一种轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置

1.本发明涉及轴向旋流场油滴群粒径测试装置技术领域，具体涉及一种轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置。


背景技术：

2.海上油田生产中后期，高含水采出液为现有采出液预处理系统带来了严峻的挑战。为在有限的空间内实现采出液预处理装置的小型化和快速化处理，需用管式分离技术替代传统的重力式分离技术。管式分离技术基于旋流分离原理和浅池原理研发，可有效降低预分离系统所需的空间尺度，使装置可在短时间内快速处理高含水采出液，分离出其中的油相和气相。而旋流分离技术是管式分离技术的重要组成部分之一。
3.旋流分离设备的设计和优化建立在对旋流场油滴群行为特性的充分了解基础上，即旋流场油滴粒径分布及相含率分布决定着相收集装置的设计参数。而现有技术中的旋流分离设备不利于相关设备的定向优化设计和精细化控制，急需系统的旋流场油滴群行为特性测试装置。如何有效地解决上述技术难点，是目前本领域技术人员需解决的问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置。
5.轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置包括装置本体，所述装置本体的入口端设置有第一粒径测试取样段，所述第一粒径测试取样段连接有启旋段，远离所述第一粒径测试取样段侧的所述启旋段连接有第二粒径测试取样段，远离所述启旋段侧的所述第二粒径测试取样段连接有截面相含率测试段，远离所述第二粒径测试取样段侧的所述截面相含率测试段连接有观察段；
6.所述第一粒径测试取样段和所述第二粒径测试取样段内分别设置有取样引流机构；
7.所述启旋段内设置有启旋机构；
8.所述截面相含率测试段内设置有电极组机构。
9.进一步地，远离所述启旋段侧的所述第一粒径测试取样段的入口端连接有第一压力表。
10.进一步地，远离所述第一粒径测试取样段侧的所述第一压力表的入口端连接有科氏质量流量计。
11.进一步地，远离所述截面相含率测试段侧的所述观察段的出口端连接有第二压力表。
12.进一步地，所述取样引流机构包括：
13.第一引流管，与所述第一粒径测试取样段的轴向相平行；
14.第二引流管，与所述第一引流管相垂直设置；
15.曲型管，同时连接所述第一引流管和所述第二引流管；
16.所述第一引流管和所述第二引流管以及所述曲型管的内径均相同。
17.进一步地，所述第二引流管表面设置有多个凹陷部，所述凹陷部的表面设置有柔性环；
18.所述柔性环的表面通过连接件与所述第一粒径测试取样段或所述第二粒径测试取样段相连接。
19.进一步地，所述第二引流管可沿所述所述第一粒径测试取样段或所述第二粒径测试取样段的径向移动，从而带动所述第一引流管沿所述所述第一粒径测试取样段或所述第二粒径测试取样段的径向移动。
20.进一步地，所述启旋机构包括：
21.启旋轴，沿所述启旋段的轴向设置；
22.导流片组，在所述启旋轴的表面进行旋转。
23.进一步地，所述电极组机构包括多组电极，每组电极分别连接有信号测试线，所述信号测试线的另一端接入电阻层析成像系统。
24.进一步地，所述第一粒径测试取样段、所述启旋段、所述第二粒径测试取样段、所述截面相含率测试段和所述观察段的表面均为透明材质。
25.在本发明中，流体通过内置引流机构的第一粒径测试取样段、内置启旋机构的启旋段、内置引流机构的第二粒径测试取样段、内置电极组机构的截面相含率测试段后进入观察段，精准测定旋流场油滴群破碎聚并趋势以及粒径分布规律和油相分布规律，为相关油水旋流分离设备的设计优化和自动化控制提供参考。
附图说明
26.图1是本发明提供的轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置的结构示意图；
27.附图标记：
28.1、第一粒径测试取样段；11、取样引流机构；111、第一引流管；112、曲型管；113、柔性环；114、第二引流管；
29.2、启旋段；21、启旋机构；211、导流片组；212、启旋轴；
30.3、第二粒径测试取样段；
31.4、截面相含率测试段；41、电极组机构；
32.5、观察段；
33.6、第二压力表；
34.7、科氏质量流量计；
35.8、第一压力表。
具体实施方式
36.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的
本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
37.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”、“相连”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
