新型控水裝置性能測試平臺的研發設計

陶 政，張啟龍，劉妙仁，李 進，唐少鵬

（1.思達斯易能源技術<集團>有限公司，北京100028；2.中海石油<中國>有限公司天津分公司，天津300450）

新型控水裝置性能測試平臺具備控制、監視和測量功能，能夠準確測量控水裝置對不同粘度或不同比例混合流體在不同溫度和壓差下的節流效能，其為十三五國家重大專項研究的順利完成提供了堅實保障，下面分別詳細介紹該測試平臺系統。

1 系統構成

新型控水裝置性能測試平臺由六大部分組成，包括結構支撐系統、流體過濾存儲系統、流體輸送循環系統、計量測試系統、測控系統和油水分離系統。

試驗平臺下方為環保防滲漏地基，在地基之上是防腐蝕的不銹鋼半封閉鈑金箱體，測試平臺坐落于該箱體內，該箱體起到了兩方面的作用，一是能夠將測試系統產生的漏油進行回收，提供環保二次防護，二是能夠作為測試產生的廢油存儲池并使用油水分離系統將油水分離，排出無污染的廢水后對廢油進行回收再利用，節約資源（圖1）。

2 系統功能

2.1 結構支撐系統

作為性能測試平臺的基礎，結構支撐系統采用標準型材全焊接拼接加工而成，無鉸接、無搭接、無插接、無螺紋連接，四根支撐柱深埋于地基中，保證了試驗平臺的設備、儀器和儀表的運行穩定性，不會受到外界振動干擾。

2.2 流體存儲過濾系統

圖1 控水裝置性能測試平臺系統

存儲過濾系統包括兩個油箱和兩個水箱，兩個油箱中的一個油箱用于測試前端的儲油箱，另一個油箱用于測試結束后的接油箱，兩個水箱中的一個水箱用于測試前端的儲水箱，另一個水箱用于測試結束后的接水箱，儲油箱和儲水箱入口處均設置有高低精度兩級金屬過濾網，可以充分過濾測試液中所含的固體顆粒雜質，保證測試液的純凈。

2.3 流體輸送循環系統

測試平臺的流體輸送循環系統采用二合一的回路設計，兩條分支管路為兩條獨立的輸入管路，一條是純油管路，另一條是清水管路，純油管路中，手動閥或電磁閥控制管路的開路與閉路，計量泵從儲油箱吸取油液，經單項閥和安全閥送入靜態混合器，單向閥和安全閥保護計量泵不因背壓過高造成損壞，純水管路采用和純油管路相同的設計。若是單一流體可直接經過靜態混合器進入主管路，若是清水和純油同時進入靜態混合器，兩種不相容的流體會在混合器內波紋管的擾流作用下充分混合后再進入主管路，多相混合增壓泵吸入單一流體或混合流體，然后進行增壓，經溢流閥進入裝有智能控水裝置的專用試驗工裝內，智能控水裝置根據通過不同性質流體產生不同的節流壓差，控制過流流體的流量，流體流出后進入質量流量計，由質量流量計準確測量流量后排入接油箱或接水箱，接油箱和接水箱中安裝有潛液泵，將測試后的液體再次抽出并輸送到儲油箱或儲水箱，從而建立循環回路。

2.4 計量測試系統

計量測試系統包括計量泵、壓力表、溫度表、壓力變送器、溫度變送器和質量流量計。計量泵設置分別設置在純油和清水分支管路上，計量泵能夠按照規定的體積流量輸出流體。壓力表和溫度表設置在多項混合增壓泵的輸入管路上，實時觀測輸入到增壓泵的流體壓力和溫度。智能控水裝置的輸入管路和輸出管路上分別設置有一對壓力變送器和溫度變送器，實時測量入口壓力和溫度，以及出口壓力和溫度，智能控水裝置的輸出管路上設置有一個質量流量計，質量流量計采用科氏力對輸出流量進行準確測量（圖2）。

圖2 質量流量計

2.5 測控系統

測控系統由三種模塊集成，一種模塊是電氣控制輸出模塊，用來控制電磁閥、計量泵和多相混合增壓泵，另一種模塊是對計量系統實時測試的數據（包括流體溫度、增壓泵出口壓力、智能控水裝置進口壓力和溫度、智能控水裝置出口壓力和溫度、智能控水裝置出口流量）進行采集，第三種模塊是對采集的數據進行處理，形成縱向和橫向的數據庫，然后依據數據庫建立在一定溫度下的智能控水裝置進出口壓差和出口流量的函數關系圖，并自動進行統計回歸計算，顯示出函數擬合趨勢線。流壓控制、監視和記錄平臺系統如圖3 所示。

圖3 流壓控制、監視和記錄平臺系統

2.6 油水分離系統

油水分離系統通過潛液泵將接油箱中油水混合物吸入后進行油和水的分離，撇除廢水，將分離出的純油再次注入儲油箱。

3 控水試驗平臺測試步驟

（1）采用溫度計、濕度計和大氣壓力表測量試驗環境的氣溫、空氣濕度和當地大氣壓力值并記錄。

（2）選擇試驗用油，由于油的粘度會隨著環境溫度、濕度和大氣壓力的變化而發生變化，用速度粘度計測量試驗時油的實時粘度并記錄。

（3）采用過濾器將試驗用油和清水進行雜質過濾，將過濾純凈的純油和清水分別注入儲油箱和儲水箱。

（4）將檢查合格樣機與專用試驗工裝進行組裝，組裝完畢后將試驗總成裝入試驗系統內。

（5）控水裝置計量標定系統啟動，對油水節流性能測試。

（6）試驗結束后，關閉軟件控制系統主機，切斷控制電源，進行試驗介質分離回收、設備清潔、現場整理等保養工作，并做好運行保養記錄。

（7）填寫試驗記錄表，技術分析、存檔（表1）。

4 總結

新型控水裝置性能測試平臺是一套組合復雜、設備先進、功能完善的測試系統，它能夠在不同壓差不同油水比例條件下對控水裝置的流量進行可控的定量測定，該測試平臺能為控水裝置產品結構優化設計提供客觀真實的試驗數據，同時為將來不同油田不同油品對控水裝置的敏感性標定和實際使用提供了堅實的保障。