一種測(cè)量高壓復(fù)雜流體節(jié)流效應(yīng)系數(shù)的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明公開了一種測(cè)量高壓復(fù)雜流體節(jié)流效應(yīng)系數(shù)的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] C02驅(qū)提高原油采收率(C02-E0R)作為重要的老油田二次開發(fā)技術(shù)，已經(jīng)在大慶油 田部分區(qū)塊推廣使用，保證了老油田的開采效率和經(jīng)濟(jì)利益。而油田井口集輸管路通常設(shè) 有節(jié)流閥，以控制油井井口壓力和油井產(chǎn)量。由于采出流體中含大量C〇2氣體，節(jié)流過程中 出現(xiàn)焦耳-湯普遜效應(yīng)產(chǎn)生較大溫降，易在節(jié)流后管段內(nèi)生成水合物堵塞管道，造成安全事 故。因此，需要對(duì)co 2-天然氣-油-水的復(fù)雜流體體系的節(jié)流溫降效應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
[0003] 然而由于涉及到閥前壓力、閥后壓力、閥前溫度、閥后溫度、氣液比、含水率、氣體 組分等多因素，因此實(shí)驗(yàn)測(cè)量難度大。并且co 2驅(qū)采出流體通常是高壓狀態(tài)，更增加了實(shí)驗(yàn) 測(cè)量的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是通過該實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)方法，準(zhǔn)確測(cè)量復(fù)雜流體多相節(jié)流過程 中節(jié)流溫降效應(yīng)(JT系數(shù)測(cè)量）。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種測(cè)量高壓復(fù)雜流體節(jié)流溫降效應(yīng)系數(shù)的裝置，包括油水系統(tǒng)和氣相系統(tǒng)，所 述的油水系統(tǒng)在溫控系統(tǒng)將其內(nèi)部的油水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)后送入混合系統(tǒng)，同時(shí)所述的氣相 系統(tǒng)將氣體進(jìn)行混合后也送入混合系統(tǒng)，所述的混合系統(tǒng)將油水和氣體混合后通過混輸管 路送入氣液分離系統(tǒng)，且在所述的混輸管路上設(shè)有節(jié)流及觀測(cè)系統(tǒng);所述的氣液分離系統(tǒng) 將氣液分離后的油水重新送入油水系統(tǒng)，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。
[0007] 所述的氣相系統(tǒng)包括混合氣氣瓶、氣體緩沖罐、氣體流量計(jì)及調(diào)節(jié)閥，所述的兩個(gè) 氣瓶與氣體緩沖罐相連，所述的氣體緩沖罐與混合系統(tǒng)的入口相連，在氣瓶與氣體緩沖罐 相連的管路、氣體緩沖罐與混合系統(tǒng)相連的管路上均設(shè)有氣體流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥、壓力傳感器 和溫度傳感器。
[0008] 所述的油水系統(tǒng)包括一個(gè)儲(chǔ)油罐，所述的儲(chǔ)油罐串聯(lián)增壓栗、液體流量計(jì)及高壓 截止閥后，與混合系統(tǒng)相連。
[0009] 所述的增壓栗出口處采用回流管連接到儲(chǔ)油罐內(nèi)，且回流管上連接有高壓截止 閥。
[0010] 所述的混合系統(tǒng)包括一個(gè)氣液混合器，其包括吸入室，在所述的吸入室上安裝有 噴嘴、導(dǎo)氣管和擴(kuò)壓管，所述的噴嘴與油水系統(tǒng)相連通，油水系統(tǒng)的油水通過噴嘴進(jìn)入到吸 入室;所述的導(dǎo)氣管與氣相系統(tǒng)相連通，氣相系統(tǒng)的氣體通過導(dǎo)氣管進(jìn)入吸入室;氣液混合 體由擴(kuò)壓管排出。液體以高的速度從噴嘴噴出，高速流動(dòng)的液體通過吸入室時(shí)，會(huì)在吸入室 形成真空，由導(dǎo)氣管吸入大量氣體，氣體進(jìn)入混氣室后，在喉管處與液體劇烈混合，形成氣 液混合體，由擴(kuò)散管排出。