38.本发明提供的一实施例，如图1所示，一种轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置，包括装置本体，装置本体的入口端设置有第一粒径测试取样段1，第一粒径测试取样段1连接有启旋段2，远离第一粒径测试取样段1侧的启旋段2连接有第二粒径测试取样段3，远离启旋段2侧的第二粒径测试取样段3连接有截面相含率测试段4，远离第二粒径测试取样段3侧的截面相含率测试段4连接有观察段5；
39.第一粒径测试取样段1和第二粒径测试取样段3内分别设置有取样引流机构22；
40.启旋段3内设置有启旋机构21；
41.截面相含率测试段4内设置有电极组机构41。
42.在本实施例中，流体通过内置取样引流机构11的第一粒径测试取样段1、内置启旋机构21的启旋段2、内置取样引流机构11的第二粒径测试取样段3、内置电极组机构41的截面相含率测试段4后进入观察段5，精准测定旋流场油滴群破碎聚并趋势以及粒径分布规律和油相分布规律，为相关油水旋流分离设备的设计优化和自动化控制提供参考。
43.为了监测装置本体入口处的压力，本发明提供的又一实施例，如图1所示，远离启旋段2侧的第一粒径测试取样段1的入口端连接有第一压力表8。
44.在本实施例中，依据监测第一压力表8的数值，配合装置本体出口处的压力数值，通过压力差表征旋流场压降变化。
45.为了精确测量油水混合液的流量、温度和密度，本发明提供的又一实施例，如图1所示，远离第一粒径测试取样段1侧的第一压力表8的入口端连接有科氏质量流量计7。
46.为了监测装置本体出口处的压力，本发明提供的又一实施例，如图1所示，远离截面相含率测试段4侧的观察段5的出口端连接有第二压力表6。
47.在本实施例中，依据监测第二压力表6的数值，配合监测到的第一压力表8的数值，通过压力差表征旋流场压降变化。
48.为了实现引出待测流体接入在线液滴粒径分布测试装置，实时获得油滴群粒径分布，本发明提供的又一实施例，如图1所示，取样引流机构11包括：
49.第一引流管111，与第一粒径测试取样段1的轴向相平行；
50.第二引流管114，与第一引流管111相垂直设置；
51.曲型管112，同时连接第一引流管111和第二引流管114；
52.第一引流管111和第二引流管114以及曲型管112的内径均相同。
53.在本实施例中，通过监测第一粒径测试取样段1内取样引流机构11引出的流体的参数，以及通过启旋段2后进入第二粒径测试取样段3内被取样引流机构11引出的流体的参数，获取第一粒径测试取样段1内和第二粒径测试取样段内3油滴群粒径分布情况。
54.本发明提供的又一实施例，如图1所示，第二引流管114表面设置有多个凹陷部，凹陷部的表面设置有柔性环113；
55.柔性环113的表面通过连接件与第一粒径测试取样段或第二粒径测试取样段相连接。
56.在本实施例中，柔性环113既增加了密封效果，同时又缓冲了凹陷部与第一粒径测试取样段1或第二粒径测试取样段3之间的作用力，延长了装置本体的实验次数。
57.连接件为螺栓或其它现有技术中能够实现连接的部件。
58.本发明提供的又一实施例，如图1所示，第二引流管114可沿第一粒径测试取样段1或第二粒径测试取样段3的径向移动，从而带动第一引流管111沿第一粒径测试取样段1或第二粒径测试取样段3的径向移动。
59.在本实施例中，当第二引流管114沿第一粒径测试取样段1或第二粒径测试取样段3的径向移动时，可获得第一粒径测试取样段1或第二粒径测试取样段3内旋流场不同径向位置的油滴群实时粒径分布。
60.本发明提供的又一实施例，如图1所示，启旋机构21包括：
61.启旋轴212，沿启旋段2的轴向设置；
62.导流片组211，在启旋轴212的表面进行旋转。
63.在本实施例中，通过导流片组211的旋转，诱导形成旋流场。
64.在启旋段2的上游设置第一粒径测试取样段1以及在启旋段2的下游设置第二粒径测试取样段3，通过对比第一粒径测试取样段1和第二粒径测试取样段3内粒径分布变化，分析油滴群在旋流场中的破碎聚并趋势。
65.为了进一步地实时测试旋流场截面油相分布，本发明提供的又一实施例，如图1所示，电极组机构41包括多组电极，每组电极分别连接有信号测试线，信号测试线的另一端接入电阻层析成像系统。
66.在本实施例中，两组电极可同时测试两个截面的油相分布，三组电极可同时测试三个截面的油相分布，从而更精准的表征油滴群迁移运动趋势。
67.本发明提供的又一实施例，如图1所示，第一粒径测试取样段1、启旋段2、第二粒径测试取样段3、截面相含率测试段4和观察段5的表面均为透明材质。
68.在本实施例中，透明材质便于观测内部流场运动特征及油滴群聚集状况。其中，透明材质为亚克力材质或其它现有技术中的透明的材质。
69.在本发明中，装置本体工作时，科氏质量流量计7科测得来流混合流量及混合密度，通过插值获得入口含油率。第一粒径测试取样段1内和第二粒径测试取样段3内的取样引流机构11的出口连接马尔文激光粒度仪器，通过取样引流机构11取样测试得到测试点油滴粒径分布。取样引流机构11可在沿管道截面径向移动，测试靠近旋流场中心或靠近旋流场壁面任一点的油滴粒径分布，通过对比启旋段2上下游第一粒径测试取样段1和第二粒径测试取样段3内粒径分布变化而分析油滴破碎聚并特性。截面相含率测试段4内的电极通过信号测试线接入电阻层析成像系统的的采集卡，测得截面油相的实时动态分布。第一压力
