一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置及方法

摘要

本发明涉及一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置及方法，实验装置由供气系统、可燃冰生成破碎一体化装置、水循环系统、注砂装置以及分离回收系统组成。可燃冰生成破碎一体化装置可实现天然气在高压低温条件下凝结成可燃冰，并经两次破碎形成冰粒。砂粒和冰粒在冰砂混合腔中经水流搅拌混匀后流入测试立管，由高速摄像机监测流动形态和压力表、温度计记录实时压力、温度变化。分离回收系统可实现三级分离，将气、水、冰、砂依次分离回收利用，经济环保。本发明采用密闭循环，操作方便，安全可靠。

主权项

一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置，其特征在于：由供气系统、可燃冰生成破碎一体化装置(10)、水循环系统、注砂装置以及分离回收系统组成；供气系统由储气瓶(1)、压缩机(4)、高压气罐(6)组成，储气瓶(1)与压缩机(4)之间管路上设有储气瓶阀门(3)，压缩机(4)与高压气罐(6)之间管路上安装罐间止回阀(5)，高压气罐(6)出气管路与可燃冰生成破碎一体化装置(10)相连，管路上依次安装高压气罐调节阀(8)和注气止回阀(9)；可燃冰生成破碎一体化装置(10)分上、中、下三层，上层为冷凝箱(14)，冷凝箱(14)下部设对开隔板(15)，冷凝箱(14)顶部装有三根电动螺杆钻(13)，中层为二次破碎室，二次破碎室底部为冰粒滤网(17)，紧贴冰粒滤网(17)的上部安装有二次破碎滚轮(16)，下层底部设有斜坡式冰粒称重计(18)，顺着冰粒称重计(18)的斜坡末端开有出口；注砂装置为一砂箱(20)，砂箱(20)顶部设加砂口，并装有加砂口阀门(21)，砂箱(20)底部为斜坡式砂粒称重计(22)，斜坡末端开设出砂口；可燃冰生成破碎一体化装置(10)出口及砂箱(20)出口通过Y型汇管与冰砂混合腔(28)连接，两支管上分别安有注冰阀(19)和注砂阀(23)；冰砂混合腔(28)上游为供水管路，由水泵(25)通过管路抽吸水库(24)中的水供给冰砂混合腔(28)，水泵(25)与冰砂混合腔(28)之间依次安装有水流调节阀(26)和水流流量计(27)；冰砂混合腔(28)出口设管路调节阀(29)，其下游连接实验测试立管，立管底端入口安有立管入口压力表(31)和立管入口温度计(30)，立管中部安装有立管跨中温度计(32)和立管跨中压力表(33)，立管顶端出口安装有立管出口压力表(35)和立管出口温度计(36)；立管表面开有等间距对称的可视透明视窗(34)，高速摄像机(48)通过透明视窗(34)拍摄立管内多相流动形态；立管出口连接一级气分离箱(37)，一级气分离箱(37)入口设有分离挡板(38)，一级气分离箱(37)下方为二级水分离箱(39)；二级水分离箱(39)的中部设有一倾斜放置的固体颗粒滤网(40)，右下方为三级冰分离箱(41)；二级水分离箱(39)下方连接水回收管至水库(24)；水库(24)、水泵(25)、供水管路、立管、一级气分离箱(37)、二级水分离箱(39)、水回收管构成了水循环系统；三级冰分离箱(41)为内外层结构，内层为冰砂分离室，外层为热水流动通道，热水入口设于底部右下端，安装有热水入口阀门(43)，热水出口设于顶部左上端，安装有热水出口阀门(44)，外层顶部安装有热水箱温度计(42)；内层顶部连有气体回注管，并安装有排气阀(46)，内层底部设有排砂口，安装有排砂阀(45)；气体回注管与一级气分离箱(37)和三级冰分离箱(41)顶部连接，并与注气止回阀(9)下游注气管以直角三通管连接至可燃冰生成破碎一体化装置(10)，气体回注管上安装有气体回注管阀门(47)。