專利名稱：原油蠟沉積速率測量裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種原油結(jié)蠟測量裝置，尤其適用于高含蠟原油結(jié)蠟速率測量。
背景技術(shù)：
管道輸送原油是當前普遍采用的輸油方式，具有占地少、輸量大、能耗少、運費低，密閉運行，安全性高，便于管理和集中控制等優(yōu)點。在原油管道運輸過程中，當管壁溫度低于析蠟點且低于油流溫度時，原油中的蠟結(jié)晶析出并與原油中的其他組分一道沉積在管壁上，這一現(xiàn)象稱為原油管道的蠟沉積。我國大多數(shù)油田生產(chǎn)的原油為含蠟原油，管道輸送含蠟原油將不可避免地帶來管道結(jié)蠟問題。管道結(jié)蠟將減少管路的有效流通面積，增大輸送壓力，降低輸送能力，同時還會給管道停輸后的再啟動帶來困難，嚴重時還可能造成堵管事故。計算表明，對一條直徑為500毫米的輸油管，2毫米厚的結(jié)蠟層使其通過能力下降2.5%，而輸送成本也增加2.5%。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計可知，在原油的開采和輸送過程中，有關(guān)結(jié)晶和沉積問題使世界石油工業(yè)每年的損失達數(shù)十億美元。故研究輸油管中的蠟沉積規(guī)律對節(jié)約費用，管線設計，確保管線安全輸送以及制定合理的清管方案提供科學依據(jù)，都具有重要的實際意義。為了精確模擬含蠟原油的蠟沉積過程，掌握結(jié)蠟規(guī)律，尋找合理的清、防蠟方法，各國學者進行了大量的試驗和理論研究，建立了多種蠟沉積試驗裝置來測量管道中的蠟沉積厚度以及蠟沉積總量，以研究含蠟原油在各種流態(tài)條件下的蠟沉積過程。在實驗室內(nèi)對蠟沉積進行模擬的方法有各種各樣，從原理上來講都是使原油和石蠟沉積表面具有一定的溫差，大致可分為3類。第一類是靜態(tài)“冷指”和“冷板”法，這類方法的工作原理是將通有冷卻介質(zhì)的金屬管或金屬板浸入原油中，控制原油和冷卻介質(zhì)的溫度，測量在規(guī)定時間內(nèi)金屬管或金屬板上沉積的石蠟量。這種靜態(tài)裝置不能有效的反應管道實際運行時的動態(tài)結(jié)蠟情況。第二類是轉(zhuǎn)盤法，轉(zhuǎn)盤法的工作原理是將通有冷卻介質(zhì)的金屬盤浸入原油中，金屬盤在電機帶動下轉(zhuǎn)動，控制原油和冷卻介質(zhì)的溫度以及金屬盤的轉(zhuǎn)速，測量在規(guī)定時間內(nèi)金屬盤上沉積的石蠟量。該方法測量和控制比較方便，但是蠟要沉積在旋轉(zhuǎn)的圓盤上，這與實際管道內(nèi)原油流動沉積在固定表面上是不一致的。第三類是環(huán)道法，環(huán)道法的工作原理是將原油在管道內(nèi)循環(huán)，管道浸于冷卻介質(zhì)中，控制原油的流量、原油和冷卻介質(zhì)的溫度，測量在規(guī)定時間內(nèi)管道內(nèi)壁上的結(jié)蠟量。但是這種環(huán)道測量蠟沉積厚度比較麻煩，因為原油粘度隨測量時間的延長發(fā)生變化，很難確定壓降增大是由于管徑變小還是粘度變化引起的，同時，環(huán)道用油多耗時長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種含蠟原油蠟沉積速率測量裝置，簡便迅速而準確的測量含蠟原油在不同條件下的蠟沉積速率，為現(xiàn)場了解管道結(jié)蠟情況以及確定清管周期提供重要依據(jù)。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:原油蠟沉積速率測量裝置由結(jié)蠟筒、樣品筒、低阻旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降機構(gòu)、恒溫油浴、恒溫水浴、測量系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等組成。在一個箱體內(nèi)安裝有導熱油槽，位于導熱油槽后方的高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)固定在上箱板上。高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中的交流伺服電機與低阻旋轉(zhuǎn)機構(gòu)通過低阻軸承相連，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動；同時，高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)依靠小同步輪和同步帶連接樣品筒所嵌入的軸承套并帶動樣品筒旋轉(zhuǎn)。