CN204666329U - 一种气流携液携砂可视化实验装置 - Google Patents

一种气流携液携砂可视化实验装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种气流携液携砂可视化实验装置,包括倾斜放置的实验台架、支架和PC机,实验台架设置于支架上,实验台架上设置有实验管段,实验管段的侧面上依次设置有进气口、进液口、砂粒器、压力传感器、温度传感器和压差传感器;实验管段的底部设置有闸阀,实验台架的顶部连接有钢丝绳,钢丝绳与卷扬机相连接,进气口依次连接有质量流量计机构、气路闸阀机构和空气压缩机,实验管段依次连接有三相分离器、水罐、离心泵、液路闸阀机构、涡轮流量计机构和进液口;PC机通过导线分别与质量流量计机构、液路闸阀机构、压力传感器、温度传感器和压差传感器相连接。本装置能够进行砂粒对气体临界携液流量影响以及液体对临界携砂流量的影响。

Description

一种气流携液携砂可视化实验装置
技术领域
本实用新型属于试验器具技术领域,具体涉及一种气流携液携砂可视化实验装置。
背景技术
天然气开采生产过程中常伴随着液体或砂粒的产出,井下这些液体或砂粒可能被气流带出井筒,也可能在井底沉积。液体聚集在井底会形成井筒积液,积液一方面会造成井底压力的增大,造成天然气产量下降甚至停产,另一方面会增加近井地带储层的含水量,降低气相渗透率。砂粒聚集在井底,随着砂埋深度的增加有可能砂埋储层,造成气井产量下降甚至停产。为了使气井达到稳产的目的,必须对气井的工作制度进行合理的设计,保证气井能够正常的携带液体或砂粒,这就取决于气流流量是否大于临界携液或携砂流量。但是,如果气井在产液的同时伴随的砂粒的产出,那么砂粒对临界携液流量的影响、液体对临界携砂流量的影响,现有实验装置无法完成上述的研究。
专利号为CN103397876A的复杂结构井携液机理可视化模拟实验装置既可以进行垂直井气井携液理论的研究,也可以进行水平段携液理论的研究;专利号为CN202383121U的一种气体携液模拟实验装置在气体携液过程中采用喷头向气流中喷雾或直接用气流穿过一定量的液体来进行实验,研究气体携液的临界流量;专利号为CN202946125U的一种井筒携液助采可视化实验装置,该装置的垂直携液管柱设有中心助采管、观察窗和加热温控系统,能够实现高温高压或低温低压的环境条件,实现高温高压井筒起泡剂稳定性、携液能力及泡沫排水采气工艺过程的评价;专利号为CN202383121U的一种气体携液模拟装置,由注气系统、注水系统和井筒组成,能够实现在各种状态的气液混合下研究气液混合时及气液上升过程中各阶段气体携液及其临界流量。专利号为CN102817564A的流体携砂实验装置,主要由水箱、离心泵、试验管、加砂漏斗、管线组成,运用该设备能够在井筒流动模拟实验的基础上,研究砂粒沉降速度与井液平均速度的数学关系式;专利号为CN203835304U的泡排井筒携砂可视化实验装置,该装置用于可视化井筒携砂实验,模拟井筒中液体、气体携砂或泡沫携砂过程,研究携砂效果,并且通过推导得到其临界携砂速度。
目前实验装置主要集中在单一的研究气体携液或携砂的能力上,如果气体携液过程中流体系统存在固体颗粒,固体颗粒对临界携液流量是否存在影响,影响多大;如果气体携砂过程中流体系统存在液体,液体对临界携砂流量是否存在影响,影响多大,仍然是一个较少涉足的研究领域。本实用新型的目的是能够进行气体携液过程中砂粒影响以及气体携砂过程中液体影响的研究,除此之外,实验管柱是放置在可以改变角度的实验台架上,还能够进行不同角度气体临界携液、临界携砂流量的研究。运用该实验装置得到的实验数据可以推导不同角度临界携液流量、临界携砂流量的计算公式,分析砂粒对气体临界携液流量影响以及液体对临界携砂流量的影响,推导影响的量化模型。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种气流携液携砂可视化实验装置,本实验装置能够进行气流同时携带液体和砂粒的实验,研究液体对气流携砂临界携液流量的影响以及砂粒对气流携液临界携液流量的影响。
