CN212837770U - 水平井全井筒气液流动可视化模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水平井全井筒气液流动可视化模拟装置。本实用新型属于天然气开发采气领域。本实用新型提供的水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，包括供液装置；供气装置；气液混合罐；水平井模拟井筒，所述供液装置的出液端和所述供气装置的出气端通过气液混合罐、多通连接器与水平段的多个注入孔连接，所述供液装置的进液端与直井段出口端连接。本申请的水平井模拟井筒材质为透明，可通过粒子成像测速仪和微波持液率测试仪对多点入流水平段、井斜角连续变化的斜井段及直井段整个水平井全井筒进行模拟实验并进行观测。为水平井的合理生产管理和后期排水采气措施的实施，提供了重要的研究手段，具有较强的指导意义。

Description

水平井全井筒气液流动可视化模拟装置

水平井全井筒气液流动可视化模拟装置

技术领域

本实用新型属于天然气开发采气领域，具体涉及水平井全井筒气液流动可视化模拟装置。

背景技术

随工程开采技术进步，水平井在气藏开发中的应用比例不断增加。要进行水平井的合理生产管理和后期排水采气措施的实施，需要对水平井井筒的整体气液流动规律进行分析，确定水平井各井段的气流带液能力，明确水平井的井筒积液过程及积液后的排液规律。

水平井开发多采用射孔或压裂、酸化等储层改造技术，水平段井筒在流动方向上为流体质量不断增加的变质量气液多相流动。同时由于从井底到井口水平段、斜井段、直井段三个井段的流动方向变化，水平井筒的整体气液流动规律与常规直井存在较大差异。目前现有的实验装置无法整体考虑上述影响，对水平井井筒的气水流动规律进行综合实验分析。

专利CN104776971A一种气流携液携砂可视化实验装置,采用可以任意转变角度的实验管段研究气流临界携液携砂流量；专利CN103397876A复杂结构井携液机理可视化模拟实验装置,可单独进行垂直井或水平段气井携液理论研究。上述技术实验装置可对水平井某个单独井段进行分析，但无法进行水平井整体井筒流动规律的综合分析。近年来，国内肖高棉、王琦、赵哲军等分别提出水平井井筒整体携液可视化实验装置,但这些实验装置均未考虑实际生产条件下水平段的变质量流动条件。专利CN108301821A水平井携液可视化实验装置及方法，利用水平段、直井段和倾斜角可以改变的直管定向段构成水平井携液可视化实验装置，可以进行水平井携水过程中凝析油影响的研究；该装置同样没有考虑水平井在水平段的变质量流动条件；同时采用直管进行斜井段流动规律的分析，与实际水平井筒在斜井段轨迹倾角由直井段到水平段逐渐过渡变化的过程存在偏差。

目前现有技术对水平井筒的气水流动规律模拟实验参数如何选取，如何进行水平井携液、积液及排液过程的分析，未见明确系统的方法。

实用新型内容

本实用新型提供水平井全井筒气液流动可视化模拟装置、方法及参数的选取方法，目的在于解决上述问题，解决现有技术中的实验装置无法进行水平井井筒的整体流动规律分析，模拟过程未考虑水平段多点注入变质量流动条件，同时未提供明确的实验方法及参数选取方法的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，包括：

供液装置；

供气装置；

气液混合罐；

水平井模拟井筒，所述水平井模拟井筒包括：

直井段，直井段为透明材质；

斜井段，斜井段为透明材质；

水平段，水平段为透明材质；

直井段，直井段（14）为透明材质；

斜井段，斜井段为透明材质，角度由水平到垂直连续变化；

水平段，水平段为透明材质，管壁含多个注入孔；

直井段通过斜井段与水平段连接；

在线监测控制系统，所述在线监测控制系统包括：

控制系统；

温压一体传感器，多个温压一体传感器并联在所述水平井模拟井筒内部；

粒子成像测速仪，3个粒子成像测速仪分别位于水平段、斜井段，直井段外侧，粒子成像测速仪的拍摄端正对井筒；

微波持液率测试仪，3个微波持液率测试仪分别位于水平段、斜井段，直井段外侧，微波持液率测试仪的测量端正对井筒；

粒子成像测速仪和微波持液率测试仪，可沿滑竿任意移动位置。

温压一体传感器、粒子成像测速仪和微波持液率测试仪分别与控制系统电信号连接；

所述供液装置的出液端和所述供气装置的出气端通过气液混合罐与水平段的多个注入孔连接，所述供液装置的进液端与直井段出口端连接。

所述气液混合罐和水平段之间具有多通连接器，水平段管壁上具有与多通连接器对应的注入孔，气液混合罐通过多通连接器和注入孔与水平段连接；多通连接器和水平段之间每条支路上均具有1个气液两相流量计。

