一种流变特性测定装置

摘要

本发明提供了一种流变特性测定装置，装置包括：旋转环管模拟装置、过泵剪切模拟装置；其中，旋转环管模拟装置包括：环管、温度传感器、压力传感器及磁信号传感器，温度传感器、压力传感器及磁信号传感器设置于环管内；过泵剪切装置包括：离心泵和储油罐，储油罐两端均设有电动阀门，储油罐一端连接到所述环管的回流孔，储油罐的另一端通过离心泵连接到所述环管的抽油孔。本发明实施例提供的旋转环管模拟装置利用两液端液位差确定流体的流变性参数，解决了转轮流动模拟器的流体粘壁问题，同时进行过泵、回流模拟测试，为模拟管道内流体流动和实时测量提供了一种新的手段。

权利要求

1.一种流变特性测定装置，其特征在于，所述的流变特性测定装置包括：旋转环管模拟装置、过泵剪切模拟装置；其中，所述的旋转环管模拟装置包括：环管、温度传感器、压力传感器及磁信号传感器，所述温度传感器、压力传感器及磁信号传感器设置于所述环管内；

所述过泵剪切装置包括：离心泵和储油罐，所述储油罐和离心泵固定于环管上，所述储油罐两端均设有电动阀门，所述储油罐一端连接到所述环管的回流孔，所述储油罐的另一端通过离心泵连接到所述环管的抽油孔；

所述的流变特性测定装置还包括：温控箱，所述旋转环管模拟装置和过泵剪切模拟装置均设置于温控箱；

所述控温箱上嵌有一个可穿过温控箱壁的伸缩插头，所述伸缩插头在外部与电源相连接。

2.如权利要求1所述的流变特性测定装置，其特征在于，所述离心泵通过软管连接到所述环管的抽油孔，所述离心泵与所述环管之间设有单向电动阀门以控制离心泵与环管内部的连通。

3.如权利要求1所述的流变特性测定装置，其特征在于，所述环管通过两根角度相交的拉筋固定于所述温控箱，所述的储油罐的两端分别卡箍与两拉筋。

4.如权利要求1所述的流变特性测定装置，其特征在于，在储油罐位于抽油相位时的底部，设有一手动球阀以更换油样。

5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的流变特性测定装置，其特征在于，所述的环管形成的圆环的曲率半径为1000mm，环管直径为50mm，储油罐的罐长为700mm，外径为75mm，内径为65mm。

说明书

一种流变特性测定装置

技术领域

[0001] 本发明涉及石油勘探技术，特别是关于石油的流变特性测定技术，具体的讲是一种流变特性测定装置。

背景技术

[0002] 原油室内流变参数的测定是原油管输工艺计算的基础，管道内流动的流体由于其在横截面上速度变化率的分布不同，所以各部位流体所受到的剪切效应不同。对于牛顿流体，其表观粘度与剪切速率无关，因此可以用旋转粘度计来研究其在管道内的流动。对于具有非牛顿体性质的含蜡原油，由于流变性质随其经历的热历史和剪切历史而变化，因此，在测量流变参数之前必须对它流动的热历史和剪切历史先进行与实际管流尽可能一致的模拟。

[0003] 目前使用的管流模拟方法有旋转流变仪、搅拌罐和各种类型的试验环道等三类。这几种模拟方法即使在相同的热历史条件下，结果相差也很大。旋转流变仪使用方便，对牛顿体的测试和不考虑历史效应、无触变性的非牛顿体的分析测试能给出准确的测量结果，但对呈非牛顿体的原油管道流动的模拟，由于剪切类型与实际管流存在差别，很难得到满意的结果。另外，由于试验用样少，易形成不均匀体系，常常降低样品的代表性。搅拌罐模拟对呈牛顿体的原油在生产运行的温度范围内与实际管道较接近，但因其不能准确描述剪切强度，也没有测量功能，在模拟非牛顿原油和加剂油低温流动段的应用上受到了限制。环道模拟装置在剪切类型上与生产管道一致，对流变性依赖其流动历史的非牛顿体流模拟较为合理。但传统的环道装置存在被测流体频繁过泵而改变剪切历史、计算管径不确定等问题，降低了模拟结果的使用价值。

