[发明专利]模拟煤层气集输管道流动特性的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明有关于一种模拟煤层气田集输管道中存在的多相流动实验装置及方法，尤其有关于一种模拟煤层气集输管道中存在的气液、气固、气液固流动过程的模拟煤层气集输管道流动特性的实验装置及方法。

背景技术

煤层气开采过程中，由于煤层井壁失稳、基质破裂等原因产生煤粉，井底的水和煤粉在排水采气过程中到达地面，大部分煤粉悬浮于水中在井口排出，但仍然有部分水和煤粉随气体进入集输管道。这就使得气体集输管道中存在着液体和固体杂质，根据气井开发时期和管道位置的不同，在煤层气管道中存在着气液、气固、气液固多相流动状态。

气体集输管道的多相流动给管道设计者和管道运行管理者都带来了难题。含有固体颗粒和液体水的多相流动使管道压力损失增大且变化范围大、准确预测困难，在运行过程中可能形成煤泥沉积堵塞管道等问题。

多相流实验环道作为流体管流特性、流型、压降规律等方面的主要实验研究手段，其实验结果对实际管道的设计和运行操作具有很强的适用性和指导作用，在国内外有着较多的应用，比如蜡沉积实验环道，水合物实验环道和气液两相流环道等。但这些环道都不能模拟煤层气集输管道中存在的水和固体颗粒这种含多种介质，即，存在着气液、气固、气液固等多种工况的流动情况。

因此，有必要提供一种能模拟煤层气集输管道这种存在着多种流动工况的实验装置和方法，来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟煤层气集输管道流动特性的实验装置，能进行气液、气固、气液固多相流动实验，其能够描述和预测煤层气集输管道的多相流动状态、影响因素及压降规律。

本发明的目的是提供一种模拟煤层气集输管道流动特性的实验方法，通过该实验方法可进行气液、气固、气液固多相流动实验，其能够准确描述和预测煤层气集输管道的多相流动状态、影响因素及压降规律。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种模拟煤层气集输管道流动特性的实验装置，所述模拟煤层气集输管道流动特性的实验装置包括：

实验管道系统，其具有测试管，所述测试管的进口端连接有混合器，所述测试管上设有观察管；

供水系统，其具有供水管，所述供水管的一端连接有储水罐，其另一端与所述混合器相连，所述供水管上连接有水泵；

供气系统，其具有供气管，所述供气管的一端连接有空气压缩机，其另一端与所述混合器相连，所述供气管上连接有缓冲罐；

加料系统，其具有加料器，所述加料器连接在与所述供气管并联相连的加料管上。

在优选的实施方式中，所述模拟煤层气集输管道流动特性的实验装置还包括过滤系统，所述过滤系统具有过滤罐和与所述过滤罐相连的污水池，所述过滤罐与所述测试管的出口端相连。

在优选的实施方式中，在所述测试管的进口端与所述测试管的出口端之间连接有压差传感器。

在优选的实施方式中，所述测试管上设有压力传感器、温度传感器和电导探针。

在优选的实施方式中，所述观察管为有机玻璃透明管，所述观察管的外侧设有高速摄像机，所述高速摄像机与计算机相连。

在优选的实施方式中，所述供水系统的储水罐与所述水泵之间连接有液体过滤器。

在优选的实施方式中，所述供水系统的水泵为多个，所述多个水泵并联设置在所述供水管上。

在优选的实施方式中，所述水泵的出口端连接有相互并联设置的两条水管，一条所述水管与所述混合器相连，另一条所述水管通过截止阀与所述储水罐相连。

在优选的实施方式中，与所述混合器相连的所述水管上设有两个液体流量计，所述两个液体流量计相互并联设置。

在优选的实施方式中，所述供气系统的缓冲罐包括多个一级缓冲罐和多个二级缓冲罐，所述多个一级缓冲罐并联设置在所述供气管上，所述多个一级缓冲罐的一端与所述空气压缩机相连，其另一端分别与所述二级缓冲罐串联相连。

在优选的实施方式中，在所述缓冲罐与所述混合器之间的所述供气管上设有气体过滤器、温度传感器和压力传感器。

在优选的实施方式中，所述供气管上设有两个气体流量计，所述两个气体流量计相互并联设置在所述缓冲罐与所述混合器之间。

在优选的实施方式中，所述加料器上连接有平衡管道，所述平衡管道连接在所述加料管上。