(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210520656.0 (22)申请日 2022.05.12 (71)申请人 大连海事大学 地址 116026 辽宁省大连市高新园区凌海 路1号 (72)发明人 李文华　李光钊　周庆　岳英杰　 乔卫亮　陈海泉　韩凤翚　周性坤　 林珊颖　孙玉清　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 吴婷婷　李洪福 (51)Int.Cl. G01M 10/00(2006.01) G01C 11/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种海底跨接管油气水三相流实验系统及 方法 (57)摘要 本发明提供一种海底跨接管油气水三相流 实验系统及方法。 实验系统包括： 三相流实验装 置和上位机； 所述三相流实验装置上部署有工作 节点和数据采集装置， 所述工作节 点包括传感器 节点、 图像采集节点以及执行节点， 数据采集装 置将由传感器节点和图像采集节点采集的数据 信息发送至上位机， 上位机向所述执行节点发送 控制指令； 所述上位机一方面对三相流实验装置 产生的实验 数据进行保存， 另一方面基于搭载的 人机交互应用提供查询服务以及操作服务。 本发 明能够得到在模拟海底洋流下管内不同气液比、 不同压力、 不同管径对海底跨接管多相流流动 及 诱发振动实验的影 响， 从而为管道 安全提供技术 支持。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 114993611 A 2022.09.02 CN 114993611 A 1.一种海底跨接管油气水三相流实验系统， 其特 征在于， 包括： 三相流实验装置， 所述三相流实验装置上部署有工作节点和数据采集装置， 所述工作 节点包括传感器节点、 图像采集节点以及执行节点， 数据采集装置将由传感器节点和图像 采集节点采集的数据信息发送至上位机， 上位机向所述执 行节点发送控制指令， 所述三相流实验装置主要包括： 空气供给单元、 油液供给单元、 水供给单元、 模拟海底 洋流比例水池系统、 混合管路、 实验管路、 参 考管路以及三相分离器， 所述空气供给单元、 油液供给单元以及水供给单元分别输送 空气、 油液和水， 三相流体 在混合管路中混合之后进入实验管路和参考管路， 图像采集节点投过实验 管路上设置的透 明窗对管路中的三相流体进行图像提取， 三相流体流出实验管路和参考管路后进入三相分 离器， 所述三相分离器的空气出口与大气连通， 油液出口通过油泵装置与混合管路连通， 水 出口通过 水泵装置与混合管路连通， 所述模拟海底洋流比例水池系统包括水池、 稳流装置、 造流泵和进/出水系统， 所述实 验管路和参考管路浸入水池内的液体中， 所述造流泵用于驱动液体对所述实验管路和参考 管路产生垂直于管路内部流体流向的液流， 在所述造流泵后接稳流装置， 所述稳流装置包 括至少一层整流网， 所述实验管路为包括上升段、 下降段以及水平段的跨接管， 且上升段、 下降段以及水平 段之间通过弯管 连接， 所述透明窗设置在上升段、 下降段以及水平段中的至少一个上； 所述实验系统还包括上位机， 所述上位机一方面对三相流实验装置产生的实验数据进 行保存， 另一方面基于搭 载的人机交 互应用提供查询服 务以及操作服 务。 2.根据权利要求1所述的一种 海底跨接管油气水三相流实验系统， 其特征在于， 所述实 验管路为M型跨接管， 所述M型跨接管包括两个上升段、 两个下降段以及三个水平段。 3.根据权利要求1所述的一种 海底跨接管油气水三相流实验系统， 其特征在于， 所述传 感器节点用于采集三相流实验装置管路中各关键位置的压强数据、 温度数据、 流量数据以 及振动数据； 所述关键位置包括管路弯道前后位置、 阀门元件 前后位置、 三相分离器前后位 置以及泵结构前后位置 。 4.根据权利要求1所述的一种 海底跨接管油气水三相流实验系统， 其特征在于， 所述执 行节点用于控制三相流实验 装置管路中各阀结构的开关程度以及泵结构的启停。 5.根据权利要求4所述的一种 海底跨接管油气水三相流实验系统， 其特征在于， 所述上 位机上基于PID控制算法控制管路中各相流体的流量， 用以精确模拟海底跨接管管内油气 水三相流的流动参数， 包括不同气液比条件、 不同气液速度条件、 不同压力条件以及不同管 径条件。 6.根据权利要求1所述的一种 海底跨接管油气水三相流实验系统， 其特征在于， 所述工 作节点还 包括用于获取跨接管截面 流型的层析成像仪器； 相应的， 所述上位机通过调用层析成像工具审查层析成像数据。 7.根据权利要求1所述的一种 海底跨接管油气水三相流实验系统， 其特征在于， 所述参 考管路为水平管、 倾 斜管、 三通、 跨接管或者 起伏管道中的任意 一种。 8.根据权利要求1所述的一种 海底跨接管油气水三相流实验系统， 其特征在于， 所述空 气供给单元主要包括空气 压缩机、 空气瓶、 冻干机以及连接管路； 在所述空气瓶的输出管路 及冻干机的输出 管路上均设置有滤器。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114993611 A 29.一种海底跨接管油气水三相流实验方法， 基于权利要求1 ‑8中任意一项实验系统实 现， 其特征在于， 包括以下步骤： S1、 搭建三相流实验装置， 所述三相流实验装置上部署有工作节点和数据采集装置， 所 述工作节点包括传感器节点、 图像采集节点以及执行节点， 数据采集装置将由传感器节点 和图像采集节点采集的数据信息发送至上位机， 上位机向所述执 行节点发送控制指令， 所述三相流实验装置主要包括： 空气供给单元、 油液供给单元、 水供给单元、 模拟海底 洋流比例水池系统、 混合管路、 实验管路、 参 考管路以及三相分离器， 所述空气供给单元、 油液供给单元以及水供给单元分别输送 空气、 油液和水， 三相流体 在混合管路中混合之后进入实验管路和参考管路， 图像采集节点投过实验 管路上设置的透 明窗对管路中的三相流体进行图像提取， 三相流体流出实验管路和参考管路后进入三相分 离器， 所述三相分离器的空气出口与大气连通， 油液出口通过油泵装置与混合管路连通， 水 出口通过 水泵装置与混合管路连通， 所述模拟海底洋流比例水池系统包括水池、 稳流装置、 造流泵和进/出水系统， 所述实 验管路和参考管路浸入水池内的液体中， 所述造流泵用于驱动液体对所述实验管路和参考 管路产生垂直于管路内部流体流向的液流， 在所述造流泵后接稳流装置， 所述稳流装置包 括至少一层整流网， 所述实验管路为包括上升段、 下降段以及水平段的跨接管， 且上升段、 下降段以及水平 段之间通过弯管 连接， 所述透明窗设置在上升段、 下降段以及水平段中的至少一个上； S2、 通过上位机一方面对三相流实验装置产生的实验数据进行保存， 另一方面基于搭 载的人机交 互应用提供查询服 务以及操作服 务。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114993611 A 3