二氧化碳驱采出液气液分离实验装置的制作方法

本实用新型涉及油田地面工艺的气液分离技术领域，尤其涉及一种模拟动态分离过程的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置。

背景技术：

二氧化碳驱采油在提高采收率的同时有利于环境保护，近年来得到了推广与应用。使用该技术会使采出液中溶有大量的二氧化碳，对发泡性强的原油，气液分离过程中会有大量稳定性较强的原油泡沫产生，影响气液分离效率与计量精度，严重时还会造成冒罐事故，对油田生产有较大影响。

消泡剂是油田上广泛应用的消泡方法，合适的消泡剂消泡速率快且能在较长时间内防止泡沫再次生成，缺点是没有普适性的消泡剂，对不同性质的原油需要研制不同的消泡剂；增大分离器尺寸进而增加采出液停留时间可在一定程度上抵消原油泡沫的影响但经济性差；温度影响采出液粘度、表面张力与液体蒸发作用，显著影响泡沫寿命，提高分离温度能加速泡沫溃灭但也会消耗燃料影响经济性，合适分离温度的确定对易发泡原油的处理意义很大。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种二氧化碳驱采出液气液分离实验装置，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种二氧化碳驱采出液气液分离实验装置，克服现有技术中存在的消泡剂通用性差、增大分离器尺寸经济性差等问题，该装置能模拟二氧化碳驱采出液在分离器中的发泡消泡过程，探究超声波与消泡结构的消泡特性。

本实用新型的目的是这样实现的，一种二氧化碳驱采出液气液分离实验装置，包括一溶二氧化碳原油制备罐，所述溶二氧化碳原油制备罐上密封连通有高压气瓶，所述溶二氧化碳原油制备罐的出口处连通有可视气液分离器，所述可视气液分离器上连接有能消除所述可视气液分离器内的泡沫的超声波发生系统，所述可视气液分离器内还设置有消泡结构。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述超声波发生系统包括超声波发生器，所述超声波发生器上电连接有至少两个超声波换能器，各所述超声波换能器能固定于所述可视气液分离器的轴向两端。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述可视气液分离器包括分离器筒体，所述分离器筒体的侧壁上设置有透明观察部，所述分离器筒体的轴向两端分别密封连接第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和所述第二端盖上均设置有与所述超声波换能器数量相同的透孔，各所述透孔内能分别固定一所述超声波换能器。

在本实用新型的一较佳实施方式中，各所述透孔的位于所述可视气液分离器内部的一端固定设置有堵片，各所述超声波换能器能自外向内固定设置于所述堵片上。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述消泡结构包括能固定在所述可视气液分离器内的框架，所述框架内设置有能消泡的消泡单元。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述消泡单元为沿所述可视气液分离器的径向设置的多个平行间隔的防泡折流板。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述消泡单元为沿所述可视气液分离器的轴向设置的多个平行板。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述溶二氧化碳原油制备罐上设置有罐体温度压力数据采集记录设备，所述罐体数据采集记录设备包括所述溶二氧化碳原油制备罐的顶部设置的罐体压力传感器和顶部温度传感器，所述罐体数据采集记录设备还包括所述溶二氧化碳原油制备罐的底部设置的底部温度传感器；所述可视气液分离器上设置有分离器数据采集记录设备，所述分离器数据采集记录设备包括所述可视气液分离器一端的侧壁上部设置的分离器压力传感器，所述分离器数据采集记录设备还包括所述可视气液分离器一端的侧壁下部设置的分离器温度传感器。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述高压气瓶的出口处顺序连通设置有减压阀、气瓶针型阀和第一质量流量计，所述第一质量流量计的出口连通有并联设置的第一进气管和第二进气管，所述第一进气管的进气端设置有第一针型阀，所述第一进气管的出口端位于所述溶二氧化碳原油制备罐的内侧底部，所述第二进气管的进气端设置有第二针型阀，所述第二进气管的出口端与所述溶二氧化碳原油制备罐的内侧顶部连通，所述溶二氧化碳原油制备罐的顶部设置有罐体气体出口，所述罐体气体出口处并联设置第一球阀和第二球阀，所述第二球阀的出口连通设置能控制压力的第一背压阀；所述溶二氧化碳原油制备罐的底部设置有罐体液体出口，所述罐体液体出口连通有并联设置的第三球阀和第四球阀，所述第四球阀的出口依次连通设置有旋转活塞流量计、第一节流阀，所述可视气液分离器的一端设置有分离器液体入口和分离器气体入口，所述分离器液体入口处连通设置第五球阀，所述第一节流阀的出口与所述第五球阀连通，所述分离器气体入口处设置有第三针型阀，所述第三针型阀的入口与二氧化碳气瓶连通，所述可视气液分离器的另一端的侧壁底部设置有分离器第一出口，所述分离器第一出口位于所述可视气液分离器内侧的一端连通设置防涡器，所述分离器第一出口位于所述可视气液分离器外侧的一端连通设置有第二节流阀防涡器，所述可视气液分离器的另一端的侧壁顶部设置有分离器第二出口，所述分离器第二出口顺序连通设置有第六球阀、第二背压阀和第二质量流量计。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述溶二氧化碳原油制备罐和所述可视气液分离器的下部均设置有加热和保温结构。