表8与第二压力表6和以及采集卡和直流电源连接，测试装置整体压降的时实变化。
70.以上所述并非是对本发明的限制，最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或替换，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：
1.一种轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置，包括装置本体，其特征在于，所述装置本体的入口端设置有第一粒径测试取样段，所述第一粒径测试取样段连接有启旋段，远离所述第一粒径测试取样段侧的所述启旋段连接有第二粒径测试取样段，远离所述启旋段侧的所述第二粒径测试取样段连接有截面相含率测试段，远离所述第二粒径测试取样段侧的所述截面相含率测试段连接有观察段；所述第一粒径测试取样段和所述第二粒径测试取样段内分别设置有取样引流机构；所述启旋段内设置有启旋机构；所述截面相含率测试段内设置有电极组机构。2.根据权利要求1所述的轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置，其特征在于，远离所述启旋段侧的所述第一粒径测试取样段的入口端连接有第一压力表。3.根据权利要求2所述的轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置，其特征在于，远离所述第一粒径测试取样段侧的所述第一压力表的入口端连接有科氏质量流量计。4.根据权利要求3所述的轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置，其特征在于，远离所述截面相含率测试段侧的所述观察段的出口端连接有第二压力表。5.根据权利要求1所述的轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置，其特征在于，所述取样引流机构包括：第一引流管，与所述第一粒径测试取样段的轴向相平行；第二引流管，与所述第一引流管相垂直设置；曲型管，同时连接所述第一引流管和所述第二引流管；所述第一引流管和所述第二引流管以及所述曲型管的内径均相同。6.根据权利要求5所述的轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置，其特征在于，所述第二引流管表面设置有多个凹陷部，所述凹陷部的表面设置有柔性环；所述柔性环的表面通过连接件与所述第一粒径测试取样段或所述第二粒径测试取样段相连接。7.根据权利要求6所述的轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置，其特征在于，所述第二引流管可沿所述所述第一粒径测试取样段或所述第二粒径测试取样段的径向移动，从而带动所述第一引流管沿所述所述第一粒径测试取样段或所述第二粒径测试取样段的径向移动。8.根据权利要求1所述的轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置，其特征在于，所述启旋机构包括：启旋轴，沿所述启旋段的轴向设置；导流片组，在所述启旋轴的表面进行旋转。9.根据权利要求1所述的轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置，其特征在于，所述电极组机构包括多组电极，每组电极分别连接有信号测试线，所述信号测试线的另一端接入电阻层析成像系统。10.根据权利要求1所述的轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置，其特征在于，所述第一粒径测试取样段、所述启旋段、所述第二粒径测试取样段、所述截面相含率测试段和所述观察段的表面均为透明材质。

技术总结
本发明涉及轴向旋流场油滴群粒径测试装置技术领域，提供了一种轴向旋流场油滴群粒径分布及迁移运动测试装置，包括装置本体，装置本体的入口端设置有第一粒径测试取样段，第一粒径测试取样段连接有启旋段，远离第一粒径测试取样段侧的启旋段连接有第二粒径测试取样段，远离启旋段侧的第二粒径测试取样段连接有截面相含率测试段，远离第二粒径测试取样段侧的截面相含率测试段连接有观察段，第一粒径测试取样段和第二粒径测试取样段内分别设置取样引流机构，启旋段内设置启旋机构，截面相含率测试段内设置有电极组机构；精准测定旋流场油滴群破碎聚并趋势以及粒径分布规律和油相分布规律，为相关油水旋流分离设备的设计优化和自动化控制提供参考。和自动化控制提供参考。和自动化控制提供参考。


技术研发人员：刘硕 侯林彤 杨猛 王黎松 张健 许晶禹
受保护的技术使用者：中国科学院力学研究所
技术研发日：2022.02.14
技术公布日：2022/5/25