入水回收管，至水库24回收利用。保持水栗25运行，使实验管路和固体颗粒滤网40得到充分冲洗。被拦截的固相颗粒沿着斜置的固体颗粒滤网40落入三级冰分离箱41，打开热水入口阀门43和热水出口阀门44，使热水在三级冰分离箱41外层热水流动通道中流动，为内层冰砂分离室提供热量，促使冰粒气化，可燃冰粒气化后进入气体回注管。打开气体回注管阀门47，可使一级气分离箱37和三级冰分离箱41顶部回收的气体经气体回注管回注至可燃冰生成破碎一体化装置10。待可燃冰粒全部气化后，打开排砂阀45，回收砂粒，重新注至砂箱20。最后，关闭水栗25，停止水循环。
[0042]上述三级冰分离箱41外层顶部安装有热水箱温度计42，观察其读数，可检查热水流动通道中的热水温度是否合适。
[0043]实验结束后，由立管入口、跨中和出口三处的压力表和温度计的实时记录数据得到立管关键位置的压力、温度随时间的变化，由高速摄像机48记录的图像可得到立管内多相流的流动形态和气相、固相流动特征。
【主权项】
1.一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置，其特征在于:由供气系统、可燃冰生成破碎一体化装置(10)、水循环系统、注砂装置以及分离回收系统组成；供气系统由储气瓶(1)、压缩机(4)、高压气罐(6)组成，储气瓶(1)与压缩机(4)之间管路上设有储气瓶阀门(3)，压缩机(4)与高压气罐(6)之间管路上安装罐间止回阀(5)，高压气罐(6)出气管路与可燃冰生成破碎一体化装置(10)相连，管路上依次安装高压气罐调节阀(8)和注气止回阀(9);可燃冰生成破碎一体化装置(10)分上、中、下三层，上层为冷凝箱(14)，冷凝箱(14)下部设对开隔板(15)，冷凝箱(14)顶部装有三根电动螺杆钻(13)，中层为二次破碎室，二次破碎室底部为冰粒滤网(17)，紧贴冰粒滤网(17)的上部安装有二次破碎滚轮(16)，下层底部设有斜坡式冰粒称重计(18)，顺着冰粒称重计(18)的斜坡末端开有出口 ；注砂装置为一砂箱(20)，砂箱(20)顶部设加砂口，并装有加砂口阀门(21)，砂箱(20)底部为斜坡式砂粒称重计(22)，斜坡末端开设出砂口 ；可燃冰生成破碎一体化装置(10)出口及砂箱(20)出口通过Y型汇管与冰砂混合腔(28)连接，两支管上分别安有注冰阀(19)和注砂阀(23);冰砂混合腔(28)上游为供水管路，由水栗(25)通过管路抽吸水库(24)中的水供给冰砂混合腔(28)，水栗(25)与冰砂混合腔(28)之间依次安装有水流调节阀(26)和水流流量计(27);冰砂混合腔(28)出口设管路调节阀(29)，其下游连接实验测试立管，立管底端入口安有立管入口压力表(31)和立管入口温度计(30)，立管中部安装有立管跨中温度计(32)和立管跨中压力表(33)，立管顶端出口安装有立管出口压力表(35)和立管出口温度计(36);立管表面开有等间距对称的可视透明视窗(34)，高速摄像机(48)通过透明视窗(34)拍摄立管内多相流动形态；立管出口连接一级气分离箱(37)，一级气分离箱(37)入口设有分离挡板(38)，一级气分离箱(37)下方为二级水分离箱(39) ;二级水分离箱(39)的中部设有一倾斜放置的固体颗粒滤网(40)，右下方为三级冰分离箱(41) ;二级水分离箱(39)下方连接水回收管至水库(24);水库(24)、水栗(25)、供水管路、立管、一级气分尚箱(37)、二级水分尚箱(39)、水回收管构成了水循环系统；三级冰分尚箱(41)为内外层结构，内层为冰砂分离室，外层为热水流动通道，热水入口设于底部右下端，安装有热水入口阀门(43)，热水出口设于顶部左上端，安装有热水出口阀门(44)，外层顶部安装有热水箱温度计(42);内层顶部连有气体回注管，并安装有排气阀(46)，内层底部设有排砂口，安装有排砂阀(45);气体回注管与一级气分离箱(37)和三级冰分离箱(41)顶部连接，并与注气止回阀(9)下游注气管以直角三通管连接至可燃冰生成破碎一体化装置(10)，气体回注管上安装有气体回注管阀门(47)。2.