由上所述，本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置具有如下有益效果：

(1)本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置充分利用超声波的特性，提高了可视气液分离器内的消泡效率；超声波的频率功率可以调整，能够研究不同频率功率超声波的消泡作用，在不改变可视气液分离器的结构尺寸的条件下，可以通过调整超声波频率功率对不同性质的原油进行消泡，通用性强，结构简单，成本投入低；

(2)本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置，能够实现不同温度、压力下的气液动态分离实验，实验全程可视，方便观察采出液发泡消泡情况；

(3)本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置可以调节进液量和出液量进而控制采出液在分离装置内的停留时间，实现动态分离过程模拟；

(4)本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置中，可视气液分离器内的入口挡板可以更换，其内部借助框架放入消泡网等构件构成消泡结构，消泡单元的数量、位置等参数可以调整，方便研究不同消泡单元及其布置方式对采出液发泡消泡过程的影响。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置的示意图。

图2：为本实用新型的可视气液分离器的示意图。

图3：为本实用新型的可视气液分离器的第一端盖的结构示意图。

图4：为本实用新型的超声波换能器和堵片的结构示意图。

图5：为本实用新型的框架示意图。

图6：为本实用新型的防泡折流板结构示意图。

图7：为本实用新型的平行板结构示意图。

图中：

100、二氧化碳驱采出液气液分离实验装置；

1、溶二氧化碳原油制备罐；

2、高压气瓶；

3、可视气液分离器；

31、分离器筒体；

311、不锈钢筒节；312、连接环；313、连杆；

32、透明观察部；33、第一端盖；34、第二端盖；35、透孔；36、堵片；

37、入口挡板；

4、超声波发生系统；

41、超声波发生器；42、超声波换能器；

5、消泡结构；

51、框架；511、环形结构；512、连接杆；

521、防泡折流板；522、平行板；

61、罐体压力传感器；62、顶部温度传感器；63、底部温度传感器；

64、分离器压力传感器；65、分离器温度传感器；

71、减压阀；

72、气瓶针型阀；

731、第一质量流量计；732、第二质量流量计；

741、第一针型阀；742、第二针型阀；743、第三针型阀；

751、第一球阀；752、第二球阀；753、第三球阀；754、第四球阀；755、第五球阀；756、第六球阀；

761、第一背压阀；762、第二背压阀；

77、旋转活塞流量计；

781、第一节流阀；782、第二节流阀；

79、防涡器；

81、第一进气管；

82、第二进气管。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1至图7所示，本实用新型提供一种二氧化碳驱采出液气液分离实验装置100，包括一溶二氧化碳原油制备罐1，溶二氧化碳原油制备罐1上密封连通有高压气瓶2，高压气瓶2中容纳二氧化碳气体，溶二氧化碳原油制备罐1的出口处连通有可视气液分离器3，在本实施方式中，溶二氧化碳原油制备罐1通过不锈钢波纹管连接可视气液分离器3，可视气液分离器3上连接有能消除可视气液分离器3内的泡沫的超声波发生系统4，可视气液分离器3内还设置有消泡结构5。本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置100能够模拟二氧化碳驱采出液在油气分离器中的动态过程，易于观察原油在气液分离过程中的发泡消泡情况，有利于深入研究二氧化碳驱采出液的发泡消泡特性；超声波能使液体质点发生剧烈震动，加速泡沫破裂；声压作用使液体质点受周期性的压力突变，促使泡沫破裂，相比于机械消泡，超声波消泡效率较高，本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置100充分利用超声波这一特性，提高了可视气液分离器3内的消泡效率；超声波的频率功率可以调整，本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置100能够研究不同频率功率超声波的消泡作用，在不改变可视气液分离器3的结构尺寸的条件下，可以通过调整超声波频率功率对不同性质的原油进行消泡，通用性强，结构简单，成本投入低。