[0004] 为了模拟流体的管流剪切作用，陆续又有环形循环管道观测装置、轮管流动模拟器等问世，其中前者由一个磁力驱动的柱塞推动液体在管内循环，通过测量压降随时间的变化率和驱动器的运动周期确定被测流体的流变性参数，后者则是利用旋转轮管使半充满于其中的流体产生相对运动，通过轮管转动的扭矩确定液体的粘度。

发明内容

[0005] 本发明实施例提供了一种流变特性测定装置，流变特性测定装置包括：旋转环管模拟装置、过泵剪切模拟装置；其中，

[0006] 所述的旋转环管模拟装置包括：环管、温度传感器、压力传感器及磁信号传感器，所述温度传感器、压力传感器及磁信号传感器设置于所述环管内；

[0007] 所述过泵剪切装置包括：离心泵和储油罐，所述储油罐两端均设有电动阀门，所述储油罐一端连接到所述环管的回流孔，所述储油罐的另一端通过离心泵连接到所述环管的抽油孔。

[0008] 本发明一实施例中，离心泵通过软管连接到所述环管的抽油孔，所述离心泵与所述环管之间设有单向电动阀门以控制离心泵与环管内部的连通。

[0009] 本发明一实施例中，流变特性测定装置还包括：温控箱，所述旋转环管模拟装置和过泵剪切模拟装置均设置于温控箱。

[0010] 本发明一实施例中，环管通过两根角度相交的拉筋固定于温控箱，油罐的两端分别卡箍与两拉筋

[0011] 本发明一实施例中，在储油罐位于抽油相位时的底部，设有一手动球阀。

[0012] 本发明一实施例中，环管形成的圆环的曲率半径为1000mm，环管直径为50mm，储油罐的罐长为700mm，外径为75mm，内径为65mm。

[0013] 本发明实施例提供的旋转环管模拟装置利用两液端液位差确定流体的流变性参数，解决了转轮流动模拟器的流体粘壁问题，并能同时进行过泵、回流模拟测试。

[0014] 为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

[0015] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0016] 图1为本发明公开的一种流变特性测定装置的示意图；

[0017] 图2为本发明公开的流变特性测定装置的环管内流体示意图；

[0018] 图3为本发明公开的流变特性测定装置的过泵过程示意图；

[0019] 图4为本发明公开的流变特性测定装置的回流过程示意图；

[0020] 图5为本发明公开的流变特性测定装置的插板电路连通状态示意图；

[0021] 图6为本发明公开的流变特性测定装置的一实施例的示意图。

具体实施方式

[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 本发明实施例公开了一种流变特性测定装置，如图1所示，为本发明公开的流变特性测定装置的示意图，该流变特性测定装置包括：旋转环管模拟装置、过泵剪切模拟装置；其中，

[0024] 旋转环管模拟装置包括：环管101、温度传感器、压力传感器及磁信号传感器，温度传感器、压力传感器及磁信号传感器设置于环管内(其中各传感器设置于环管内，图中未标示)；

[0025] 过泵剪切模拟装置包括：离心102泵和储油罐103，储油罐102两端均设有电动阀门，储油罐一端连接到环管101的回流孔，储油罐103的另一端通过离心泵102连接到环管101的抽油孔。

[0026] 本发明的目的是提供一种模拟管道内流体流动和实时测量的装置，模拟整条原油管道的多站间流动并实现粘度等流变特性的实时采集。下面结合具体的实施例对本发明技术方案做详细说明：

[0027] 本发明的流变特性测定装置包括流变特性测定装置和过泵剪切模拟装置，其中，本发明实施例中旋转环管模拟装置包括：管流剪切模拟系统、数据采集传输系统、环境温度控制系统、数据处理系统组成，下面分别对各系统进行说明。

[0028] 1、管流剪切模拟系统包括：不锈钢环管、驱动装置及控制箱，本实施例中不锈钢环管的曲率半径R＝1000mm，环管内径d＝50mm，驱动装置由两台无级调速单相电机，减速比分别为30B和100B，可使环管在1～15r/min之间的任意转速转动，环管的剪切率范围在20-300s-1之间。

[0029] 2、数据采集传输系统：由Pt100温度传感器、YZD型压力传感器(测量范围0～40kPa，准确度等级0.1级)、KMI18磁信号传感器、数据采集板和电刷(电刷，传导电流的滑动接触体)组成。当转子与磁头的中心线对齐时，恰好对应圆环最低点，以确定圆环最低点。

