CN106351614A - 一种优选管柱排水采气模拟装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种优选管柱模拟装置及实验方法，装置包括管段回路、配套系统和测控系统为主体；方法是空气压缩机对空气进行高压压缩并使用气体流量计进行测量。水则由柱塞计量泵调节并输送到液体流量计计量。液体和气体在气液混合器中混合后流经旋转多通换向阀，可在不同实验条件(井底压力、温度、气流量、液流量等)下瞬时将水、气两相切换到不同的测试单元；本发明共有多个管径测试单元，每个测试单元都安装压力传感器、压差传感器、温度传感器和高速摄像仪等测控仪器，可实时测试并记录测试单元内压力、温度和管内流型的变化。实验过程中产生的所有数据都通过数据电缆导入数据采集器并记录保存，可随时用电脑导出数据。本发明在相同实验条件(井底压力、温度、气流量、液流量等)内通过一种优选管柱装置及实验方法完成管柱的优选，从而提高排水采气的效率。
Description
技术领域
本发明属于优选管柱排水采气工艺，尤其涉及优选管柱模拟装置与实验方法。
背景技术
随着气井的不断开采，气井井底压力不断减小，单纯依靠井底压力开采天然气变得越来越困难，这将导致气井进入间歇式生产，故应及时调整管柱，改变生产管径，使井筒生产管柱内气体流速达到临界流速，这就是优选管柱排液采气工艺。长期以来，对于井底气速高，排液能力强的气井可采用大管径或套管生产，从而达到减小阻力，降低井底压力以获得高产气量的目的；对于井底压力和产气量均较低的气井，可采取更换小管径的方法来增大井底流速，从而使气井正常生产，延长气井的自喷采气期。
调研发现，通常开展优选管柱模拟实验时，需要拆卸原尺寸管柱和安装新尺寸管柱，导致实验周期长；即使在同一实验装置上安装2种尺寸管柱时，由于不能瞬时完成不同尺寸管柱的流动切换，使得优选管柱实验的条件(井底压力、温度、气流量、液流量等)差异大，导致实验结果分析困难。
本发明旨在改变传统的优选管柱排水采气模拟装置及实验方法。因此发明了一种可瞬时切换多组管径的实验装置，该装置包含多个管径的测试单元组成，每个测试单元包括透明的有机玻璃管及其配套的压力、温度、差压传感器和高速摄像仪，各测试单元由旋转多通换向阀来瞬时完成切换，可实现不动管柱，在相同条件(井底压力、温度、气流量、液流量等)下观察不同尺寸管柱对流型的影响，测试其对压降的影响，完成优选管柱排水采气的基础理论研究。与传统的优选管柱实验装置相比，该装置大大减少了实验工作量，进一步提高了实验效率和准确度，为排水采气优选管柱实验提供了一套高效的实验设备和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种优选管柱模拟装置与实验方法，旨在有效的解决当前低压低产气井临界流速、自喷管柱尺寸等影响气井举升能力的问题。
本发明是这样实现的，一种优选管柱模拟装置与实验方法，主要包括实验回路，配套系统和测控系统组成。其中，
实验回路包括水箱、耐压管、多个管径测试单元、水平短管、钢丝软管等。水由水箱流出后进入耐压管，气体由空气压缩机提供，经气体流量计计量后在气液混合器与水混合，混合后的气液两相经通过旋转多通换向阀流入管径测试单元，最后经气液分离器分离后重新流入水箱，形成一个完整的实验回路；
旋转多通换向阀，有一个流入通道和多个流出孔道，每个通道间隔为45°，满足在不同实验条件(井底压力、温度、气流量、液流量等)下可瞬时完成不同尺寸管柱的流动切换，使水、气进入不同的测试单元；
管径测试单元均由有机透明玻璃管连接组成，不仅耐压还可在实验过程中直接观察管内气液两相流的流动型态，确定有效流型；
配套装置是由压力传感器、压差传感器、温度传感器、气体流量计、液体流量计、高速摄像仪等组成。压力传感器、压差传感器分别用以测量测试单元的井底压力、压差。温度传感器记录测试单元的井底温度。气体流量计、液体流量计分别用以测量气体、液体流量。高速摄像仪可记录测试单元中产生的实验现象；
测控系统是将多个管径测试单元在两相流实验过程中所产生的压差、水量、气量、压力等参数传输到数据采集器上，各种参数通过数据采集器进行记录并可以由电脑导出。
本发明是提供一种优选管柱模拟装置与实验方法，具有测量多个管径测试单元内气液两相流流型和压降以及优选管柱等功能，能够快速的确定多个管径测试单元内气液流速，以及测试单元的管径和提高气井生产效率。
附图说明
图1是本发明的实验装置示意图；
图中：1-空气压缩机、2-储气罐、3-柱塞计量泵、4-液体流量计、5-水箱、6-气液分离器、7-阀门、8-耐压管、9-电脑、10-数据采集器、11-数据电缆、12-多个管径测试单元、13-高速摄像仪、14-压差传感器、15-压力传感器、16-温度传感器、17-钢丝软管、18-旋转多通换向阀、19-连接管、20-气液混合器、21-气体流量计。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明的实验装置示意图，图1所示，本发明之一种优选管柱模拟装置包括管段回路、配套系统和测控系统。
