[发明专利]一种入口无扰动的多级多相混输泵可视化装置与方法

说明书

本发明公开了一种入口无扰动的多级多相混输泵可视化装置与方法，该装置和方法能够实现对混输泵入口气液流型，相参数无干扰地可视化观察及测量。具体特征在于，该装置采用轴向进口，径向出口的结构布置，入口可视段管径与叶轮入口直径相同，保证流动连续且无干扰。加装光路补偿水套，减小管壁光路折射影响。可视段内布置双环电导探针能反映相含率的实时变化。多级泵每级由叶轮和扩压器串联组成，级间通过法兰连接便于拆卸。对向布置光源和高速相机，直观准确获得入口气液流动图像。本发明提出的这种多级多相混输泵可视化装置和方法，能有效实现混输泵入口流动无干扰可视化观察和相参数测量，各连接部件能适应频繁拆装更换，应用十分灵活。

技术领域

本发明属于流体机械与石油工程多相流交叉技术领域，具体涉及混输增压过程中多相混输泵流动可视化的装置和方法，特别涉及到一种入口无扰动的多级多相混输泵可视化装置与方法。

背景技术

随着油气资源开采逐渐向深海进行，水深逐渐增加，管线长度逐渐增长，引起混输管线内多相流体流动阻力大幅增加，导致油气产量降低。为有效提高油气采输产量，常常在混输管线上加装多相混输泵对油气水多相流体同时增压。应用多相混输泵在提高油气产量、改善中老油田及边际油田经济性等方面发挥明显优势。然而，混输泵实际应用现场气液流量范围跨度较大，管内会出现多种复杂气液流型结构，引发混输泵多相增压的不稳定。同时，混输泵增压能力容易随油气产量波动产生较大压力波动，影响混输泵稳定运行。因此，准确揭示管内气液流动状态对多相混输泵增压特性的影响，对于实际生产过程和研究变得尤为重要。

目前，对于多相混输泵的研究和技术应用还主要停留在外部增压特性的认知层面。诸多学者通过改变入口气液相参数、运行参数等工况，进而总结不同宏观参数对混输泵多相增压特性影响的稳态规律。受限于结构设计，关于不同入口气液流型对混输泵运行中的非稳态特性评估缺乏有效的研究技术和观测手段。对于实际管内均匀泡状流和间歇流等流型对两相增压特性的瞬态影响缺乏定性定量的认识。对混输泵入口气液流动无扰动的研究和相关技术未见有正式报道。因此，准确确定入口气液条件对混输泵的定性定量影响，保持混输泵在高效稳定增压区间运行，对保障油气混输管线的安全及提高油气产量与经济效益，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种入口无扰动的多级多相混输泵可视化装置与方法。该装置采用多级混输泵级间法兰连接，并通过轴向进口、径向出口布置方式，在入口加装可视化段和电导探针，保持可视段、探针和叶轮入口内径相同，实现对混输泵入口气液流型无干扰准确观察与测量。该装置及方法结构简单，对入口流动无扰动，适应频繁拆卸，在应用中十分灵活。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种入口无扰动的多级多相混输泵可视化装置，包括依次连接的入口可视段，第一级扩压器，第二级扩压器，第三级扩压器，出口弯管和轴承箱等主要部分。光路补偿水套，双环电导探针和摩擦环安装在入口可视段管路结构段上。第一、二、三级叶轮，上式轴承，连接轴套，下式轴承串联固定在轴上，随轴同步转动。轴承箱，第一级扩压器和第三级扩压器通过螺栓水平安装在焊接底座上。集装式机械密封位于出口弯管与轴承箱之间，一对角接触球轴承对向布置在轴承箱内。补光光源，高速相机水平布置在光路补偿水套两侧。

进一步地，入口可视段与第一、二、三级扩压器，出口弯管段和轴承箱依次通过法兰轴向连接，O型圈和紧固件实现密封，止口配合保证同轴度。

进一步地，入口可视段内径与叶轮入口直径相同，轴向进口，弯管径向出口。入口可视段与摩擦环螺丝紧固连接，第一级叶轮与摩擦环间隙配合。

进一步地，每一级结构轴向按照叶轮，下式轴承，连接轴套的布置顺序逐级串联，随轴高速旋转。上式轴承过盈配合安装在扩压器内，二者相对静止。

进一步地，光路补偿水套位于入口可视段管路外侧，内部填充去离子水。一对双环电导探针对称内嵌于光路补偿水套两侧。入口可视段与双环电导探针内径相同，探针与可视段电气绝缘。