置于樣品筒內(nèi)部的結(jié)蠟筒與升降機構(gòu)相連并固定于立式導向桿上，可以通過轉(zhuǎn)動手柄上下升降，結(jié)蠟筒的溫度由其內(nèi)部的蛇形盤管里的恒溫水流來控制；樣品筒下部大部分浸入導熱油槽以通過導熱油槽內(nèi)油溫來控制樣品筒內(nèi)油樣的溫度。蛇形盤管和導熱油槽的溫度控制分別通過箱體左右兩側(cè)的恒溫油浴和恒溫水浴來實現(xiàn)。蛇形盤管的進口及出口兩端彎曲與盤管主體成90度，蛇形盤管的進口和出口分別通過保溫塑料水管連接恒溫水浴的出口和進口。整個蛇形盤管卡在扭矩傳感器連接塊內(nèi)；扭矩傳感器連接塊的上部連接扭矩傳感器并通過螺母固定在扭矩測量支撐左端，扭矩傳感器連接塊的下部連接結(jié)蠟筒并通過螺母固定。扭矩傳感器將測量的扭矩變化的力學信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡上。導熱油槽的入口由保溫導熱油管連接恒溫油浴的出口，導熱油槽的出口由保溫導熱油管連接恒溫油浴的入口，通過恒溫油浴控制導熱油槽的油溫。電控系統(tǒng)主要由三菱MJ-R3伺服、數(shù)據(jù)采集卡等組成，與扭矩和各溫度的顯示儀表一并在電控箱內(nèi)。交流伺服電機通過數(shù)據(jù)線與三菱MJ-R3伺服相連，由三菱MJ-R3伺服來完成對電機的速度的調(diào)節(jié)以及計速。三菱MJ-R3伺服的USB端口通過數(shù)據(jù)線與計算機連接，實現(xiàn)計算機操控電機的目的，同時交流伺服電機的轉(zhuǎn)速會通過三菱MJ-R3伺服實時顯示在計算機上。數(shù)據(jù)采集卡輸入端與扭矩傳感器、恒溫水浴溫度探針、恒溫油浴的溫度探針通過數(shù)據(jù)線連接，輸出端通過數(shù)據(jù)線連接計算機和相關(guān)電控箱上的顯示儀表上。數(shù)據(jù)采集卡將測得的扭矩、油浴溫度，水浴溫度的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并將各個數(shù)字信號實時顯示在計算機終端和電控箱上對應的儀表上。本發(fā)明的有益效果是:因為本裝置實現(xiàn)了結(jié)蠟裝置的小型化，所以實驗裝置體積小，占地面積少，所需實驗油樣少且實驗裝置投資成本相對較低；結(jié)蠟筒實現(xiàn)了自由升降，故可以直接稱量其壁面上結(jié)蠟量，方便準確；本裝置除用于常規(guī)的結(jié)蠟模擬和預測外，還可以用于評價防蠟劑的效果、研究結(jié)蠟層組成等；本裝置配有數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，由計算機采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理可生成原始數(shù)據(jù)報表、分析報表以及曲線圖，同時生成數(shù)據(jù)庫文件格式，可隨時導入EXCEL文檔以便用戶靈活使用。


圖1是本發(fā)明所述的原油蠟沉積速率測量裝置的整體示意圖。圖2是本發(fā)明所述的測量裝置的電控箱示意圖。圖3是本發(fā)明所述的測量裝置的結(jié)蠟筒與扭矩測量系統(tǒng)支撐的剖面圖。圖4是本發(fā)明所述的測量裝置的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)與樣品筒的剖面圖。圖5是本發(fā)明所述測量裝置的數(shù)據(jù)采集與處理的計算機程序框圖。圖中，I一恒溫水浴，2—保溫塑料水管，3—轉(zhuǎn)動手柄，4一立式導向桿，5—升降機構(gòu)，6—結(jié)臘筒，7—防揮發(fā)筒蓋，8一樣品筒，9一電控箱,10一閥門，11一保溫導熱油管，12—溫度探針，13—蛇形盤管，14 一蛇形盤管進水口，15—扭矩傳感器連接塊，16—扭矩傳感器，17—扭矩測量支撐，18 —吊鉤，19一蛇形盤管出水口，20—導熱油進口，21—交流伺服電機，22—低阻軸承，23 —電機連接軸，24—小同步輪，25—同步帶，26—高速旋轉(zhuǎn)軸承，27—轉(zhuǎn)動軸套，28—固定板，29—導熱油出口，30-導熱油槽，31-箱體，32-溫度探針，33-扭矩顯示儀表，34-原油溫度顯示儀表，35-結(jié)蠟筒壁面溫度顯示儀表，36-電源按鈕開，37-電源按鈕關(guān),38-恒溫油浴。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例來進一步描述本發(fā)明。