所述供液装置的进液端与直井段之间具有气液分离装置，气液分离装置的入口与直井段连接，气液分离装置的出液口与所述供液装置连接。

所述气液分离装置具有上端放气阀和下端排液阀，上端放气阀与大气连通，下端排液阀与所述供液装置连接。

所述供液装置包括储液罐、离心泵、注液节流阀、涡轮流量计和注液温压一体传感器，储液罐、离心泵、注液节流阀和涡轮流量计依次连接，注液温压一体传感器并联在涡轮流量计的出口处。

所述供气装置包括空气压缩机、储气罐、注气节流阀、气体流量计和注气温压一体传感器，空气压缩机、储气罐、注气节流阀和气体流量计依次连接，注气温压一体传感器并联在气体流量计的出口处。

还包括：

注气温压一体传感器，注气温压一体传感器与所述供气装置内部并联；

注液温压一体传感器，注液温压一体传感器与所述供液装置内部并联；

注气温压一体传感器和注液温压一体传感器分别与控制系统电信号连接。

本实用新型的有益效果是，本申请的水平井模拟井筒材质为透明，可通过粒子成像测速仪和微波持液率测试仪对整个水平井变质量流动条件下的全井筒进行实验并进行观测，掌握水平井全井筒整体气液流动规律。为水平井的合理生产管理和后期排水采气措施的实施，提供了重要的研究手段，具有较强的指导意义。

附图说明

图1为本实用新型水平井全井筒气液流动可视化模拟装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型水平井全井筒气液流动可视化模拟装置中气液混合罐和水平段之间的连接示意图；

1、空气压缩机；2、储气罐；3、注气节流阀；4、气体流量计；5、注气温压一体传感器；6、储液罐；7、离心泵；8、注液节流阀；9、涡轮流量计；10、注液温压一体传感器；11、气液混合罐；12、水平段；13、斜井段；14、直井段；15、第一阀门；16、气液分离装置；17、下端排液阀；18、上端放气阀；19、第二阀门；20、温压一体传感器；21、支座；22、滑杆；23、粒子成像测速仪；24、微波持液率测试仪；25、控制系统。

具体实施方式

下面，将通过几个具体的实施例对本实用新型实施例提供的水平井全井筒气液流动可视化模拟方案进行详细介绍说明。

实施例1

请参考图1，其示出了本实用新型水平井全井筒气液流动可视化模拟装置的整体结构示意图，该水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，包括：

供液装置；

供气装置；

气液混合罐11；

水平井模拟井筒，所述水平井模拟井筒包括：

直井段14，直井段14为透明材质；

斜井段13，斜井段13为透明材质，角度由水平到垂直连续变化；

水平段12，水平段12为透明材质，管壁含多个注入孔；

直井段14通过斜井段13与水平段12连接；

在线监测控制系统，所述在线监测控制系统包括：

控制系统25；

温压一体传感器20，多个温压一体传感器20并联在所述水平井模拟井筒内部；

粒子成像测速仪23，3个粒子成像测速仪23分别位于水平段12、斜井段13，直井段14外侧，粒子成像测速仪23的拍摄端正对井筒；

微波持液率测试仪24，3个微波持液率测试仪24分别位于水平段12、斜井段13，直井段14外侧，微波持液率测试仪24的测量端正对井筒；

粒子成像测速仪23和微波持液率测试仪24，可沿滑竿22任意

温压一体传感器20、粒子成像测速仪23、和微波持液率测试仪24分别与控制系统25电信号连接；

所述供液装置的出液端和所述供气装置的出气端通过气液混合罐11与水平段12的多个注入孔1204连接；所述供液装置的进液端与直井段14出口端连接。

上述实施例中，水平井模拟井筒由透明的直井段14、斜井段13和水平段12组成，在实验的过程中，实验人员可全程观测到井内全段的实验过程，并且透明水平井模拟井筒可方便微波持液率测试仪24和粒子成像测速仪23对实验进行全方位监测。

在实验过程中，供液装置用于模拟井下液体，供气装置用于模拟井下气体，气液混合罐11用于将所供给的液体及气体混合，用于创建水平井的临界携液流量模型。

在实验中，气液混合罐11输送气液混合态的液体到井内，由温压一体传感器20、粒子成像测速仪23和微波持液率测试仪24对井内数据进行监测，并收集温压一体传感器20、粒子成像测速仪23和微波持液率测试仪24所测量的数据。

