储气罐11与供气管路12连通；储液罐21与供液管路22连通；稳流管路30与供气管路12的出口端和供液管路22的出口端均连通；测试管路包括上升段41、下降段42和倾斜段43，测试管路的入口端与稳流管路30的出口端连通，测试管路的出口端与储液罐21连通；上升段41、下降段42和倾斜段43上均设置有压力传感器50。

本实施例通过设置有测试管路，测试管路包括上升段41、下降段42和倾斜段43，使得试验的管道存在连续起伏变化的地形，从而能够研究不同介质流量及管内压力条件下，管道实际安装位置存在连续起伏时，管道内的流场变化规律，满足研究的需要，该试验装置可以在常温及高温条件下，研究多相流介质在倾斜上升、下降及竖直上升、下降管道内流场的变化规律及沿程压力变化规律，同时设置的稳流管路30能够使混合流动介质进入测试管路前混合状态趋于稳定，消除因搅拌带来的对测试管路内流场的扰动影响，保证试验结果的准确可靠。

在本实施例中，供气管路12与供液管路22并联后与稳流管路30的入口端连通，储气罐11内储存有气体，供气管路12为整个管道供气，储液罐21内储存有用于测试的介质，介质可以是油、水中的一种形成的单一介质，也可以是油和固体颗粒混合或者水和固体颗粒混合或者油、水和固体颗粒混合形成的混合介质，介质与气体混合后得到的混合物作为试验的介质经稳流管路30和测试管路后回流至储液罐21内实现重复利用，通过设置在上升段41的入口侧、下降段42的出口侧、倾斜段43的出口侧和稳流管路30的入口侧处的四个压力传感器50监测介质的各种数据，进行分析和处理得到相应的变化规律。

在本实施例中，试验装置还包括流向控制回路，流向控制回路与测试管路的入口端和测试管路的出口端均连通，以改变介质流经上升段41、下降段42和倾斜段43的顺序。

具体地，流向控制回路包括第一管路61和第二管路62，其中，第一管路61的第一端和第二端分别与测试管路的入口端和测试管路的出口端连通；第二管路62的第一端和第二端分别与测试管路的入口端和测试管路的出口端连通，且第二管路62的第一端相比于第一管路61的第一端靠近测试管路的入口端，第二管路62的第二端相比于第一管路61的第二端远离测试管路的出口端。并且在流向控制回路上还设置有多个流向控制阀63，第一管路61、第二管路62、位于第一管路61的第一端和第二管路62的第一端之间的节段以及位于第一管路61的第二端和第二管路62的第二端之间的节段上均设置有流向控制阀63。也就是说，第一管路61和第二管路62以及试验装置上的其他部分管路节段共同形成口字形的流向控制回路，口字形的四条边上分别设置有一个流向控制阀63，相对两边上的流向控制阀63作为一组，即第一管路61和第二管路62上的两个流向控制阀63组成一组；位于第一管路61的第一端和第二管路62的第一端之间的节段和位于第一管路61的第二端和第二管路62的第二端之间的节段上的两个流向控制阀63组成另一组，根据需要开启一组流向控制阀63并且关闭另一组流向控制阀63即可控制介质通过测试管路的顺序，从而使得试验装置能够进行多种试验，提高研究试验的全面性。

本实施例中的上升段41、下降段42和倾斜段43依次连通形成测试管路，且上升段41和下降段42均竖直设置。介质可以依次流经上升段41、下降段42和倾斜段43，如图1所示；或者通过流向控制回路使得介质依次经过倾斜段43、上升段和下降段。在此需要说明的是，上升段41和下降段42是相对而言的，介质由低向高运动时所在的管段即为上升段41，介质由高向低运动时所在的管段即为下降段42，根据介质的流向不同，上升段41和下降段42的具体管段也不相同，图1中的上升段41和下降段42仅示出了一种情况。当然，上升段41、下降段42和倾斜段43之间的连接顺序也可以根据需要进行设置。

可选地，倾斜段43相对于水平面活动设置，且倾斜段43与水平面之间的角度能够在-89°～+89°的范围内进行调节，试验时可以根据需要调整改变倾斜段43的倾斜角度，以满足试验需求，使得试验能够更加准确地模拟实际情况。

优选地，稳流管路30水平设置。

在本实施例中，试验装置还包括空气压缩机13、冷干机14、气体控制阀15、气体流量计16和单向阀17，空气压缩机13与储气罐11连通，以向储气罐11内通入气体；冷干机14、气体控制阀15、气体流量计16和单向阀17均设置在供气管路12上，并沿气体的流通方向依次设置。试验时，根据试验需求，通过空气压缩机13将气体压入储气罐11中进行稳压，通过冷干机14将气体过滤后压入稳流管路30，利用气体流量计16确定气体流量，通过气体控制阀15控制试验过程中所需气体的流量，单向阀17控制气体的流动方向，避免气体倒流。

在本实施例中，试验装置还包括泵体23和流量控制回路24，泵体23设置在供液管路22上，以为介质的运动提供动力；流量控制回路24的两端分别与泵体23的两端连通，且流量控制回路24上设置有控制流量控制回路24开合大小的流量控制阀25，通过流量控制阀25的开合大小控制介质流经流量控制回路24的流量，也就控制了介质流入稳流管路30内的流量。

在本实施例中，试验装置还包括背压阀26、至少一个液体控制阀27和液体流量计28，背压阀26、液体控制阀27和液体流量计28均设置在供液管路22上。试验时，利用泵体23将储液罐21中的介质压入稳流管路30，试验过程中开启液体控制阀27，通过液体流量计28确定管路中的介质流量，控制流量控制阀25利用流量控制回路24调节管道中的介质流量。介质流经压力传感器50后进入稳流管路30，经过稳流管路30后的介质进入测试管路，试验装置设计有四个压力传感器50获取试验过程中管路不同位置压力状态。介质流经测试管路后进入储液罐21进行循环使用，测试管路的出口处设置背压阀26以控制试验过程中管道内的介质压力。

此外，试验装置还包括温度控制装置29，温度控制装置29的至少一部分伸入储液罐21内，以控制储液罐21内的温度，并且能够对介质进行加热及恒温控制。测试管路透明设置，以便于捕捉不同运行参数、介质条件下管内流型变化规律。

如图2所示，管路的外侧还包覆有保温层70，进行高温介质流动试验时可对管道内流动的介质进行保温。

需要说明的是，上述实施例中的多个指的是至少两个。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、解决了现有技术中的试验方法无法对实际管道内的流场变化进行全面准确地测试的问题；

2、研究多相流介质在倾斜上升、下降及竖直上升、下降管道内流场的变化规律及沿程压力变化规律，满足研究的需要；

3、稳流管路能够使混合流动介质进入测试管路前混合状态趋于稳定，消除因搅拌带来的对测试管路内流场的扰动影响；

4、可进行常温及高温介质流动规律的试验研究；

5、可进行不同介质流速及管内压力条件下的流型及沿程的压力变化规律研究。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。