利用如权利要求1所述的模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置可以提供一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验方法，其特征在于:关闭储气瓶阀门(3)、气体回注管阀门(47)、可燃冰生成破碎一体化装置(10)中部的对开隔板(15)、注冰阀(19)，观察储气瓶压力表(2)，确保储气瓶(1)内有足量的天然气；打开储气瓶阀门(3)和罐间止回阀(5)，启动压缩机(4)，经压缩机(4)加压后的气体流入高压气罐(6)，观察高压气罐压力表(7)，待高压气罐(6)内压力升至预设压力后，打开高压气罐调节阀(8)和注气止回阀(9);高压气体进入可燃冰生成破碎一体化装置(10)上层冷凝箱(14)，观察冷凝箱压力表(11)，待其数值与高压气罐压力表(7)数值相同时，关闭高压气罐调节阀(8);启动冷凝箱(14)对箱内气体进行降温，观察冷凝箱温度计(12)和冷凝箱压力表(11)，待它们达到可燃冰生成的温度和压力条件后，冷凝箱(14)内天然气会凝结成可燃冰；当冷凝箱(14)内气体全部凝结成冰后，启动电动螺杆钻(13)，将冷凝箱(14)内可燃冰初步破碎；打开对开隔板(15)，使初步破碎的可燃冰块落在中层冰粒滤网(17)上；启动二次破碎滚轮(16)，使其在冰粒滤网(17)上来回研磨可燃冰块，经研磨后的冰粒穿过冰粒滤网(17)落入下层冰粒称重计(18)上，记录待加入的冰粒总重量；关闭注砂阀(23)，打开加砂口阀门(21)，往砂箱(20)加入足量的砂粒；砂粒落在砂箱(20)底部砂粒称重计(22)上，记录待加入的砂粒总重量；关闭水流调节阀(26)和管路调节阀(29)，打开注冰阀(19)和注砂阀(23)，让冰粒和砂粒落入冰砂混合腔(28);打开水流调节阀(26)，启动水栗(25)，往冰砂混合腔(28)供水，使冰砂混合物得以搅拌混匀；在合适的位置布置高速摄像机(48)，并启动记录；打开管路调节阀(29)，水流携带冰砂混合物进入立管；实时记录水流流量计(27)、立管入口温度计(30)、立管入口压力表(31)、立管跨中温度计(32)、立管跨中压力表(33)、立管出口压力表(35)、立管出口温度计(36)读数；待冰砂混合物全部携带出立管后，停止高速摄像机(48)的记录；关闭排砂阀(45)，打开排气阀(46)，从立管出口流出的多相流首先进入一级气分离箱(37)，撞击分离挡板(38)后，气体从上端出口流出，液固相由底端锥形出口流入二级水分离箱(39);固相被固体颗粒滤网(40)拦截，水则穿过固体颗粒滤网(40)流入水回收管，至水库(24)回收利用；保持水栗(25)运行，使实验管路和固体颗粒滤网(40)得到充分冲洗；被拦截的固相颗粒沿着斜置的固体颗粒滤网(40)落入三级冰分离箱(41)，打开热水入口阀门(43)和热水出口阀门(44)，使热水在三级冰分离箱(41)外层热水流动通道中流动，为内层冰砂分离室提供热量，促使冰粒气化，可燃冰粒气化后进入气体回注管；打开气体回注管阀门(47)，可使一级气分离箱(37)和三级冰分离箱(41)顶部回收的气体经气体回注管回注至可燃冰生成破碎一体化装置(10);待可燃冰粒全部气化后，打开排砂阀(45)，回收砂粒，重新注至砂箱(20);关闭水栗(25)，停止水循环；由立管入口、跨中和出口三处的压力表和温度计的实时记录数据得到立管关键位置的压力、温度随时间的变化，由高速摄像机(48)记录的图像可得到立管内多相流的流动形态和气相、固相流动特征。
【专利摘要】本发明涉及一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置及方法，实验装置由供气系统、可燃冰生成破碎一体化装置、水循环系统、注砂装置以及分离回收系统组成。可燃冰生成破碎一体化装置可实现天然气在高压低温条件下凝结成可燃冰，并经两次破碎形成冰粒。砂粒和冰粒在冰砂混合腔中经水流搅拌混匀后流入测试立管，由高速摄像机监测流动形态和压力表、温度计记录实时压力、温度变化。分离回收系统可实现三级分离，将气、水、冰、砂依次分离回收利用，经济环保。本发明采用密闭循环，操作方便，安全可靠。
【IPC分类】G01M10/00
【公开号】CN105258917
【申请号】CN201510688495
【发明人】朱红钧, 唐丽爽, 尤嘉慧, 唐有波, 王健, 姚杰, 孙兆鑫
【申请人】西南石油大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月22日