[0011] 所述的節(jié)流及觀測(cè)系統(tǒng)包括高壓節(jié)流閥，在所述的高壓節(jié)流閥的前后設(shè)有高壓透 明段。
[0012] 所述的高壓節(jié)流閥前后還分別設(shè)置有可拆卸的變徑管段，所述的變徑管段上設(shè)有 可視窗，通過高速攝像儀拍攝前后透明段流動(dòng)情況。
[0013] 在所述的變徑管段上還串聯(lián)有壓力和溫度傳感器;閥前后的壓力傳感器得到閥前 后壓力值;通過溫度傳感器測(cè)得閥前后溫度。
[0014] 所述的分離系統(tǒng)由常壓氣液分離器、真空栗及調(diào)節(jié)閥組成。
[0015] 所述的常壓氣液分離器與儲(chǔ)油罐可以為同一個(gè)裝置。
[0016] 所述的溫控系統(tǒng)由儲(chǔ)罐電加熱設(shè)施和局部加熱器組成。
[0017]本裝置的測(cè)量方法如下：
[0018] 1、油水先在儲(chǔ)油罐中通過攪拌充分混合并通過儲(chǔ)油罐內(nèi)的加熱裝置使液流溫度 控制在實(shí)驗(yàn)溫度，然后經(jīng)過增壓栗增壓，經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后到達(dá)氣液混合器；
[0019] 2、儲(chǔ)存氣瓶中的二氧化碳和混合氣分別從氣瓶中充入緩沖罐中，再經(jīng)過流量計(jì)計(jì) 量后在氣液混合器與液流充分混合；
[0020] 3、油氣水進(jìn)入較長的混輸管路充分進(jìn)行熱交換，分別通過玻璃視窗，經(jīng)過高壓節(jié) 流閥節(jié)流后通過高壓透明段，完成節(jié)流過程；
[0021 ] 4.通過液體流量計(jì)、氣體流量計(jì)測(cè)得氣液流量，計(jì)算出氣液比；
[0022] 5.通過閥前后的壓力傳感器得到閥前后壓力值；通過溫度傳感器測(cè)得閥前后溫 度;利用下式計(jì)算出復(fù)雜流體多相節(jié)流過程中的節(jié)流效應(yīng)系數(shù)： r π (dT)
[0023] μπ =- 、dP)H
[0024] -焦耳-湯姆孫效應(yīng)系數(shù)(節(jié)流效應(yīng)系數(shù)），表示等焓膨脹時(shí)，溫度隨壓力的變化 率;T一溫度傳感器采集的溫度，P-壓力傳感器采集的壓力，Η表示在等焓狀態(tài)下。
[0025] 所述的氣液分離器與儲(chǔ)油罐為同一個(gè)裝置。
[0026] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0027]本裝置能夠在實(shí)驗(yàn)室中模擬油氣田井口節(jié)流條件，測(cè)量C02驅(qū)油井采出流體井口 節(jié)流過程中節(jié)流閥前后溫降。
[0028] 在混合系統(tǒng)中，氣液混合器根據(jù)文丘里管的原理，將流體的靜壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，然 后挾帶另一部分從支管中進(jìn)入的物料一起進(jìn)入混合管內(nèi)混合。液體以高的速度從噴嘴噴 出，高速流動(dòng)的液體通過混氣室時(shí)，會(huì)在混氣室形成真空，由導(dǎo)氣管吸入大量空氣，空氣進(jìn) 入混氣室后，在喉管處與液體劇烈混合，形成氣液混合體，由擴(kuò)散管排出。獨(dú)特的混合氣室 設(shè)計(jì)，強(qiáng)勁的液流與氣體混合噴射，使攪拌均勻、完全，產(chǎn)生的氣泡多而細(xì)膩。這樣就能夠模 擬出油田生產(chǎn)中的彌散流或者泡狀流，防治段塞流的產(chǎn)生。
