本發明涉及一種深水油氣輸運流動安全保障，特別是關于一種用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統及方法，尤其適用于模擬海底管道水合物堵塞及其解堵過程，評估不同解堵技術的效果。

背景技術：

1、隨著全球能源需求的不斷增長，海底油氣資源的開發利用越來越受到重視。海底管道作為連接海底油氣田與陸地或海上處理設施的重要通道，其安全穩定運行對于能源供應至關重要。然而，海底管道在運行過程中的水合物堵塞問題，已成為當前海洋工程領域的研究熱點和難點。

2、天然氣水合物，是一種在低溫高壓條件下形成的冰狀物質，主要成分是甲烷和水。在海底管道中，由于存在低溫高壓環境，滿足水合物生成條件，天然氣和水可能形成水合物，導致管道堵塞。這種堵塞不僅影響油氣的正常輸送，還可能引發安全事故，造成巨大的經濟損失。在工程應用中，水合物堵塞的解堵技術也在不斷發展。目前，針對水合物堵塞問題已有多種解堵技術，包括化學注入(如注入甲醇和乙二醇等熱力學抑制劑)、熱處理(包括電加熱)、管道降壓等方法。這些方法在一定程度上能夠解決水合物堵塞問題，但由于海底環境的復雜性和堵塞定位困難等原因，解堵過程的分析較為困難。

技術實現思路

1、針對上述問題，本發明的目的是提供一種用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統及方法，其能模擬海底管道水合物堵塞及其解堵過程，評估不同解堵技術的效果。

2、為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統，其包括：第一耐壓管道、ert電阻成像裝置、太赫茲波檢測裝置、可視管段、第三耐壓管道、分離閥門和第二耐壓管道兩兩部件之間，依次通過法蘭連接，組成耐壓實驗管路；

3、第一耐壓管道的上端并列安裝有第一背壓閥和第一抑制劑泵，第一抑制劑泵與第一耐壓管道之間設置有第一抑制劑閥門；第一耐壓管道的下端安裝有第二排液閥門，并在第一耐壓管道至第三耐壓管道之間的管道上均勻布置有溫壓傳感器組；

4、太赫茲波檢測裝置上配備有太赫茲波發生裝置；

5、可視管段外側套設有方形透明水槽，方形透明水槽外設置有圖像采集系統；

6、第三耐壓管道的上端并列安裝有第二背壓閥和第二抑制劑泵，第二抑制劑泵與第三耐壓管道之間設置有第二抑制劑閥門；第三耐壓管道的下端安裝有第二安全閥；

7、第二耐壓管道的上端并列安裝有真空泵、注水槽和注氣閥門，真空泵與第二耐壓管道之間設置有真空閥門，注水槽與第二耐壓管道之間設置有注水閥門；第二耐壓管道的下端并列安裝有第一排液閥門和第一安全閥，第二耐壓管道的內部安裝有海綿、篩板及電動伸縮桿；注氣閥門與氣瓶連接。

8、進一步，所有安全閥、排液閥門都通過廢液回收管路與廢液池連接，廢液池上連接有廢氣閥和廢氣瓶。

9、進一步，第一耐壓管道、第三耐壓管道、第二耐壓管道的外側分別套有第三水浴夾套、第二水浴夾套和第一水浴夾套；

10、第三水浴夾套通過第三夾套連接管與方形透明水槽相連，第三水浴夾套與第一水浴夾套通過冷水環路與冷水機組相連；方形透明水槽與第二水浴夾套通過第二夾套連接管相連，第二水浴夾套與第一水浴夾套通過第一夾套連接管相連。

11、進一步，溫壓傳感器組、ert電阻成像裝置和太赫茲波檢測裝置都通過數據采集系統與計算機相連。

12、進一步，耐壓實驗管路的耐壓為0-8mpa，冷水機組14可調溫度區間為-10℃-20℃。

13、進一步，位于分離閥門安裝有抑制劑泵的一側為檢測管段，位于分離閥門的另一側為生成管段；

14、海綿、篩板及電動伸縮桿組成刮板裝置，以將管內散碎生成的水合物推至檢測管段內，形成水合物固相段；篩板與管壁間通過橡膠圈實現密封，與海綿緊密粘連，與電動伸縮桿通過螺紋連接，篩板上密布小孔實現兩側物質流通。

15、進一步，當管內水合物生成量大于設定量時，開啟電動伸縮桿，電動伸縮桿伸長，管段內的水合物無法通過海綿，隨篩板繼續向前運動，氣體和水通過海綿和篩板分離至篩板后的管段內，實現管道內水合物固體的壓縮；

