一种闭环式多相混合流体模拟测试装置技术领域
本发明涉及工业多相混合流体模拟检测的领域，特别是涉及一种闭环式多相混合
流体模拟测试装置。
背景技术
多相流现象广泛存在于自然界和生产生活中，对多相流动机理认识的加深能有效
促进和推动国民经济的发展。对多相流的研究主要分为理论研究与实验研究，二者都离不
开多相流模拟检测系统的支持。
多相流在石油工业中更是一个重要的研究课题，油井开采出来的原油主要是由工
业气体，液体水，油等组成的混合物，由于油井所处的地质条件的不同，所开采的原油所含
油气水的比例也不同，并且，油井口的出油压力也不同。在石油工业生产中，检测油气水的
混合比例从而测量率油井的出油率是一项复杂的检测工序。目前国内都采用开环式多相混
合流体模拟检测系统来模拟工业原油油气水的混合比，由于开环式系统是在常压下实验，
也不能的模拟油井出口的压力变化，一般检测误差偏离幅度比较大。
因此，现有的开环式多相混合流体模拟检测系统由于不能模拟压力变化而导致检
测误差偏离幅度较大。
发明内容
本发明提供一种闭环式多相混合流体模拟测试装置，能够解决现有技术存在的测
试装置由于不能模拟压力变化而导致多相流体测试的局限性。通过采用装置整体闭环设
计，实现系统的整体压力恒定及稳定。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种闭环式多相混合
流体模拟测试装置，所述测试装置包括循环压缩机、多相流测量管段和气相控制单元、水相
控制单元、油相控制单元中三相控制单元的任意两相或三相，所述循环压缩机与所述气相
控制单元、所述水相控制单元以及所述油相控制单元三相中的任意两相或三相连通组成闭
环回路，所述多相流测试管段跨设于所述气相控制单元、所述水相控制单元以及所述油相
控制单元三相中的任意两相或三相之间，用于对两相或两相以上混合流体进行模拟。
其中，所述测试装置包括气相控制单元、水相控制单元以及油相控制单元，其中，
所述水相控制单元和所述油相控制单元的一端分别与油水分离罐连接，另一端与所述气相
控制单元连接，所述油水分离罐设于所述循环压缩机与所述水相控制单元以及所述油相控
制单元之间。
其中，所述气相控制单元包括空气罐以及与所述空气罐连接的一条或多条气相控
制管路，每一气相控制管路上分别设有控制阀门以及流量计。
其中，所述气相控制单元还包括干燥器，所述干燥器串联设于所述空气罐与所述
气相控制管路之间。
其中，所述水相控制单元包括水泵以及与所述水泵连接的水相控制管路，每一水
相控制管路上分别设有控制阀门以及流量计。
其中，所述油相控制单元包括油泵以及与所述油泵连接的油相控制管路，每一油
相控制管路上分别设有控制阀门以及流量计。
其中，所述测试装置还包括冷却水箱，所述冷却水箱通过冷却水泵与所述循环压
缩机连通，用于对所述循环压缩机进行水冷却。
其中，所述气相控制单元、所述水相控制单元以及所述油相控制单元的控制管路
上分别设置多个控制阀门，所述控制阀门可以为电磁阀、截止阀或者球阀。
其中，所述测试装置进一步包括压差流量调节阀组，所述压差流量调节阀组的一
端连接于所述干燥器与所述空气罐之间，另一端连接于所述循环压缩机与所述油水分离罐
之间。
其中，所述干燥器与所述空气罐和/或所述气相控制管路之间设有流量计。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的优点在于，本系统通过闭
环式恒压设计，系统在设定压力下工作，系统的每一个点的压力稳定，不需要中断实验进行
补气，可循环不间断工作，更接近实际工况，解决开环式实验系统压力不稳的重大缺陷，能
接近真实的模拟原油生产过程中油气水多相流体的混合状况及其与压力、压差的变化的关
系，为研究及开发多相流测量设备及学术研究提供必要的物理实验条件。此外，本发明采取
压差式流量控制组精确的调节所需的流体流量，大大提高测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
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。
图1是本发明闭环式多相混合流体模拟测试装置一优选实施方式的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施
例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部
