一种多功能井筒油气水多相流模拟实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种多功能井筒油气水多相流模拟实验装置，该装置可以模拟油气水单相、两相和三相分别在井筒内管和环形空间中的多种条件下的多相流流动状况，研究其流场分布和流动特性，还可用于研究单相、多相流体在井筒内管与环空中流动时的传热规律；不仅可以实现多种实验条件下的研究工作，提高实验装置的利用率，而且操作方便，适应性强，应用广泛；该设备的建成将形成一个综合的井筒多相流动模拟实验平台，是一套功能比较完备的大型井筒多相流实验系统。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能井筒油气水多相流模拟实验装置
本技术涉及一种实验装置，特别涉及一种多功能井筒油气水多相流模拟实验装置，用于模拟油气水单相、两相和三相分别在井筒内管和环形空间中的多种条件下的多相流流动状况，研究其流场分布和流动特性，还可用于研究单相和多相流体在井筒内管与环空中流动时的传热规律。
技术介绍
在石油天然气开采和运输中，会经常遇到两相或多相流现象在钻井中，当钻遇油气藏生产层时，储层中产出的天然气进入井筒与钻井液混合，使井筒环空内简单的单相流变为复杂的气液两相流。自喷井采油时，当油井的井口压力大于原油的饱和压力时，井中为单相原油，当井底流压低于饱和压力时，整个油管为油气两相。在油藏开采中，普遍存在边底水，且在开采中后期，常采用注水、注气的方式来补充地层能量继续开采油田，因此流体从井底向地面流动过程中，油气水三相混合物通常存在于井筒中。在气举采油时，将高压气体连续不断地注入油管内，使油管内的液体与注入的高压气体混合，形成气液两相，降低液柱的密度，减少液柱对井底的回压，从而使油层与井底之间形成足够的生产压差，并在井筒环形空间中被举升到地面，则形成环空气液两相流。将高压气体注入环空内，则形成管内气液两相流。在油田开发中，使用抽油机采油时，抽油机通过抽油杆带动井下的深井泵，作上下往复运动,将井内液体抽至地面,井内液体通过油管与抽油杆柱之间的环形空间流出地面，则形成环空气液两相流。另外还有欠平衡钻井技术中的气液两相流问题，油气输送过程中管内的油气水多相流问题等等，均涉及到油气水两相或三相流动规律研究。 由此可见，多相流理论在油田生产过程中很重要。只有准确预测其流动规律，才能保证设备安全、经济地运行。因此，多相流理论研究既具有重要的学术价值，又有广泛的工程应用背景。但是很多学者在研究两相流或者多相流规律时，设计构建的实验系统应用范围比较局限，条件不太完善，不能适用多种情况的多相流研究。因此设计一套多功能的综合多相流研究实验系统是很有必要的。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种多功能井筒油气水多相流模拟实验装置，不仅可以实现多种实验条件下的研究工作，提高实验装置的利用率，且操作方便，适应性强，应用广泛。该设备的建成将形成一个综合的井筒多相流动模拟实验平台，是一套功能比较完备的大型井筒多相流实验系统。 为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是: 一种多功能井筒油气水多相流模拟实验装置，包括: 用于提供恒定流速的气体的供气系统； 用于提供恒定流速的水的供水系统； 用于提供恒定流速的油的供油系统； 用于模拟井筒内管和环空中的多相流体流动状态的模拟井筒系统； 与所述供气系统、供水系统以及供油系统连接的用于将所述气体、水以及油中的至少两种进行混合的气液混合系统，所述气液混合系统的出口连接模拟井筒系统入口 ； 设置于模拟井筒系统出口的用于将流出井筒的混合相流体进行分离的多相分离系统； 以及设置于模拟井筒系统中的参数测量系统。 