本發明專利技術公開了一種測量油/水雙相流體系中金屬表面潤濕狀態的裝置及方法，屬于金屬表面油/水潤濕狀態的測量領域。本發明專利技術裝置包括儲液罐、體積流量計、循環泵、流速調節閥、圓盤分水器、樣品槽、試驗樣品、微型電導傳感器和信號處理及顯示線路。該裝置利用鑲嵌在試驗樣品表面的微型電導傳感器測量探頭附近金屬表面液膜的電導率，由于油與水的電導率存在顯著差別，測量結果可以反映探頭附近金屬表面的潤濕狀態。大量微型電導傳感器測得的信號用發光二極管來顯示，從而獲得試驗樣品表面水潤濕(或油潤濕)所占百分比。本發明專利技術能夠實現對不同成分的油/水雙相流體在不同流速下金屬表面潤濕狀態的測量。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于金屬表面油/水潤濕狀態的測量領域，具體涉及一種，該裝置和方法為研究金屬材料在流動的油/水體系中的腐蝕磨損行為提供了有利的條件。
技術介紹
石油是當今世界上最重要的能源物質之一，目前國內外油田80%以上的采油井選用有桿機械泵采油方式，有桿泵采油面對的嚴重問題之一是油管和抽油桿之間由于腐蝕磨損所造成的早期失效。近年來隨著我國油田開發的不斷深入，一者油田開采的地質對象逐漸轉向薄層和低滲透層，由于地層條件差，自然產能低，導致抽油桿承受的載荷不斷增加；二者目前大部分油田已進入中、高含水期的開采階段，加之多年的強注強采，綜合含水逐年上升，井液的腐蝕性不斷增強。兩者共同作用致使采油生產中抽油設備的腐蝕磨損問題越來越突出，油井免修期明顯縮短，維護工作量大幅增加，采油成本迅速上升。一般來說，金屬在油中難以腐蝕，只有當油中的水含量逐漸增加，金屬表面有水吸附才可能發生腐蝕；金屬在油中的磨損也是輕微的，因為油膜的承載能力高，能有效潤滑而減緩磨損，只有當金屬表面吸附了水，由于水膜承載能力差，導致潤滑失效磨損加劇。可見金屬表面的潤濕狀態對其在油/水雙相流體系中的腐蝕磨損行為至關重要。在靜態條件下可以通過測量液體在金屬表面的潤濕角來推測金屬表面的潤濕狀態(水潤濕還是油潤濕)，但在流動狀態下則無法進行這種測量。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種，該裝置和方法解決了流動的油/水體系中金屬表面潤濕狀態的測量問題。其工作原理是根據油與水的電導率不同，通過即時測量電導值來判斷固體表面液膜的油/水性質，從而獲得金屬表面潤濕狀態的信息。本專利技術的技術方案如下:一種測量油/水雙相流體系中金屬表面潤濕狀態的裝置，該裝置包括儲液罐、體積流量計、循環泵、流速調節閥、圓盤分水器、樣品槽、試驗樣品、微型電導傳感器和信號處理及顯示線路；其中，圓盤分水器包括入水口、緩沖腔和多個出水口，入水口開設在緩沖腔的一個端面上，出水口開設在緩沖腔的另一個端面上；所述緩沖腔為兩端封閉的不銹鋼圓筒，各個出水口圍繞緩沖腔另一端面的中心設置且間距相等，各個出水口到緩沖腔另一端面的中心距離相等；所述樣品槽底部中央開設一盲槽，盲槽底部開設多個均勻分布的通孔，在樣品槽兩個相對的側面下部分別開設多個進水口和多個排水口，進水口、排水口的數量與圓盤分水器出水口的數量相同；所述樣品槽為無蓋的長方形容器，由有機玻璃制作，樣品槽側面各進水口和排水口的圓心距樣品槽底面距離相等，樣品槽進水孔的面積小于其排水孔的面積，以保證進入樣品槽的水能及時排出；試驗樣品與樣品槽底部的盲槽及微型電導傳感器之間的空隙以環氧樹脂填充，防止液體泄露。