CN210136154U - 一种气液两相流中砂运移特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气液两相流中砂运移特性测试装置，装置采用气液预混合、在线注砂器的形式对管道进行在线注砂，实现均匀注砂，保证流动稳定测量精确。在在线注砂器内设置四根注砂管道，可对距离管道中心线不同长度的位置进行注砂。四条带有阀门的管道分别与四根注砂管道相连，可控制注砂的状态和注砂量，实现单点注砂或多点分散注砂的功能。测试管道采用有机玻璃管，可实现砂运动的可视化。注水系统在离心泵后设置回流管道，注气系统设置四个并联的针阀，可实现气体和液体流量的精确调节，保证流动稳定。本实用新型具有在线注砂、分散注砂、单点注砂、实时控砂、精密注气、水量可调、流动可视化、气液预混合、流动稳定、测量精度高的特点。

Description

一种气液两相流中砂运移特性测试装置

技术领域

本实用新型属于多相流技术领域，特别是涉及一种气液两相流中砂运移特性测试装置。

背景技术

在疏松砂岩油藏开采中，油井出砂是最为突出的问题，主要是地质原因造成的。目前，全球大约70％的油气资源分布于疏松岩层。北海、墨西哥湾、中东、几内亚湾等世界主要产油区域的油田均存在一定程度的出砂问题。我国的疏松砂岩油藏分布范围较广、储量大，产量占有重要地位。为了防止油井出砂，根据油层和开采工艺要求，采用机械、化学、复合等多种防砂措施。尽管如此，由于现有防砂技术水平的限制或井下防砂设施出现故障，油气介质中仍然会包含一些低体积分数、小尺寸的砂粒。即使防砂效率能够达到100％，有些油田会出于提高采收率的需要而允许“适度”出砂；再考虑因防砂而增加的完井成本和工期，实际工程通常面临着多种方案比选的可能性。因此，携砂输运成为油气集输管道难以回避的问题。在含砂油气集输管道中，如果流速控制得过小，砂粒则会在管道底部发生沉积，导致管道流通面积减小甚至完全堵塞、砂层下腐蚀穿孔、清管频繁或“卡球”等诸多问题；而流速太大，则可能造成管道弯头等管件的冲刷破坏，因此，研究气液两相流中砂运移特性具有重要意义。

目前，国内关于气液两相流中砂运移特性的测试装置较少，主要存在的问题是，多采用砂颗粒与液相混合的方法注砂，而此种方法易出现砂颗粒分布不均匀、部分砂颗粒沉积无法进入管道的现象。目前的砂运移特性测试装置无法实现对管道内不同位置进行分散注砂和单点注砂的功能，无法研究砂颗粒在管道内不同的位置随着管流的运动状况。测试装置由于注砂方式不同，砂颗粒会随着管流进入泵、流量计等设备，造成罐内流体流动不稳定、设备精度降低。同时，无法实时控制砂颗粒在管道内的含量。测试装置无法对砂颗粒在管流内的运动规律进行实时观察和拍摄，仅可测试流动中的压降、流量等相关参数，无法直观反映砂颗粒的运动状况。在气液两相流中测试砂运移特性时，气体和液体的流量控制也非常关键，直接导致气液的流动状态及流动稳定，而测试装置无法完成两相流量的精确控制。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种在线注砂、分散注砂、单点注砂、实时控砂、精密注气、水量可调、流动可视化、气液预混合、流动稳定、测量精度高的气液两相流中砂运移特性测试装置。

本实用新型采用气液预混合、在线注砂器的形式对管道进行在线注砂，实现均匀注砂，保证流动稳定测量精确。在在线注砂器内设置四根注砂管道，可对距离管道中心线不同长度的位置进行注砂。四条带有阀门的管道分别与四根注砂管道相连，可控制注砂的状态和注砂量，实现单点注砂或多点分散注砂的功能。测试管道采用有机玻璃管，可实现砂运动的可视化，同时采用摄像机对其运动状态实时记录。注水系统在离心泵后设置回流管道，注气系统设置四个并联的针阀，可实现气体和液体流量的精确调节，保证流动稳定。

