目前对于气液固三相管流模型没有针对性研究，是因为固体颗粒通过流量计时会对仪表造成损坏，并且没有较好的办法对固体颗粒的流量进行计量。为此设计一种可视化气液固三相管流实验架，可实现固体颗粒不经过气液流量计，同时设计相应方法计量固体颗粒的流量，研究气液两相携带固相的流动规律。可视化气液固三相管流模拟实验装置包括供气系统、供水系统、固相储集供给系统、模拟管柱系统、测试与监控数据的控制系统、多相分离系统组成。能用于测试固相在不同液流量、气流量的情况下，在垂直管段的流型特征、压降特征，分析影响因素及规律。能同时实测井底压力、垂直段压差、气流量、液流量等实验参数。可模拟开采过程中固体颗粒的产出情况。
【技术实现步骤摘要】
一种气液固三相管流可视化实验装置及方法
本专利技术涉及一种实验装置，用于模拟气液固三相在油管内的多相流流动状态，研究其流场分布、流型变化和压力梯度变化规律，属于石油天然气开采领域。
技术介绍
在致密砂岩气开采过程中，常会出现地层出水，并且由于压裂或砂岩层疏松等因素，会向井底流入压裂砂或地层砂粒，此时在油管内从井底向地面的流动过程中气液两相流动就会变成气液固三相流动。同时在煤层气开采过程中，煤层的性质决定了煤层气开采过程中产出煤粉是一种必然现象，因此煤粉沉积堵塞了储层的运移通道，沉积井底，会对排水采气产生负面影响，因此为了排出煤粉，在井筒油管内气液两相流动也会变成气液固三相流动。由此可见，研究气液固三相流在天然气开采过程中至关重要，只有准确预测气液固三相的流动规律，流动状态以及压力变化，才能提高天然气产量，保证设备安全，提高经济效益。但是目前对于气液固三相管流模型基本没有针对性研究，究其原因是因为固体颗粒通过流量计时会对仪表造成损坏，同时也没有较好的办法对固体颗粒的流量进行计量。为此，本专利技术利用自主设计的可视化气液固三相管流实验架，可实现固体颗粒不经过气液流量计，同时设计对应方法计量固体颗粒的流量，研究气液两相携带煤粉的流动规律。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，利用自主设计的可视化气液固三相管流实验架，使固体颗粒不经过气液流量计，同时可计量固体颗粒的流量，研究气液固三相的流动规律和流动状态，同时实验操作方便，适应性强，应用广泛。本专利技术采用的技术方案是：一种可视化气液固三相管流模拟实验装置，包括：用于提供恒定流速的气体的供气系统；用于提供固相的固相储集供给系统；用于提供恒定流速的水的供水系统；用于模拟油管多相流体流动状态的管柱系统；用于监控与测试数据的监测系统；设置模拟管柱系统出口用于收集液固两相并进行分离的多相分离系统。其中供气系统由空气压缩机、高压储气罐、气量控制阀、气体流量计组成；供水系统由自来水、液量控制阀、液体自控流量计组成；模拟管柱系统由透明的有机玻璃管组成；多相分离系统由液固分离器组成。其中供气系统由空气压缩机、输气管、高压储气罐、气量控制阀、气体流量计组成；供水系统由自来水、液量控制阀、输液管、液体自控流量计组成；固相储集供给系统由固相储集器组成；模拟管柱系统由透明的有机玻璃管组成；监控与测试数据的监测系统由压力计、数据记录仪组成；多相分离系统由液固分离器组成。所述的供气系统由空气压缩机、输气管、高压储气罐、气量控制阀、气体流量计均通过螺纹连接；输气管末端与固相储集器用法兰连接；固相储集器通过细软管与透明有机玻璃管连接用法兰连接；所述供水系统由液量控制阀、输液管、液量自控流量计依次通过螺纹连接；输液管末端与模拟管柱始端通过法兰连接；压力计分别安装在管柱系统的水平段和垂直段，且压力计均通过数据线与数据记录仪连接；透明有机玻璃管的末端与固液分离器连接。本专利技术的可视化气液固三相管流模拟实验方法，包括以下步骤：①首先通过关闭液体流入系统，打开供气系统，测试在一定时间内，在一定气量下固相储集装置中固相量的减少值，用所得的减少量除以测量时间测得对应的气流量下的固相流量；②调节气体控制阀，改变气量，测试在不同气量下的固体流量，得到不同气量下的固相排出量，并绘制成表；③在完成各种气量下的固体流量测量之后，调节气体控制阀使进气量稳定在某一固定值，打开供液系统，调节液量控制阀，并设定液体自控流量计，设定液流量；④此时，在已知气流量、液流量、固流量的前提下，可观察垂直管柱系统内气液固流型分布及流型特征，并且可以通过压力监测系统得到气液固三相在垂直管段上安装压力计对应位置的压力值。⑤改变气流量，调节液体自控流量计，改变液流量，重复步骤④，可以得到在不同条件下，气液固三相的流动状态，并可以绘制流型分布图，研究气液固三相压力梯度变化规律；与现有技术相比，本专利技术的优势：①能用于测试固体相在不同液流速、气流速的情况下，在垂直管段的流型特征，压降特征，分析影响因素及规律；②能同时实测井底压力、垂直段相应位置的压力值、注气量、注液量等实验参数；③可模拟产层在开采过程中的出固体情况；④固相颗粒不经过气体流量计；⑤在测试过程中可计量固相流量并对仪器不会造成伤害。附图说明图1是本专利技术的可视化气液固三相管流模拟实验装置的结构示意图。图中：1-空气压缩机；2-输气管；3-高压储气罐；4-气量控制阀；5-气体流量计；6-自来水；7-液量控制阀；8-输液管；9-液体自控流量计；10-压力计；11-数据记录仪；12-固液分离器；13-细软管；14-固相储集器；15-透明有机玻璃管。