[0030] 3、本实施中的环境温度控制系统包括：箱体、加热系统、制冷系统及智能控制系统。

[0031] a、箱体：

[0032] 本实施例中要求环管控温系统的设计温度为0～70℃。根据设计温度的要求和绝热层材料性能要求等综合考虑，聚乙烯泡沫塑料符合需要，同时可以满足制冷和保温两方面的要求。根据环道管输模拟装置的形状大小以及布局，确定本实施例中的箱体的高度为2.25m，长度为1.80m，宽为0.50m。综合考虑选取箱体的厚度为70mm。

[0033] b、加热系统：包括加热装置和风机；

[0034] 本实施例中加热装置为两根功率1.5kW的U型加热管(双开加热装置的升温速率约为0.3℃/min)，同时在加热管的下方各安装1台风机，使箱内空气在测量时循环流动，加热管散热均匀。

[0035] c、制冷系统：

[0036] 本实施例中制冷系统由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀四个基本部分组成。全套设备用铜管连接，形成一个密封循环系统。制冷方式采用的是蒸气压缩式制冷。在蒸气压缩式制冷中，工质(制冷剂)的蒸气首先被压缩到比较高的压力，被外部冷却介质(空气)冷却而转变为液体，再经绝热膨胀，使压力和温度同时降低，利用低压力下工质液体的汽化即可吸热制冷。汽化后的蒸气再由压缩机吸入压缩，不断循环。在本装置中选用的压缩机是活塞式空气压缩机。压缩机制冷系统其降温速率约为0.7℃/min。

[0037] d、智能控制系统：

[0038] 本实施例中的智能控制系统采用XM808P自整定专家PID控制仪表，实时采集箱体温度值并对加热管的开断进行时间比例输出控制。该仪表可进行温度-时间-温度的编程控制，从而确定了箱体内空气的温降速率，实现了原油管输温降的精确模拟。

[0039] 4、数据处理系统：包括计算机和相应的监控计算程序，本实施例中信号最大采集速率为300点/s。

[0040] 本发明实施例中的旋转环管模拟装置流变特性的测量原理说明如下：

[0041] 流体在圆环管道内流动，受到管壁剪切力、流体重力以及作用在两液面的压力和管壁压力、圆周运动产生的离心力作用。显然，管壁压力和圆周运动产生的离心力相互平衡。这样对于某一微元段，流体受到管壁剪切力、微元段流体重量以及作用在微元段两液面的压力作用，在稳定状态下三者力矩和为零。

[0042] 假设环管的内径为r0，圆环曲率半径为R0，前液角为θ1，后液角为θ2，原油密度为ρ，取微元段dl作为研究对象，如图2所示，设前液角AOD为θ1，后液角BOD为θ2，在液柱内取一微元段dl，微元段与水平方向的夹角为θ，其对应的圆心角为dθ，θ的范围为[0043] 流体在环管内稳定流动时，有

[0044] dWτ+dWG+dWP＝0           (1)

[0045] 式中：

[0046] dWτ－微元段管壁剪切力产生的力矩；

[0047] dWG－微元段重力产生的力矩；

[0048] dWP－作用在微元段两端压力产生的力矩；

[0049] ①显然，对于整个液柱段有：

[0050] ∫dWP＝0       (2)

[0051] ②流体流动时管壁剪切力产生的力矩

[0052] 当环管内的流体处于层流状态时，流体管壁剪切率为

[0053]

[0054] 式中n'为流变特性指数。幂律流体n＝n'，其管壁剪切力τw为：

[0055]

[0056] 当环管转速为 时，由式(3)(4)幂律流体环管管壁剪切应力为：

[0057]

[0058] 其产生的相对于旋转中心的力矩为：

[0059] Wτ＝τwAw·R0              (6)

[0060] 其中，Aw为含油管段壁面的表面积。

[0061]

[0062] 其中，L1、L2分别是由θ1和θ2所对应的前液段长度L1、后液段长度L2[0063] 对于牛顿流体，n＝1，环管管壁剪切应力为：

[0064]

[0065] 其产生的相对于旋转中心的力矩为：

[0066]

[0067] ③环管内流体重力产生的力矩：

[0068] 微元段所受重力：dG＝ρgπr02R0dθ

[0069] 微元段产生的相对于圆心的力矩：dWG＝dGR0cosθ

[0070] 则当环管旋转时由于流体偏心产生的力矩为：

[0071]

