[發(fā)明專(zhuān)利]頁(yè)巖氣井水平段井筒兩相流動(dòng)全尺寸模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110370966.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113062724A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉永輝;靳悅;羅程程;李綱;楊建英;王強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E21B47/00
• 分類(lèi)號(hào): E21B47/00;E21B47/002;E21B47/06;E21B49/08;G01D21/02
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 羅軍

1.頁(yè)巖氣井水平段井筒兩相流動(dòng)全尺寸模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，主要包括突出水平段結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)回路、配套裝置、測(cè)控系統(tǒng)；

突出水平段結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)回路，依次包括水箱(10)、液體離心泵(9)、氣液混合器(4)、水平段(3)、過(guò)渡段(2)、垂直段(1)、氣液分離器(11)，連接成環(huán)形的實(shí)驗(yàn)回路；

空氣壓縮機(jī)(7)通過(guò)儲(chǔ)氣罐(6)與氣液混合器(4)連接。

所述的垂直段(1)、過(guò)渡段(2)、水平段(3)為實(shí)驗(yàn)管段，用于頁(yè)巖氣井水平段氣水兩相流動(dòng)模擬；

垂直段(1)、過(guò)渡段(2)、水平段(3)幾何尺寸設(shè)計(jì)是以頁(yè)巖氣田實(shí)際水平井為原型，實(shí)際井垂深3000m，水平段長(zhǎng)1000m，依據(jù)相似比例尺原理將水平段(3)的AB靶點(diǎn)之間距離，折算到40m長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)管段上，確定其縮放系數(shù)，同時(shí)將水平段(3)高程差按該系數(shù)進(jìn)行縮小，過(guò)渡段(2)和垂直段(1)分別設(shè)計(jì)成1/4圓弧過(guò)渡、半徑3.88m、6m長(zhǎng)的垂直管；整個(gè)實(shí)驗(yàn)管段高度達(dá)到11m，均采用φ114×10mm透明有機(jī)玻璃管用于頁(yè)巖氣井氣液兩相流動(dòng)規(guī)律模擬研究；

所述的配套裝置對(duì)實(shí)驗(yàn)回路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)介質(zhì)控制和實(shí)驗(yàn)參數(shù)檢測(cè)；測(cè)控系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)回路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)信息采集。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頁(yè)巖氣井水平段井筒兩相流動(dòng)全尺寸模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，配套裝置包括氣體流量計(jì)(5)、液體渦流流量計(jì)(8)、快關(guān)閥(16)、調(diào)節(jié)閥門(mén)(15)、壓力傳感器(14)、高速攝像儀(17)；氣體流量計(jì)(5)用來(lái)計(jì)量進(jìn)入氣液混合器(4)的氣體體積流量，調(diào)節(jié)閥門(mén)(15)控制實(shí)驗(yàn)回路流量大小，液體渦流流量計(jì)(8)測(cè)量實(shí)驗(yàn)回路的水流量；壓力傳感器(14)分別安裝在垂直段(1)、過(guò)渡段(2)、水平段(3)，用來(lái)測(cè)量各實(shí)驗(yàn)管段的壓降；兩個(gè)壓力傳感器(14)之間安裝快關(guān)閥(16)；高速攝像儀(17)是用來(lái)拍攝實(shí)驗(yàn)管段的氣水兩相流動(dòng)現(xiàn)象；

所述的測(cè)控系統(tǒng)包括無(wú)紙記錄儀(13)、電腦(12)；無(wú)紙記錄儀(13)用來(lái)記錄氣體流量和液體流量和各管段的壓力數(shù)據(jù)，由電腦(12)讀取無(wú)紙記錄儀(13)所有測(cè)量的參數(shù)。

3.頁(yè)巖氣井水平段井筒兩相流動(dòng)全尺寸模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，采取權(quán)利要求1或2所述的裝置，包括以下步驟：

實(shí)驗(yàn)介質(zhì)采用空氣和水，氣體儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐(6)由空氣壓縮機(jī)(7)提供，經(jīng)過(guò)氣體流量計(jì)(5)測(cè)量氣體的體積流量，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)(15)調(diào)節(jié)氣流量，然后進(jìn)入氣液混合器(4)；與此同時(shí)，水箱(10)中的水被液體離心泵(9)泵送到液體渦流流量計(jì)(8)流入氣液混合器(4)；對(duì)于流量參數(shù)的設(shè)定是根據(jù)流體雷諾數(shù)相似準(zhǔn)則原理，當(dāng)流體雷諾數(shù)較低時(shí)，流動(dòng)主要受流體粘滯力影響，流體雷諾數(shù)相似準(zhǔn)則要求實(shí)際條件下的雷諾數(shù)與實(shí)驗(yàn)條件下的雷諾數(shù)相等；實(shí)驗(yàn)條件下的液體流速由以下公式得到：

在該公式中，ρ_L為井筒流體密度；ρ_w為水密度；v_L為井筒流體流速；v_w為水流速；H為水平段總長(zhǎng)；△H為實(shí)驗(yàn)管段長(zhǎng)度；μ_L為井筒流體黏度；μ_w為水的黏度；通過(guò)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的確定可模擬不同氣液比條件下氣水兩相的流動(dòng)現(xiàn)象和壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)；

氣水兩相從氣液混合器依次流入水平段(3)、過(guò)渡段(2)、垂直段(1)；同時(shí)壓力傳感器(14)安裝在各個(gè)實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)管段兩端，測(cè)量各實(shí)驗(yàn)管段的對(duì)應(yīng)壓降，兩個(gè)壓力傳感器(14)之間安裝快關(guān)閥(16)；實(shí)驗(yàn)管段的氣水兩相流動(dòng)現(xiàn)象由高速攝像儀(17)拍攝，同時(shí)壓力傳感器(14)安裝在各個(gè)實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)管段兩端，測(cè)量各實(shí)驗(yàn)管段的對(duì)應(yīng)壓降；氣和水的流量及各實(shí)驗(yàn)管段的壓力參數(shù)都通過(guò)電纜傳送給無(wú)紙記錄儀(13)；無(wú)紙記錄儀記錄實(shí)驗(yàn)所測(cè)量的數(shù)據(jù)，最后由電腦(12)讀取數(shù)據(jù)；

氣水兩相流出實(shí)驗(yàn)管段進(jìn)入氣液分離器(11)，氣體被排放，水再一次進(jìn)入水箱(10)，形成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)回路。