[发明专利]一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置及试验方法

权利要求书

1.一种海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置的试验方法，其特征是，海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置包括立管段、弯管段、加砂罐、供气系统、供水系统和数据采集系统以及砂粒运动监测系统；所述立管段和弯管段成一体式“L”型管段，所述供气系统和供水系统均与气液混合器相连，所述气液混合器之后依次连接加沙罐、弯管段和立管段，弯管段的上游与加沙罐相连，弯管段的下游与立管段连通，所述数据采集系统用于分别对供气管路、气液混合管路、弯管段和立管段上的压力信号进行采集，所述砂粒运动监测系统用于对弯管段和立管段中的砂粒状态进行监测；

所述供气系统包括压缩机和供气管路，所述压缩机通过供气管路依次连接有缓冲罐和气体流量计以及第一压力变送器；

所述供水系统包括储水罐和供水管路，所述储水罐通过供水管路依次连接有离心泵和液体流量计；

所述供气管路和供水管路提供的气液通过气液混合器混合，所述气液混合管路上设置有第二压力变送器，之后气液混合管路与加沙罐连接，所述加沙罐依次又连接弯管段和立管段；

所述加沙罐上方设置有通过第一球阀控制的第一加沙漏斗，加沙罐内部设置有搅拌器；

所述立管段顶部设置有通过第二球阀控制的第二加沙漏斗，所述弯管段和立管段上依次设置有第三压力变送器，第四压力变送器，第五压力变送器，第六压力变送器和第七压力变送器，对应所述立管段上的第五压力变送器，第六压力变送器和第七压力变送器依次在立管段上设置有下取样阀门，中取样阀门和上取样阀门，在所述立管段上还设置刻度标尺；所述立管段顶部的介质流出口设置有与储水罐连通的回管路，所述回管路上设置有筛分设备；

所述数据采集系统包括数据采集卡，所述数据采集卡分别与第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第五压力变送器、第六压力变送器和第七压力变送器通过线路连接；

所述砂粒运动监测系统包括高速摄像机，所述高速摄像机用于在实验过程中对弯管段和立管段中的砂粒运动情况进行摄制监测；

研究立管携砂实验的方法步骤为：

步骤一：初始时，整个实验装置的阀都处于关闭状态，且整个实验装置中充满气体；首先，依次开启第四阀门、第五阀门和第六阀门，储水罐中的水通过离心泵泵送先后进入到加砂罐、弯管段和立管段中；其次，缓慢调节离心泵的扬程使立管段中的液位维持在立管段的刻度标尺以上且没有水进入到筛分设备中；再者，缓慢调节第一球阀使加砂罐中的气体全部放出，根据是否有气体的进入，选择依次打开第一阀门、第二阀门、第三阀门并快速打开压缩机调节气量，一段时间之后有稳定的气量经过弯管段进入到立管段中；最后，打开数据采集卡和高速摄像机，开始记录第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第五压力变送器、第六压力变送器和第七压力变送器的数据；

步骤二：首先，打开第二球阀，将配置好的一定粒径一定溶度的砂粒悬浊液通过第二加砂漏斗加入到立管段中，随后关闭第二球阀，通过高速摄像机观察立管段中砂粒的运动情况，当砂粒下沉降到立管段底部时，调节离心泵缓慢改变液体流量，同时通过数据采集卡采集到的立管段上第五压力变送器、第六压力变送器、第七压力变送器的压力信息和高速摄像机对立管段中的沙粒情况的摄制监测信息以及参照立管段上的刻度标尺观测立管段中砂粒的运动情况，通过计量砂粒通过不同刻度线的时间得到砂粒的运动速度，进而判断砂粒在立管段中是否平衡；其次，分别打开立管段上的下取样阀门、中取样阀门和上取样阀门对立管段中不同位置处的砂粒进形取样，随后测得立管段中不同位置砂粒在不同时间溶度的变化，则其对应的液相流速为该尺寸颗粒在该浓度下对应的临界流速；最后，对数据数据采集卡采集的压力信号、高速摄像机摄制的视频、测得的砂粒运动规律和临界流速以及采集的溶度变化做好记录；

步骤三：在步骤二结束后，重新调节离心泵加大液量，将立管段中剩余的砂粒携带出去，然后重复步骤一，打开第二球阀通过第二加砂漏斗向立管段中加入不同粒径和溶度的砂粒进行下一组实验，接着重复步骤二。

2.如权利要求1所述的海洋油气输送过程中弯管砂堵和立管携砂的实验装置的试验方法，其特征是，步骤三中从立管段中携带出去的剩余砂粒通过立管段顶部的介质流出口到达回管路上的筛分设备进行筛分，砂粒被分离，水流回到储水罐中循环利用。