本发明是一种测量不同条件对水环输送重油影响的装置及控制方法，具体涉及一种为实现不同条件下水环输送重油稳定性影响而提出的测量装置及控制方法，属于管道输送测量。
背景技术：
1、当前，运用管道技术输送原油是当今时代的主流。管道运输的优越性是其他运输不可比拟的，在通过管道运输重油时，由于重油黏度大、流动性差，采用传统管道输送时能耗高、经济性差，给重油集输带来极大挑战。为降低重油输送能耗，目前常用输送方法包括加热输送、添加低黏度烯烃、油品改质等。但上述方法多因成本高或添加剂用量大，难以显著降低重油输送成本。因此，有必要研究一种新的输送技术来进行重油输送，提高输送效率的同时又能减少能耗。
2、水环输送技术是以水包裹重油形成环心流运输体系，通过避免重油与壁面接触，能够降低重油输送过程中的能耗，可以作为减少重油输送阻力的有效方法。但由于油水间密度差异大，在水平管道输送时，受重力作用水环经一段输送距离后会失稳下落，从最开始环形流动逐渐转变为偏心环流动，从而导致上壁面与油品接触，影响水环重油输送技术的减阻效果。因此，提高水环稳定性对增强水环输送重油技术适用性十分重要。
3、现有提高水环稳定性的研究多从管道内流体流动方式优化进行探讨，但依据水环失稳现象发生机制可知，由于密度差的存在，流动方式改进只能相对延缓水环失稳现象。而如果管道壁面能有效抑留水环，于壁面形成水膜，可使水环不会因自身重力和重油冲刷快速流失，从而保证重油流股上方长时间维持水环，隔绝重油与管壁的接触。在此条件下，通过稳定水环的存在，将高黏度重油与管道壁面间的直接阻力损耗转化为管壁与水、水与重油的相对运动，以水环为润滑，应能有效减小重油输送阻力。
4、公开号为cn107764981a的发明专利公开了一种油水环状流生成及持液率测量可视化装置及方法，该装置可以在油水两相循环输送过程中，利用水环发生器装置形成水环在外，稠油在中心的油水环状流，然后基于水环发生器装置后端设置的截面持液率测量装置，通过阀门的切换控制，油水体积的测量以及公式计算，得到油水两相流的持液率参数。但我们知道，持液率是指在水气两相流动过程中，液相的过流断面面积占总过流面积的比例，而在水环输送过程中，油水环状流的持液率参数并不能有效反映水环输送的稳定性，另外，由于测量持液率参数的截面持液率测量装置设置在观测管道的后端，无法准确获得观测管道中当前油水环状流的持液率参数，同时，在测量持液率参数时，还需要对阀门切换后再进行取样测量，不仅存在测量操作复杂，采用人工操作时还可能对测量结果的精度造成影响。
技术实现思路
1、本发明旨在提供一种测量不同条件对水环输送重油影响的装置及控制方法，适用于水环输送重油过程中，测量流入管道内不同油水配比对水环输送重油的影响，以及不同流速的重油和水对水环输送重油的影响，能够快速且准确的解决水环输送重油的稳定性问题，并为水环输送技术的现场实际运用提供理论支撑。
2、本发明通过下述技术方案实现：一种测量不同条件对水环输送重油影响的装置，包括测量管道、油相循环管路、水相循环管路以及监测控制器，
3、所述测量管道水平设置且采用透明材料制作而成，测量管道设有水环发生器，测量管道的混合物出口连接气液分离器；
4、所述油相循环管路包括依次连接的重油储罐、齿轮泵、第一液体流量计、测量管道和气液分离器，测量管道的重油进口连接第一液体流量计，气液分离器的出油口连接重油储罐；
5、所述水相循环管路包括依次连接的储水罐、水泵、第二液体流量计、测量管道和气液分离器，测量管道上水环发生器的进水口连接第二液体流量计，气液分离器的出水口连接储水罐；
6、测量管道的内壁设至少一个压力传感器，压力传感器、齿轮泵、第一液体流量计、水泵和第二液体流量计分别与监测控制器实现信号连接。
7、所述油相循环管路还包括依次设于第一液体流量计和测量管道的重油进口之间的第一压力表和第一球阀，以及设于气液分离器的出油口和重油储罐之间的第二球阀，所述第一压力表、第一球阀和第二球阀分别与监测控制器实现信号连接。