[0029] 在分離系統(tǒng)中，分離器起到四重作用。首先，它是儲(chǔ)罐，用于盛油水混合液;其次， 起到加熱器的作用。分離器底部有加熱套能夠?qū)σ后w進(jìn)行控溫，使閥前溫度模擬來流溫度。 第三，罐體內(nèi)帶有攪拌器，能夠使油水在此充分混合。因此起到油水混合器的作用。最后，起 到氣液分離的作用。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了分離器的合適體積；同時(shí)考慮到攪拌的過程中會(huì) 有部分氣體重新溶解到液體中，外置一個(gè)大排量真空栗，在實(shí)驗(yàn)時(shí)使罐內(nèi)保持負(fù)壓，使氣體 及時(shí)排除。這樣就能在同一個(gè)裝置中完成了油氣水混合、加熱和分離。
[0030] 為了防止出現(xiàn)超壓事故，采用安全閥調(diào)控環(huán)道內(nèi)壓力。若出現(xiàn)管道超壓，安全閥自 動(dòng)起跳，氣體通過放空管系統(tǒng)安全排入大氣。
[0031] 為了觀察研究節(jié)流閥前后流體流型及現(xiàn)象，在節(jié)流閥前后各安裝一個(gè)高壓透明視 窗。
[0032] 為了有效控制液體流量，在增壓栗出口處采用回流連接到分離器內(nèi)。
【附圖說明】
[0033]圖1本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖2氣液混合器的結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖中：1儲(chǔ)油罐，2、3氣瓶調(diào)節(jié)閥，6-氣體緩沖罐，7-氣體渦街流量計(jì)，8、10、16、17、 19、22_高壓截止閥，9-氣液混合器，12、14_變徑管段，11-閥前耐高壓透明段，15-閥后耐高 壓透明管段，18-增壓栗，20-液體流量計(jì)、21-安全閥、13-高壓節(jié)流閥；23噴嘴、24吸入室、25 擴(kuò)壓管、26導(dǎo)氣管。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0037] 如圖1、圖2所示，一種測(cè)量高壓復(fù)雜流體節(jié)流效應(yīng)系數(shù)的裝置，能夠在實(shí)驗(yàn)室中模 擬油氣田井口節(jié)流條件，測(cè)量C02驅(qū)油井采出流體井口節(jié)流過程中節(jié)流閥前后溫降。該裝置 包括長約20m的實(shí)驗(yàn)環(huán)道，管道內(nèi)徑26mm，承壓能力lOMPa，采用耐腐蝕316L型不銹鋼制造， 可耐C0 2腐蝕。實(shí)驗(yàn)裝置主要分為氣相系統(tǒng)、油水系統(tǒng)、混合系統(tǒng)、節(jié)流及觀測(cè)系統(tǒng)、分離系 統(tǒng)、溫控系統(tǒng)六部分;具體如下：
[0038] 混合系統(tǒng)包括一個(gè)氣液混合器9，其包括吸入室24，在所述的吸入室24上安裝有噴 嘴23、導(dǎo)氣管26和擴(kuò)壓管25,所述的噴嘴23與油水系統(tǒng)相連通，油水系統(tǒng)的油水通過噴嘴23 進(jìn)入到吸入室;所述的導(dǎo)氣管26與氣相系統(tǒng)相連通，氣相系統(tǒng)的氣體通過導(dǎo)氣管26進(jìn)入吸 入室24;氣液混合體由擴(kuò)壓管25排出。液體以高的速度從噴嘴噴出，高速流動(dòng)的液體通過吸 入室時(shí)，會(huì)在吸入室形成真空，由導(dǎo)氣管吸入大量氣體，氣體進(jìn)入混氣室后，在喉管處與液 體劇烈混合，形成氣液混合體，由擴(kuò)散管排出。
[0039] 其中，氣相系統(tǒng)由C02氣瓶和N2氣瓶、氣體緩沖罐6、氣體渦街流量計(jì)7、高壓截止閥8 及氣瓶調(diào)節(jié)閥2、氣瓶調(diào)節(jié)閥3組成;所述的兩個(gè)氣瓶與氣體緩沖罐6相連，所述的氣體緩沖 罐6與混合系統(tǒng)的入口相連，在C〇2氣瓶和N2氣瓶與氣體緩沖罐6相連的管路、氣體緩沖罐6與 混合系統(tǒng)相連的管路上均設(shè)有氣體流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥、壓力傳感器和溫度傳感器。
[0040] 油水系統(tǒng)包括一個(gè)儲(chǔ)油罐1，所述的儲(chǔ)油罐1串聯(lián)高壓截止閥17、增壓栗18、液體流 量計(jì)20及高壓截止閥19后，與混合系統(tǒng)相連。
[00