本實施例是一實驗樣機，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。本發(fā)明所述的原油蠟沉積速率測量裝置由結(jié)蠟筒6、樣品筒8、低阻旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降機構(gòu)5、恒溫油浴38、恒溫水浴1、測量系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等組成。在一個箱體31內(nèi)安裝有導熱油槽30，位于導熱油槽30后方的高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)固定在上箱板上。高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中的交流伺服電機21與低阻旋轉(zhuǎn)機構(gòu)通過電機連接軸23的低阻軸承22相連，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動；同時，高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)依靠小同步輪24和同步帶25連接樣品筒8所嵌入的軸承套并帶動樣品筒8旋轉(zhuǎn)。置于樣品筒8內(nèi)部的結(jié)蠟筒6與升降機構(gòu)5相連并固定于立式導向桿4上，可以通過轉(zhuǎn)動手柄3上下升降，結(jié)蠟筒6的溫度由其內(nèi)部的蛇形盤管13里的恒溫水流來控制；樣品筒8下部大部分浸入導熱油槽30以通過導熱油槽30內(nèi)油溫來控制樣品筒8內(nèi)油樣的溫度。蛇形盤管13和導熱油槽30的溫度控制分別通過箱體31左右兩側(cè)的恒溫油浴38和恒溫水浴I來實現(xiàn)。蛇形盤管13的進口及出口兩端彎曲與盤管主體成90度，蛇形盤管13的進口和出口分別通過保溫塑料水管2連接恒溫水浴I的出口和進口。整個蛇形盤管13卡在扭矩傳感器連接塊15內(nèi)；扭矩傳感器連接塊15的上部連接扭矩傳感器16并通過螺母固定在扭矩測量支撐17左端，扭矩傳感器連接塊15的下部連接結(jié)蠟筒6并通過螺母固定。扭矩傳感器16將測量的扭矩變化的力學信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡上。導熱油槽30的入口由保溫導熱油管11連接恒溫油浴38的出口，導熱油槽30的出口由保溫導熱油管11連接恒溫油浴38的入口，通過恒溫油浴38控制導熱油槽30的油溫。通過恒溫水浴I對結(jié)蠟筒6進行降溫，使結(jié)蠟筒6壁面達到所需溫度，二者通過保溫塑料水管2連接；恒溫油浴38通過保溫導熱油管11與樣品筒8相連，并對樣品筒8進行加熱，使樣品筒內(nèi)原油達到所需溫度；結(jié)蠟筒6通過扭矩測量支撐與升降機構(gòu)5相連，升降機構(gòu)5可在立式導向桿4上隨著轉(zhuǎn)動手柄3的轉(zhuǎn)動而上下移動；電控箱9通過數(shù)據(jù)傳輸線與測量系統(tǒng)以及計算機相連，通過計算機上的數(shù)據(jù)采集軟件可以控制樣品筒8的轉(zhuǎn)速。圖2為本發(fā)明所述測量裝置的電控箱9的示意圖，電控箱面板上主要包括裝置電源按鈕開36和電源按鈕關(guān)37以及三個儀表，分別是扭矩顯示儀表33、原油溫度顯示儀表34和結(jié)蠟壁溫度顯示儀表35，扭矩顯示儀表33通過數(shù)據(jù)傳輸線與扭矩傳感器相連，實時顯示結(jié)蠟筒6的扭矩并反饋到計算機上的數(shù)據(jù)采集軟件上；原油溫度顯示儀表34通過數(shù)據(jù)傳輸線與導熱油槽30中的溫度探針32相連，實時顯示樣品筒8內(nèi)原油的溫度并反饋到計算機上的數(shù)據(jù)采集軟件上；結(jié)蠟壁溫度顯示儀表35通過數(shù)據(jù)傳輸線與結(jié)蠟筒6壁面處溫度探針12相連，實時顯示結(jié)蠟筒6壁面處的溫度并反饋到計算機上的數(shù)據(jù)采集軟件上。結(jié)蠟筒與扭矩測量系統(tǒng)支撐的剖面如圖3所示，溫度探針12固定在結(jié)蠟筒6外壁處，并通過數(shù)據(jù)傳輸線與圖2中的結(jié)蠟壁溫度顯示儀表35相連；蛇形盤管進水口 14及蛇形盤管出水口 19同時搭在扭矩傳感器連接塊15和吊鉤18兩側(cè)，使得蛇形盤管13固定在結(jié)蠟筒6內(nèi)部；扭矩傳感器連接塊15上部連接扭矩傳感器16，可以將結(jié)蠟筒6收到的扭矩反映到扭矩傳感器16上；扭矩傳感器16上部通過螺母固定在扭矩測量支撐17左側(cè)，扭矩測量支撐17右側(cè)可以通過螺母連接升降機構(gòu)5，整個結(jié)蠟筒及扭矩測量系統(tǒng)可隨升降機構(gòu)上下運動。