本实用新型所采用的技术方案是,一种气流携液携砂可视化实验装置,包括倾斜放置的实验台架、支架和PC机,支架为L形支架,实验台架一端设置于支架的水平段,另一端设置于支架的竖直段,实验台架上设置有实验管段,实验管段的侧面上自下而上依次设置有进气口、进液口、砂粒器、压力传感器、温度传感器和压差传感器;实验管段的底部设置有闸阀,支架的竖直段的顶部设置有定滑轮,实验台架的顶部连接有钢丝绳,钢丝绳绕过定滑轮与卷扬机相连接,进气口通过管道依次连接有质量流量计机构、气路闸阀机构和空气压缩机,实验管段通过管道依次连接有三相分离器、水罐、离心泵、液路闸阀机构、涡轮流量计机构和进液口;PC机通过导线分别与质量流量计机构、液路闸阀机构、压力传感器、温度传感器和压差传感器相连接。
本实用新型的特点还在于,
质量流量计机构包括第一质量流量计、第二质量流量计和第三质量流量计,气路闸阀机构包括第一气路闸阀、第二气路闸阀和第三气路闸阀,第一质量流量计与第一气路闸阀相连接,第二质量流量计与第二气路闸阀相连接,第三质量流量计与第三气路闸阀相连接;第一质量流量计、第二质量流量计和第三质量流量计均与进气口相连接;第一气路闸阀、第二气路闸阀和第三气路闸阀均与空气压缩机相连接。
第一质量流量计、第二质量流量计和第三质量流量计的量程依次增大。
液路闸阀机构包括第一液路闸阀、第二液路闸阀和第三液路闸阀,涡轮流量计机构包括第一涡轮流量计、第二涡轮流量计和第三涡轮流量计;第一液路闸阀与第一涡轮流量计相连接,第二液路闸阀与第二涡轮流量计相连接,第三液路闸阀与第三涡轮流量计相连接;第一液路闸阀、第二液路闸阀和第三液路闸阀均与离心泵相连接,第一涡轮流量计、第二涡轮流量计和第三涡轮流量计均与进液口相连接。
第一涡轮流量计、第二涡轮流量计和第三涡轮流量计的量程依次增大。
实验台架上设置有滚轮。
本实用新型的有益效果是:本实用新型的目的是能够进行气体携液过程中砂粒影响以及气体携砂过程中液体影响的研究,除此之外,实验管柱是放置在可以改变角度的实验台架上,还能够进行不同角度气体临界携液、临界携砂流量的研究。本装置能够进行砂粒对气体临界携液流量影响以及液体对临界携砂流量的影响,实验过程中实验管段的角度可以任意调节,进行不同角度临界携液流量的影响。
附图说明
图1是本实用新型气流携液携砂可视化实验装置的结构示意图。
图中,1.空气压缩机,2.离心泵,3.水罐,4.三相分离器,5.第一液路闸阀,6.第二液路闸阀,7.第三液路闸阀,8.第一气路闸阀,9.第二气路闸阀,10.第三气路闸阀,11.第一涡轮流量计,12.第二涡轮流量计,13.第三涡轮流量计,14.第一质量流量计,15.第二质量流量计,16.第三质量流量计,17.实验管段,18.砂粒器,19.压力传感器,20.温度传感器,21.压差传感器,22.卷扬机,23.闸阀,24.进气口,25.进液口,26.钢丝绳,27.实验台架,28.定滑轮,29.支架,30.PC机。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型提供一种气流携液携砂可视化实验装置,整个模拟实验装置分为四个部分:模拟井筒部分,实验流体供给和测控系统,流动参数及数据采集与处理系统和实验流体后处理系统。如图1所示,包括倾斜放置的实验台架27、支架29和PC机30,支架29为L形支架,实验台架27一端设置于支架29的水平段,另一端设置于支架29的竖直段,实验台架27上设置有实验管段17,实验管段17的侧面上自下而上依次设置有进气口24、进液口25、砂粒器18、压力传感器19、温度传感器20和压差传感器21;实验管段17的底部设置有闸阀23,支架29的竖直段的顶部设置有定滑轮28,实验台架27的顶部连接有钢丝绳26,钢丝绳26绕过定滑轮28与卷扬机22相连接,进气口24通过管道依次连接有质量流量计机构、气路闸阀机构和空气压缩机1,实验管段17通过管道依次连接有三相分离器4、水罐3、离心泵2、液路闸阀机构、涡轮流量计机构和进液口25;PC机30通过导线分别与质量流量计机构、液路闸阀机构、压力传感器19、温度传感器20和压差传感器21相连接。实验台架27上设置有滚轮。
