CN205477589U - 煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置，包括井筒模拟装置和活动支架，井筒模拟装置的两端分别设有带放气阀的上接头、下接头；上接头依次与第一单向阀、注液阀、液体注入流量计、水泵连接；下接头依次与流体流量计、泄流阀连接；下接头依次与第二单向阀、总注气阀、气液分离器、大流量阀、涡街流量计、压力表、调压阀、储气罐阀、储气罐、空气压缩机连接，气液分离器通过并联管路与压力表二次连接，并联管路上依次设有转子流量计、小流量阀；井筒模拟装置包括透明耐压玻璃管和多节式中心管。该实验装置可模拟煤层气井任意井斜稳斜段井筒内多相流流动状况。

Description

煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟装置，具体涉及一种煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置。

背景技术

煤层气作为一种清洁环保能源，是常规天然气的重要战略补充，对国家缓解减排压力、优化能源结构、实现经济转型有重要的战略意义。其主要获取方式是地面钻井开采，利用人工井眼对煤层及其围岩中的地下水进行抽排，从而降低煤储层压力，促使煤层中吸附的甲烷气体解吸释放，并经由油套环空运移至井口被收集。由于煤储层应力敏感，故而在采集过程中，需要随时了解掌握煤储层的变化，以便及时调整排采强度，使煤层气的开采实现最大化。煤储层变化的最直接影响就是煤层气井井筒内流体的流动特性及流型。即准确确定井筒内的流动状况，为制定合理的排采制度，避免盲目抽采，实现产能最大化具有重要意义。

近几年，伴随煤层气行业的发展，针对煤层气井的排采已经有了一些模拟实验装置，如垂直井筒中的煤粉产出实验装置，模拟井筒环空多相流的可视化实验装置，排水采气实验装置等等。但这些模拟实验装置的功能较为单一，没有将可视化、耐高压力和对温度、压力、井斜、气量、液量的综合调控以及装置对煤粉固相微颗粒的适应性实现统一结合，无法准确模拟煤层气井井筒内流体的流动特性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置，该实验装置可以模拟煤层气井任意井斜稳斜段井筒内的多相流流动状况。

本实用新型所采用的技术方案是：一种煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置，包括井筒模拟装置、与井筒模拟装置连接的活动支架，所述井筒模拟装置的上端设有带放气阀的上接头，井筒模拟装置的下端设有下接头；上接头依次与第一单向阀、注液阀、液体注入流量计、水泵连接，水泵将水箱中液体抽入井筒模拟装置；下接头依次与流体流量计、泄流阀连接，井筒模拟装置通过泄流阀往水箱排液；

所述下接头依次与第二单向阀、总注气阀、气液分离器、大流量阀、涡街流量计、压力表、调压阀、储气罐阀、储气罐、空气压缩机连接；所述气液分离器通过并联管路与压力表二次连接，并联管路上依次设有转子流量计、小流量阀，所述气液分离器接有排污阀；

所述井筒模拟装置包括透明耐压玻璃管，所述透明耐压玻璃管内设有多节式中心管，所述多节式中心管由若干节短管通过螺纹连接组成，多节式中心管通过上接头与透明耐压玻璃管连接，通过扶正器固定在透明耐压玻璃管的中心；多节式中心管的长度与外观特征尺寸皆可通过更换与剔除短管实现；

所述活动支架包括支架本体，所述支架本体的下端设有制动脚轮，所述支架本体的上端与钢丝绳的一端连接，钢丝绳的另一端穿过定滑轮；

所述上接头和下接头上分别设有温度传感器、压力传感器、恒温加热装置，温度传感器、压力传感器、空气压缩机、恒温加热装置、涡街流量计、水泵与控制终端连接；控制终端可以调控水泵与空气压缩机，采集上接头和下接头的温度传感器与压力传感器数据，以及涡街流量计计量的流体流量数据。