在实验中由于供液装置的输出端连接水平段12，供液装置的输入端连接直井段14，因此可以形成液体的循环利用；并且实验中可对供液装置和供气装置的供给量进行调整，在需要调整到水平井的临界携液流量模型的临界携液气量时，可根据微波持液率测试仪24和粒子成像测速仪23对水平段12内部的气液状态进行监测，根据其监测的数据进一步对相对供气量进行调整，最终调整到水平井的临界携液流量模型的临界携液气量。

温压一体传感器20、粒子成像测速仪23和微波持液率测试仪24将测试数据发送到控制系统25内，由控制系统25进行记录及将测量数据展示给测量人员。

进一步的，本实施例作用于水平井变质量流动全井筒气液流动实验。

实施例2

进一步的，请参考图2，本实用新型一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置的另一实施例，所述气液混合罐11和水平段12之间具有多通连接器1201，水平段12上具有与多通连接器1201对应的注入孔1204，气液混合罐11通过多通连接器1201和注入孔1204与水平段12连接。

上述实施例中，气液混合罐11通过多通连接器1201将气液两相的流体注入至水平段12之内，用以精确模拟水平段12内在生产时的流体的多点流入情况，可以观察气液两相水平段12内的分布情况。

进一步的，在水平段12、斜井段13、直井段12外，设置有支座21和滑杆22，滑杆22固定在支座21上，滑杆22平行于水平段12，粒子成像测速仪23和微波持液率测试仪24沿滑杆22的长度方向滑动连接。

进一步的，直井段14和气液分离装置16之间的管线上设置有用于开闭该处管线的第一阀门15，气液分离装置16和储液罐6之间的管线上，具有用于开闭该处管线的第二阀门19。

进一步的，本实用新型一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置的另一实施例，多通连接器1201和水平段12之间具有多个气液两相流量计1203，多通连接器1201的每条支路上均设置有气液两相流量计1203。

上述实施例中，在获取水平段12的各项数据时，多通连接器1201注入至水平段12内流量数据也需要统计，获取该数据可进一步优化整个实验数据的准确性。

实施例3

进一步的，请参考图1，本实用新型一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置的另一实施例，所述供液装置的进液端与直井段14之间具有气液分离装置16，气液分离装置16的入口与直井段14连接，气液分离装置16的出液口与所述供液装置连接。

上述实施例中，气液分离装置16是为了将直井段14内的具有气液混合的液体，气液分离，从而供液装置在循环水平井模拟井筒内液体时，在其下一步骤中，与供气装置可以更好的配合，确保气液混合罐11能提供稳定气体含量的气液混合态液体。

实施例4

进一步的，请参考图1，本实用新型一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置的另一实施例，所述气液分离装置16具有上端放气阀18和下端排液阀17，上端放气阀18与大气连通，下端排液阀17与所述供液装置连接。

上述实施例中，气液分离装置16的上端放气阀18为排气口，气液分离装置16的下端排液阀17为排液口。

实施例5

进一步的，请参考图1，本实用新型一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置的另一实施例，所述供液装置包括储液罐6、离心泵7、注液节流阀8、涡轮流量计9和注液温压一体传感器10，储液罐6、离心泵7、注液节流阀8和涡轮流量计9依次连接，注液温压一体传感器10并联在涡轮流量计9的出口处。

上述实施例中，供液装置由储液罐6、离心泵7、注液节流阀8、涡轮流量计9和注液温压一体传感器10组成，其中注液温压一体传感器10用于监测供液装置所供液体的温压，并且该数据由控制系统25收集。

实施例6

进一步的，请参考图1，本实用新型一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置的另一实施例，所述供气装置包括空气压缩机1、储气罐2、注气节流阀3、气体流量计4和注气温压一体传感器5，空气压缩机1、储气罐2、注气节流阀3和气体流量计4依次连接，注气温压一体传感器5并联在气体流量计4的出口处。

上述实施例中，供气装置包括空气压缩机1、储气罐2、注气节流阀3、气体流量计4和注气温压一体传感器5组成，其中注气温压一体传感器5用于监测供气装置所供气体的温压，并且该数据由控制系统25收集。

实施例7

进一步的，请参考图1，本实用新型一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置的另一实施例，还包括：

注气温压一体传感器5，注气温压一体传感器5与所述供气装置内部并联；

注液温压一体传感器10，注液温压一体传感器10与所述供液装置内部并联；

注气温压一体传感器5和注液温压一体传感器10分别与控制系统25电信号连接。

上述实施例中，注气温压一体传感器5用于监测供气装置所供气体的温压，并且该数据由控制系统25收集，注液温压一体传感器10用于监测供液装置所供液体的温压，并且该数据由控制系统25收集。