质量流量计机构包括第一质量流量计14、第二质量流量计15和第三质量流量计16,气路闸阀机构包括第一气路闸阀8、第二气路闸阀9和第三气路闸阀10,第一质量流量计14与第一气路闸阀8相连接,第二质量流量计15与第二气路闸阀9相连接,第三质量流量计16与第三气路闸阀10相连接;第一质量流量计14、第二质量流量计15和第三质量流量计16均与进气口24相连接;第一气路闸阀8、第二气路闸阀9和第三气路闸阀10均与空气压缩机1相连接。第一质量流量计14、第二质量流量计15和第三质量流量计16的量程依次增大。
液路闸阀机构包括第一液路闸阀5、第二液路闸阀6和第三液路闸阀7,涡轮流量计机构包括第一涡轮流量计11、第二涡轮流量计12和第三涡轮流量计13;第一液路闸阀5与第一涡轮流量计11相连接,第二液路闸阀6与第二涡轮流量计12相连接,第三液路闸阀7与第三涡轮流量计13相连接;第一液路闸阀5、第二液路闸阀6和第三液路闸阀7均与离心泵2相连接,第一涡轮流量计11、第二涡轮流量计12和第三涡轮流量计13均与进液口25相连接。第一涡轮流量计11、第二涡轮流量计12和第三涡轮流量计13的量程依次增大。
气路和液路均分为3路是为了增加流体流量的测量精度,因为如果流量计的量程太大就不能保证小流量流体的准确计量,因此采用了3条管路,每条管路流量计的量程不同。
本装置的实验流程及操作步骤如下:
1)气体临界携液流量的实验
实验开始之前通过卷扬机22和钢丝绳26调整实验台架27的角度,进行某一角度气体临界携液流量的实验。实验过程中,首先打开空气压缩机1让大流量气体通过进气口24进入实验管段中流动,然后打开离心泵2将水罐3中的液体通过进液口25进入实验管段17(液体流量可以通过液路闸阀机构(第一液路闸阀5、第二液路闸阀6和第三液路闸阀7)来进行控制),随后通过调节气路阀门机构(第一气路闸阀8、第二气路闸阀9和第三气路闸阀10)来减少气体流量,观察实验管段管壁处的流体的流动状态判断气体是否达到临界携液流量,从实验管段出来的流体经过分离器4的作用,将气液进行分离,气体直接排空,液体回流到水罐3。实验过程中气体的流量用质量流量计机构(第一质量流量计14、第二质量流量计15和第三质量流量计16)来进行计量,液体流量用涡轮流量计机构(第一涡轮流量计11、第二涡轮流量计12和第三涡轮流量计13)来进行计量,实验管路中的压力、温度以及压差用压力传感器19、温度传感器20和压差变送器21来进行测量,实验数据直接用采集系统PC机30进行采集。
通过改变实验台架的角度可以进行不同倾角条件下气体临界携液流量的实验,通过实验数据的分析处理可以到处考虑管柱倾角的临界携液流量计算公式。
如果进行下一组实验则必须将阀门23打开,排空实验管段中的积液,然后再按照上述步骤进行实验。
2)砂粒对气体临界携液流量影响的实验
实验开始之前通过卷扬机22和钢丝绳26调整实验台架27的角度,进行某一角度气体临界携液流量的实验。实验过程中,首先打开空气压缩机1让大流量气体通过气体入口24进入实验管段中流动,然后打开离心泵2将水罐3中的液体通过液体入口25进入实验管段(液体流量可以通过液路闸阀机构(第一液路闸阀5、第二液路闸阀6和第三液路闸阀7)来进行控制),同时用砂粒注入器18将砂粒按一定量注入实验管段,随后通过调节气路阀门机构(第一气路闸阀8、第二气路闸阀9和第三气路闸阀10)来减少气体流量,观察实验管段管壁处的流体的流动状态判断气体是否达到临界携液流量,从实验管段出来的流体经过分离器4的作用,将气液进行分离,气体直接排空,液体回流到水罐3。实验过程中气体的流量用质量流量计机构(第一质量流量计14、第二质量流量计15和第三质量流量计16)来进行计量,液体流量用涡轮流量计机构(第一涡轮流量计11、第二涡轮流量计12和第三涡轮流量计13)来进行计量,实验管路中的压力、温度以及压差用压力传感器19、温度传感器20和压差变送器21来进行测量,实验数据直接用采集系统进行采集。