分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所
有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1是本发明闭环式多相混合流体模拟测试装置一优选实施方式的示
意图。该测试装置包括但不限于循环压缩机1、多相流测量管段2和气相控制单元3、水相控
制单元4以及油相控制单元5。
该循环压缩机1与气相控制单元3、水相控制单元4以及油相控制单元5连通组成闭
环回路，多相流测量管段2跨设于气相控制单元3、水相控制单元4以及油相控制单元5之间，
用于对系统中混合流体进行模拟检测。
其中，水相控制单元4和油相控制单元5的一端分别与油水分离罐6连接，具体为水
相控制单元4与油水分离罐6的底部连接，而油相控制单元5则与油水分离罐6的中部连接，
因为水的密度较大，会在油水分离罐6中油水混合液的底部。
水相控制单元4和油相控制单元5的另一端与气相控制单元3连接，而油水分离罐6
设于循环压缩机1与水相控制单元4以及油相控制单元5之间。
气相控制单元3包括空气罐7以及与空气罐7连接的气相控制管路，在本实施例中
为3条气相控制管路，当然，在其他实施例中，还可以为一条、两条或者多条气相控制管路。
每一气相控制管路上分别设有控制阀门9以及流量计8，因而可以调节控制管路中气体流
量。优选地，气相控制单元3还包括干燥器10，该干燥器10串联设于空气罐7与气相控制管路
之间，干燥器10可去除气相控制管路中的水分，提高参考测量值的准确性。
水相控制单元4包括水泵11以及与水泵连接的水相控制管路，每一水相控制管路
上分别设有控制阀门12以及流量计13。
油相控制单元5包括油泵14以及与油泵14连接的油相控制管路，每一油相控制管
路上分别设有控制阀门15以及流量计16。通过水相控制管路及油相控制管路中的控制阀
门，可精确调节控制管路中水相及油相介质的流量。在本实施例中只示意出了两条油相控
制管路和水相控制管路的情况，本领域技术人员可以根据实际需要增减油相控制管路和水
相控制管路的数量以及相对应设置的控制阀门和流量计。
进一步优选地，还测试装置还包括冷却水箱17，冷却水箱17通过冷却水泵18与循
环压缩机1连通，用于对循环压缩机1进行水冷却，冷却水箱17能够维持循环压缩机工作温
度，防止过热，保证循环压缩机的正常运转。
该气相控制单元3、水相控制单元4以及油相控制单元5的控制管路上分别设置多
个控制阀门，而控制阀门的类型可以为电磁阀、截止阀或者球阀等，在本领域技术人员的理
解范围内，此处不再一一列举。
优选地，该测试装置还可以包括压差流量调节阀组19，该压差流量调节阀组19的
一端连接于干燥器10与空气罐7之间，另一端连接于循环压缩机1与油水分离罐6之间。用于
调节空气罐7与油水分离罐6之间(或者说是系统)的压力。
干燥器10与空气罐7相连接。
另外，空气罐7上还可以连接有辅助空气罐71，辅助空气罐71与空气罐7之间通过
阀门(图中未标示)连接，辅助空气罐71用于保证空气罐7具有充足的空气。
举例而言，在使用本发明实施例中的闭环式多相混合流体模拟测试装置时，通过
压差流量调节阀组19可以将系统压力任意设定在0～1.6mpa之间。然后分别开启油泵14，通
过油相管路及阀组15，调节油相介质的流量。开启水泵11，通过水相管路及阀组12，调节水
相介质的流量，再开启循环调节压缩机1，通过气相管路及控制阀组9，同时通过改变循环压
缩机1的转速以及调节压差流量调节阀组19联动来调节气相流量及流速从而达到实验所设
定的油气水比例，最终油气水混合流体通过管路进入多相流测量管段2，完成实验检测目
的。
综上所述，本发明可以接近真实的模拟原油生产过程中油气水多相流体的混合状
况及其与压力变化的关系，为研究及开发多相流测量设备及学术研究提供必要的物理实验
条件。同时本系统通过闭环式恒压设计，解决开环式实验系统压力不稳的重大缺陷，并且采
取压差式流量控制组精确的调节所需的流体流量，更接近实际工况。
需要说明的是，本发明实施例中只给出了三相混合流体的实施例情况，在其他实
施例中，本领以技术人员在本实施例的原理之上，还可以设置为水相、气相、油相任意两相
混合或者与其他相混合的三相以上的情况。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本
发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。