[发明专利]一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法

说明书

本发明提供了一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法，主要包括温度控制系统、模拟混合系统、测量分析系统和倾角控制系统，可以准确的模拟垂直管混合及不同倾斜角度下混合情况，测量出在不同混合温度条件下混合流体的粘度与密度。测定方法如下：(1)通过测定在稳定流量下达到稳定混合状态Ⅰ截面和Ⅱ截面管段的压差实现粘度的计算；(2)通过测量达到稳定混合状态关闭稠油、稀油及混合油端口快关阀门后Ⅰ截面和Ⅱ截面管段压差值实现密度的计算。装置上装有角度卡标，可以测量在不同倾斜角情况下混合油的粘度与密度。本发明可以准确的模拟稠油与稀油在自由混合情况下的粘度和密度，与现有技术相比，能够对稠油掺稀混合流体粘度和密度提供更精确和可靠的测量方法。

技术领域

本发明属于室内测量多相混合液粘度实验研究装置，尤其涉及稠油掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法。

设计背景

掺稀开采是稠油开采方式中的重要开采工艺，掺稀混合油流变特性研究对掺稀比确定、掺稀效果评价至关重要。目前，对稠油掺稀混合油流变特性的主要研究方法是对一定比例的、均匀混合的油样使用流变仪直接测量其粘度，根据测量结果来确定掺稀比例和评价降粘效果。但事实上，由于掺稀方式、混合空间局限性、混合方式局限性、管壁效应等原因，稠油与稀油在井下相遇并不能均匀混合，且混合油流经油管的过程也是混合的过程，因此，现场掺稀混合油流变特性与室内混合研究存在较大的差异。

2010年，A.Yazdani提出了一种用毛细管测量气、油同存情况下的测量方法，其采用测量井口端和出口端处于同一水平高度的螺旋毛细管两端的压力差来进行粘度计算。但是，由于实验理论及装置仅适用于水平管段并不能模拟垂直混合的实际情况。

2012年，柯文奇等人提出了一种稠油井筒举升降粘模拟装置及方法，此发明在一定程度上模拟了实际井筒掺稀情况，但所属理论基础是根据哈根-泊肃叶定律计算混合油粘度，但是由于哈根-泊肃叶定律的适应范围是水平管流，不能应用于掺稀混合时的垂直管流。同时，密度对混合油的物性研究也是一个重要的参数，特别是在垂直管流中，流体的重力不可忽略不计，但在掺稀模拟实验中，如果对混合油样取样检测密度，可能导致在混合流体取样过程中由于“再混合”引起的密度测量数值不能代表在井筒中混合程度下实际密度，从而影响粘度的计算精度。因此，研究一套在线密度的方法至关重要。

为更加接近与现场实际掺稀情况，同时也为弥补上文所述缺陷，本发明根据流体动力学的基本方程纳维-斯托克斯方程(N-S方程)，在该公式基础上考虑流体流动过程中受力情况(压力、重力、剪切力)导出粘度与压力、流量的关系式，得到一个粘度与流量、压力和密度的关系式。基于此计算理论，提出了一种接近现场掺稀实际混合情况的混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法，旨在重现实际生产中稠油稀油混合不均匀情况下流体的粘度情况，为更精准的了解稠油掺稀开采中稠油稀油的流变特性研究提供严谨的实验装置及方法。

本发明是这样实现的，一种掺稀混合油粘度和密度一体化在线测量的装置及方法，包括温度控制系统、模拟混合系统、测量分析系统和倾角控制系统。

其中，所述温度控制系统主要有水浴箱及回流管线及装置中水循环通道构成，其目的是为混合油样提供预定及恒定的温度环境。水浴箱通过电加热的方式将水加热到预定温度，并提供动力使水沿着回流管线往复流动。通过具有一定温度的水在流动过程中的热交换作用将稀油、稠油和混合环境温度增加和恒定在预定温度。

所述模拟混合系统主要由稀油恒温罐、稠油恒温罐、稀油泵、稠油泵、稀油管线、稠油管线、油套环空及油管组成。稀油、稠油被加热到预定温度时开泵。稀油泵将稀油泵送经过稀油管线、快关阀从井口流入油套环空内，稠油泵将稠油泵送经过稠油管线、快关阀从下部流入油套环空内，稀油和稠油在油套环空内自由混合。混合油在压力作用下流入油管，经过井口快关阀进入出油管线，最后流入回收罐进行回收处理。