本实用新型专利技术为一种粗糙壁微型水平井筒气液两相流动实验装置，包括内壁粗糙且侧壁透明的微型水平井筒，所述微型水平井筒的入口与一气液回路的出口连通，所述微型水平井筒的外部设置有用于拍摄流型的摄像设备。该粗糙壁微型水平井筒气液两相流动实验装置能够实现不同尺寸、具有不同壁面粗糙程度的微型水平井筒流动物理模拟实验，研究气液两相在微型水平井筒中的流型分布特征及转换机理、粗糙壁面液相滞留机理及涡旋流动机理等，分析出不同流型的压降变化规律。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及水平井技术实验研究领域，尤其涉及一种粗糙壁微型水平井筒气液两相流动实验装置。
技术介绍
随着油气资源的日益紧缺和油田开发难度的增大，常规的水平井技术已经不能满足人们的需求。随着钻井技术的不断发展，以超短半径径向水平井为代表的微小井眼技术逐步在油气田开发领域展现出良好的前景。超短半径水平井技术是目前世界上最先进、转弯半径最小(只有300mm)的水平井技术。该技术是在上世纪80年代由美国能源部、Bechtel投资公司和美国石油物理公司联合开发出来的。上世纪七十年代末，美国的比契特尔(Bechtel)投资公司和石油物理(Pctrophysics)有限公司开始了用特殊的钻井工艺技术钻超短半径水平排液井的研究。经过六年多的探索和试验，成功地研制了第一代独具特色的Becwell水平钻井系统，创造了典型的超短半径径向水平井钻井技术。超短半径水平井对于开发薄油层、稠油层、低渗透油气层和裂缝性油气层等采用常规方法开采十分困难的油气层具有显著效果。该技术可提高可采储量和采收率，为提高油井产量和产能提供了有效的途径，给老油田的复活带来了新的生机，是未来油气田开发的重要技术手段。以超短半径径向水平井为代表的微小井眼技术尽管带来了生产的便利，但同时也带来了新的问题。由于在钻井过程中采用了很大的造斜率，使得完井管柱无法或很难下入水平井段，微小的水平井眼一般只能采用裸眼完井，井筒壁面粗糙，形成了特殊的微型水平井筒结构，与常规光滑水平圆管不同，管壁粗糙度的显著增加大大改变了井筒内多相流体的流动特征，流动机理愈加复杂且尚不明确，而流动形态、复杂的变化规律，对井筒内的压力分布有较大影响。同时，采用相对粗糙度对井筒流动进行描述和计算的常规方法已无法适用于此类特殊的井筒类型，形成了一片研究的真空区域。因此，微型水平井筒内多相流动机理问题亟待深入探索。目前，以超短半径径向水平井为代表的微小井眼技术已在国内外油气田获得了较为广泛试验和应用，随着钻井技术的发展，新型的微小井眼、甚至超微小井眼将会不断出现，在这个前提下，进行粗糙壁微型水平井气液两相流动机理的基础研究，有着重要的科学意义和现实价值。通过广泛的国内外文献调研，目前针对水平井筒多相管流流型和压降的研究主要依靠实验方法，包括目测法、高速摄像法、内窥镜法、电子探针法、热敏风速仪和粒子图像测速技术等。虽然国内外学者对水平管流流型的划分工作进行了大量实验研究，如美国Ohio大学的Lee等以二氧化碳为气相，Arcopak90和LVT-200两种矿物油为油相在内径为75mm的管中进行实验，Jepson使用压力传感器、摄像机结合目测研究流型，东北电力大学周云龙等以46#机油、水和空气为介质，在直径为32mm、长1500mm的有机玻璃管内进行试验，采用压差波动识别流型。上海交通大学于立军等用管径45mm、长度6m的无缝钢管进行气液两相流实验，通过动力学分析方法，得到了四种基本流型间相互转换的预报关系式。西安交通大学刘文红等用46#机械油、自来水和空气在40mm内径的有机玻璃水平实验管进行研究。通过这些详细的调研，发现国内绝大多数水平管流实验是在光滑管中进行的，井筒直径范围在1.5英寸到5英寸之间，且研究绝大多数都针对光滑水平管进行，对流型的划分也没有统一的标准。在微型水平井筒中，由于井筒直径相对较小，仅少量气体就有可能占据大部分流动通道，流体的流型划分需要重新认识和研究，而粗糙壁在油水流动过程中可能会导致液相在粗糙壁面的滞留，由此带来的机理问题都需要重新认识。现有技术中有一种采用观察法和光纤探针信号识别流型的实验方法，该方法的第一实验装置91如图6所示，实验管段由5m长的有机玻璃管911固定在支架912上构成,有机玻璃管911的管径为30mm。有机玻璃管911上设置有光纤探针913、压力传感器914、热电偶915，光纤探针913与多相流体测试仪916连接，多相流体测试仪916上连接光线示波器917、函数记录仪918，实验管段和实验回路的数据全部由分散数据采集器(IMP)910采集并储存在计算机919中，计算机919上连接有打印机9191。图中，ΔPg为气路孔板压差电信号，ΔPo为油路孔板压差电信号，Tt为试验段温度电信号，Tg为气路温度电信号，To为油路温度电信号，Pt为试验段压力电信号，Pg为气路压力电信号。实验压力为0.1～0.2MPa，实验温度为10～2O℃。