[0072] ④牛顿流体粘度测量原理

[0073] 由式(1)、(2)、(9)、(10)可以得到牛顿流体粘度测量原理：

[0074]

[0075] 通过变形，可以得到：

[0076]

[0077] h为环管内前后两端液面位差：

[0078] 这样，只需通过计算机采集得到压力变化曲线，通过压力变化曲线确定特征点的相对位置，从而确定式(11)、(12)中的参数ωm、θ1、θ2、h、L1、L2，就可计算出被测流体的粘度。

[0079] ⑤非牛顿流体粘度的测量原理

[0080] 式(11)、(12)只适合牛顿流体的粘度测试，对于与时间无关的非牛顿流体，该式不适用，但依然可用环管装置测量其流变性。

[0081] 流体在管道内流动时，管壁剪切应力τw由式(1)、(2)、(6)、(10)计算得到：

[0082]

[0083] 非牛顿流体管流任意一处剪切应力都可以表示为管流特征值 的函数。

[0084] 对于幂律流体

[0085] 其中，Kp为积分常数。因此，对于幂律流体可由一系列 回归得到幂律指数n。

[0086] 对于不同的流体在管道内流动有不同的速度剖面w＝w(r)。通常对于一般的非牛顿流体，其管壁剪切率为：

[0087] 式中n'为特性指数，幂律流体有n＝n'。故幂律流体的管壁剪切率为

[0088]

[0089] 将式变形，可以得到幂律流体的流变性方程：

[0090] K为稠度系数，

[0091]

[0092] 为管壁剪切率，其值可由式(16)求得。

[0093] 非牛顿流体的表观粘度由式(19)得到：

[0094]

[0095] 这样，测出一组 从而确定一组τw～8V/d0。对于幂律流体，通过一系列的τw～8V/d0回归可以得到流体的特性指数n，通过式(18)求得流体的稠度系数，从而得到幂律流体的流变方程。对于一般性非牛顿流体，则通过一系列的τw～8V/d0回归可以得到流体的特性指数n'，再由式(15)求得管壁处剪切率 然后做出 的关系曲线，即流体的流变曲线，从而判断流体的流变类型，通过选择适当的流变方程，对实验数据进行拟合，确定流变参数。

[0096] 旋转环管模拟装置标定：

[0097] 为保证旋转环管模拟装置数据的可信度，将使用0.2％HPAM溶液由已标定的粘度计标定装置。0.2％HPAM溶液制备时，将HPAM逐渐缓慢加入正在搅拌的蒸馏水中；使HPAM搅拌分散开且均匀，每次烧杯内蒸馏水总量在1.5L以内。设定搅拌桨600r/min转速，在常温下搅拌20h，直到溶液中无肉眼可见的小颗粒，说明溶解充分。若使用溶液前距制备超过半天，必须用玻璃棒再次搅拌3min。

[0098] 标准粘度测量仪器：储运实验室HAAKE-VT550同轴圆筒粘度计。

[0099] 表1管输装置与粘度计的测量结果对比

[0100]

[0101] 注1)实验条件：水浴温度20℃，剪切率设定0～100s-1和100s-1～0。

[0102] 如表1所示，在剪切率43.5～86.2s-1时，管输装置与粘度计的测量结果相对误差在5％以内；在剪切率30～40s-1附近时，两者的测量结果误差在10％以内；在剪切率小于30s-1以下时，两者的相对误差较大，说明在剪切率较高的情况下，装置的准确度良好，随着剪切率的减小，电动机的运行功率远离额定范围，造成相对误差的增大。从总体上看，管输装置在一定范围内可以进行管流模拟并测出与实际接近的粘度数据。

[0103] 此外，本发明实施例中环管上有两个温度传感器，考虑其标定时，在相同的位置同时用德国IKA公司的电子温度计测量温度。当电子温度计的显示为5.7℃时，环管环境温度传感器显示6.3℃、固定环管上温度传感器显示5.5℃，误差在1℃以内，说明温度控制在允许的范围内。

