一种水合物抑制剂性能评价装置及方法与流程

本发明属于油气开采，具体地，涉及一种水合物抑制剂性能评价装置以及一种水合物抑制剂性能评价方法。

背景技术：

1、天然气水合物是水分子与甲烷、乙烷等小分子气体在高压低温环境下形成的笼状型物质。

2、在油气开采的过程中，甲烷、乙烷等小分子气体很容易形成水合物，从而影响开采过程中流体的流动性。因此，流动保障是油气开采中的关键问题之一，水合物冻堵防控则是流动保障的重要方面。

3、水合物引起的堵塞问题长期困扰着天然气的生产和输送，陆上气田在冬季及开采运输过程中会面临高压、低温的恶劣环境条件，这一条件极易促使油气在开采和输送过程中形成水合物。当水合物开始大量生成时，极有可能会造成井筒和管线等设备的堵塞，从而影响设备的正常运转，甚至会导致管线破裂，引发流动安全事故，造成无法承受的损失，因此如何防治水合物的形成一直是石油天然气工业面临的棘手问题。

4、添加化学抑制剂法是抑制水合物生成的主要方法，分为热力学抑制剂(this)、低剂量抑制剂(ldhs)。

5、热力学抑制剂是通过改变热力学平衡条件，使水合物平衡的生成压力或平衡生成温度低于管线的实际压力或温度，以此防止水合物生成。虽然热力学抑制剂在油气田生产中已被广泛使用，但其用量大(通常为水相的10％～60％)，经济成本高，并且具有一定的环境污染问题。

6、而低剂量抑制剂不改变体系生成水合物的热力学条件，而是延缓水合物成核时间，降低水合物晶体生长速度，防止水合物晶体生长从而避免堵塞管道等问题。与传统热力学抑制剂相比，用量要低得多(通常低于1％)，并且具有潜在的经济效益和环境效益。

7、近年来，低剂量水合物抑制剂的开发已逐渐成为水合物研究人员重点研究项目。

8、目前中国专利cn104807821b公开了一种评价水合物抑制剂性能的摇摆反应装置，通过摇摆进行模拟，更加真实地了解水合物聚集过程及确定堵塞时间。但在实际使用过程中，该发明的模拟结果与实际情形仍有较大的差别，无法准确的评价水合物抑制剂的性能。

9、中国专利cn104215742b公开了一种评价水合物抑制剂性能的可视化轮管装置，可通过扭矩信号、可视窗一种以上的方式判断水合物的生成时间，并通过管道内窥镜和在线粒子分析仪实时传输的流体流动数据判断轮管内是否形成堵塞。但在实际使用过程中，该发明的模拟结果与实际情形差别较大；评价抑制剂方面操作复杂、注入液体体积大，耗气多，投资大、不能快速高效的筛选水合物抑制剂等缺点而无法广泛使用。

10、中国专利cn113607883a公开了一种天然气水合物抑制剂的综合评价方法，包括准备水合物抑制剂评价装置，并用数据采集系统记录实验过程中体系压力、扭矩以及温度数据，通过压力数据计算水合物生成量，判断水合物抑制剂抑制生长性能。该发明采用的测试装置结构简单，模拟结果与实际情形差别较大，无法准确的评价水合物抑制剂的性能。

11、闫柯乐等人2015年5月在《科学技术与工程》中发表了一种自行设计搭建的水合物循环管路，该环路主要由一段20m长的u形套管组成，内管走实验流体，内径为2.54cm，管材为314l不锈钢，可承受最大操作压力为10.0mpa；外侧套管走冷却介质，通过两个液体循环水浴对其控温。该装置为以泵驱动流体循环的大型环流装置主要用来评价流体流动安全，在评价抑制剂方面因其一次实验周期长，操作复杂、注入液体体积大，耗气多，投资大、不能快速高效的筛选水合物抑制剂等缺点而无法广泛使用。

技术实现思路

1、针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种水合物抑制剂性能评价装置，其能够模拟油气开发过程中流体的复杂运动，进而准确的评价水合物抑制剂的性能。

