[發明專利]一種高溫高壓可視化井筒氣液流態模擬實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201811073421.1
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN108894772A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 尚校森;白英睿;王增寶;董長銀;朱躍成;劉城彤
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王楠

本發明涉及一種高溫高壓可視化井筒氣液流態模擬實驗裝置及方法，屬于油氣開發過程中的井筒氣液流態研究技術領域，裝置包括井筒系統、氣水增壓注入系統、可視化監測系統，由氣水增壓注入系統同時向井筒系統中注入氣相和液相，并由可視化監測系統進行監測；本發明還提供了利用上述裝置進行實驗的方法。本發明通過高溫高壓可視化井筒模型、氣水增壓注入系統、可視化監測系統等的相互配合，可以模擬并監測井筒中壓力低于30MPa、溫度低于150℃時不同氣液比、不同流速條件下的氣液兩相流動形態；可以模擬垂直至水平及中間任意角度井筒條件；實驗裝置可以拆卸、自行組裝，實現了重復利用，成本低。

技術領域

本發明涉及一種高溫高壓可視化井筒氣液流態模擬實驗裝置及方法，屬于油氣開發過程中的井筒氣液流態研究技術領域。

背景技術

“十一五”以來，我國氣田(低滲-致密氣、頁巖氣、煤層氣等)進入了大規模勘探開發階段，且已經形成了以四川、鄂爾多斯、準格爾和塔里木等四大盆地為代表性的天然氣生產基地。一方面，隨著氣藏開采的進行，地層能量逐漸衰竭，產量逐漸降低，地層開始產水；另一方面，目前氣水同注開發也成為油氣田重要的開發方式之一。因而，氣、水在井筒中的多相流動形態普遍存在。多相管流物理模擬實驗是研究井筒中氣水流態的主要方式之一。

目前常用的多相管流井筒模型主要是透明有機玻璃管，具有代表性的西南石油大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室的多相流動模擬裝置亦是如此(馬小龍.南堡產水氣井起泡劑優化及井下攪拌器研制[D].成都:西南石油大學,2015)，優點是可以實現氣液混合后雜井筒中流動過程的全程可視化，但其可承受實驗壓力低于0.5MPa，因此不能模擬高壓條件下的多相管流；此外，透明有機玻璃管一般在常溫下工作，難以模擬中高溫條件下的多相管流。為滿足高壓模擬條件，中國石油大學(華東)的王志遠(含天然氣水合物相變的環空多相流流型轉化機制研究[D].青島,2009)使用不銹鋼管設計加工了多相管流模擬井筒，但是該模型不能使用可視化方式來進行流型的識別，而是基于空隙率波的特性參數曲線，如波動曲線、PDF曲線等進行間接識別；此外該不銹鋼模型也沒有安裝加熱保溫裝置，因而不具備開展中高溫模擬實驗的條件。

針對目前多相管流物理模擬裝置“耐壓不可視、可視不耐壓”的問題，結合上述以透明有機玻璃和不銹鋼多相流動模擬裝置的優缺點，有必要設計并建立一套“耐溫、耐壓、可視”的井筒氣液流態模擬實驗裝置，并提供其使用方法，可為研究注氣井筒中、采氣井筒中或排水采氣過程中的氣水流態特征及壓力分布規律提供更為直觀、且適用條件廣泛的物理模擬手段及方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種高溫高壓可視化井筒氣液流態模擬實驗裝置。能夠實現高溫、高壓條件下井筒中的氣液流態分布可視化研究。

本發明還提供上述裝置的實驗方法。

本發明的技術方案如下：

一種高溫高壓可視化井筒氣液流態模擬實驗裝置，包括井筒系統、氣水增壓注入系統；

井筒系統包括井筒模型、模型支架，模型支架用于固定支撐井筒模型，井筒模型上設有高壓可視窗口，井筒模型外側設有加溫保溫層，加溫保溫層用于給井筒模型加熱保溫；

氣水增壓注入系統包括液體增壓注入裝置、氣體增壓注入裝置，液體增壓注入裝置和氣體增壓注入裝置均通過高壓管線與井筒模型連接，液體增壓注入裝置用以將液體注入到井筒模型中，氣體增壓注入裝置用以將氣體注入到井筒模型中。

根據本發明優選的，模型支架包括兩個立架，兩個立架頂端均設有軸承座，兩個軸承座上設有支撐軸，支撐軸通過支撐圈與井筒模型外壁連接；立架底部設有升降腳和腳輪，腳輪用于帶動整個井筒系統的移動，升降腳用于定點固定。井筒模型可隨支撐軸空間轉動，通過本支架可以模擬垂直至水平及中間任意角度井筒條件。

根據本發明優選的，井筒模型為圓柱形模型，井筒模型內徑為76mm，高度為300cm，井筒模型為不銹鋼材質。