[0104] 本发明的流变特性测定装置还包括过泵剪切模拟系统，使得本发明的装置即可测定流变特性，同时也可以进行油样的过泵模拟剪切。

[0105] 过泵模拟剪切系统在环管停转状态下利用小型离心泵把管内原油抽到一个固定在环管上的储油罐内，然后再注回环管，由此完成一次油样过泵模拟剪切。原油在现场情况离心泵内流动的剪切率可达到104s-1的数量级，设计过泵模拟装置时，为获得较高剪切率，采用了小型离心泵，在模拟过泵实验中最高剪切率为5000s-1，和实际工况较为接近。

[0106] 环管系统的离心泵对实际工况进行过泵剪切模拟，也遵循能量耗散相等的原则。由于对于特定温度、特定油样的过泵剪切率是一定的，即在特定情况下，原油一次过泵的能量耗散是一定的。而现场过泵剪切率较大，从而能量耗散也比较大，所以在模拟时要根据实际情况增加过泵的次数，使油样的能量耗散与现场油样的能量耗散相等，达到定量模拟的目的。

[0107] 在忽略泵体散热的情况下，流体过泵温升实际上包括等熵压缩温升与泵内流动粘性耗散导致的温升。对于本装置所使用的小型离心泵，扬程小，泵的排出压力不高，可以忽略压缩功对流体内能增量的贡献，所以通过测量油样过泵的温升和过泵时间就可以计算出油样过泵的能量耗散，与现场实际的数据进行比较，确定模拟过泵的次数。利用多次过小型泵来完成对现场大型泵的剪切模拟。

[0108] 1、装置设计方案：

[0109] 为了添加过泵剪切模拟装置，将离心泵和储油罐固定在环管上，储油罐一端通过小型离心泵与环管相连接，另一端直接与环管相连接，在两个连接处都有电动阀门控制连通与闭合。与离心泵的接口为抽油孔，另一接口为回流孔。本实施例中储油罐以一定的角度固定在环管上，即为满足油样的过泵及回流模拟，抽油口和回流口之间应该满足一定的关系，才能顺利的完成过泵和回流这两个过程，理论上，当抽油口位于最低点时，回流口在位于环管第二象限上都能满足过泵和回流的要求，但是考虑到储油罐内原油回流时，原油都有一定的粘性，会附着在储油罐的内壁上，储油罐倾斜角度应该尽量大，使样品油较好的回流到环管内，所以，回流口应该位于环管的该第三象限尽量靠近Y轴的位置，这样就能保证回流时储油罐倾斜角度最大，回流达到最好的效果。因为当油罐垂直于X轴时，离心泵可能会出现抽空气现象油，因此罐不垂直于X轴。

[0110] 需要进行过泵模拟时，转动环管，使抽油孔位于最低点，启动离心泵即可使原油过泵，进入到储油罐中；之后将环管转过一定的角度，利用原油的重力作用使原油回流到环管中，准备进行下一次模拟。

[0111] ①抽油过泵过程：

[0112] 如图3所示，为过泵过程示意图，此时抽油孔位于最低点，通过软质导管和离心泵(磁力泵)联接起来，两者之间的连通用电动阀控制，在做管流模拟时电动阀是关闭的，所以对管流模拟没有影响。由于管流模拟时原油是密封在环管内的，从抽油孔出来过泵需要克服大气压力，所以在过泵时需要将抽油孔与回流孔的电动阀同时打开，实现储油罐与环管内的完全连通，消除大气压影响，原油可顺利泵入储油罐。同理，原油回流时，也需要将两处电动阀同时打开，实现回流过程。抽油孔与回流孔相互利用，为原油的过泵过程与回流过程提供了条件。

[0113] 选择在此位置过泵是因为此时离心泵的吸入点位于环管的最低点，由于环管内液体水平面较泵吸入点高，此时是正压进泵，有利于离心泵将所有管内原油抽干净，使所有油样经历过泵剪切，避免没有过泵的残余油对模拟实验产生影响。

[0114] 随着离心泵将环管内的原油抽到储油罐内，储油罐内原油的液面将不断上升，同时环管内的液体液面将不断下降，在某一时刻后环管内的液面将最终低于储油罐内液体的液面。此时泵吸入口压力低于输出端压力，势必会造成一些液体的回流，有可能造成某些油样的重复过泵剪切。为解决这一问题，本发明实施例中在离心泵和储油罐之间加了一个液体单向阀门，由于单向阀门的存在，液体只能进入到储油罐中而不会倒流回环管内。至此原油完成了过泵、进入储油罐的过程。