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)與樣品筒的剖面如圖4所示，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及樣品筒都固定在裝置箱體31的上板上；導熱油槽30固定在箱體31內(nèi)部，導熱油槽30左側(cè)下部的導熱油進口 20與恒溫油浴38的出口相連，導熱油槽30右側(cè)上部的導熱油出口 29與恒溫油浴38的進口相連；固定板28通過螺母固定在箱體31上，位于導熱油槽30的上部，軸承套27與高速旋轉(zhuǎn)軸承26相連固定于固定板28內(nèi)部，樣品筒8可以卡在軸承套27中，并通過螺母固定；交流伺服電機21的電機連接軸23與低阻軸承22相連固定在箱體31左側(cè)內(nèi)部，電機連接軸23上部與小同步輪24相連；使用同步帶25將小同步輪24和軸承套27連接起來，使得樣品筒8在交流伺服電機21的帶動下旋轉(zhuǎn)。工作原理及過程，通過恒溫油浴及恒溫水浴控制樣品筒內(nèi)原油溫度和結(jié)蠟筒外壁處溫度，使得結(jié)蠟筒外壁處溫度低于樣品筒內(nèi)油溫且小于原油析蠟點，同時控制樣品筒在某一速度下旋轉(zhuǎn)，使得結(jié)蠟筒壁面處原油處于一定的剪切強度下，此時結(jié)蠟筒外壁上將會有蠟層產(chǎn)生，在一段時間后可以將結(jié)蠟筒升起來稱量沉積在壁面上的沉積量。這樣就可以模擬原油在一定剪切應力和油壁溫差下的結(jié)蠟實驗。具體實驗過程為:將試驗油樣放入樣品筒8中，通過計算機上的數(shù)據(jù)采集軟件設置樣品筒8轉(zhuǎn)速，在數(shù)據(jù)采集軟件上輸入轉(zhuǎn)速后，計算機向交流伺服電機21發(fā)射信號，交流伺服電機21帶動小轉(zhuǎn)輪24轉(zhuǎn)動并通過同步帶25最終帶動樣品筒以規(guī)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。根據(jù)結(jié)蠟實驗要求的原油溫度和結(jié)蠟筒6壁面溫度，設定并控制恒溫油浴38和恒溫水浴I的溫度。溫度探針32探測原油的溫度，另一溫度探針12探測結(jié)蠟筒壁面處溫度，并將實時數(shù)據(jù)通過電控箱9上的原油溫度顯示儀表34，結(jié)蠟筒壁面溫度顯示儀表35顯示出來。當原油溫度及結(jié)蠟筒壁面溫度達到實驗要求的溫度時，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動手柄3，控制升降機構(gòu)5在立式導向桿4上下降，使得結(jié)蠟筒6同時下降至樣品筒8內(nèi)油面以下。結(jié)蠟筒壁面處受到的扭矩可以通過扭矩傳感器16測得，并在電控箱9上的扭矩顯示儀表33上顯示出來。蠟沉積實驗結(jié)束后，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動手柄3，提起結(jié)蠟筒6，稱取壁面上的蠟沉積量以及量取壁面上蠟沉積層的長度。由以上工作過程可見，本發(fā)明結(jié)構(gòu)較為簡單，占地面積小，操作較為簡便；耗油量少，試驗周期短；且各實驗條件能夠從微觀上很好的與現(xiàn)場條件相吻合，可以充分的反應各種現(xiàn)場條件下原油的結(jié)蠟情況。本實驗裝置采用的測量結(jié)蠟方法為直接稱重法，簡單準確，能夠準確反映實驗結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種原油蠟沉積速率測量裝置，包括結(jié)蠟筒、樣品筒、低阻旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、恒溫油浴、升降機構(gòu)、恒溫水浴、測量系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其特征是，在一個箱體內(nèi)安裝有導熱油槽，位于導熱油槽后方的高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)固定在上箱板上，高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中的交流伺服電機與低阻旋轉(zhuǎn)機構(gòu)通過電機連接軸