申请/专利权人：西南石油大学

申请日：2020-11-30

公开（公告）日：2024-03-08

公开（公告）号：CN112362697B

主分类号：G01N25/20

分类号：G01N25/20;G01N19/02;G01D21/02;G09B23/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.08#授权;2021.03.05#实质审查的生效;2021.02.12#公开

摘要：本发明提供一种内管旋转的同心套管强迫对流换热实验装置和方法。主要是由储水箱、注气瓶、循环泵、稳压器、氮气瓶、预热器、实验段、冷却器、气‑液分离器通过管道连接组成，实验段与电机相连，电机通过传动装置带动不锈钢空心轴转动，进而带动内管转动；同心套管外管外壁通过电热丝过电后加热，储水箱与预热器之间设置有循环泵，冷却水水箱与冷凝器和冷却塔之间设置有冷却泵，管道的相关位置处设置阀门或测量仪表，测量仪表的数据通过无线信号传入数据采集系统及计算机进行数据处理及存储。本发明实现在同心套管装置里内管旋转并同时对外管进行加热，进而较真实地模拟油气开采过程中钻杆钻进时套管环空的对流换热过程。

主权项：1.一种内管旋转的同心套管强迫对流换热实验装置，其特征在于，包括：通过管道连接的储水箱（1）、注气瓶（4）、循环泵（7）、稳压器（8）、氮气瓶（12）、预热器（14）、流量计（16）、实验段（21）、冷却塔（25）、冷却水水箱（26）、冷水循环泵（27）、冷却器（28）、气-液分离器（31）和气体流量计（34）；还包括：多个阀门、多个温度传感器、多个压力测量仪表和数据采集系统及计算机（35）；储水箱（1）与稳压器（8）之间设置有循环泵（7），冷却水水箱（26）与冷却器（28）之间设置有冷水循环泵（27），温度传感器和压力测量仪表的数据通过无线信号传入数据采集系统及计算机（35）进行数据处理及存储；所述的实验段（21）为内管（21-10）和外管（21-9）组成的同心套管，内管可旋转，内管内部填充隔热材料层，外管管壁布置有多个热电偶（22）并缠绕电加热丝，通过热电偶测量外管（21-9）的管壁温度，通过电加热丝对实验段加热，实验段（21）的进出口布置有温度传感器和压力测量仪表进行温度、压力测量；所述实验段（21）的外管（21-9）管壁采用电加热丝加热，电加热丝均匀缠绕在外壁，每匝线圈之间都留有间隙；所述实验段（21）的外管（21-9）管壁设置的热电偶（22）外包裹有高温绝缘布，高温绝缘布外缠绕电加热丝，以此避免电加热丝对热电偶产生影响；所述实验段（21）的内管（21-10）通过皮带（21-13）与电机（20）相连，内管（21-10）通过轴承和外部固定，实验段（21）的内管能够自由转动；所述的稳压器（8）连接氮气瓶（12）及阀门，利用氮气瓶（12）的内压将氮气注入稳压器（8），以提供实验所需的系统压力；所述的预热器（14）安装在实验段（21）入口，与冷却器（28）配合，将实验段（21）入口温度调整至预设值；所述冷却器（28）安装在实验段（21）的出口处，用于给通过实验段（21）温度升高的工质降温；冷却器（28）管侧流体为加热后的实验工质，壳侧为冷却水，实验工质与冷却水流动方向相反，为逆向冷却；所述的冷却器（28）所需的冷却水由冷水循环泵（27）从冷却水水箱（26）汲取，提供给换热器进行冷却换热，换热后的冷却水均流入冷却塔（25）进行冷却，然后再流回冷却水水箱（26）；所述的实验工质经过冷却器（28）冷却后流入气-液分离器（31），气-液分离器（31）的液相通过阀门流回储水箱（1），气-液分离的气相经过气体流量计（34）测量后注回注气瓶（4）；所述气-液分离器（31）两侧设有阀门，注气瓶（4）两侧设有阀门，冷却器（28）与储水箱（1）之间设有阀门，储水箱（1）与循环泵（7）之间设有阀门，流量计（16）入口设有阀门;所述实验段（21）还包括电机（20）、皮带主动轮（21-12）、皮带从动轮（21-4）、不锈钢空心轴（21-5）、皮带（21-13）、球形轴承A（21-7）、圆锥滚子轴承（21-11）、球形轴承B（21-14）、螺母（21-15）、角度控制支撑台（21-6）和密封圈（21-1）；电机（20）的输出轴和皮带主动轮（21-12）的转轴固连，皮带从动轮（21-4）呈环状，套在不锈钢空心轴（21-5）的一端，皮带主动轮（21-12）和皮带从动轮（21-4）通过所述皮带（21-13）传动连接，从而使电机（20）转动带动实验段内管（21-10）转动；内管（21-10）通过球形轴承A（21-7）、圆锥滚子轴承（21-11）及球形轴承B（21-14）和外部固定，螺母（21-15）将实验段（21）固定在实验段角度控制支撑台（21-6）上，可根据实验需要改变实验段（21）角度；角度控制支撑台（21-6）用于固定实验段及改变实验段角度，主体由两个不锈钢圆环连接而成，不锈钢圆环内侧有螺纹，实验段（21）穿过不锈钢圆环内部，两端通过螺母固定在角度控制支撑台（21-6）上，通过调整实验段（21）两端的固定位置达到实验要求实验段（21）倾斜角度。

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