将该实验数据的分析结果与没有砂粒的实验结果进行对比分析,可以总结砂粒对临界携液流量的影响,导出考虑砂粒情况下的临界携液流量计算公式。
上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明,但本实用新型并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以对其作出种种变化。

Claims (6)

1.一种气流携液携砂可视化实验装置,其特征在于,包括倾斜放置的实验台架(27)、支架(29)和PC机(30),所述支架(29)为L形支架,所述实验台架(27)一端设置于支架(29)的水平段,另一端设置于支架(29)的竖直段,所述实验台架(27)上设置有实验管段(17),所述实验管段(17)的侧面上自下而上依次设置有进气口(24)、进液口(25)、砂粒器(18)、压力传感器(19)、温度传感器(20)和压差传感器(21);所述实验管段(17)的底部设置有闸阀(23),所述支架(29)的竖直段的顶部设置有定滑轮(28),所述实验台架(27)的顶部连接有钢丝绳(26),钢丝绳(26)绕过定滑轮(28)与卷扬机(22)相连接,所述进气口(24)通过管道依次连接有质量流量计机构、气路闸阀机构和空气压缩机(1),所述实验管段(17)通过管道依次连接有三相分离器(4)、水罐(3)、离心泵(2)、液路闸阀机构、涡轮流量计机构和进液口(25);所述PC机(30)通过导线分别与质量流量计机构、液路闸阀机构、压力传感器(19)、温度传感器(20)和压差传感器(21)相连接。
2.根据权利要求1所述的气流携液携砂可视化实验装置,其特征在于,所述质量流量计机构包括第一质量流量计(14)、第二质量流量计(15)和第三质量流量计(16),所述气路闸阀机构包括第一气路闸阀(8)、第二气路闸阀(9)和第三气路闸阀(10),所述第一质量流量计(14)与第一气路闸阀(8)相连接,所述第二质量流量计(15)与第二气路闸阀(9)相连接,所述第三质量流量计(16)与第三气路闸阀(10)相连接;所述第一质量流量计(14)、第二质量流量计(15)和第三质量流量计(16)均与进气口(24)相连接;所述第一气路闸阀(8)、第二气路闸阀(9)和第三气路闸阀(10)均与空气压缩机(1)相连接。
3.根据权利要求2所述的气流携液携砂可视化实验装置,其特征在于,所述第一质量流量计(14)、第二质量流量计(15)和第三质量流量计(16)的量程依次增大。
4.根据权利要求1所述的气流携液携砂可视化实验装置,其特征在于,所述液路闸阀机构包括第一液路闸阀(5)、第二液路闸阀(6)和第三液路闸阀(7),所述涡轮流量计机构包括第一涡轮流量计(11)、第二涡轮流量计(12)和第三涡轮流量计(13);所述第一液路闸阀(5)与第一涡轮流量计(11)相连接,所述第二液路闸阀(6)与第二涡轮流量计(12)相连接,所述第三液路闸阀(7)与第三涡轮流量计(13)相连接;所述第一液路闸阀(5)、第二液路闸阀(6)和第三液路闸阀(7)均与离心泵(2)相连接,所述第一涡轮流量计(11)、第二涡轮流量计(12)和第三涡轮流量计(13)均与进液口(25)相连接。
5.根据权利要求4所述的气流携液携砂可视化实验装置,其特征在于,所述第一涡轮流量计(11)、第二涡轮流量计(12)和第三涡轮流量计(13)的量程依次增大。
6.根据权利要求1所述的气流携液携砂可视化实验装置,其特征在于,所述实验台架(27)上设置有滚轮。
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