2、本发明还提出了一种水合物抑制剂性能评价方法，该方法能够准确的评价水合物抑制剂的性能。

3、根据本发明，提供了一种水合物抑制剂性能评价装置，包括：

4、固定架；

5、摆动机构，所述摆动机构通过铰接的方式与所述固定架连接；

6、反应釜，所述反应釜转动式设置在所述摆动机构上，

7、所述反应釜和摆动机构两种运动形式相互配合，模拟反应釜内实验材料的不同运动状态。

8、在一个优选的实施例中，所述摆动机构包括：

9、驱动器，所述驱动器固定设置在所述固定架的顶部；

10、悬臂，所述悬臂通过铰接的方式设置在所述固定架的顶端，所述驱动器与所述悬臂驱动连接，所述反应釜转动式设置在所述悬臂上。

11、在一个优选的实施例中，所述反应釜包括：

12、与所述悬臂转动式连接的釜体，所述釜体的转动轴线与所述悬臂的中心轴线平行；

13、密封设置在所述釜体上的釜盖，在所述釜盖上设置有视窗，通过所述视窗能够观察所述釜体内部。

14、在一个优选的实施例中，所述釜盖与所述釜体同轴设置，在所述釜体内设置有环形流道，所述视窗设置为与所述环形流道相匹配的环形。

15、在一个优选的实施例中，所述反应釜呈圆柱形状，在所述釜体的圆柱侧面对称设置有进气管和放气调压管，所述进气管和所述放气调压管的中心轴线重合。

16、在一个优选的实施例中，在所述釜体内设置有温度传感器和压力传感器，所述水合物抑制剂性能评价装置还包括控制终端，所述温度传感器和所述压力传感器与所述控制终端电性连接。

17、在一个优选的实施例中，在所述釜体内同轴固定设置有凸台，在所述凸台的外侧面与所述釜体的内侧面之间形成环形流道。

18、在一个优选的实施例中，在所述凸台的上端面设置有电机底座，在所述电机底座上固定设置有旋转电机，所述旋转电机的远离所述电机底座的一端与所述悬臂连接。

19、在一个优选的实施例中，所述水合物抑制剂性能评价装置还包括扭矩测量仪，所述扭矩测量仪与所述旋转电机连接。

20、在一个优选的实施例中，在所述釜盖上固定设置有摄像机，所述摄像机通过所述视窗记录所述反应釜内部情况。

21、根据本发明，还提供了一种水合物抑制剂性能评价方法，包括如下步骤：

22、s1、向所述反应釜内加入抑制剂和混合气体；

23、s2、对所述水合物抑制剂性能评价装置进行温度控制；

24、s3、分别控制所述摆动机构和所述反应釜的运动速度，使所述反应釜做特定空间运动；

25、s4、检测并记录所述反应釜的各项参数，评价抑制剂的性能。

26、在一个优选的实施例中，在步骤s4中，

27、检测并记录反应釜内的温度参数，当温度突变时，可以判断水合物生成。

28、在一个优选的实施例中，在步骤s4中，

29、检测并记录反应釜的扭矩参数，当扭矩突变时，可以判断水合物生成。

30、在一个优选的实施例中，在步骤s4中，

31、检测并记录反应釜内的压力参数和温度参数，根据公式pv＝nzrt计算反应前后混合气体的消耗量δn，从而得到生成水合物的量，其中：

32、p为反应釜内的压力，mpa；

33、v为反应釜的体积，ml；

34、n为物质的量，mol；

35、z为气体压缩因子，常数；

36、r为常数，取值8.314j/(mol·k)；

37、t为温度，k。

38、与现有技术相比，本技术的优点如下。

39、本发明的反应釜的运动由两种形式组成，一是悬臂的摆动，二是反应釜沿自身的转动轴线转动。通过两种运动形式的配合，分别控制两种运动形式的速度，能够模拟实现反应釜内实验材料的不同运动状态。

40、本发明的反应釜设置有视窗，具有可视化观测效果，能够真切的观察添加抑制剂后反应釜内部流体流动的状况。本发明还在反应釜上设置有高速摄像机，高速摄像机能够通过视窗对反应釜内部进行拍摄，通过高速摄像机传输的视频对反应釜内部情况实时进行记录。

41、本发明设置有温度传感器、压力传感器以及扭矩传感器，根据温度、压力、扭矩输出信号综合评价水合物抑制剂分别针对成核及晶体生长的抑制效果，判断方式更为可靠、精度较高。

42、本发明装置小巧灵活、操作简单、测试时间短，更适合实验室内水合物抑制剂的性能评价，具有较高的推广价值。

43、本发明装置能够设置多个反应釜，可以同时开展实验，并处于同一个温度控制系统中，这保证每个反应釜内除了加入的抑制剂不同外，其余条件相同，避免实验之间控制条件不同带来的误差。

44、本发明设计合理、功能齐全，在功能上实现了多种水合物抑制剂单独或者联用的抑制性能评价，同时本发明不限制气源条件，提供宽域的压力与温度控制能力，可以适用于模拟管道中可能形成的各类型水合物样品。