更进一步的方案是，所述水泵的排液端与分流阀连接，利用分流阀的分流，调控水泵的排液端输出量。

更进一步的方案是，所述上接头、下接头与井筒模拟装置采用螺纹连接。

更进一步的方案是，所述下接头内置有气泡切割装置。

更进一步的方案是，所述气泡切割装置包括圆板，所述圆板上设有若干孔。

更进一步的方案是，所述透明耐压玻璃管外壁贴有两道参考标尺，两道参考标尺最小刻度分别为毫米与厘米。

更进一步的方案是，透明耐压玻璃管可承受不高于1.5Mpa的压力，最高承受温度为55℃。

本实用新型的有益效果在于：

可模拟多种条件下任意井斜稳斜段井筒内的多相流流动状况，且可直接观察流体运动规律，应用广泛，适应性强；

水泵、注液阀、液体注入流量计、第一单向阀、流体流量计、泄流阀、水箱形成液相回路，调控整个装置的液相循环，用于模拟煤层气井井筒内的液相循环；

第二单向阀、总注气阀、气液分离器、大流量阀、小流量阀、涡街流量计、转子流量计、调压阀、储气罐阀、储气罐、空气压缩机用于模拟煤层气井井筒内的气相流动；

调压阀与储气罐一起控制输出气相气压，压力表用于校核调压阀出口压力；放气阀、调压阀、储气罐、空气压缩机、总注气阀、大流量阀、小流量阀用于调控装置的气相流动；

采用涡街流量计、转子流量计分开计量流量的方式，以实现大量程高精度计量；

利用钢丝绳、定滑轮、制动脚轮来实现井筒模拟装置的倾斜角度调节；

钢丝绳上提或下放活动支架上端，配合制动脚轮以调节、固定煤层气井井筒角度，角度可调范围0～90°，实现煤层气井井筒的倾斜；

采用透明耐压玻璃管可直接观察模拟煤层气井井筒内多相流的流动；

由若干节短管通过螺纹连接组成多节式中心管，其长度与外观特征尺寸皆可通过更换与剔除短管实现，安装、调节简便；可实现透明耐压玻璃管内不同管串(不同直径、不同材质的短管串接)结构特征模拟；

若干节透明中心管通过螺纹连接，便于安设和替换，可构成不同尺寸特征的井筒内空间，也便于煤层气井任意井深位置的模拟；

上接头通过螺纹分别与多节式中心管、透明耐压玻璃管连接，下接头通过螺纹与透明耐压玻璃管连接，多节式中心管下端悬空，安设非常简单方便；

能模拟煤层气井任意井斜稳斜段井筒内的多相流流动状况，是理论研究与工程实践的重要验证与指导；

本实用新型不仅可以实现气、水两相在井筒模拟装置内的流动模拟实验，也可实现煤粉、气、水在井筒模拟装置内的多相流动模拟实验；配合温度、压力的调节，还可实现煤层气井井筒内排水采气各个阶段的流体流动模拟；

本实用新型操作简便，功能丰富，仅需切换、调整接口，控制阀门开度，改变流体流动循环流程与流量，满足不同实验需求；

本实用新型将温度传感器、压力传感器、恒温加热装置、空气压缩机、涡街流量计、水泵与控制终端连接，既简化了操作，也实现了数据的实时测量与采集。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是气泡切割装置的结构示意图。

其中：1、支架本体，2、制动脚轮，3、定滑轮，4、钢丝绳，5、放气阀，6、上接头，7、透明耐压玻璃管，8、多节式中心管，9、下接头、10、第一单向阀，11、注液阀，12、分流阀，13、水泵，14、水箱，15、泄流阀，16、液体流量计，17、液相管线，18、第二单向阀，19、总注气阀，20、气液分离器，21、大流量阀，22、小流量阀，23、涡街流量计，24、转子流量计，25、压力表，26、调压阀，27、储气罐，28、气相管线，29、空气压缩机，30、控制终端，31、排污阀，32、数据线缆，33、扶正器，34、储气罐阀，35、液体注入流量计。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1、图2，一种煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置，包括井筒模拟装置、与井筒模拟装置连接的活动支架，井筒模拟装置的上端设有带放气阀5的上接头6，井筒模拟装置的下端设有下接头9；上接头6通过液相管线17依次与第一单向阀10、注液阀11、液体注入流量计35、水泵13连接，水泵13将水箱14中液体抽入井筒模拟装置；水泵13的排液端与分流阀12连接，利用分流阀12的分流，调控水泵13的排液端输出量；下接头9依次与流体流量计16、泄流阀15连接，泄流阀15将井筒模拟装置的液体返排回水箱14中；第一单向阀10、注液阀11、水泵13、泄流阀15、水箱14形成液相回路，调控整个装置的液相循环，用于模拟煤层气井井筒内的液相流动；