实施例8

本实用新型水平井全井筒气液流动可视化参数的选取方法，该方法用于实施例1至实施例7中任意一项一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置,包括：

在进行水平井携液规律分析、积液或排液过程模拟实验时，以现有水平井临界携液流量模型确定的携液气量临界点作为参数选取依据，选择高于、接近或低于临界点的注气量。

上述实施例中，目前对水平井筒的气水流动规律具有一些模拟实验装置，但是对模拟实验参数如何选取，如何进行水平井流型、携液积液过程的分析，未见明确系统的方法，本实施例在选取参数时以现有水平井临界携液流量模型确定的携液气量临界点作为参数选取依据，选择高于、接近或低于临界点的注气量，方便在实验中，对参数的选取。

具体的，在一个实施例中，在进行斜井段临界携液流量分析时，可以Belfroid的斜井段临界携液模型预测模拟条件下的临界携液流量:

并初步选择高于携液流量、接近携液流量及低于携液流量的实验参数，结合实验现象进一步调整记录参数。

实施例9

本实用新型一种水平井全井筒气液流动可视化模拟方法，用于实施例1至实施例7中任意一项一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，在进行水平井临界携流量实验测定时，包括以下步骤：

步骤1，关闭供气装置，打开供液装置将水注入水平段；

步骤2，保持供液装置的注入水压和注水量不变，同时打开供气装置并通过气液混合罐将水和气混合，将注气量调节至临界携液流量模型确定的临界携液气量，记录水平井筒内的温压一体传感器、粒子成像测速仪和微波持液率测试仪的参数数据，观察实验现象。

步骤3，在水平井的临界携液流量模型的临界携液气量附近调整注气量，同时记录水平井内的温压一体传感器、粒子成像测速仪和微波持液率测试仪的参数数据，结合实验现象确定水平井可以连续带液的临界携液气量。

具体的，首先关闭注气节流阀3，打开注液节流阀8，调节注水量，注入气体经过气液混合罐11、水平段12分点注入管线，进入水平段并达到水平段特定高度。然后，保持注入水压和注水量不变，打开注气节流阀3，调节注气节流阀3，将注气量调节至常用携液模型计算的临界携液气量，注入气体经气液混合罐11、水平段分点注入管线，进入模拟井段，PC机在线传输及控制系统读取记录相关测量参数。逐渐调整注入气量，并稳定观察10分钟，直至直井段14、斜井段13或水平段12某一特定井段到稳定的连续携液状态，PC机在线传输及控制系统读取记录相关测量参数，结合实验现象确定水平井临界携液气量。

实施例10

本实用新型一种水平井全井筒气液流动可视化模拟方法，用于实施例1至实施例7中任意一项一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，在进行水平井井筒积液实验测定时，包括以下步骤：

步骤1，同时打开注液系统和注入系统，调节注气量和注水量，保持注气量高于水平井临界携液气量10个数量级。

步骤2，持续注入流体，直至模拟井筒内的气液两相流动达到稳定流态，在线读取记录相关测量参数；

步骤3，减小注入气量至接近临界携液气量，保持稳定注入一段时间，在线读取记录相关测量参数。

步骤4，持续减小注入气量至水平井临界携液气量以下，如携液气量的1/10或已定数据值。每个气量点保持一定的气量、液量注入10分钟，观察水平井筒内液体的回落现象及井筒积液增加过程，在线读取记录相关测量参数。

具体的，首先，同时打开注液节流阀8和注气节流阀3，调节注气量和注水量，保持注气量高于水平井临界携液气量10个数量级，持续注入流体，直至模拟井筒内的气液两相流动达到稳定流态，在线读取记录相关测量参数；然后，调节注气节流阀3，减小注入气量至接近临界携液气量，保持稳定注入10分钟，在线读取记录相关测量参数；再次调节注气节流阀3，减小注入气量至水平井临界携液气量以下，携液气量的1/10或已定数据值，保持一定的气量、液量注入，持续观察水平井筒内液体的回落现象及井筒积液增加过程，在线读取记录相关测量参数。

实施例11

本实用新型一种水平井全井筒气液流动可视化模拟方法，用于实施例1至实施例7中任意一项一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，在进行水平井井筒排液实验时包括以下步骤：

步骤1，关闭供气装置，打开供液装置将水注入水平井的特定井段的特定高度；

步骤2，关闭供液装置，同时打开供气装置并将注气量调节至水平井临界携液气量，记录水平井内的温压一体传感器、粒子成像测速仪和微波持液率测试仪的参数数据，观察水井筒内气液流动现象。