所述儲液罐的出水口與體積流量計的一端連接，體積流量計的另一端與循環泵入口連接，循環泵的出口連接流速調節閥一端，流速調節閥另一端連接圓盤分水器的入水口 ；所述圓盤分水器的出水口與樣品槽的進水孔連接，樣品槽的排水口與儲液罐連接；所述儲液罐為圓筒狀容器，由有機玻璃制成，其出水口設置于其側壁下部；所述儲液罐與體積流量計之間及體積流量計與循環泵之間采用耐壓塑料管連接；所述圓盤分水器的出水口通過硅橡膠管與樣品槽的進水孔連接，樣品槽的排水口連接硅橡膠管，其另一端由儲液罐頂部導入儲液te ；所述微型電導傳感器是將不銹鋼絲用絕緣材料固封在薄壁不銹鋼管中制成，不銹鋼絲的長度大于薄壁不銹鋼管的長度，不銹鋼絲一端與薄壁不銹鋼管的一端在同一平面上，該平面為微型電導傳感器的探頭，不銹鋼絲為微型電導傳感器的一極，不銹鋼管為微型電導傳感器的另一極；所述絕緣材料為環氧樹脂或熱縮套管等。所述試驗樣品上開設多個均勻分布的通孔，其與盲槽底部的通孔數量相等，且 對應后同軸等徑；試驗樣品置于樣品槽底部的盲槽中，微型電導傳感器插入盲槽上的各個通孔，并一一對應地穿過試驗樣品上的各個通孔，微型電導傳感器的探頭與試驗樣品的上表面平齊；試驗樣品與樣品槽底部的盲槽及微型電導傳感器之間的空隙以環氧樹脂填充，防止液體泄露；所述微型電導傳感器連接信號處理及顯示線路。所述信號處理及顯示線路主要由電源、反相器、比較電阻、保護電阻和發光二極管組成，用于將微型電導傳感器測得的信號用發光二極管來顯示；所述體積流量計為橢圓齒輪流量計，其測量值不受油/水混合液體性質的影響，其量程由測量要求確定；所述流速調節閥為不銹鋼球閥；所述循環泵為管道離心泵，依據需測量的流體最高流速選擇泵的功率。上述油/水雙相流體系中金屬表面潤濕狀態測量裝置工作時，儲液罐中的油/水混合液體，經過體積流量計進入循環泵，循環泵使液體經過流速調節閥，進入圓盤分水器，分為八個支路，從一端平行流入樣品槽，均勻流經試驗樣品表面(鑲嵌有微型電導傳感器的探頭)后，從樣品槽另一端流出，回注到儲液罐中；與此同時通過信號處理及顯示線路獲得由微型電導傳感器測量的其探頭表面液膜的電導值。用上述裝置測量油/水雙相流體系中金屬表面潤濕狀態的方法，包括如下步驟:I)將試驗液體倒入儲液罐中，開動循環泵，待試驗液體油/水雙相混合并在整個裝置中平穩循環流動；2)給信號處理及顯示線路加電，發光二極管開始閃爍；3)調節流速調節閥，使體積流量計顯示的試驗液體流速達到設定值；4)待發光二極管的工作狀態穩定后，記錄導通的發光二極管的數量；5)重復步驟3)、4)，直至完成所有設定流速下的測量工作；6)根據公式:水潤濕百分比=(導通的發光二極管數量/傳感器的數量)X 100%，得到試驗樣品表面的水潤濕百分比。本專利技術具有如下優點:1、本專利技術采用測量固體表面液膜電導值的方法判斷液膜的油/水性質，根據探頭表面液膜推斷其附近液膜性質，解決了在流動狀態下金屬表面油/水潤濕狀態的測量問題。2、本專利技術設計和制作的微型電導傳感器，作為其探頭的端面面積小，兩極間的距離小，能夠在對液膜干擾盡可能小的條件下反映探頭附近試驗樣品表面的潤濕狀態。3、本專利技術采用大尺寸平板狀試驗樣品，在試驗樣品表面鑲嵌眾多微型電導傳感器，測量的信號采集靈敏迅速，能真實地即時地描述試驗樣品表面的潤濕狀態。