[0115] ②原油回流过程：

[0116] 如图4所示，为原油回流过程示意图，当原油回流时，需将环管转动一定的角度，回流孔的开口处位于以圆环轴心为圆心的坐标的X轴的正方向，这样，储油罐整体位于X轴上方，这时候打开电动阀，通过重力作用，储油罐中的原油经过回流口回到环管中，然后关闭电动阀，同时，为下一步管流模拟做好准备。

[0117] 本发明实施例中，在回流口与储油罐之间也安装了电动阀门，在管流模拟过程中，该电动阀和抽油口的电动阀均关闭，使储罐与环管隔离开来，不影响管流模拟，回流时打开，当原油全部回流到环管内后，再关闭阀门，为下一次管流模拟做好准备。

[0118] ③供电方案：

[0119] 过泵剪切方案将离心泵和电动阀门固定在环管上，由于管流模拟时环管不停地转动，如果使用有线供电，供电线将无法连接，否则在管流模拟的过程中将造成电线与轴之间的缠绕，最终导致实验无法进行，并且在管流模拟的整个过程中，温控箱将对环管所处的环境，进行温控，按照预先设定的程序控制温度，相当于一个空气浴，在此过程中，温度场不能发生变化，即温控箱内不能与外界空气流通，所以无法直接对环管上的电动设备进行手动接通或断电，这样有线供电的方案就行不通了。

[0120] 本发明实施例通过在温控箱上嵌入一个可穿过温控箱壁的伸缩插头，伸缩插头在外部与电源相连接，通过伸缩插头与将电源引入，并配合继电器在需要过泵或回流时将引入的电源提供到电动阀门，以控制电动阀门的开闭。

[0121] 本实施例中的具体做法是，在温控箱上面钻一个小孔(直径约1cm左右)，用材料固定好，用一个略小于孔径的插头(中空，内有电线与外界电源连接)穿过该孔给环管上的设备供电。由于开孔较小并且中间有插头填充，接近密封状态，以对温度场影响较小，可以忽略不计。

[0122] 本发明该实施例通过继电器和电源插头配合使用，电源插头前端是电源线接出的两个接触片，插入后与电动阀引出的接触片接触并连通，有效的给离心泵供电，并且通过按扭可以控制电动阀的打开与闭合，完成过泵模拟任务，图5所示为电源插头插入插孔的示意图。

[0123] 环管转动时，固定在环管上的离心泵和电动阀不工作，只有进行过泵模拟抽油与回流的两个过程时需要供电，由于此时环管是固定不动的，可将环管上电路汇集接出，在抽油时的位置和回流时的位置分别接出到靠近温控箱接入电源插头的地方，与插头连通实现对设备的供电。

[0124] 环管需要从抽油位置转动到回流位置时，电源无法接通，无法使用电机带动环管转动，为实现这一过程，可从温控箱外使用手动转动电机后轴转换位置，达到使原油回流的目的。

[0125] 另外，抽油过程和回流过程势必会造成整个系统的质量分布发生变化，从而引起相对于电机轴的力矩不平衡，而插板电路的使用除了解决供电问题外，还可以在这两个过程起到固定环管，不使其因为力矩发生变化而发生转动的作用，有助于实验的顺利进行，是一个一举两得的方法。

[0126] 该模拟系统进行过泵模拟时，原油抽出后不能直接回到环管中，需要先中转储存到储油罐，从而使原油能够经历过泵剪切，之后再回流到环管中继续进行管流模拟。由于储油罐也在温控箱之内，所以要能承受一定的高温，并且重量要尽量轻，以便安装，因此，本发明实施例中对储油罐的选择参考如下参数：

[0127] 1、材料：

[0128] 经过对一些材料的对比和实验，最终选用ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)工程塑料作为储油罐的制作材料，该材料具有能承受较高温度，综合性能较好，冲击强度较高，该材料为高分子聚合物，化学性能稳定，绝缘性能良好，软化点大于90℃，并且比重轻，1.06g/cm3。ABS工程塑料具有制品具有光泽的外表，吸水率低，能尽量避免原油附着在储油罐的表面，能够很好的满足实验需要。

[0129] 2、形状：

[0130] 在环管上添加了离心泵和储油罐后必然导致整个系统的力矩不平衡，所以要给整个系统加配重块使整个系统相对于电机轴力矩平衡。考虑到整个环管和电机输出轴的载荷有限，所以，负荷和配重都应该尽量小，以利于整个系统的平稳运转。环管是由四根拉筋均匀固定的，如果储油罐安放不合适将不利于环管的稳定。此外还要考虑到安装时储油罐应位于抽油孔和回流孔之间，尽量便于安装。