进一步，如图1、图2所示，超声波发生系统4包括超声波发生器41，在本实施方式中，超声波发生器41为基于DDS技术(Direct Digital Synthesizer直接数字式频率合成器，现有技术)的变频超声波发生器，超声波发生器41上电连接(通过导线连接)有至少两个超声波换能器42，各超声波换能器42能固定于可视气液分离器3的轴向两端。在本实施方式中，可视气液分离器3包括分离器筒体31，分离器筒体31的侧壁上设置有透明观察部32，分离器筒体31的轴向两端分别密封连接第一端盖33和第二端盖34，在本实用新型的一具体实施例中，透明观察部32为由高硼硅玻璃制成的筒状结构，透明观察部32的两端分别密封连接有不锈钢筒节311，不锈钢筒节311和透明观察部32之间通过丁腈橡胶密封，两个不锈钢筒节311相对的两端均设置有连接环312，两个连接环312之间通过周向均匀设置的连杆313(杆体采用长螺杆，自由端采用螺母固定)连接，透明观察部32、两个不锈钢筒节311在连杆313的连接下构成分离器筒体31；第一端盖33和第二端盖34上均设置有与超声波换能器42数量相同的透孔35，各透孔35内能分别固定一超声波换能器42。在本实用新型的一具体实施例中，各透孔35的位于可视气液分离器3内部的一端固定设置有堵片36，堵片36与第一端盖33、第二端盖34接触部分加O型圈密封(现有技术，图中未示出)，各超声波换能器42能自外向内固定设置于堵片36上。堵片36为不锈钢片，厚度为3mm，堵片36通过螺钉连接于第一端盖33和第二端盖34的内侧，超声波换能器42通过螺柱和专用胶水连接于堵片36上。

进一步，如图1至图7所示，消泡结构包括能固定在可视气液分离器内的框架51，框架51内设置有能消泡的消泡单元，在本实用新型的一具体实施例中，框架51包括多个环形结构511和连接杆512，环形结构511的外径尺寸略小于可视气液分离器3的内径，连接杆512将相邻环形结构511连接构成一体，连接杆512的长度可以调整，以便适应不同消泡单元的需求。消泡单元为沿可视气液分离器的径向设置的多个平行间隔的防泡折流板521，消泡单元还可以是沿可视气液分离器的轴向设置的多个平行板522。消泡单元还可以是平行板或蛇型板。消泡网、防泡折流板521可以通过铁丝固定在框架51的环形结构511上，环形结构511上可以设置卡槽，用以固定平行板522或蛇型板等板件。

进一步，如图1所示，溶二氧化碳原油制备罐1上设置有罐体温度压力数据采集记录设备，罐体数据采集记录设备包括溶二氧化碳原油制备罐1的顶部设置的罐体压力传感器61和顶部温度传感器62，罐体温度压力数据采集记录设备还包括溶二氧化碳原油制备罐1的底部设置的底部温度传感器63；可视气液分离器3上设置有分离器数据采集记录设备，分离器数据采集记录设备包括可视气液分离器3一端的侧壁上部设置的分离器压力传感器64，分离器数据采集记录设备还包括可视气液分离器3一端的侧壁下部设置的分离器温度传感器65。罐体压力传感器61和分离器压力传感器64能分别监测溶二氧化碳原油制备罐1和可视气液分离器3内的气体压力值，顶部温度传感器62能监测溶二氧化碳原油制备罐1内侧上部气体温度，底部温度传感器63能监测溶二氧化碳原油制备罐1内侧底部液体温度，分离器温度传感器65能监测可视气液分离器3内液体温度。

