一种测量水合物沉积粘附力的装置及方法

本发明属于深水管道流动安全保障，尤其涉及一种测量水合物沉积粘附力的装置及方法。

背景技术：

1、当水合物在液相中生成时，会以水合物颗粒的形式随着液相一起流动并逐渐在壁面处发生沉积，形成水合物沉积层，随着沉积过程的不断进行，水合物沉积层逐渐增厚，进而减小管道流通面积，影响管道的安全流动。且在油气管道中，水合物的沉积是导致管道堵塞，威胁管道安全运营的一个主要因素。

2、目前，对水合物颗粒沉积特性的研究多集中在常压条件下使用环戊烷为介质进行研究，与实际生产中的管输高压环境差异较大，因此加强相关高压条件下水合物沉积粘附力测量的方法的开发对保障油气管道的安全运营有着重要作用。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷或不足，本发明提供了一种测量水合物沉积粘附力的装置及方法，可实现在高压环境下水合物颗粒所受到液相施加的剪切力，进而测量水合物沉积发生时所受到的粘附力大小。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明的实施例提供了一种测量水合物沉积粘附力的装置，包括反应釜，所述反应釜通过管道与气瓶和真空泵相连，所述反应釜外侧设置有水浴夹套，所述水浴夹套通过管道与循环水浴相连；

4、所述反应釜底部设置有搅拌装置，反应釜的壁面上设置有弹性探针和聚乙烯球，所述弹性探针一端与聚乙烯球相连，另一端固定连接在反应釜的壁面上。

5、进一步地，还包括数据采集模块，所述反应釜上设置有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器均与数据采集模块电连接。

6、进一步地，所述循环水浴用于控制反应釜内的温度，从而模拟水合物生成的低温环境。

7、进一步地，所述气瓶通过阀门向反应釜内通入气体，调节其内部压力大小，从而模拟水合物生成的高压环境。

8、进一步地，所述搅拌装置包括搅拌叶片和搅拌电机，所述搅拌叶片与搅拌电机的输出轴相连。

9、进一步地，所述搅拌电机设置在反应釜外侧，所述搅拌叶片位于反应釜内，并距反应釜底部设定位置处。

10、进一步地，所述聚乙烯球用于模拟水合物颗粒的受力情况。

11、进一步地，所述反应釜的侧壁面设置有透明视窗，所述反应釜外侧设置有显微镜，所述显微镜置于反应釜的透明视窗前侧。

12、进一步地，所述弹性探针一端与聚乙烯球中间的细孔胶结在一起，聚乙烯球所受到的剪切力能够传导至弹性探针。

13、第二方面，本发明的实施例提供了一种测量水合物沉积粘附力的方法，利用如上所述的一种测量水合物沉积粘附力的装置，包括以下步骤：

14、首先向反应釜中放入水合物生成所需液相，并将弹性探针和聚乙烯球放入反应釜并固定在壁面处；

15、打开气瓶与循环水浴，模拟水合物生成的环境，调整聚乙烯球所处深度，测量不同位置处聚乙烯球所受剪切力大小，得到壁面处剪切力随液相深度的变化情况；

16、开启搅拌装置，通过透明视窗观测水合物沉积过程，当水合物沉积边界层生成并在设定时间内保持稳定时，停止实验；

17、测量水合物沉积边界层距离气液界面的高度，结合前述所得到壁面处剪切力随液相深度的变化情况，得到该位置处水合物颗粒的沉积粘附力。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

19、本发明可实现高压条件下水合物颗粒与壁面间粘附力的原位测量，克服了现有通过环戊烷在常压条件下进行测量，与实际高压条件相差较大的不足，使测量条件能够更加接近于真实环境，测量数据更有说服力。

技术特征：

1.一种测量水合物沉积粘附力的装置，其特征在于，包括反应釜，所述反应釜通过管道与气瓶和真空泵相连，所述反应釜外侧设置有水浴夹套，所述水浴夹套通过管道与循环水浴相连；

2.如权利要求1所述的一种测量水合物沉积粘附力的装置，其特征在于，还包括数据采集模块，所述反应釜上设置有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器均与数据采集模块电连接。

3.如权利要求1所述的一种测量水合物沉积粘附力的装置，其特征在于，所述循环水浴用于控制反应釜内的温度。

4.如权利要求1所述的一种测量水合物沉积粘附力的装置，其特征在于，所述气瓶通过阀门向反应釜内通入气体，调节其内部压力大小。

5.如权利要求1所述的一种测量水合物沉积粘附力的装置，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌叶片和搅拌电机，所述搅拌叶片与搅拌电机的输出轴相连。

6.如权利要求5所述的一种测量水合物沉积粘附力的装置，其特征在于，所述搅拌电机设置在反应釜外侧，所述搅拌叶片位于反应釜内，并距反应釜底部设定位置处。

7.如权利要求1所述的一种测量水合物沉积粘附力的装置，其特征在于，所述聚乙烯球用于模拟水合物颗粒的受力情况。

8.如权利要求1所述的一种测量水合物沉积粘附力的装置，其特征在于，所述反应釜的侧壁面设置有透明视窗，所述反应釜外侧设置有显微镜，所述显微镜置于反应釜的透明视窗前侧。

9.如权利要求1所述的一种测量水合物沉积粘附力的装置，其特征在于，所述弹性探针一端与聚乙烯球中间的细孔胶结在一起，聚乙烯球所受到的剪切力能够传导至弹性探针。

10.一种测量水合物沉积粘附力的方法，利用如权利要求1-9任一项所述的一种测量水合物沉积粘附力的装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种测量水合物沉积粘附力的装置及方法，属于深水管道流动安全保障技术领域，包括反应釜，所述反应釜通过管道与气瓶和真空泵相连，所述反应釜外侧设置有水浴夹套，所述水浴夹套通过管道与循环水浴相连；所述反应釜底部设置有搅拌装置，反应釜的壁面上设置有弹性探针和聚乙烯球，所述弹性探针一端与聚乙烯球相连，另一端固定连接在反应釜的壁面上。本发明可实现在高压环境下水合物颗粒所受到液相施加的剪切力，进而测量水合物沉积发生时所受到的粘附力大小。

技术研发人员：王武昌,李玉星,刘志明,钱裕川,宋光春
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15