所述供气系统包括空气压缩机1、气体缓冲罐2、干燥器3、氮气源储罐4、隔离器5和过滤器8，空气压缩机I的气体出口端与气体缓冲罐2的气体入口端连通，氮气源储罐4的气体出口端与气体缓冲罐2的气体入口端连通，气体缓冲罐2的气体出口端通过与干燥器3的气体入口端连通且连接管道上设置有减压阀18，干燥器3的气体出口端与隔离器5的气体入口端相通且在连接管路上设置过滤器8，隔离器5的气体出口端与气液混合系统的气体入口端相连通且在连接管道上设置有止回阀； 所述供水系统包括水箱9、热水泵7和冷水泵12，水箱9中设置有隔层，将其分为热水室和冷水室，热水室通过热水泵7连接气液混合系统的水相入口且在连接管道上设置有流量调节控制阀，冷水室通过冷水泵12连接气液混合系统的水相入口且在连接管道上设置有流量调节控制阀； 所述供油系统包括油箱10和油泵11，油箱10通过油泵11连接气液混合系统的油相入口且在连接管道上设置有流量调节控制阀。 所述模拟井筒系统包括竖直安装于支架上的多节结构，每节由一个外管29和一个位于外管29中的与其同轴心的内管28组成，相邻节之间，以连接法兰和连接短节相连接； 所述气液混合系统包括油气水三相混合器14，油气水三相混合器14的气相入口接供气系统的出口，油气水三相混合器14的油相入口接供油系统的出口，油气水三相混合器14的水相入口接供水系统的出口，油气水三相混合器14的混相出口接四通阀一 15的一个接口，四通阀一 15的第二个接口接内管28的底端，第三个接口接外管29的底端，第四个接口接水箱9的入口和排污池27 ； 所述多相分离系统包括多相分离器20、固体收集器22、背压阀23和四通阀二 21，四通阀二 21的一个接口接内管28的顶端，四通阀二 21的第二个接口接外管29的顶端，四通阀二 21的第三个接口接水箱9的冷水室出水管路，四通阀二 21的第四个接口接多相分离器20的混合相入口并在连接管道上设置有止回阀和固体收集器22，多相分离器20的水相出口分成两路分别连接水箱9的热水室和冷水室且在连接管道上设置有流量调节控制阀，多相分离器20的油相出口连接至油箱10且在连接管道上设置有流量调节控制阀，多相分离器20的气相出口连接至气体回收系统且连接管道上设置有背压阀23。 所述各个连接管道上均设置有截止阀。 所述参数测量系统包括温度传感器16、压力传感器17、差压传感器26、液体流量计13、气体流量计6以及空隙率计24，其中: 所述温度传感器16至少设置于:隔离器5与油气水三相混合器14的连接管道上、冷水室与油气水三相混合器14的连接管道上、热水室与油气水三相混合器14的连接管道上、油泵10与油气水三相混合器14的连接管道上、油气水三相混合器14与四通阀一 15的连接管道上、模拟井筒系统的每一节上以及四通阀二 21与冷水室的连接管道上； 所述压力传感器17至少设置于:空气压缩机I与气体缓冲罐2的连接管道上、氮气源储罐4与气体缓冲罐2的连接管道上、气体缓冲罐2上、气体缓冲罐2与干燥器3的连接管道上、隔离器5与油气水三相混合器14的连接管道上、冷水室与油气水三相混合器14的连接管道上、热水室与油气水三相混合器14的连接管道上、油泵10与油气水三相混合器14的连接管道上、油气水三相混合器14与四通阀一 15的连接管道上、模拟井筒系统的每一节上以及四通阀二 21与冷水室的连接管道上； 所述差压传感器26至少设置于:模拟井筒系统的若干不同高度处； 所述液体流量计13至少设置于:冷水室与油气水三相混合器14的连接管道上、热水室与油气水三相混合器14的连接管道上、油泵10与油气水三相混合器14的连接管道上、多相分离器20与水箱9的连接管道上以及多相分离器20与油泵10的连接管道上； 所述气体流量计6至少设置于:干燥器3与隔离器5的连接管道上以及多相分离器20与气体回收系统的连接管道上； 所述空隙率计24至少设置于:模拟井筒系统的若干不同高度处。 本技术还可以包括视频监控系统，由布置于模拟井筒系统不同高度处的多个摄像机25组成。 本技术还可以包括与所述参数测量系统连接的数据采集系统，所述数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能井筒油气水多相流模拟实验装置，其特征在于，包括：用于提供恒定流速的气体的供气系统；用于提供恒定流速的水的供水系统；用于提供恒定流速的油的供油系统；用于模拟井筒内管和环空中的多相流体流动状态的模拟井筒系统；与所述供气系统、供水系统以及供油系统连接的用于将所述气体、水以及油中的至少两种进行混合的气液混合系统，所述气液混合系统的出口连接模拟井筒系统入口；设置于模拟井筒系统出口的用于将流出井筒的混合相流体进行分离的多相分离系统；以及设置于模拟井筒系统中的参数测量系统。