本实用新型具体的技术方案如下：

一种气液两相流中砂运移特性测试装置，包括注水系统、注气系统、注砂系统和测试系统；所述注水系统包括水罐、球阀一、球阀二、球阀三、离心泵、质量流量计和连接的管道；所述球阀一与水罐底部相连；所述球阀一与水罐之间的管道与球阀三相连；所述球阀三与离心泵相连；所述离心泵与质量流量计相连；所述离心泵与质量流量计之间的管道与球阀二相连；所述球阀二与水罐上部相连；所述注气系统包括压缩机、气罐、减压阀、针阀一、针阀二、针阀三、针阀四、球阀四、孔板流量计、球阀五、球阀六、超声流量计、球阀七、止回阀和连接的管道；所述压缩机与气罐相连；所述减压阀一端与气罐相连，另一端分为四条并联的管道，分别与针阀一、针阀二、针阀三、针阀四相连；所述针阀一、针阀二、针阀三、针阀四另一端的管道合并为一条管道后分为两条并联的管道，其中一条管道与球阀四相连，另一条管道与球阀六相连；所述球阀四与孔板流量计相连；所述孔板流量计与球阀五相连；所述球阀六与超声流量计相连；所述超声流量计与球阀七相连；所述球阀五、球阀七合并为一条管道后与止回阀相连；所述注砂系统包括水桶、手动计量泵、砂箱、球阀八、球阀九、球阀十、球阀十一、在线注砂器、注砂管道一、注砂管道二、注砂管道三、注砂管道四；所述水桶通过手动计量泵与砂箱相连，用于向砂箱内注水加压；所述水箱下部分为四条管道分别与球阀八、球阀九、球阀十、球阀十一相连；所述球阀八、球阀九、球阀十、球阀十一均与在线注砂器相连；所述测试系统包括混合器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、测试管道、摄像机一、摄像机二、回收罐、球阀十二；所述混合器分别与质量流量计、止回阀、在线注砂器相连；所述在线注砂器与测试管道相连；所述测试管道与回收罐相连；所述回收罐底部设有球阀十二；所述摄像机一、摄像机二正对着测试管道进行拍摄；所述测试管道为有机玻璃管，可实现砂颗粒运动的可视化。

所述注砂管道一、注砂管道二、注砂管道三、注砂管道四的长度不同，距离管道中心线的距离不同。

所述测试管道沿线设有第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器。

所述球阀八与注砂管道一相连。

所述球阀九与注砂管道二相连。

所述球阀十与注砂管道三相连。

所述球阀十一与注砂管道四相连。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)采用气液预混合、在线注砂器的形式对管道进行在线注砂，实现均匀注砂，保证流动稳定测量精确。

(2)在在线注砂器内设置四根注砂管道，可对距离管道中心线不同长度的位置进行注砂。

(3)四条带有阀门的管道分别与四根注砂管道相连，可控制注砂的状态和注砂量，实现单点注砂或多点分散注砂的功能。

(4)测试管道采用有机玻璃管，可实现砂运动的可视化，同时采用摄像机对其运动状态实时记录。

(5)注水系统在离心泵后设置回流管道，注气系统设置四个并联的针阀，可实现气体和液体流量的精确调节，保证流动稳定。

(6)测试装置具有在线注砂、分散注砂、单点注砂、实时控砂、精密注气、水量可调、流动可视化、气液预混合、流动稳定、测量精度高的特点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为在线注砂器的结构示意图。

图1中：1-水罐；2-球阀一；3-球阀二；4-球阀三；5-离心泵；6-质量流量计；7-压缩机；8-气罐；9-减压阀；10-针阀一；11-针阀二；12-针阀三；13-针阀四；14-球阀四；15-孔板流量计；16-球阀五；17-球阀六；18-超声流量计；19-球阀七；20-止回阀；21-混合器；22-水桶；23-手动计量泵；24-砂箱；25-球阀八；26-球阀九；27-球阀十；28-球阀十一；29-在线注砂器；30-第一压力传感器；31-第二压力传感器；32-第三压力传感器；33-第四压力传感器；34-测试管道；35-摄像机一；36-摄像机二；37-回收罐；38-球阀十二。

图2中：291-注砂管道一；292-注砂管道二；293-注砂管道三；294-注砂管道四。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例来详细说明本实用新型。以下内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定为本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型包括注水系统、注气系统、注砂系统和测试系统四个部分。

