[发明专利]井筒环空中气液固三相间滑脱测量设备及方法

权利要求书

1.井筒环空中气液固三相间滑脱测量设备，其特征在于：由环空井筒、改进的PIV系统、定电流法装置、高速摄像机、搅拌池、杂质泵、空气压缩机、压力传感器、流量计、管路和阀门组成；环空井筒顶端设有出口，顶端出口通过管路与搅拌池连通，环空井筒底端设有入口，入口上安装有三通接头，搅拌池通过管路与杂质泵连通，杂质泵通过管路与三通接头连通，杂质泵与三通接头之间的管路上安装有阀门、液体压力传感器和液体流量计；空气压缩机通过管路与三通接头连通，空气压缩机与三通接头之间的管路上安装有阀门、气体压力传感器和气体流量计；环空井筒中间设有试验区域，试验区域的一侧放置改进的PIV系统的氩离子激光器，试验区域的另一侧放置高速摄像机和改进的PIV系统的相机；环空井筒上设有6个钻孔，环空井筒顶端和底端分别设有1个钻孔，试验区域的上截面和下截面处的环空井筒上分别设有2个钻孔，液体压力传感器安装在试验区域下截面的1个钻孔上，气体压力传感器安装在试验区域上截面的1个钻孔上；恒流电源通过导线与安装在环空井筒顶端和底端钻孔上的监测铜环连接，数据采集仪通过导线与安装在试验区域上截面和下截面处的2个监测铜环连接，计算机通过数据线与数据采集仪连接。 

2.如权利要求1所述的井筒环空中气液固三相间滑脱测量设备，其特征在于：所述的环空井筒分为外井筒和内井筒，外井筒和内井筒均由石英玻璃制成，内井筒两端封闭，内井筒通过细钢条固定于外井筒的正中心，内井筒与外井筒组成环空井筒；环空井筒为三相流动提供试验区域，试验区域位于环空井筒的中心位置，外井筒的顶端、底端和试验区域的上下两个截面处设有钻孔；外井筒的底端设有入口，入口上安装有三通接头，外井筒的顶端设有出口； 

所述的定电流法装置由恒流电源、数据采集仪、计算机、监测铜环和导线组成，恒流电源为6655A型恒流电源；数据采集仪为INV306型智能信号采集处理分析系统； 

所述的高速摄像机为V310型高速摄像机； 

所述的搅拌池为1m³的池子； 

所述的杂质泵为100KF-32型不锈钢杂质泵； 

所述的空气压缩机为W3.0型活塞式空气压缩机； 

所述的压力传感器分为气体压力传感器和液体压力传感器，气体传感器为PG1300Y型气体压力传感器；液体压力传感器为PT500-700型液体压力传感器； 

所述的流量计分为气体流量计和液体流量计，气体流量计为MH6120型气体流量计；液体流量计为LZNDB型液体流量计； 

所述的管路为阻燃尼龙软管； 

所述的阀门为调节阀。 

3.如权利要求1所述的井筒环空中气液固三相间滑脱测量设备，其特征在于：所述的改进的PIV系统相机镜头前放置蓝色滤光片。 

4.井筒环空中气液固三相间滑脱测量方法，其特征在于：包括如下步骤：岩屑分组步骤、制备钻井液步骤、岩屑形状修正因子试验步骤、设备安装及调试步骤、三相流中相间滑脱特性试验步骤、图像分析和数据处理步骤。 

5.如权利要求4所述的井筒环空中气液固三相间滑脱测量方法，其特征在于：所述的岩屑分组步骤，岩屑为两部分，第一部分岩屑用于岩屑沉降形状修正因子试验步骤，由体积不同的球体玻璃岩屑和体积不同的圆片体玻璃岩屑混合而成；第二部分岩屑用于三相流中相间滑脱特性试验步骤，由玻璃珠组成的玻璃岩屑，玻璃珠直径为0.9mm，比重为2.5，透光率为86％，将1‰的玻璃岩屑表面涂上二苯乙烯荧光涂料，作为荧光示踪粒子。 

6.如权利要求4所述的井筒环空中气液固三相间滑脱测量方法，其特征在于：所述的制备钻井液步骤，制备4组钻井液，在4组清水中分别加入2％的降滤失剂和分别加入1‰、2‰、3‰、4‰的增粘剂，钻井液制备完成后分别测量4组钻井液的密度、粘稠度和折射率，并记录。 

7.如权利要求4所述的井筒环空中气液固三相间滑脱测量方法，其特征在于：所述的岩 屑形状修正因子试验步骤，将制备的4组钻井液静止放置，将第一部分岩屑放置在1组钻井液中，分别测量球体玻璃岩屑和圆片体玻璃岩屑的沉降速度，绘制圆片体玻璃岩屑的沉降速度与圆片体玻璃岩屑的等效直径和宽厚比的关系图，通过对比圆球体岩屑与圆片体岩屑的沉降速度，计算岩屑形状修正因子；使用其它3组钻井液，重复以上步骤。