[发明专利]水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试系统及方法

说明书

本发明涉及海洋天然气水合物资源开发工程技术领域，具体涉及一种水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试系统及测试方法,包括地下模拟井筒、水箱、水砂混合箱、砂配注器和水砂分离器。该系统通过建立地下模拟井筒，向井筒注入一定量的砂和水，模拟水合物开采过程中井筒中水、砂两相混合流体状态，进而在水合物开采井筒条件下，测试不同砂粒径、不同砂浓度和不同流量情况下，砂对离心泵叶轮和导壳的磨损程度，为水合物开采人工举升离心泵的设计提供依据。

技术领域

本发明涉及海洋天然气水合物资源开发工程技术领域，具体涉及一种水合物开采过程中 砂对离心泵磨损的测试系统及测试方法。

背景技术

天然气水合物是一种潜在的能源，因其具有分布范围广，能量密度高，资源量巨大的特 点，世界各国投入大量的资金和人力开展天然气水合物资源开采的研究。

水合物的开采需要通过人工举升的方式将井底的流体举升至井口，最常用的举升方式是 电潜离心泵。开采过程中水合物的分解会产生甲烷气和水，由于储层胶结程度差，随着压力 降低和储层的应力改变，储层中的砂会随着流体流入到井筒中，大量的出砂会造成井筒砂埋。水合物的开采均需要采取防砂措施，但所有的防砂措施均不可能完全防止砂进入井筒。因此， 离心泵举升的流体中必定会含有不同粒径、不同浓度的砂，这些砂的存在会磨损离心泵的叶 轮和导壳，影响泵的性能和寿命。

对于水合物开采的人工举升来说，需要定量的确定砂对离心泵关键部件的磨损程度，从 而选用相应的防护措施延长水合物开采人工举升泵的寿命。目前关于砂对离心泵叶轮磨损的 研究主要侧重于泵体内流场的分析和砂颗粒在泵体内的运动轨迹。“含砂水对离心泵叶轮磨损的实验研究(黄建德,张奎亭.工程热物理学报,1999,V20(4):448-452.)”一文公开了 一种固液两相流水泵实验台，可进行输送含砂水时，砂对泵叶轮磨损的测试，但该装置主要 作用是定性的确定叶片磨损的位置和磨损程度，无法进行定量的测试。

因此，为满足水合物开采人工举升泵的设计，确保离心泵的高效、安全工作，本发明公 开一种能模拟水合物开采真实井筒环境和液固两相流环境，定量化测量砂对离心泵磨损程度 的测试系统和相应的测试方法。

发明内容

本发明针对目前的实验装置无法定量的确定砂对离心泵叶片磨损的位置和磨损程度，提 出一种水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试系统，可以模拟水合物开采真实井筒中的水 砂环境，测试不同砂粒径、不同砂浓度和不同流量情况下，砂对离心泵叶轮和导壳的磨损程度，利用称重和尺寸测量的方法定量的确定叶轮和导壳的磨损程度，该测试系统还可以长期 测试，模拟离心泵的真实工作状况。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测 试系统，包括地下模拟井筒、水箱、水砂混合箱、砂配注器和水砂分离器；所述水箱通过管 道连接到水砂混合箱，所述水箱和水砂混合箱之间的管道上设置有管道泵和第一流量计；所述砂配注器通过管道连接到水砂混合箱，所述砂配注器和水砂混合箱之间的管道上设置有第 一球阀；所述水砂混合箱通过水砂注入管线通向地下模拟井筒中，所述水注入油管上设置有 渣浆泵、第二流量计和第二球阀；所述地下模拟井筒的底部设置有离心泵，离心泵的出口通 过油管连接到设置在地面上的水砂分离器，所述油管上设置有第三流量计。

进一步地，所述油管、上设置有减压阀。

进一步地，所述离心泵、设置在地下模拟井筒中的位置高于水砂注入管线出口。

进一步地，所述水砂分离器分别通过回流管道与水箱和砂配注器相连。

本发明的另一个目的还在于提供一种水合物开采过程中砂对离心泵磨损的测试方法，包 括以下步骤：

S1.测试之前测量离心泵叶轮和导壳的质量，导壳平衡孔的内径，然后将离心泵下入到地 下模拟井筒中；

S2.向水箱中加满水，砂配注器中加满石英砂，将砂和水在水砂混合器中混合后，注入到 地下模拟井筒中；