4、本專利技術采用發光二極管隨時顯示所有微型電導傳感器的測量結果，直觀地反映了試驗樣品表面的潤濕狀態，便于計算試驗樣品表面水潤濕(或油潤濕)所占百分比，并時觀察其變化。5、本專利技術采用了自行設計的圓盤分水器和兩側帶有8個通孔的樣品槽，保證了油/水雙相流體在大尺寸試驗樣品表面各處的流速相同。6、本專利技術采用模塊化設計，裝置的每一部分均可以方便地拆卸、組合以及再改造。總之，本專利技術可以測量不同油/水體系、不同流速下金屬表面的潤濕狀態，為研究金屬在油/水雙相流體系中的腐蝕磨損問題提供了必要的手段。附圖說明圖1為本專利技術測量油/水雙相流體系中金屬表面潤濕狀態的裝置結構示意圖。圖2為本專利技術裝置中樣品槽的結構示意3為本專利技術圓盤分水器結構示意圖。圖4為本專利技術微型電導傳感器示意圖。圖5為本專利技術信號處理及顯示線路框圖。圖6為利用本專利技術測量到的金屬(碳鋼)在油/水體系中潤濕狀態(水潤濕百分比)與流速(用單位時間流量表示)的關系曲線。圖中:1-循環泵，2-流速調節閥，3-圓盤分水器，4-樣品槽，5-信號采集及顯示線路，6-儲液罐，7-體積流量計，8-試驗樣品，9-微型電導傳感器，10-入水口，11-緩沖腔，12-出水口，13-不銹鋼絲，14-不銹鋼管，15-絕緣材料。具體實施例方式以下本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種測量油/水雙相流體系中金屬表面潤濕狀態的裝置，其特征在于：該裝置包括儲液罐、體積流量計、循環泵、流速調節閥、圓盤分水器、樣品槽、試驗樣品、微型電導傳感器和信號處理及顯示線路；其中，圓盤分水器包括入水口、緩沖腔和多個出水口，入水口開設在緩沖腔的一個端面上，出水口開設在緩沖腔的另一個端面上；所述樣品槽底部中央開設一盲槽，盲槽底部開設多個均勻分布的通孔，在樣品槽兩個相對的側面下部分別開設多個進水口和多個排水口，進水口、排水口的數量與圓盤分水器出水口的數量相同；所述儲液罐的出水口與體積流量計的一端連接，體積流量計的另一端與循環泵入口連接，循環泵的出口連接流速調節閥一端，流速調節閥另一端連接圓盤分水器的入水口；所述圓盤分水器的出水口與樣品槽的進水孔連接，樣品槽的排水口與儲液罐連接；所述微型電導傳感器是將不銹鋼絲用絕緣材料固封在薄壁不銹鋼管中制成，不銹鋼絲的長度大于薄壁不銹鋼管的長度，不銹鋼絲一端與薄壁不銹鋼管的一端在同一平面上，該平面為微型電導傳感器的探頭，不銹鋼絲為微型電導傳感器的一極，不銹鋼管為微型電導傳感器的另一極；所述試驗樣品上開設多個均勻分布的通孔，其與盲槽底部的通孔數量相等，且一一對應后同軸等徑；試驗樣品置于樣品槽底部的盲槽中，微型電導傳感器插入盲槽上的各個通孔，并一一對應地穿過試驗樣品上的各個通孔，微型電導傳感器的探頭與試驗樣品的上表面平齊；所述微型電導傳感器連接信號處理及顯示線路。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：段德莉，李曙，胡紫陽，易凡，侯思焓，張榮祿，王鵬，
申請(專利權)人：中國科學院金屬研究所，
類型：發明
國別省市：
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