实验介质是空气和轻油，轻油的密度为860kg/m3，粘度为34mPa·s(15℃左右)，空气的折算速度为0.3～50m/s，油的折算速度为0.04～2.5m/s。该实验方法通过水平管内油气两相流型实验研究，对影响管内油气两相流型转换的各种因素进行了综合分析,根据所作的油气两相流型实验结果,引入新的准则数,用量纲分析的方法得出了不同流型间转换的准则关系式。但由于该第一实验装置91采用管径为30mm的有机玻璃管911，管壁光滑且管径较大，其缺点主要有以下三个方面：(1)水平井筒类型单一，只采用管径为30mm的有机玻璃管，不能研究在不同管径条件下的气液两相流流动规律；(2)由于第一实验装置采用管径为30mm的有机玻璃管，管壁光滑且管径较大，不能研究微型水平井筒的气液两相流动特征；(3)第一实验装置缺少控制装置，无法控制气相和液相的流量，所以不能研究不同的气相和液相流量对于气液两相流动的影响。现有技术中还有另一种实验方法，该方法的第二实验装置92的简化流程如图7所示，第二实验装置92的整个水平段长14m，为了消除入口影响和出口影响,取差压变速器测试段的长度为10.20m，距离入口处和出口处的距离分别为2.60m和2.20m。同样，为了消除入口影响和出口影响，上管壁入流处的位置选择在距离入口处为2.40m的位置，下管壁入流的位置选择在距离入口处为3m的位置。为了能够看到入流量和入流位置的影响,观察段取在距离入口处4m的位置，观察段起始位置距离上管壁入流位置为1.60m，观察段起始位置距离下管壁入流位置为1m。观察段为有机玻璃管920,在此观察到管路的流型。实验基础参数包括：管道直径为6cm；横截面积为28.3cm2；测试段长度为10.20m；液相(水)粘度为1.0089mPa·s；气相(空气)粘度为0.0181mPa·s；液相(水)密度为998.2kg/m3；气相(空气)密度为1.205kg/m3；射孔眼直径为0.8cm。第二实验装置92的流体供给系统主要由储罐922、动力泵923和空气压缩机924组成，液相流体(油、水)由动力泵923向实验管路供应，气相流体(空气)由空气压缩机924向实验环路供应。气、液相流体在进入实验管路之前由系统测定其流量，流量测量系统由涡轮流量计925、浮子流量计926、第一调节阀921、第二调节阀927和气、液相流动通路(包括气液混合器928)组成，实验人员可根据要求来调节进入环路的介质流量。该实验方法通过对水平井筒气、液两相变质量流动流型转变模拟实验研究,该实验方法的特点是研究了管壁流体入流量和入流位置(上管壁或下管壁)对水平气液两相流动流型转变的影响，对比实验数据与理论计算结果，验证理论流型判别模型并对其进行相应的修正。其缺点主要有以下三个方面：(1)采用管道直径为6cm的井筒本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种粗糙壁微型水平井筒气液两相流动实验装置，其特征在于：所述粗糙壁微型水平井筒气液两相流动实验装置包括内壁粗糙且侧壁透明的微型水平井筒，所述微型水平井筒的入口与一气液回路的出口连通，所述微型水平井筒的外部设置有用于拍摄流型的摄像设备。
【技术特征摘要】
1.一种粗糙壁微型水平井筒气液两相流动实验装置，其特征在于：所述粗糙壁微型水平井筒气液两相流动实验装置包括内壁粗糙且侧壁透明的微型水平井筒，所述微型水平井筒的入口与一气液回路的出口连通，所述微型水平井筒的外部设置有用于拍摄流型的摄像设备。2.如权利要求1所述的粗糙壁微型水平井筒气液两相流动实验装置，其特征在于：所述气液回路包括并联设置的气体回路和液体回路，所述气体回路和所述液体回路的出口均连通于一总控制阀门的入口，所述总控制阀门的出口与所述微型水平井筒的入口连通。3.如权利要求2所述的粗糙壁微型水平井筒气液两相流动实验装置，其特征在于：所述气体回路包括空气压缩机，所述空气压缩机的出口顺序连接有减压阀、气路阀门、气体流量计和气路单向阀，所述气路单向阀的出口与所述总控制阀门的入口连通。4.如权利要求2所述的粗糙壁微型水平井筒气液两相流动实验装置，其特征在于：所述液体回路为供水回路，所述供水回路包括储水罐，所述储水罐的出口顺序连接有水路第一阀门、水路离心泵、水路第二阀门、水路流体流量计和水路单向阀，所述水路单向阀的出口与所述总控制阀门的入口连通。5.如权利要求2所述的粗糙壁微型水平井筒气液两相流动实验装置，其特征在于：所述液体回路为供油回路，所述供油回路包括储油罐，所述储油罐的出口顺序连接有油路第一阀门、油路离心泵、油路第二阀门、...
【专利技术属性】
技术研发人员：安永生，吴晓东，韩国庆，张恒，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：新型
国别省市：北京;11
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