步骤3，逐步提高注气量至水平井临界携液流量模型预测的临界携液气量以上，记录水平井内的温压一体传感器、粒子成像测速仪和微波持液率测试仪的参数数据，结合实验现象观察确定水平井临界携液气量，观察水井筒内的排液情况。

具体的，首先，关闭注气节流阀3，打开注液节流阀8调，调节注水量，注入气体经过气液混合罐11、水平段12分点注入管线，进入水平段并达到水平井筒特定井段特定高度；然后，关闭注液节流阀8调，打开注气节流阀3，调节注入气量至水平井临界些液气量，保持稳定注入10分钟，在线读取记录相关测量参数；再次调节注气节流阀3，增大注气量至水平井临界携液气量以上，持续观察水平井筒内积液排液过程，在线读取记录相关测量参数。

实施例12

进一步的，本实用新型一种水平井全井筒气液流动可视化模拟方法的另一实施例，还包括:

步骤4，记录供气装置内对应时间段的供气量数据及供液装置内对应时间段的供液数据。

上述实施例中，记录具有生命周期的供气装置供气量及供液装置的供液量数据，可使所测量的实验数据更加精确。

需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后…… )仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，其特征在于，包括：

供液装置；

供气装置；

气液混合罐（11）；

水平井模拟井筒，所述水平井模拟井筒包括：

直井段（14），直井段（14）为透明材质；

斜井段（13），斜井段（13）为透明材质，角度由水平到垂直连续变化；

水平段（12），水平段（12）为透明材质，管壁含多个注入孔（1204）；

直井段（14）通过斜井段（13）与水平段（12）连接；

在线监测控制系统，所述在线监测控制系统包括：

控制系统（25）；

温压一体传感器（20），多个温压一体传感器（20）并联在所述水平井模拟井筒内部；

粒子成像测速仪（23），3个粒子成像测速仪（23）分别位于水平段（12）、斜井段（13），直井段（14）外侧，粒子成像测速仪（23）的拍摄端正对井筒；

微波持液率测试仪（24），3个微波持液率测试仪（24）分别位于水平段（12）、斜井段（13），直井段（14）外侧，微波持液率测试仪（24）的测量端正对井筒；

粒子成像测速仪（23）和微波持液率测试仪（24），可沿滑竿(22)任意移动位置；

温压一体传感器（20）、粒子成像测速仪（23）、和微波持液率测试仪（24）分别与控制系统（25）电信号连接；

所述供液装置的出液端和所述供气装置的出气端通过气液混合罐（11）与水平段（12）的多个注入孔（1204）连接；所述供液装置的进液端与直井段（14）出口端连接。

2.如权利要求1所述一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，其特征在于，

所述气液混合罐（11）和水平段（12）之间具有一个多通连接器（1201），水平段（12）管壁上具有与多通连接器（1201）对应的注入孔（1204），气液混合罐（11）通过多通连接器（1201）和注入孔（1204）与水平段（12）连接；多通连接器（1201）和水平段（12）之间每条支路上均设置有气液两相流量计（1203）。

3.如权利要求1所述一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，其特征在于，所述供液装置的进液端与直井段（14）出口之间具有气液分离装置（16），气液分离装置（16）的入口与直井段（14）出口端连接，气液分离装置（16）的出液口与所述供液装置连接。

4.如权利要求3所述一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，其特征在于，所述气液分离装置（16）具有上端放气阀（18）和下端排液阀（17），上端放气阀（18）与大气连通，下端排液阀（17）与所述供液装置连接。

5.如权利要求1所述一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，其特征在于，所述供液装置包括储液罐（6）、离心泵（7）、注液节流阀（8）、涡轮流量计（9）和注液温压一体传感器（10），储液罐（6）、离心泵（7）、注液节流阀（8）和涡轮流量计（9）依次连接，注液温压一体传感器（10）并联在涡轮流量计（9）的出口处。

6.如权利要求1所述一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，其特征在于，所述供气装置包括空气压缩机（1）、储气罐（2）、注气节流阀（3）、气体流量计（4）和注气温压一体传感器（5），空气压缩机（1）、储气罐（2）、注气节流阀（3）和气体流量计（4）依次连接，注气温压一体传感器（5）并联在气体流量计（4）的出口处。

7.如权利要求1所述一种水平井全井筒气液流动可视化模拟装置，其特征在于，还包括：

注气温压一体传感器（5），注气温压一体传感器（5）与所述供气装置内部并联；

注液温压一体传感器（10），注液温压一体传感器（10）与所述供液装置内部并联；

注气温压一体传感器（5）和注液温压一体传感器（10）分别与控制系统（25）电信号连接。

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