所述注水系统包括水罐1、球阀一2、球阀二3、球阀三4、离心泵5、质量流量计6及连接管道。所述球阀一2与水罐1的底部相连，用于排出罐内剩余液体。所述球阀一2与水罐1之间的管道与球阀三4相连。所述离心泵5的入口端与球阀三4相连，用于驱动水的流动。所述质量流量计6与离心泵5的出口端相连，用于计量水的流量。所述质量流量计6与离心泵5之间的管道与球阀二3相连。所述球阀二3与水罐1的上部相连，构成回流管道，通过调节球阀二3的开关状态可控制通过质量流量计6的水量。

所述注气系统包括压缩机7、气罐8、减压阀9、针阀一10、针阀二11、针阀三12、针阀四13、球阀四14、孔板流量计15、球阀五16、球阀六17、超声流量计18、球阀七19、止回阀20及连接管道。所述压缩机7与气罐8相连，用于将气体压入气罐8。所述减压阀9的一端与气罐8相连，用于控制气体压力。所述减压阀9的另一端分为4条并联的管道，分别与针阀一10、针阀二11、针阀三12、针阀四13相连，通过控制针阀一10、针阀二11、针阀三12、针阀四13的开关状态可精密控制气体的流量。所述针阀一10、针阀二11、针阀三12、针阀四13并联的4条管道汇集成1条管道后再次分为2条并联的管道，分别与球阀四14、球阀六17相连。所述孔板流量计15一端与球阀四14相连，另一端与球阀五16相连。所述超声流量计18一端与球阀六17相连，另一端与球阀七19相连。所述孔板流量计15、超声流量计18均可测量气体流量。通过控制球阀四14、球阀五16、球阀六17、球阀七19的开关状态，根据测量时需要的气体流量，可选择孔板流量计15或超声流量计18对气体流量进行计量。所述球阀五16、球阀七19所在的2条并联管道汇集为1条管道后与止回阀20相连。所述止回阀20可防止气体倒流。

所述注砂系统包括水桶22、手动计量泵23、砂箱24、球阀八25、球阀九26、球阀十27、球阀十一28、在线注砂器29及连接管道。所述手动计量泵23一端与水桶22相连，另一端与砂箱24相连，用于将水注入砂箱24内对其进行加压。所述砂箱24的底部分为四条管道，分别与球阀八25、球阀九26、球阀十27、球阀十一28相连。所述球阀八25、球阀九26、球阀十27、球阀十一28均与在线注砂器29相连，可控制不同管道的注砂状态。

所述测试系统包括混合器21、第一压力传感器30、第二压力传感器31、第三压力传感器32、第四压力传感器33、测试管道34、摄像机一35、摄像机二36、回收罐37、球阀十二38。所述混合器21分别与质量流量计6、止回阀20和在线注砂器29相连。所述测试管道34与在线注砂器29相连。所述测试管道34沿线设有第一压力传感器30、第二压力传感器31、第三压力传感器32、第四压力传感器33，用于采集流体的流动参数。所述回收罐37与测试管道34相连，用于收集测试后的流体。所述回收罐37底部设有球阀十二38，用于排出回收罐37内的流体。所述测试管道34为有机玻璃管，可实时显示管内流体的流动状态。所述摄像机一35、摄像机二36均正对着测试管道34，可拍摄记录流体、砂颗粒的运动状态。

如图2所示，在线注砂器29内设有注砂管道一291、注砂管道二292、注砂管道三293、注砂管道四294。所述注砂管道一291、注砂管道二292、注砂管道三293、注砂管道四294的长度不同，且长度排序按照从长到短的顺序依次为注砂管道一291、注砂管道二292、注砂管道三293、注砂管道四294。所述注砂管道一291、注砂管道二292、注砂管道三293、注砂管道四294距离管道中心线的距离不同，可对管道内不同位置进行注砂。所述注砂管道一291与球阀八25相连。所述注砂管道二292与球阀九26相连。所述注砂管道三293与球阀十27相连。所述注砂管道四294与球阀十一28相连。