外套低阻軸承相連，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動；同時，高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)依靠小同步輪和同步帶連接樣品筒所嵌入的軸承套并帶動樣品筒旋轉(zhuǎn)；樣品筒內(nèi)部的結(jié)蠟筒與升降機構(gòu)相連并固定于立式導向桿上，通過轉(zhuǎn)動手柄上下升降，結(jié)蠟筒的溫度由其內(nèi)部的蛇形盤管里的恒溫水流來控制；樣品筒下部大部分浸入導熱油槽以通過導熱油槽內(nèi)油溫來控制樣品筒內(nèi)油樣的溫度；蛇形盤管的進口及出口兩端彎曲與盤管主體成90度，蛇形盤管的進口和出口分別通過保溫塑料水管連接恒溫水浴的出口和進口，整個蛇形盤管卡在扭矩傳感器連接塊內(nèi)，扭矩傳感器連接塊的上部連接扭矩傳感器并通過螺母固定在扭矩測量支撐左端，扭矩傳感器連接塊的下部連接結(jié)蠟筒并通過螺母固定，扭矩傳感器將測量的扭矩變化的力學信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡上；導熱油槽的入口由保溫導熱油管連接恒溫油浴的出口，導熱油槽的出口由保溫導熱油管連接恒溫油浴的入口，通過恒溫油浴控制導熱油槽的油溫；所述測量系統(tǒng)包括扭矩測量系統(tǒng)、速度測量系統(tǒng)和溫度測量系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原油蠟沉積速率測量裝置，其特征是，所述低阻旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括低阻軸承及其軸承套。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原油蠟沉積速率測量裝置，其特征是，所述高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由高速旋轉(zhuǎn)電機、高速旋轉(zhuǎn)軸承及其軸承套、速度調(diào)節(jié)器通過聯(lián)軸節(jié)連接組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原油蠟沉積速率測量裝置，其特征是，所述的扭矩測量系統(tǒng)由通過螺母固定在扭矩測量支撐左端的扭矩傳感器連接塊連接微量程扭矩傳感器，數(shù)顯儀表與微量程扭矩傳感器通過數(shù)據(jù)線連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原油蠟沉積速率測量裝置，其特征是，所述速度測量系統(tǒng)包括速度測量機構(gòu)及速度顯示儀表。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原油蠟沉積速率測量裝置，其特征是，所述的溫度測量系統(tǒng)包括溫度測量探針及其顯示儀表。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種控制應力型原油結(jié)蠟裝置，本裝置由結(jié)蠟筒、樣品筒、低阻旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、恒溫油浴、升降機構(gòu)、恒溫水浴、測量系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成，通過恒溫油浴、恒溫水浴對原油及結(jié)蠟筒壁面進行控溫，使它們達到要求的溫度；通過計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、低阻旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使得樣品筒產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并可設置旋轉(zhuǎn)速度；通過升降機構(gòu)調(diào)節(jié)結(jié)蠟筒的升降。通過改變恒溫油浴、恒溫水浴的溫度以及樣品筒的旋轉(zhuǎn)速度可以進行不同油溫、壁溫及轉(zhuǎn)速下的原油結(jié)蠟規(guī)律實驗。
文檔編號G01N33/28GK103116015SQ20131003107
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者楊飛, 李傳憲, 吳建, 劉沖, 白帆 申請人:中國石油大學(華東)