[发明专利]一种管道持液减排的测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管道持液减排的测试装置与测试方法，特别针对天然气管道或者其它气体管道在气液两相流状态下，用于测试减阻剂对管道持液或积液的减排性能。

背景技术

多相流减阻技术不仅仅是要降低流动摩擦阻力，在一些流动工况下，多相流减阻的主要目标是降低管道持液率。

在天然气生产与输送系统中，持液是指管中积存的液体不能随气流排出而持续地在管道局部区域积留的现象，这一现象也称为积液。气体管道中的持液现象往往是一种特殊的局部现象，此时持液区的流动状态为含液率较高的气液两相流弹状流或块状流，而非持液区则为含液量非常低的气流。持液现象发生时，持液区域的两相流含液率要比非持液区气流中的含液率大一个甚至几个数量级以上。

气体管道持液严重的情况会在垂直管和一些倾斜管中发生，例如，在天然气井管、输送管道的大倾角上升管段以及管式气液分离器的上升管段，会存在零净液流量气液两相流动这一特殊流动现象，表现为在井管或管道的某一区段有明显的持液，该区段气液两相流区的含液率比较高，而管道进、出口处气流的含液率却非常小甚至为零。该现象若发生于天然气井中，会严重影响天然气的生产效率；若发生于分离器的气侧管道中，则会增大局部流动阻力，恶化分离器的性能；若发生于天然气的输送管道中，则会增大管道流动阻力和能量耗散，降低管道运力。液体可能由多种因素引起，可能是气井的产出液、由温度或压力的变化而导致的凝结液、管道水压试验残留水、由天然气管道上游处理设备出现事故而带进管道内的液体，等等。在天然气的生产与输送过程中，不论是干气输送还是湿气输送，管道中的持液不仅会降低管道输送效率，同时还是引起管道内腐蚀的原因。如何对气体管道中的持液进行减排，也因此成为多相流减阻技术要解决的一个重要问题。

减阻剂可分为两大类，一类是聚合物减阻剂，其主要作用是减小摩擦阻力；一类是表面活性剂，其主要作用是减小表面张力，当浓度达到临界胶束浓度之上时，也用于减小摩擦阻力。一些减阻剂，例如一些发泡类表面活性剂，可以通过产生泡沫使气流携液率增大，达到排液的目的，这一技术就是泡沫排液技术。泡沫排液技术通常采用泡沫携液率来表征泡沫排液的效果。泡沫排液理论一般认为，泡沫的携液率如果大于液体的产生率，天然气井管就可避免持液。这一认识虽有一定的依据，却忽略了一些非线性的因素。对天然气管道多相流减阻机理的研究表明，在气流携液率或者泡沫携液率大于液体产生率的初始一段时间内，管道中液体的含量确实会因泡沫排液而逐渐减小。但是，气流携液率或者泡沫携液率与管道中的液体含量相关。随着管道中液体含量的减小，泡沫及其携液量也随之减小甚至为零，而此时管道中的液体含量并不为零，而是与减阻剂浓度、气体流速等参数处于一个新的平衡点，这一平衡点就会对应于一个新的持液状态。泡沫携液率只是反映泡沫携液能力的参数，不能反映管道中液体的真实含量。因此，通过测试泡沫携液率的大小，或者通过测试管道出口处排液量的多少，都不能准确表征管内持液被降低的真实程度。

发明内容

本发明针对现有气流携液率测试方法的局限性，提出一种以持液减排率测试替代气流携液率测试的装置和方法，可更合理地反映减阻剂对管内持液的减排效果。本发明装置可用于测试减阻剂对气体管道持液或积液的减排性能，从而可优选、推荐天然气管道持液减排剂。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种管道持液减排的测试装置，其特征在于，包括垂直管和倾斜管，垂直管的出口通过气液分离器连接一个存放减阻剂的贮液容器，垂直管的进口通过软管连接倾斜管的出口，倾斜管的进口通过软管连接注液泵和气体流量控制装置，所述注液泵与贮液容器连接，所述气体流量控制装置通过一气体流量计与气源连接；倾斜管的进口设置有温度传感器；所述垂直管和倾斜管内分别设有两端带有进、出单向阀的测试段，所述垂直管测试段、倾斜管测试段分别设有可产生差压信号的液位变送器和可产生压力信号的压力变送器，其中倾斜管测试段还设有可调节倾斜段倾角大小的倾角调节器。

上述方案中，所述垂直管测试段、倾斜管测试段内分别设有液位刻度尺。

所述气体流量控制装置包括一个气路调节阀和一个单向阀。

所述气体流量计包括相互并联的一个小孔板流量计和一个大孔板流量计，其流量大小由气路调节阀控制，准确度等级为1.0。

所述液位变送器为Rosemount高精度差压变送器，差压量程在1kPa至100kPa范围内连续可调，准确度等级为0.25。

所述倾斜段倾角大小可调节范围为0～20°。

一种基于以上装置的管道持液减排的测试方法，包括下述步骤：