【技术特征摘要】
1.一种多功能井筒油气水多相流模拟实验装置，其特征在于，包括: 用于提供恒定流速的气体的供气系统； 用于提供恒定流速的水的供水系统； 用于提供恒定流速的油的供油系统； 用于模拟井筒内管和环空中的多相流体流动状态的模拟井筒系统； 与所述供气系统、供水系统以及供油系统连接的用于将所述气体、水以及油中的至少两种进行混合的气液混合系统，所述气液混合系统的出口连接模拟井筒系统入口 ； 设置于模拟井筒系统出口的用于将流出井筒的混合相流体进行分离的多相分离系统； 以及设置于模拟井筒系统中的参数测量系统。2.根据权利要求1所述多功能井筒油气水多相流模拟实验装置，其特征在于，所述供气系统包括空气压缩机(1)、气体缓冲罐(2)、干燥器(3)、氮气源储罐(4)、隔离器(5)和过滤器(8)，空气压缩机⑴的气体出口端与气体缓冲罐⑵的气体入口端连通，氮气源储罐(4)的气体出口端与气体缓冲罐(2)的气体入口端连通，气体缓冲罐(2)的气体出口端通过与干燥器(3)的气体入口端连通且连接管道上设置有减压阀(18)，干燥器(3)的气体出口端与隔离器(5)的气体入口端相通且在连接管路上设置过滤器(8)，隔离器(5)的气体出口端与气液混合系统的气体入口端相连通且在连接管道上设置有止回阀； 所述供水系统包括水箱(9)、热水泵(7)和冷水泵(12)，水箱(9)中设置有隔层，将其分为热水室和冷水室，热水室通过热水泵(7)连接气液混合系统的水相入口且在连接管道上设置有流量调节控制阀，冷水室通过冷水泵(12)连接气液混合系统的水相入口且在连接管道上设置有流量调节控制阀； 所述供油系统包括油箱(10)和油泵(11)，油箱(10)通过油泵(11)连接气液混合系统的油相入口且在连接管道上设置有流量调节控制阀。3.根据权利要求2所述多功能井筒油气水多相流模拟实验装置，其特征在于，所述模拟井筒系统包括竖直安装于支架上的多节结构，每节由一个外管(29)和一个位于外管(29)中的与其同轴心的内管(28)组成，相邻节之间，以连接法兰和连接短节相连接； 所述气液混合系统包括油气水三相混合器(14)，油气水三相混合器(14)的气相入口接供气系统的出口，油气水三相混合器(14)的油相入口接供油系统的出口，油气水三相混合器(14)的水相入口接供水系统的出口，油气水三相混合器(14)的混相出口接四通阀一 (15)的一个接口，四通阀一(15)的第二个接口接内管(28)的底端，第三个接口接外管(29)的底端，第四个接口接水箱(9)的入口和排污池(27)； 所述多相分离系统包括多相分离器(20)、固体收集器(22)、背压阀(23)和四通阀二(21)，四通阀二(21)的一个接口接内管(28)的顶端，四通阀二(21)第二个接口接外管(29)的顶端，四通阀二(21)的第三个接口接水箱(9)的冷水室出水管路，四通阀二(21)的第四个接口接多相分离器(20)的混合相入口并在连接管道上设置有止回阀和固体收集器(22)，多相分离器(20)的水相出口分成两路分别连接水箱(9)的热水室和冷水室且在连接管道上设置有流量调节控制阀，多相分离器(20)的油相出口连接至油箱(10)且在连接管道上设...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁慧荣，徐建宁，朱端银，张帅，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61