8、所述水环发生器上对称设置有第一进水口和第二进水口，第一进水口和第二进水口分别通过管路连接第二液体流量计，所述水相循环管路还包括设于第一进水口和第二液体流量计之间管路上的第三球阀，设于第二进水口和第二液体流量计之间管路上的第四球阀，以及设于气液分离器的出水口和储水罐之间的第五球阀，所述第三球阀、第四球阀和第五球阀分别与监测控制器实现信号连接。
9、所述水相循环管路还包括设于第三球阀所在管路上的第二压力表，以及设于第四球阀所在管路上的第三压力表，所述第二压力表和第三压力表分别与监测控制器实现信号连接。
10、所述测量管道的混合物出口与气液分离器之间设第六球阀，所述第六球阀与监测控制器实现信号连接。
11、所述测量管道的内壁设第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器对应设于水环发生器的终端位置，第二压力传感器对应设于测量管道的出口位置。
12、一种测量不同条件对水环输送重油影响的装置的控制方法，采用上述的装置，至少进行以下测量过程：
13、s1.在油相循环管路和水相循环管路中分别通入重油和水，重油和水经水环发生器形成水环输送后，再经气液分离器分离后分别形成回路；
14、s2.利用监测控制器分别控制齿轮泵和水泵的排量，记录在齿轮泵排量不变同时水泵排量变化时，第一液体流量计和第二液体流量计的流量数据，并对测量管道内的水环失效距离进行测量，由此获得不同油水流速配比与水环失效距离的关系曲线；
15、s3.利用监测控制器分别控制齿轮泵和水泵的排量，记录不同齿轮泵和水泵排量下，第一液体流量计和第二液体流量计的流量数据，并对测量管道内的水环失效距离进行测量，由此获得不同油水流速与水环失效距离的关系曲线。
16、本发明所述水环失效距离是指测量管道内经过水环发生器后水和重油形成水环输送至水环输送失效的距离，由于测量装置为透明材料（如亚克力或玻璃等）制作而成，可以采用卷尺测量即得水环失效距离。
17、所述s1的步骤中，利用测量管道内的记录仪对测量过程中的流相变化时间进行记录并上传至监测控制器中。
18、所述s2的步骤中，利用监测控制器控制齿轮泵排量不变的情况下调节水泵排量，使第一液体流量计和第二液体流量计上显示的流速配比依次为1∶0.75、1∶1、1∶1.25、1∶2、1∶3、1∶4，利用不同油水流速配比与水环失效距离的关系曲线，获得水环输送的最佳油水流速配比。
19、所述s3的步骤中，利用监测控制器按最佳油水流速配比分别调节齿轮泵和水泵的排量， 利用不同油水流速与水环失效距离的关系曲线，获得水环输送的最佳重油流速和进水流速。
20、本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
21、（1）本发明结构简单，利用水相输油管路、油相输油管路及其管路结构中各种设备的配合，能准确的模拟出实际工况下发生水环输送的整个过程，并对水和重油进行重复循环使用，节约资源。
22、（2）本发明采用监测控制器可以在模拟水环输送工况时，实现不同齿轮泵和水泵排量的调节，并对水环发生器的进水流量和进入测量管道内的重油流量进行记录，从而可以获得不同油水流速配比与水环失效距离的关系曲线，以及不同油水流速与水环失效距离的关系曲线，并为现场进行水环输送重油提供具体指导。
23、（3）本发明在测量过程中，首先，通过控制齿轮泵排量不变时调节水泵排量，获得不同油水流速配比与水环失效距离的关系曲线，然后根据该关系曲线即可获得水环输送的最佳油水流速配比；其次，再基于该最佳油水流速配比，等比例地调节齿轮泵和水泵排量，从而获得不同油水流速与水环失效距离的关系曲线，最终根据该关系曲线，即可确定水环输送的最佳重油流速和进水流速，为现场水环输送重油的稳定性提供理论依据。
24、（4）本发明通过在测量管道内设置第一压力传感器、第二压力传感器以及记录仪，结合监测控制器，可实现对整个测量过程的实时监测，确保了测量的准确性，其中，压力传感器可用于测量并监测测量管道内的压力变化情况，用于对测量过程中水和重油发生水环前后的压力进行对比；记录仪用于记录水环发生器产生水环后，由水环输送重油到水环失效的时间，即用于记录测量管道内相关流相变化的时间，从而进一步对整个测量过程实现监控。