本实用新型具体操作过程说明如下：

关闭所有阀门。打开球阀二3、球阀三4、减压阀9、针阀一10、针阀二11、针阀三12、针阀四13、球阀四14、球阀五16，启动离心泵5、压缩机7，通过调节球阀二3、针阀一10、针阀二11、针阀三12、针阀四13的开关状态和开度大小，可控制气体的流量和水的流量。打开球阀八25、球阀九26、球阀十27、球阀十一28，对管道进行在线注砂。摄像机一35、摄像机二36对管道内的气液两相流及砂颗粒运动状态进行拍摄。第一压力传感器30、第二压力传感器31、第三压力传感器32、第四压力传感器33采集流体的压力数据。实验结束后，对回收罐37和测试管道34内的流体进行过滤，得到砂颗粒，然后对砂颗粒进行烘干并对其进行称重，可得到流动中全部的砂量。

综上，采用气液预混合、在线注砂器的形式对管道进行在线注砂，实现均匀注砂，保证流动稳定测量精确。在在线注砂器内设置四根注砂管道，可对距离管道中心线不同长度的位置进行注砂。四条带有阀门的管道分别与四根注砂管道相连，可控制注砂的状态和注砂量，实现单点注砂或多点分散注砂的功能。测试管道采用有机玻璃管，可实现砂运动的可视化，同时采用摄像机对其运动状态实时记录。注水系统在离心泵后设置回流管道，注气系统设置四个并联的针阀，可实现气体和液体流量的精确调节，保证流动稳定。装置具有在线注砂、分散注砂、单点注砂、实时控砂、精密注气、水量可调、流动可视化、气液预混合、流动稳定、测量精度高的特点。

Claims (4)

1.一种气液两相流中砂运移特性测试装置，其特征在于该装置包括注水系统、注气系统、注砂系统和测试系统；所述注水系统包括水罐、球阀一、球阀二、球阀三、离心泵、质量流量计和连接的管道；所述球阀一与水罐底部相连；所述球阀一与水罐之间的管道与球阀三相连；所述球阀三与离心泵相连；所述离心泵与质量流量计相连；所述离心泵与质量流量计之间的管道与球阀二相连；所述球阀二与水罐上部相连；所述注气系统包括压缩机、气罐、减压阀、针阀一、针阀二、针阀三、针阀四、球阀四、孔板流量计、球阀五、球阀六、超声流量计、球阀七、止回阀和连接的管道；所述压缩机与气罐相连；所述减压阀一端与气罐相连，另一端分为四条并联的管道，分别与针阀一、针阀二、针阀三、针阀四相连；所述针阀一、针阀二、针阀三、针阀四另一端的管道合并为一条管道后分为两条并联的管道，其中一条管道与球阀四相连，另一条管道与球阀六相连；所述球阀四与孔板流量计相连；所述孔板流量计与球阀五相连；所述球阀六与超声流量计相连；所述超声流量计与球阀七相连；所述球阀五、球阀七合并为一条管道后与止回阀相连；所述注砂系统包括水桶、手动计量泵、砂箱、球阀八、球阀九、球阀十、球阀十一、在线注砂器、注砂管道一、注砂管道二、注砂管道三、注砂管道四；所述水桶通过手动计量泵与砂箱相连，用于向砂箱内注水加压；所述砂箱下部分为四条管道分别与球阀八、球阀九、球阀十、球阀十一相连；所述球阀八、球阀九、球阀十、球阀十一均与在线注砂器相连；所述测试系统包括混合器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、测试管道、摄像机一、摄像机二、回收罐、球阀十二；所述混合器分别与质量流量计、止回阀、在线注砂器相连；所述在线注砂器与测试管道相连；所述测试管道与回收罐相连；所述回收罐底部设有球阀十二；所述摄像机一、摄像机二正对着测试管道进行拍摄；所述测试管道为有机玻璃管，可实现砂颗粒运动的可视化。

2.根据权利要求1所述的气液两相流中砂运移特性测试装置，其特征在于：所述注砂管道一、注砂管道二、注砂管道三、注砂管道四的长度不同，距离管道中心线的距离不同。

3.根据权利要求1所述的气液两相流中砂运移特性测试装置，其特征在于：所述测试管道沿线设有第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器。

4.根据权利要求1所述的气液两相流中砂运移特性测试装置，其特征在于：所述球阀八、球阀九、球阀十、球阀十一分别与注砂管道一、注砂管道二、注砂管道三、注砂管道四相连。

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