[发明专利]一种水下管道原油泄漏扩散相似模型实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种水下管道原油泄漏扩散相似模型实验装置及方法，其包括：原油泄漏控制与监测系统，气源罐的输出端经管路依次连接驱动泵、缓冲罐和原油泄漏释放器，原油泄漏释放器与气源罐的顶部经管路连接，用于相似模拟不同工况条件下海底管道原油泄漏扩散情况；水流模拟系统，包括实验水池，原油泄漏释放器设置在实验水池内，用于模拟海水流动特征参数，以及泄漏扩散工况条件下，海底管道原油泄漏后在水中的运动轨迹和扩散特征；原油排放回收系统，分别与原油泄漏控制与监测系统和水流模拟系统连接，用于回收实验过程中产生的原油。本发明能模拟在不同泄漏扩散条件下的水中原油运移行为和形态特征，为海底管道泄漏定量风险评价工作提供数据支持。

技术领域

本发明涉及一种海洋石油天然气储运安全领域，特别是关于一种水下管道原油泄漏扩散相似模型实验装置及方法。

背景技术

目前，海洋石油是未来石油开采的重要方向。海底管道是海洋石油输运的主要方式。由于外力、内外腐蚀、第三方破坏等各种客观因素的存在，导致海底管道被破坏，并发生原油泄漏事故，是海洋石油开发过程中最常见的事故类型之一。开展海底管道原油泄漏定量风险评价是对海洋石油安全评价与分析的重要工作内容之一。但是，海底管道原油泄漏扩散过程往往很难监测与观察，同时受到海流环境等众多因素的影响，导致泄漏的原油在海水中扩散行为未知性增大，这也直接导致了溢出海面之上的原油扩散行为预测，以上存在的问题导致难以开展真实环境下的原油泄漏扩散行为研究。尽管能够通过数值模拟的手段，对海底管道原油泄漏扩散进行模拟研究，但是其模拟结果的准确性难以获得验证。因此，基于以上存在的问题，很难获取有价值的数据支持开展海底管道原油泄漏定量风险评价工作。

根据目前的研究发现，国内外水下管道气体泄漏扩散主要集中在气体羽流上升扩散的规律研究，以及不同释放工况、海面环境风耦合作用下的气体溢出水面浓度分布，以及形成点火与燃烧现象的研究。然而对于不同水流流速条件下的原油泄漏扩散行为的研究较少。现有技术中的水下气相管道泄漏与扩散实验装置，用于水下气体管道泄漏量评估和水环境下气体的扩散过程及水面涌流效应研究。但是实验条件相对单一，外界环境控制程度差，且不涉及有水流环境条件下的气体泄漏扩散规律的研究。现有技术中的基于气泡声学的水下气体泄漏量的检测方法和检测装置，主要是监测水下气体泄漏量，观测水下气体泄漏运动行为，并不能对水流条件下的气泡行为进行观测与研究。现有技术中的用于水下气体泄漏扩散及燃烧的实验系统，主要用于不同释放速率、不同释放深度、不同孔径、泄漏位置等条件下水下气体泄漏扩散行为规律及其火焰燃烧特性，但是该实验系统并不能研究不同水流流速对气体扩散行为的影响规律。

因此，以上现有技术对水下气体在不同水流流速情况下泄漏扩散行为的研究不全面。此外，上述技术内容不涉及如何对真实海底管道泄漏扩散条件进行相似缩比计算，即对气体泄漏扩散相似模型研究并不全面。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种水下管道原油泄漏扩散相似模型实验装置及方法，其能模拟在不同泄漏扩散条件下的水中原油运移行为和形态特征，为海底管道原油泄漏数值模拟提供数据验证，为海底管道泄漏定量风险评价工作提供数据支持。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种水下管道原油泄漏扩散相似模型实验装置，其包括：原油泄漏控制与监测系统，包括气源罐，所述气源罐的输出端经管路依次连接驱动泵、缓冲罐和原油泄漏释放器，所述原油泄漏释放器与所述气源罐的顶部经管路连接，用于相似模拟不同工况条件下海底管道原油泄漏扩散情况；水流模拟系统，包括实验水池，所述原油泄漏释放器设置在所述实验水池内，用于模拟海水流动特征参数，以及泄漏扩散工况条件下，海底管道原油泄漏后在水中的运动轨迹和扩散特征；原油排放回收系统，分别与所述原油泄漏控制与监测系统和所述水流模拟系统连接，用于回收实验过程中产生的原油。

进一步，所述原油泄漏控制与监测系统还包括：

第一控制阀，设置在所述气源罐的输出端的管路上；

第二控制阀，设置在所述缓冲罐与所述原油泄漏释放器之间的管路上；