25、（5）本发明分别在水相输油管路和油相输油管路中设置压力表，能够实现管路中水和重油的压力监测，确保测量过程中压力保持在相对稳定的状态，避免压力出现波动而对测量精度造成影响，同时，也可根据压力情况，选择在压力平稳状态再进行测量。
26、综上所述，本发明不仅提供了一种专用于模拟水环输送重油工况的测量装置，还提供了利用该测量装置如何快速且准确地获得不同油水流速配比与水环失效距离的关系曲线，以及不同油水流速与水环失效距离的关系曲线，由此可解决水环输送重油的稳定性问题，并为水环输送技术的现场实际运用提供理论支撑。
1.一种测量不同条件对水环输送重油影响的装置，其特征在于：包括测量管道（1）、油相循环管路、水相循环管路以及监测控制器（12），
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述油相循环管路还包括依次设于第一液体流量计（15）和测量管道（1）的重油进口（2）之间的第一压力表（19）和第一球阀（22），以及设于气液分离器（9）的出油口（10）和重油储罐（13）之间的第二球阀（23），所述第一压力表（19）、第一球阀（22）和第二球阀（23）分别与监测控制器（12）实现信号连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述水环发生器（4）上对称设置有第一进水口（6）和第二进水口（7），第一进水口（6）和第二进水口（7）分别通过管路连接第二液体流量计（18），所述水相循环管路还包括设于第一进水口（6）和第二液体流量计（18）之间管路上的第三球阀（24），设于第二进水口（7）和第二液体流量计（18）之间管路上的第四球阀（25），以及设于气液分离器（9）的出水口（11）和储水罐（16）之间的第五球阀（26），所述第三球阀（24）、第四球阀（25）和第五球阀（26）分别与监测控制器（12）实现信号连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述水相循环管路还包括设于第三球阀（24）所在管路上的第二压力表（20），以及设于第四球阀（25）所在管路上的第三压力表（21），所述第二压力表（20）和第三压力表（21）分别与监测控制器（12）实现信号连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述测量管道（1）的混合物出口（3）与气液分离器（9）之间设第六球阀（27），所述第六球阀（27）与监测控制器（12）实现信号连接。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述测量管道（1）的内壁设第一压力传感器（28）和第二压力传感器（29），第一压力传感器（28）对应设于水环发生器（4）的终端位置，第二压力传感器（29）对应设于测量管道（1）的出口位置。
7.一种测量不同条件对水环输送重油影响的装置的控制方法，其特征在于：采用权利要求1~6任一项所述的装置，至少进行以下测量过程：
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述s1的步骤中，利用测量管道（1）内的记录仪（30）对测量过程中的流相变化时间进行记录并上传至监测控制器（12）中。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述s2的步骤中，利用监测控制器（12）控制齿轮泵（14）排量不变的情况下调节水泵（17）排量，使第一液体流量计（15）和第二液体流量计（18）上显示的流速配比依次为1∶0.75、1∶1、1∶1.25、1∶2、1∶3、1∶4，利用不同油水流速配比与水环失效距离的关系曲线，获得水环输送的最佳油水流速配比。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：所述s3的步骤中，利用监测控制器（12）按最佳油水流速配比分别调节齿轮泵（14）和水泵（17）的排量， 利用不同油水流速与水环失效距离的关系曲线，获得水环输送的最佳重油流速和进水流速。