进一步，如图1、图2所示，高压气瓶2的出口处顺序连通设置有减压阀71、气瓶针型阀72和第一质量流量计731，第一质量流量计731(配套连接有流量积算仪，现有技术，图中未示出)计量并记录溶二氧化碳原油制备罐1的进气量，第一质量流量计731的出口连通有并联设置的第一进气管81和第二进气管82，第一进气管81的进气端设置有第一针型阀741，第一进气管81的出口端位于溶二氧化碳原油制备罐1的内侧底部，以促进进气时二氧化碳的溶解；第二进气管82的进气端设置有第二针型阀742，第二进气管82的出口端与溶二氧化碳原油制备罐1的内侧顶部连通，溶二氧化碳原油制备罐1的顶部设置有罐体气体出口，罐体气体出口处连接一三通接头，罐体气体出口通过三通接头并联设置第一球阀751和第二球阀752，第一球阀751用于溶二氧化碳原油制备罐1的气体放空，第二球阀752的出口连通设置能控制压力的第一背压阀761；溶二氧化碳原油制备罐1的底部设置有罐体液体出口，罐体液体出口连通有并联设置的第三球阀753和第四球阀754，第四球阀754的出口依次连通设置有旋转活塞流量计77、第一节流阀781，旋转活塞流量计77用以计量并记录溶二氧化碳原油制备罐1的出液量，第一节流阀781用以调节液体流量，溶二氧化碳原油制备罐1的温度和压力可控，进气量可计量记录，溶解度可通过温度、压力、进气量等参数计算得到，进而实现探究不同温度、压力下二氧化碳在原油中的溶解度的目的；可视气液分离器3的一端设置有分离器液体入口和分离器气体入口，分离器液体入口处连通设置第五球阀，第一节流阀781的出口与第五球阀755连通，在本实施方式中，可视气液分离器3的内侧位于分离器液体入口处设置有能拆卸更换的入口挡板37，可视气液分离器3的分离器气体入口处设置有第三针型阀743，第三针型阀743的入口与二氧化碳气瓶(现有技术，图中未示出)连通，可视气液分离器3的另一端的侧壁底部设置有分离器第一出口，分离器第一出口位于可视气液分离器3内侧的一端连通设置防涡器79，防涡器79防止可视气液分离器3内的气体随液排出，分离器第一出口位于可视气液分离器3外侧的一端连通设置有第二节流阀782，第二节流阀782用以控制可视气液分离器3的出液量进而控制可视气液分离器3内的液面高度，可视气液分离器3的另一端的侧壁顶部设置有分离器第二出口，分离器第二出口顺序连通设置有第六球阀756、第二背压阀762和第二质量流量计732，第二背压阀762用来控制可视气液分离器3的压力，第二质量流量计732(配套连接有流量积算仪，现有技术，图中未示出)计量并记录可视气液分离器3的排气量。由于可视气液分离器3进液量与液面可由第一节流阀781控制，液体在可视气液分离器3内停留时间可控，分离出的气体量可以通过第二质量流量计732计量，进而实现探究采出液停留时间对气液分离过程的影响的目的。

进一步，溶二氧化碳原油制备罐1和可视气液分离器3的下部均设置有加热和保温结构(现有技术，图中未示出)，用以使溶二氧化碳原油制备罐1和可视气液分离器3达到要求的实验温度。

使用本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置100进行实验时，各实验内容的操作步骤如下：

进行溶二氧化碳原油的制备时，步骤如下：

步骤a1：实验开始前，第二背压阀762调节到所控背压为设计分离压力P_分的状态，其他各阀门均关闭，打开溶二氧化碳原油制备罐1的顶部法兰盖(现有技术)，倒入V₁升原油，固定好顶部法兰盖，上部气体空间体积记为V_气，预热溶二氧化碳原油制备罐1到指定容器温度T₁。

步骤a2：依次打开第一球阀751、第二针型阀742、气瓶针型阀72、减压阀71，高压气瓶2中的二氧化碳气体经第一质量流量计731通入溶二氧化碳原油制备罐1的内侧上部，上部气体空间内的空气经第一球阀751排出。通过顶部温度传感器62计量上部气体空间温度，将上部气体空间温度记为T_气，则溶二氧化碳原油制备罐1内二氧化碳质量其中P₀为大气压，R为摩尔气体常数，M为二氧化碳相对分子质量；

步骤a3：通入过量二氧化碳确保上部气体空间内空气排净，关闭第一球阀751，先打开第一针型阀741再关闭第二针型阀742，待罐内压力升到指定值P₁后，依次关闭减压阀71、气瓶针型阀72、第一针型阀741，从关闭第一球阀751到关闭减压阀71期间注入的二氧化碳质量m₂可由第一质量流量计731得到；