下接头9通过气相管线28依次与第二单向阀18、总注气阀19、气液分离器20、大流量阀21、涡街流量计23、压力表25、调压阀26、储气罐阀34、储气罐27、空气压缩机29连接；气液分离器20通过并联管路与压力表25二次连接，并联管路上依次设有转子流量计24、小流量阀22，气液分离器20接有排污阀31；第二单向阀18、总注气阀19、气液分离器20、大流量阀21、小流量阀22、涡街流量计23、转子流量计24调压阀26、储气罐阀34、储气罐27、空气压缩机29用于模拟煤层气井井筒内的气相流动；空气压缩机29、调压阀26与储气罐27一起控制输出气相气压，压力表25用于校核调压阀26出口压力；放气阀5、调压阀26、储气罐27、空气压缩机29、总注气阀19、大流量阀21、小流量阀22组合调控装置气相循环；为实现大量程高精度计量，采用涡街流量计23、转子流量计24分开计量流量方式；

井筒模拟装置包括透明耐压玻璃管7，透明耐压玻璃管7内设有若干节通过螺纹连接的多节式中心管8，其任意节可被剔除或替换；多节式中心管8通过扶正器33固定在透明耐压玻璃管7的中心；

活动支架包括支架本体1，支架本体1的下端设有制动脚轮2，支架本体1的上端与钢丝绳4的一端连接，钢丝绳4的另一端穿过定滑轮3；钢丝绳4上提或下放支架本体1上端，配合制动脚轮2以调节、固定角度，角度可调范围为0～90°，用于模拟煤层气井井筒的倾斜；

在上接头6和下接头9上分别设有温度传感器、压力传感器、恒温加热装置，温度传感器、压力传感器、恒温加热装置、空气压缩机29、涡街流量计23、水泵13通过数据线缆32与控制终端30连接；控制终端30可以调控水泵13与空气压缩机29，采集上接头6和下接头9上的温度传感器与压力传感器数据，以及涡街流量计23计量的流体流量数据。

为了方便拆装与安设，上接头6、下接头9与井筒模拟装置采用螺纹连接。

在下接头9内置有气泡切割装置，气泡切割装置包括圆板，所述圆板上设有若干孔，根据需要将已设定径孔的孔均布于圆板上。在透明耐压玻璃管7外壁贴有两道参考标尺，两道参考标尺最小刻度分别为毫米与厘米。

本实用新型中，透明耐压玻璃管7可承受不高于1.5Mpa的压力，最高承受温度为55℃。

本实用新型可模拟多种条件下任意井斜稳斜段井筒内多相流的流动状况。

采用上述煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置进行煤层气井井筒内排水采气可视化模拟的方法，包括如下步骤：

1)、根据煤层气井井筒尺寸特征，组装煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置；

2)、活动支架最初水平放置；然后上提支架本体1上端钢丝绳4，同时打开支架本体1下端制动脚轮2的制动销；钢丝绳4上提，配合制动脚轮2，将井筒模拟装置调节至某一确定角度，固定钢丝绳4，制动脚轮2插入制动销，保持倾斜角度稳定不变；

3)、参考水箱14内侧刻度，加入定量清水；或依据煤层气井现场工况，选取合适粒径煤粉，加入水箱14中，调配出确定体积浓度的固液混合物；可采用清水进行模拟实验，也可采用带煤粉的固液混合物进行模拟实验；