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图1所示，本专利技术的可视化气液固三相管流模拟实验装置，包括：用于提供恒定流速的气体的供气系统；用于提供固相的固相储集供给系统；用于提供恒定流速的水的供水系统；用于模拟油管多相流体流动状态的管柱系统；用于监控与测试压力和流量的监控系统；设置模拟管柱系统出口用于收集液固两相并进行分离的多相分离系统。其中供气系统由空气压缩机1、输气管2、高压储气罐3、气量控制阀4、气体流量计组成5；供水系统由自来水6、液量控制阀7、输液管8、液体自控流量计9组成；固相储集供给系统由固相储集器14组成；模拟管柱系统由透明的有机玻璃管15组成；监控与测试数据的监测系统由压力计10、数据记录仪11组成；多相分离系统由液固分离器12组成。所述的供气系统由空气压缩机1、输气管2、高压储气罐3、气量控制阀4、气体流量计5均通过螺纹连接；输气管2末端与固相储集器14用法兰连接；固相储集器14通过细软管13与透明有机玻璃管15连接；所述供水系统由液量控制阀7、输液管8、液量自控流量计9依次通过螺纹连接；输液管8末端与模拟管柱始端通过法兰连接；压力计10分别安装在管柱系统的水平段和垂直段，且压力计10均通过数据线与数据记录仪11连接；透明有机玻璃管15的末端与固液分离器连接。本专利技术的可视化气液固三相管流模拟实验方法，包括以下步骤：①首先通过关闭液体流入系统，打开供气系统，测试在一定时间内，在一定气量下固相储集装置中固相量的减少值，用所得的减少量除以测量时间测得对应的气流量下的固相流量；②调节气体控制阀，改变气量，测试在不同气量下的固体流量，得到不同气量下的固相排出量，并绘制成表；③在完成各种气量下的固体流量测量之后，调节气体控制阀使进气量稳定在某一固定值，打开供液系统，调节液量控制阀，并设定液体自控流量计，设定液流量；④此时，在已知气流量、液流量、固流量的前提下，可观察垂直管柱系统内气液固流型分布及流型特征，并且可以通过压力监测系统得到气液固三相在垂直管段上安装压力计对应位置的压力值；⑤改变气流量，调节液体自控流量计，改变液流量，重复步骤④，可以得到在不同条件下，气液固三相的流动状态，并可以绘制流型分布图，研究气液固三相压力梯度变化规律。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可视化气液固三相管流模拟实验装置，包括：用于提供恒定流速的气体的供气系统；用于提供固相的固相储集供给系统；用于提供恒定流速的水的供水系统；用于模拟油管多相流体流动状态的管柱系统；用于测试与监控压力和流量的控制系统；设置模拟管柱系统出口用于收集液固两相并进行分离的多相分离系统：其中供气系统由空气压缩机（1）、输气管（2）、高压储气罐（3）、气量控制阀（4）、气体流量计组成（5）；供水系统由自来水（6）、液量控制阀（7）、输液管（8）、液体自控流量计（9）组成；固相储集供给系统由固相储集器（14）组成；模拟管柱系统由透明的有机玻璃管（15）组成；测试与监控数据的控制系统由压力计（10）、数据记录仪（11）组成；多相分离系统由液固分离器（12）组成，其特征在于：所述的供气系统由空气压缩机（1）、输气管（2）、高压储气罐（3）、气量控制阀（4）、气体流量计（5）均通过螺纹连接；输气管（2）末端与固相储集器（14）用法兰连接；固相储集器（14）通过细软管（13）与透明有机玻璃管（15）连接；所述供水系统由液量控制阀（7）、输液管（8）、液量自控流量计（9）依次通过螺纹连接；输液管（8）末端与模拟管柱始端通过法兰连接；压力计（10）分别安装在管柱系统的水平段和垂直段，且压力计（10）均通过数据线与数据记录仪（11）连接；透明有机玻璃管（15）的末端与固液分离器（12）连接。...
【技术特征摘要】
1.一种可视化气液固三相管流模拟实验装置，包括：用于提供恒定流速的气体的供气系统；用于提供固相的固相储集供给系统；用于提供恒定流速的水的供水系统；用于模拟油管多相流体流动状态的管柱系统；用于测试与监控压力和流量的控制系统；设置模拟管柱系统出口用于收集液固两相并进行分离的多相分离系统：其中供气系统由空气压缩机（1）、输气管（2）、高压储气罐（3）、气量控制阀（4）、气体流量计组成（5）；供水系统由自来水（6）、液量控制阀（7）、输液管（8）、液体自控流量计（9）组成；固相储集供给系统由固相储集器（14）组成；模拟管柱系统由透明的有机玻璃管（15）组成；测试与监控数据的控制系统由压力计（10）、数据记录仪（11）组成；多相分离系统由液固分离器（12）组成，其特征在于：所述的供气系统由空气压缩机（1）、输气管（2）、高压储气罐（3）、气量控制阀（4）、气体流量计（5）均通过螺纹连接；输气管（2）末端与固相储集器（14）用法兰连接；固相储集器（14）通过细软管（13）与透明有机玻璃管（15）连接；所述供水系统由液量控制阀（7）、输液管（8）、液量自控流量计（9）依次通过螺纹连接；输液管（8）末端与模拟管柱始端通过法兰连接；压力计（10）分别安装在管柱系统的水平段和垂直段，且压力计...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟海全，李苗，白慧芳，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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