页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置及方法，主要包括突出水平段结构实验回路、配套装置、测控系统；突出水平段结构实验回路，依次包括水箱、液体离心泵、气液混合器、水平段、过渡段、垂直段、气液分离器，连接成环形的实验回路；空气压缩机通过储气罐与气液混合器连接。所述的配套装置对实验回路进行实验介质控制和实验参数检测；测控系统对实验回路进行实验信息采集。本发明专利技术采用相似比例尺原理用于实验管段的设计；突出水平段结构，更加真实模拟页岩气水平井的流动特征。

【技术实现步骤摘要】
页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置及方法
本专利技术属于石油开采
，尤其涉及一种页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置及方法。
技术介绍
气液两相流动影响规律是气井排水采气工艺重要的理论基础，针对于页岩气井水平井具有早期递减快、低产生产周期长、一直气液同产的生产特征并且具有超长水平复杂结构，目前很少有针对页岩气井水平段井眼轨迹对气液两相流动影响规律实验研究。这也严重影响了排采工艺介入时机及针对性。因此需要采用实验方法来模拟水平段井筒两相流动，为页岩气井排采提供重要的理论基础，从而达到提高页岩气井藏最终采收率的目的。2005年，罗小明将实验段设计为“U”结构，半径为0.3m。整个实验段分为入口稳定段、实验测量段和出口稳定段三部分并且固定在可以上下转动的槽钢制作的平台上，可调节测量段角度，实验管路采用内径50mm，长40m的不锈钢管。2009年，刘方提出将水平段参考为内径51mm的水平-下倾-上升、微上倾-立管，两种形式的实验管道，其中立管高度分别为6.65m和6.15m、水平管和下倾管的总长为95.21m、上倾管长度25.97m、用来模拟严重段塞流的产生机理和流动特性。2010年，肖高棉研制了“L”型水平气井连续携液模拟实验装置：水平管段长6m，垂直段管高18m，中间增加1.5m的造斜段。造斜段与水平段、垂直段之间采用等直径软管连接，从而可通过调整垂直段与水平段的上下位置改变造斜段的倾斜角度。实验管采用φ30×3mm的有机玻璃，以便可视化观测管段中的连续携液与积液过程。r>
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置及方法，旨在实现以实际页岩气井典型水平段为研究对象，依据相似比例尺原理设计突出水平段结构的实验装置，以流体物性相似准则确定实验参数，研究水平段井眼轨迹对气液两相流动影响规律。本专利技术是这样实现的，页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置，主要包括突出水平段结构实验回路、配套装置、测控系统；突出水平段结构实验回路，依次包括水箱、液体离心泵、气液混合器、水平段、过渡段、垂直段、气液分离器，连接成环形的实验回路；空气压缩机通过储气罐与气液混合器连接。其中垂直段、过渡段、水平段为实验管段，用于页岩气井水平段气水两相流动模拟。垂直段、过渡段、水平段几何尺寸设计是以页岩气田实际水平井为原型，实际井垂深约3000m，水平段长约1000m。依据相似比例尺原理将水平段的AB靶点之间距离，折算到40m长的实验管段上，确定其缩放系数，同时将水平段高程差按该系数进行缩小，过渡段2和垂直段1分别设计成1/4圆弧过渡(半径3.88m)、6m长的垂直管。整个实验管段高度达到11m，均采用φ114×10mm透明有机玻璃管用于页岩气井气液两相流动规律模拟研究。所述的配套装置对实验回路进行实验介质控制和实验参数检测；测控系统对实验回路进行实验信息采集。配套装置包括气体流量计、液体涡流流量计、快关阀、调节阀门、压力传感器、高速摄像仪；气体流量计用来计量进入气液混合器的气体体积流量，调节阀门控制实验回路流量大小，液体涡流流量计测量实验回路的水流量；压力传感器分别安装在垂直段、过渡段、水平段，用来测量各实验管段的压降；两个压力传感器之间安装快关阀；高速摄像仪是用来拍摄实验管段的气水两相流动现象；测控系统包括无纸记录仪、电脑；无纸记录仪用来记录气体流量和液体流量和各管段的压力数据，由电脑读取无纸记录仪所有测量的参数。页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验方法，包括以下步骤：实验介质采用空气和水，气体储存在储气罐由空气压缩机提供，经过气体流量计测量气体的体积流量，通过调节阀门调节气流量，然后进入气液混合器；与此同时，水箱中的水被液体离心泵泵送到液体涡流流量计流入气液混合器；对于流量参数的设定是根据流体雷诺数相似准则原理，当流体雷诺数较低时，流动主要受流体粘滞力影响，流体雷诺数相似准则要求实际条件下的雷诺数与实验条件下的雷诺数相等；实验条件下的液体流速由以下公式得到：在该公式中，ρL为井筒流体密度；ρw为水密度；vL为井筒流体流速；vw为水流速；H为水平段总长；△H为实验管段长度；μL为井筒流体黏度；μw为水的黏度；通过实验参数的确定可模拟不同气液比条件下气水两相的流动现象和压力测试实验；气水两相从气液混合器依次流入水平段、过渡段、垂直段；同时压力传感器安装在各个实验观测管段两端，测量各实验管段的对应压降，两个压力传感器之间安装快关阀；实验管段的气水两相流动现象由高速摄像仪拍摄，同时压力传感器安装在各个实验观测管段两端，测量各实验管段的对应压降；气和水的流量及各实验管段的压力参数都通过电缆传送给无纸记录仪；无纸记录仪记录实验所测量的数据，最后由电脑读取数据；气水两相流出实验管段进入气液分离器，气体被排放，水再一次进入水箱，形成一个完整的实验回路。相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：(1)采用相似比例尺原理用于实验管段的设计；突出水平段结构，更加真实模拟页岩气水平井的流动特征；(2)垂直段、过渡段、水平段为透明有机玻璃管，可实现气液两相流动现象的可视化；(3)安装压力传感器可实现垂直段、过渡段、水平段压力变化实时记录；(4)垂直段、过渡段、水平段可实现不同气液比条件下的气水两相流动压力实验模拟。附图说明图1是本专利技术模拟实验装置结构；图2是实施例水平段结构模拟示意图。具体实施方式结合实施例说明本专利技术的具体技术方案。如图1所示，页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置，主要包括突出水平段结构实验回路、配套装置、测控系统；突出水平段结构实验回路，依次包括水箱10、液体离心泵9、气液混合器4、水平段3、过渡段2、垂直段1、气液分离器11，连接成环形的实验回路；空气压缩机7通过储气罐6与气液混合器4连接。其中垂直段1、过渡段2、水平段3为实验管段，用于页岩气井水平井气水两相流动模拟。如图2所示，垂直段1、过渡段2、水平段3几何尺寸设计是以长宁-威远页岩气田实际水平井为原型，实际井垂深约3000m，水平段长约1000m。依据相似比例尺原理将水平段3的AB靶点之间距离，折算到40m长的实验管段上，确定其缩放系数，同时将水平段3高程差按该系数进行缩小，过渡段2和垂直段1分别设计成1/4圆弧过渡(半径3.88m)、6m长的垂直管。整个实验管段高度达到11m，均采用φ114×10mm透明有机玻璃管用于页岩气井气液两相流动规律模拟研究。实验介质采用空气和水，气体由空气压缩机7提供，水由液体离心泵9提供，气体和水通过气、液流量计进入气液混合器4。气水两相通过气液混合器4依次进入水平段3、过渡段2、垂直段1，最后在气液分离器11中分离，水再次流入水箱10，组成一个完整的实验回路。所述的配套装置对实验回路进行实验介质控制和实验参数检测；测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置，其特征在于，主要包括突出水平段结构实验回路、配套装置、测控系统；/n突出水平段结构实验回路，依次包括水箱(10)、液体离心泵(9)、气液混合器(4)、水平段(3)、过渡段(2)、垂直段(1)、气液分离器(11)，连接成环形的实验回路；/n空气压缩机(7)通过储气罐(6)与气液混合器(4)连接。/n所述的垂直段(1)、过渡段(2)、水平段(3)为实验管段，用于页岩气井水平段气水两相流动模拟；/n垂直段(1)、过渡段(2)、水平段(3)几何尺寸设计是以页岩气田实际水平井为原型，实际井垂深3000m，水平段长1000m，依据相似比例尺原理将水平段(3)的AB靶点之间距离，折算到40m长的实验管段上，确定其缩放系数，同时将水平段(3)高程差按该系数进行缩小，过渡段(2)和垂直段(1)分别设计成1/4圆弧过渡、半径3.88m、6m长的垂直管；整个实验管段高度达到11m，均采用φ114×10mm透明有机玻璃管用于页岩气井气液两相流动规律模拟研究；/n所述的配套装置对实验回路进行实验介质控制和实验参数检测；测控系统对实验回路进行实验信息采集。/n

