[发明专利]井筒环空中气液固三相间滑脱测量设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种油气井领域探测技术，具体地说是井筒环空中气液固三相间滑脱测 量设备及方法。

背景技术

钻井时井筒环空中普遍存在岩屑、气体和钻井液的三相流动，三相流动相间的滑脱方式 和滑脱速度直接决定三相流动的流动状态以及井筒的压力分布，由于气液固三相流动中相间 性质差别巨大，相间流型变化频繁，相间存在互相遮挡，固体颗粒与气体难以识别，针对气 液固三相流动的研究大多集中在宏观的压强分布上面，而对微观相间滑脱特性研究难以展开。

目前，德国Lavision公司生产的TOMO型PIV系统，PIV系统包括氩离子激光器、4台 相机和PIV分析系统，广泛的应用于低浓度固液两相流动和低浓度气液两相流动滑脱特性的 研究，但是PIV系统难以应用于高浓度固液两相流动、高浓度气液两相流动和气液固三相流 动滑脱特性的研究，这是由于PIV系统难以识别出气液固三相流动中的岩屑颗粒；同时，当 气液固三相流动中产生气泡时，气泡会反射氩离子激光器产生的强光，从而烧坏相机的镜头。

另外，在井筒环空气液固三相流动中由于高浓度岩屑颗粒之间的相互遮挡，使用常规试 验方法难以进行岩屑和气体流型的观察，难以进行不同形状岩屑的滑脱特性分析。

因此，在目前的实际应用中，还没有发现一种有效的针对井筒环空中气液固三相间滑脱 测量的设备及方法。

发明内容

本发明的目的是为解决上述不足，提供井筒环空中气液固三相间滑脱测量设备及方法， 以解决现有技术中缺少针对井筒环空中气液固三相间滑脱测量设备及方法的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

提供了井筒环空中气液固三相间滑脱测量设备，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。

其中，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。

其中，所述的改进的PIV系统相机镜头前放置蓝色滤光片。