所述的管段回路是由耐压管8、连接管19、旋转多通换向阀18、钢丝软管17、多个管径测试单元12、阀门7连接成一个管段回路，回路内的液体可循环利用。
所述的配套系统是由空气压缩机1、储气罐2、气体流量计21、柱塞计量泵3、液体流量计4、气液分离器6、水箱5、高速摄像仪13、压差传感器14、压力传感器15、温度传感器16组成。
所述的测控系统是由数据采集器10、电脑9组成。数据采集器是将实验测试的温度、压力、压差、液量、气量等参数进行记录储存。储存的数据可通过数据线导入电脑。
本发明之一种优选管柱实验方法包括以下步骤：
打开空气压缩机1将空气进行高压压缩，气体进入储气罐2进行储存，实验时可直接使用。气体通过耐压管流通并经过气体流量计21进行测量。通过水龙头向水箱5内注水，水箱内的水流入耐压管并经过液体流量计4进行测量。经过计量后的气体和水在气液混合器20混合并通过连接管19流入旋转多通换向阀18。
转多通换向阀18具有多个流出通道，每个流出通道都连通一个管径测试单元，旋转多通换向阀18可以在不同实验条件(井底压力、温度、气流量、液流量等)下可瞬时完成不同尺寸管柱的流动切换，使水、气进入不同的测试单元；
每个管径测试单元底部安装压差传感器14、压力传感器15和温度传感器16，可在实验时实时记录数据；在每个测试单元中部安装一个高速摄像仪13用来记录在实验过程中产生的气液两相流现象。
在每个管径测试单元结束后，测试单元内的气液两相流会通过耐压管流入气液分离器6并将气液两相分离，气体本身为空气，可就地放空，水则流入水箱5，再进行回收利用，减少浪费。实验结束时，关闭空气压缩机1、柱塞计量泵3、阀门7，水循环停止，实验结束。
实验过程中产生的所有实验数据都由数据电缆11传到数据采集器10记录保存，数据可由电脑9导出。
本发明具有以下有益效果：
1)每个管径测试单元由有机透明玻璃管连接而成，有机透明玻璃管成本相对较低，不但能够承受实验过程中的高压气体，还可以直接观察实验过程中的现象；测试单元内径与现场相同，在实验过程中严格遵循实验要求，实验现象和数据对现场生产有一定的参考作用；
2)本发明使用旋转多通换向阀，可在相同实验条件(井底压力、温度、气流量、液流量等)下可瞬时完成不同尺寸管柱的流动切换，提高实验的效率和准确率；
3)每个管径测试单元在同一水平线上，可最直接有效地观察在相同实验条件(井底压力、温度、气流量、液流量等)下管径对气液两相流的影响，完成管柱优选；
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种优选管柱模拟装置与实验方法，其特征在于，包括多个管径测试单元，可在不同实验条件(井底压力、温度、气流量、液流量等)下可瞬时将水、气两相切换到不同的测试单元；其中，多个管径测试单元，在实验过程中每个测试单元都安装压力传感器、压差传感器、温度传感器和高速摄像仪等仪器可实时记录实验过程中的实验数据和实验现象。
2.如权利要求1所述的满足在不同实验条件(井底压力、温度、气流量、液流量等)下可通过旋转多通换向阀瞬时将水、气两相切换到不同的测试单元，其特征在于，能瞬时完成不同测试单元的流动切换，在同一实验条件(井底压力、温度、气流量、液流量等)下，对多个管径测试单元完成管柱优选。
3.如权利要求1所述的一种优选管柱模拟装置与实验方法，该方法包括以下步骤：
(一)打开空气压缩机将空气进行高压压缩，气体进入储气罐进行储存，实验时可直接使用。气体通过耐压管流通并经过气体流量计进行测量。通过水龙头向水箱内注水，水箱内的水经过柱塞计量泵进行调节并输送到液体流量计进行测量。经过计量后的气体和水在气液混合器混合并通过连接管流入旋转多通换向阀。
(二)转多通换向阀具有多个流出通道，每个管径测试单元都连通一个流出通道，旋转多通换向阀可在不同实验条件(井底压力、温度、气流量、液流量等)下可瞬时将水、气两相切换到不同的测试单元；
(三)每个管径测试单元底部安装压差传感器、压力传感器和温度传感器，可实时记录实验数据；在测试单元中部安装一个高速摄像仪可记录在实验过程中产生的气液两相流现象。
(四)每个管径测试单元实验结束后，测试单元内的气液两相流会通过耐压管流入气液分离器并将气液两相分离，气体本身为空气，可就地放空，水则流入水箱进行回收利用。实验结束时，关闭空气压缩机、柱塞计量泵、阀门，水循环停止，实验结束。
(五)实验测试的温度、压力、压差、液量、气量等参数通过数据采集器进行记录储存，数据可由电脑导出。
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