【技术特征摘要】
1.页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置，其特征在于，主要包括突出水平段结构实验回路、配套装置、测控系统；
突出水平段结构实验回路，依次包括水箱(10)、液体离心泵(9)、气液混合器(4)、水平段(3)、过渡段(2)、垂直段(1)、气液分离器(11)，连接成环形的实验回路；
空气压缩机(7)通过储气罐(6)与气液混合器(4)连接。
所述的垂直段(1)、过渡段(2)、水平段(3)为实验管段，用于页岩气井水平段气水两相流动模拟；
垂直段(1)、过渡段(2)、水平段(3)几何尺寸设计是以页岩气田实际水平井为原型，实际井垂深3000m，水平段长1000m，依据相似比例尺原理将水平段(3)的AB靶点之间距离，折算到40m长的实验管段上，确定其缩放系数，同时将水平段(3)高程差按该系数进行缩小，过渡段(2)和垂直段(1)分别设计成1/4圆弧过渡、半径3.88m、6m长的垂直管；整个实验管段高度达到11m，均采用φ114×10mm透明有机玻璃管用于页岩气井气液两相流动规律模拟研究；
所述的配套装置对实验回路进行实验介质控制和实验参数检测；测控系统对实验回路进行实验信息采集。


2.根据权利要求1所述的页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置，其特征在于，配套装置包括气体流量计(5)、液体涡流流量计(8)、快关阀(16)、调节阀门(15)、压力传感器(14)、高速摄像仪(17)；气体流量计(5)用来计量进入气液混合器(4)的气体体积流量，调节阀门(15)控制实验回路流量大小，液体涡流流量计(8)测量实验回路的水流量；压力传感器(14)分别安装在垂直段(1)、过渡段(2)、水平段(3)，用来测量各实验管段的压降；两个压力传感器(14)之间安装快关阀(16)；高速摄像仪(17)是用来拍摄实验管段的气水两相流动现象；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永辉，靳悦，罗程程，李纲，杨建英，王强，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51