[0131] 根据以上要求，最终确定储油罐形状为一长0.7m，外径75mm，内径65mm的圆柱形罐。储油罐的容积是2.3L，环管内容积的一半是1.9L，这样的一个设计首先从容量上满足了原油过泵进入到储油罐的要求。其次，设计成这样的长圆柱型安装时可以最大的减少配重块的重量。图6所示，在安装的时候储油罐701与固定环管的两根拉筋702相交，如通过卡箍拉筋固定在一起，在分散力矩分布的同时，还起到了对整个环管系统的稳定作用。储油罐与拉筋相交固定安装后，两个端口分别接近抽油口和回流口，使用软管与抽油口和回流口软连接，这样，既有利于安装，也可以在运转过程中避免由于相对移动造成的对密封连接的破坏。

[0132] 由于经常对不同的原油进行测量，所以要经常的更换油样。储油罐除了在原油过泵时起储存缓冲的作用外，还可以起到更换测量油样的作用。在没有添加过泵装置和储油罐之前，更换环管内原油需要将卸油阀(原来安装在环管上的一个阀门)置于最低点，打开阀门将管内原油流出，然后将环管对接处卸开，将需要测量的油样从对接处倒入管中，完成一次换油。

[0133] 在安装了储油罐后，使得这一过程变的简单容易。在储油罐底部(系统在抽油相位时)安装了一个手动球阀，该球阀为长开，如果需要更换油样，将原油抽入到储油罐内后手动旋转球阀，将储油罐与环管的连接游壬卸开即可将储油罐卸下即可实现更换油样的功能，同样，需要对环管内壁进行清洗时也可以进行同样操作。

[0134] 离心泵的选择：

[0135] 在整个模拟系统中，离心泵是整个装置的核心部分，离心泵的安装以及供电对实验的结果都有着直接的影响，本装置中使用的离心泵是MP-15R磁力离心泵。

[0136] 该离心泵使用无轴密封设计，泵体完全密封，在泵输过程中不会引起液体的泄露，适合于对原油的实验。并且能够实现较高的剪切率，比较接近实际原油输送中所经历的过泵剪切。

[0137] 磁力驱动离心泵(简称磁力泵)，通常有电动机、磁力偶合器和耐腐蚀离心泵体组成。其主要特点是利用磁力偶合器传递动力，完全无泄露。当电动机带动磁力偶合器的外磁缸旋转时，磁力线穿过间隙和隔离套，作用于泵轴上的内磁缸，使泵转子与电动机同步旋转，无机械接触地传递扭矩。在泵轴的动力输入端，由于液体被封闭在静止的隔离套内，没有动密封，因而完全无泄露。主要材质使用CFRPP材料，有很好的耐腐蚀性和耐用性，适合于长时间进行模拟实验。

[0138] ①离心泵的固定：

[0139] 离心泵使用卡子直接固定在环管上，卡子与环管之间填充有缓冲材料，防止离心泵工作时震动对环管造成损坏。

[0140] 同样考虑到震动引起的问题，离心泵的吸入口端直接固定在环管抽油孔附近，用软管与抽油口连接，防止由于泵工作引起的轻微震动而影响密封连接。

[0141] ②防回流装置：

[0142] 离心泵的排除口安装了一个单相阀门，该止回阀防止在抽油过程中储油罐液面不断升高而引起的原油回流，从而引起过泵不完全和重复剪切。

[0143] ③MP-15R离心泵的性能参数：

[0144] 出口内径：16mm；

[0145] 入口内径：16mm；

[0146] 最大流量：17L/min；

[0147] 最高扬程：2.7m；

[0148] 额定流量：8L/min；

[0149] 额定扬程：1.5m；

[0150] 输出功率：25W；

[0151] 泵腔容积：20mL。

[0152] 本发明实施例提供的旋转环管模拟装置利用两液端液位差确定流体的流变性参数，解决了转轮流动模拟器的流体粘壁问题，同时，可以在模拟实际管道流动过程中完成实时测量，进行过泵、回流模拟测试，为模拟管道内流体流动和实时测量提供了一种新的手段。

[0153] 本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。