4)、开启放气阀5与注液阀11，关闭泄流阀15、分流阀12，通过控制终端30开启水泵13往井筒模拟装置内注入已设定液量，随后关闭水泵13；

5)、选择气线流程，大气量选涡街流量计23与大流量阀21支路，小气量选转子流量计24与小流量阀22支路；关闭总注气阀19、大流量阀21、小流量阀22，将调压阀26的输出端口压力调至最低，关闭储气罐阀34；通过控制终端30控制空气压缩机29，往储气罐27内注气，储气罐27内达到设定压力值后，空气压缩机29自动停止工作待机；当储气罐27内压力低于1Mpa时，空气压缩机29再次自动开启；

6)、根据气体流量大小选择打开小流量阀22或者大流量阀21；打开储气罐阀34和总注气阀19，保持放气阀5最小开度；调控调压阀26输出端口压力，利用与井筒模拟装置内的压力差来输送气体；

7)、观察井筒模拟装置内压力，调控放气阀开度和调压阀输出端口压力，实现井筒模拟装置内压力不变的前提下气体流量增加；控制终端开启上接头与下接头的内置恒温装置，改变井筒模拟装置内模拟温度；

8)、调节泄流阀开度，利用液体流量计观察液相流出流量，同时开启水泵，打开并调节泄流阀，使液体注入流量计与液体流量计的显示值一致；

9)、观察井筒模拟装置内气、液、固多相流流动状况；改变温度、压力、液量、气量、井斜、煤层气井井筒尺寸特征中一个或几个参数，观察多相流流动状况变化。

本方法能实现煤层气井任意井斜稳斜段井筒内气、液、固多相流流动状况的模拟；可用于石油、天然气、页岩气抽采过程的模拟研究。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置，包括井筒模拟装置，以及与井筒模拟装置连接的活动支架，其特征在于：所述井筒模拟装置的上端设有带放气阀的上接头，井筒模拟装置的下端设有下接头；上接头依次与第一单向阀、注液阀、液体注入流量计、水泵连接，水泵将水箱中的液体抽入井筒模拟装置；下接头与泄流阀连接，且该连接管道上设有流体流量计，井筒模拟装置通过泄流阀往水箱排液；

所述下接头依次与第二单向阀、总注气阀、气液分离器、大流量阀、涡街流量计、压力表、调压阀、储气罐阀、储气罐、空气压缩机连接；气液分离器通过并联管路与压力表二次连接，并联管路上依次设有转子流量计、小流量阀；所述气液分离器接有排污阀；

所述井筒模拟装置包括透明耐压玻璃管，所述透明耐压玻璃管内设有多节式中心管，所述多节式中心管由若干节短管通过螺纹连接组成；多节式中心管通过上接头与透明耐压玻璃管连接，通过扶正器固定在透明耐压玻璃管的中心；

所述活动支架包括支架本体，所述支架本体的下端设有制动脚轮，所述支架本体的上端与钢丝绳的一端连接，钢丝绳的另一端穿过定滑轮；

所述上接头和下接头上分别设有温度传感器、压力传感器、恒温加热装置，温度传感器、压力传感器、空气压缩机、恒温加热装置、涡街流量计、水泵与控制终端连接。

2.根据权利要求1所述的煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置，其特征在于：在水泵的排液端设有分流阀。

3.根据权利要求1所述的煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置，其特征在于：所述上接头、下接头与井筒模拟装置采用螺纹连接。

4.根据权利要求1或3所述的煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置，其特征在于：所述下接头内置有气泡切割装置。

5.根据权利要求4所述的煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置，其特征在于：所述气泡切割装置包括圆板，所述圆板上设有若干孔。

6.根据权利要求1所述的煤层气井井筒内排水采气可视化模拟实验装置，其特征在于：所述透明耐压玻璃管外壁贴有两道参考标尺，两道参考标尺最小刻度分别为毫米与厘米。