16、當篩板運動到另一側壁面或接觸到無法壓縮的水合物固體時，電動伸縮桿收縮，篩板后的氣體及液體回到生成管段內繼續參與水合物生成。

17、進一步，注水槽通過注水閥門向管路中注入定量液體，液體為去離子水。

18、進一步，氣瓶通過注氣閥門向管路中注入定量氣體，氣體為天然氣、甲烷氣體、co2或h2。

19、一種用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的方法，基于上述用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統實現，其包括：采用去離子水對管路內部進行全面清洗，隨后打開真空閥門和真空泵，將第二耐壓管道的管段內抽至真空狀態，將系統內部的空氣抽出；保持分離閘門為打開狀態，電動伸縮桿處于最短位置，向注水槽內加入去離子水，打開注水閥門，利用管路內負壓向管路內定量注入去離子水；關閉注水閥門，打開注氣閥門，通過氣瓶向管路內部注入天然氣氣體，通過溫壓傳感器組采集管路內壓力；打開冷水機組，調節溫度到實驗設定溫度，保持管路溫度穩定，持續通過注氣閥門向管路內補氣，使管路內壓力維持在實驗設定壓力，使水合物生成；開啟ert電阻成像裝置、太赫茲波發生裝置、太赫茲波檢測裝置和圖像采集系統，使用ert電阻成像裝置徑向測量水合物分解過程氣液固界面形態，使用太赫茲波檢測裝置實時觀測水合物塊表面的分解水量，判斷水合物塊表面分解過程中的分解速率的快慢，通過數據采集系統將數據采集至計算機進行后續分析，依據所測試不同解堵方式進行不同操作；實驗結束后，打開分離閘門，調節冷水機組設定溫度，升高管路溫度使水合物分解，打開第一排液閥門和第二排液閥門，將管路內液體和氣體排入廢液池，打開廢氣閥和廢氣泵，將廢液池上方廢氣充入廢氣瓶中保存。

20、本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：

21、本發明可以通過模擬海底管道發生水合物堵塞之后的解堵研究，針對不同的水合物解堵技術，如化學注入、熱處理、管道降壓等方法，結合溫壓傳感器、ert電阻成像裝置5、太赫茲波檢測裝置6等實現對水合物解堵過程的監測和解堵方法的評估；相較于傳統解堵技術評估方式不夠精確、難以評估不同解堵技術實際效果的問題，本發明具有測量精度高、適用水合物種類廣泛、可視化、可評估解堵技術種類多等優勢。

技術特征：

1.一種用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統，其特征在于，包括：第一耐壓管道、ert電阻成像裝置、太赫茲波檢測裝置、可視管段、第三耐壓管道、分離閥門和第二耐壓管道兩兩部件之間，依次通過法蘭連接，組成耐壓實驗管路；

2.如權利要求1所述用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統，其特征在于，所有安全閥、排液閥門都通過廢液回收管路與廢液池連接，廢液池上連接有廢氣閥和廢氣瓶。

3.如權利要求1所述用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統，其特征在于，第一耐壓管道、第三耐壓管道、第二耐壓管道的外側分別套有第三水浴夾套、第二水浴夾套和第一水浴夾套；

4.如權利要求1所述用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統，其特征在于，溫壓傳感器組、ert電阻成像裝置和太赫茲波檢測裝置都通過數據采集系統與計算機相連。

5.如權利要求1所述用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統，其特征在于，耐壓實驗管路的耐壓為0-8mpa，冷水機組14可調溫度區間為-10℃-20℃。

6.如權利要求1所述用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統，其特征在于，位于分離閥門安裝有抑制劑泵的一側為檢測管段，位于分離閥門的另一側為生成管段；

7.如權利要求6所述用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統，其特征在于，當管內水合物生成量大于設定量時，開啟電動伸縮桿，電動伸縮桿伸長，管段內的水合物無法通過海綿，隨篩板繼續向前運動，氣體和水通過海綿和篩板分離至篩板后的管段內，實現管道內水合物固體的壓縮；

8.如權利要求1所述用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統，其特征在于，注水槽通過注水閥門向管路中注入定量液體，液體為去離子水。

9.如權利要求1所述用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統，其特征在于，氣瓶通過注氣閥門向管路中注入定量氣體，氣體為天然氣、甲烷氣體、co2或h2。

10.一種用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的方法，基于如權利要求1至9任一項所述用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統實現，其特征在于，包括：

技術總結
本發明涉及深水油氣輸運流動安全保障領域，公開了一種用于研究管道水合物固相堵塞解堵過程的系統及方法，其包括：第一耐壓管道上端安裝有第一背壓閥、第一抑制劑泵和第一抑制劑閥門，下端安裝有第二排液閥門，在第一耐壓管道至第三耐壓管道上均勻布置有溫壓傳感器組；太赫茲波檢測裝置上配備有太赫茲波發生裝置；可視管段外側套設有方形透明水槽，方形透明水槽外設置有圖像采集系統；第三耐壓管道上端安裝有第二背壓閥、第二抑制劑泵和第二抑制劑閥門，下端安裝有第二安全閥；第二耐壓管道的上端安裝有真空泵、注水槽、與氣瓶連接的注氣閥門、真空閥門和注水閥門，下端安裝有第一排液閥門和第一安全閥，內部安裝有海綿、篩板及電動伸縮桿。

技術研發人員：姚海元,黃婷,張倫祥,劉永飛,宋永臣,謝振強,李丹,楊博,李焱,陳海宏,鄭利軍,劉一斌
受保護的技術使用者：中國海洋石油集團有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28