步骤a4：保持溶二氧化碳原油制备罐1温度为T₁，静置直到压力不变化，记为P₂。则上部气体空间内剩余二氧化碳质量则二氧化碳的溶解度为

步骤a5：打开第二球阀752，调节第一背压阀761使其所控背压为P₂，关闭第二球阀752。

模拟气液分离时的操作步骤如下：

步骤b1：预热可视气液分离器3到设计分离温度T_分，打开第三针型阀743、第二节流阀782，经第三针型阀743向可视气液分离器3注入二氧化碳，由第二节流阀782排净空气后关闭第二节流阀782，当压力增大到P_分时，停止注入二氧化碳，关闭第三针型阀743；

步骤b2：依次打开第四球阀754、第五球阀755、第一节流阀781、第六球阀756，利用压差将溶二氧化碳原油制备罐1中的溶二氧化碳原油压入可视气液分离器3中，由第一节流阀781控制流量Q(由旋转活塞流量计77计量)，同时打开第二球阀752以使第一背压阀761起到控制压力的作用，调节减压阀71使减压阀阀后压力尽量接近P₂，打开气瓶针型阀72，经第二针型阀742向溶二氧化碳原油制备罐1通入二氧化碳，利用第一背压阀761保证溶二氧化碳原油制备罐1中压力维持在平衡压力P₂，可视气液分离器3排出气体由第二质量流量计732计量，由透明观察部32观察原油发泡与泡沫溃灭情况，记录泡沫与液态原油间界面位置；

步骤b3：当可视气液分离器3内液面高度接近0.4倍可视气液分离器3内径时，打开第二节流阀782并调节开度使液面维持在0.4倍可视气液分离器3内径高度，可视气液分离器3排出气体由第二质量流量计732计量，由透明观察部32观察原油发泡与泡沫溃灭情况，记录泡沫与液态原油间界面位置；

步骤b4：根据旋转活塞流量计77累计流量判断溶二氧化碳原油制备罐1中液体接近排空时，同时关闭第五球阀755和第二节流阀782，停止向溶二氧化碳原油制备罐1通入二氧化碳，静置可视气液分离器3直到压力在第二背压阀762作用下稳定到P_分，可视气液分离器3排出气体由第二质量流量计732计量，由透明观察部32观察原油发泡与泡沫溃灭情况，记录泡沫与液态原油间界面位置；

需要研究消泡结构影响时，在模拟气液分离实验前打开可视气液分离器3的第一端盖33和第二端盖34，通过框架在可视气液分离器3内安装要研究的消泡单元，调整好消泡单元位置和数量等参数，再固定好第一端盖33和第二端盖34，开始模拟气液分离的实验步骤。

当研究超声波消泡作用时，取液面较稳定状态即模拟气液分离操作的步骤b3、步骤b4时，加以不同频率功率的超声波作用，其他步骤不变。

需要确定停留时间时，设定步骤b3时可视气液分离器3中液体体积为V，则停留时间t＝V/Q。

对气液分离效果进行评价时，步骤b2中第二质量流量计732计量的二氧化碳气体m₄包括分离的二氧化碳与被液体排出的二氧化碳，分别记为m_分离1和m_排，后者可根据可视气液分离器3内液体体积计算，则m_分离1＝m₄-m_排。步骤b3中第二质量流量计732计量的二氧化碳气体记为m_分离2。步骤b4中第二质量流量计732计量的二氧化碳气体记为m_分离3，如发泡较多，液相体积变化较大，应通过计算加以修正。

计量可视气液分离器3内剩余原油与经第二节流阀782排出原油的总体积V_总，结合溶解度数据r，可得气液分离率为即分离出的二氧化碳量与溶解的二氧化碳量之比。

由上所述，本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置具有如下有益效果：

(1)本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置充分利用超声波的特性，提高了可视气液分离器内的消泡效率；超声波的频率功率可以调整，能够研究不同频率功率超声波的消泡作用，在不改变可视气液分离器的结构尺寸的条件下，可以通过调整超声波频率功率对不同性质的原油进行消泡，通用性强，结构简单，成本投入低；

(2)本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置，能够实现不同温度、压力下的气液动态分离实验，实验全程可视，方便观察采出液发泡消泡情况；

(3)本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置可以调节进液量和出液量进而控制采出液在分离装置内的停留时间，实现动态分离过程模拟；

(4)本实用新型的二氧化碳驱采出液气液分离实验装置中，可视气液分离器内的入口挡板可以更换，其内部借助框架放入消泡网等构件构成消泡结构，消泡单元的数量、位置等参数可以调整，方便研究不同消泡单元及其布置方式对采出液发泡消泡过程的影响。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。