[發明專利]一種多功能井筒油氣水多相流模擬實驗裝置

有效

• 申請號: 201410461202.6
• 申請日: 2014-09-11
• 公開（公告）號: CN104234708B
• 公開（公告）日: 2016-08-31
• 發明（設計）人: 梁慧榮;徐建寧;朱端銀;張帥
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

技術領域

本發明涉及一種實驗裝置，特別涉及一種多功能井筒油氣水多相流模擬實驗裝置，用于模擬油氣水單相、兩相和三相分別在井筒內管和環形空間中的多種條件下的多相流流動狀況，研究其流場分布和流動特性，還可用于研究單相和多相流體在井筒內管與環空中流動時的傳熱規律。

背景技術

在石油天然氣開采和運輸中，會經常遇到兩相或多相流現象在鉆井中，當鉆遇油氣藏生產層時，儲層中產出的天然氣進入井筒與鉆井液混合，使井筒環空內簡單的單相流變為復雜的氣液兩相流。自噴井采油時，當油井的井口壓力大于原油的飽和壓力時，井中為單相原油，當井底流壓低于飽和壓力時，整個油管為油氣兩相。在油藏開采中，普遍存在邊底水，且在開采中后期，常采用注水、注氣的方式來補充地層能量繼續開采油田，因此流體從井底向地面流動過程中，油氣水三相混合物通常存在于井筒中。在氣舉采油時，將高壓氣體連續不斷地注入油管內，使油管內的液體與注入的高壓氣體混合，形成氣液兩相，降低液柱的密度，減少液柱對井底的回壓，從而使油層與井底之間形成足夠的生產壓差，并在井筒環形空間中被舉升到地面，則形成環空氣液兩相流。將高壓氣體注入環空內，則形成管內氣液兩相流。在油田開發中，使用抽油機采油時，抽油機通過抽油桿帶動井下的深井泵，作上下往復運動，將井內液體抽至地面，井內液體通過油管與抽油桿柱之間的環形空間流出地面，則形成環空氣液兩相流。另外還有欠平衡鉆井技術中的氣液兩相流問題，油氣輸送過程中管內的油氣水多相流問題等等，均涉及到油氣水兩相或三相流動規律研究。

由此可見，多相流理論在油田生產過程中很重要。只有準確預測其流動規律，才能保證設備安全、經濟地運行。因此，多相流理論研究既具有重要的學術價值，又有廣泛的工程應用背景。但是很多學者在研究兩相流或者多相流規律時，設計構建的實驗系統應用范圍比較局限，條件不太完善，不能適用多種情況的多相流研究。因此設計一套多功能的綜合多相流研究實驗系統是很有必要的。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種多功能井筒油氣水多相流模擬實驗裝置，不僅可以實現多種實驗條件下的研究工作，提高實驗裝置的利用率，且操作方便，適應性強，應用廣泛。該設備的建成將形成一個綜合的井筒多相流動模擬實驗平臺，是一套功能比較完備的大型井筒多相流實驗系統。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種多功能井筒油氣水多相流模擬實驗裝置，包括：

用于提供恒定流速的氣體的供氣系統；

用于提供恒定流速的水的供水系統；

用于提供恒定流速的油的供油系統；

用于模擬井筒內管和環空中的多相流體流動狀態的模擬井筒系統；

與所述供氣系統、供水系統以及供油系統連接的用于將所述氣體、水以及油中的至少兩種進行混合的氣液混合系統，所述氣液混合系統的出口連接模擬井筒系統入口；

設置于模擬井筒系統出口的用于將流出井筒的混合相流體進行分離的多相分離系統；

以及設置于模擬井筒系統中的參數測量系統。

所述供氣系統包括空氣壓縮機1、氣體緩沖罐2、干燥器3、氮氣源儲罐4、隔離器5和過濾器8，空氣壓縮機1的氣體出口端與氣體緩沖罐2的氣體入口端連通，氮氣源儲罐4的氣體出口端與氣體緩沖罐2的氣體入口端連通，氣體緩沖罐2的氣體出口端通過與干燥器3的氣體入口端連通且連接管道上設置有減壓閥18，干燥器3的氣體出口端與隔離器5的氣體入口端相通且在連接管路上設置過濾器8，隔離器5的氣體出口端與氣液混合系統的氣體入口端相連通且在連接管道上設置有止回閥；

所述供水系統包括水箱9、熱水泵7和冷水泵12，水箱9中設置有隔層，將其分為熱水室和冷水室，熱水室通過熱水泵7連接氣液混合系統的水相入口且在連接管道上設置有流量調節控制閥，冷水室通過冷水泵12連接氣液混合系統的水相入口且在連接管道上設置有流量調節控制閥；

所述供油系統包括油箱10和油泵11，油箱10通過油泵11連接氣液混合系統的油相入口且在連接管道上設置有流量調節控制閥。

所述模擬井筒系統包括豎直安裝于支架上的多節結構，每節由一個外管29和一個位于外管29中的與其同軸心的內管28組成，相鄰節之間，以連接法蘭和連接短節相連接；