[实用新型]一种垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于石油与天然气技术领域，主要涉及一种垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置。该装置不仅可以模拟垂直井筒中煤粉在气、水携带下运移产出情况，而且能够模拟垂直井筒中单相液体流动、气液两相流动情况。

背景技术

煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是一种非常规天然气资源，俗称瓦斯。随着常规石油资源的日益枯竭，国际上对煤层气开采的重视程度大增，煤层气已经成为常规天然气产量的重要补充。我国作为产煤、用煤大国，煤层气储量丰富，合理开发利用煤层气资源，对缓解我国能源紧张、改善能源结构、降低对外依赖具有重要意义。

我国的煤层通常压力低、渗透率低、吸附气饱和度低，因此单井产量低，经济效益不高。为了提高产量，煤层气井通常采用压裂措施。在压裂后，煤层气井会产出一些煤粉。煤粉的产出受气体解吸、孔喉大小、气液流速等因素的影响。在产出过程中，煤粉会滞留在煤藏、井底、井筒、水平井段等不同位置，对煤层气的生产造成不良影响，如造成孔喉和割理堵塞、引起泵筒磨损或卡泵事故、甚至造成埋泵。掌握煤粉在井筒中的运移规律，对有效防控煤粉的产生、合理控制煤粉的运移、保证煤层气井的正常生产具有重要意义。本实用新型的目的是为了模拟煤粉在煤层气垂直井筒中的产出、运移规律，为排采制度的制定提供依据。

除此之外，在工程领域，垂直管道中多相、复杂流体的运动规律是一个普遍问题，需要研发实验室研究装置，研究垂直井筒中的多相流动规律，为解决工程领域中井筒流动计算和工程设计奠定基础。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种煤层气垂直井筒煤粉产出模拟评价装置,模拟煤粉被携带产出或在井筒中沉降的条件和影响因素，测量煤粉颗粒的沉降速度，为煤层气井的排采设计提供依据，它涉及垂直井筒中的气、液、固多相流动，因此还可以用来模拟垂直井筒中多相流动规律。

为了实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是：

一种垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置，它包括一个垂直模拟井筒，所述的模拟井筒底部作为入口连接有为其提供恒定流速液体的供液系统、为其提供恒定流速气体的供气系统和为其提供可调压力的供压及稳压系统；所述模拟井筒的顶部作为出口连接有回收清理系统以及数据采集系统，所述的数据采集系统将模拟井筒两端压力、液体流动的速度和流场以及流动现象统一采集到计算机终端进行处理，形成了一个综合的井筒多相流动模拟实验平台。

所述的供液系统包括封闭稳压罐、节流阀及液体流量计，稳压罐入口端经闸阀与液源连接，稳压罐内气体的压力为常压状态的情况下，打开连接闸阀向罐内添加液体；供压系统加压时，闸阀处于关闭状态，稳压罐出口端液体在压力驱动下流经节流器、液体流量计向模拟井筒流动。

所述供气系统包括空压机、分流器、单向节流阀I及气体流量计，空压机气体出口端气体经过分流器分流，部分气体经过单向节流阀I及气体流量计流入支线路径，然后经主线路径流向模拟井筒，为模拟井筒提供恒定流速的气体。

所述供压及稳压系统主要包括空压机、分流器、稳压罐以及压力表；空压机出口端气体流经分流器，单向节流阀II部分气体流向稳压罐，气体在稳压罐中压缩，形成驱动流体流动的压力。

所述的稳压罐的出口串联有一个节流阀，通过节流阀的调节控制稳压罐驱动压力。

所述的数据采集系统包括数据采集器及计算机终端以及与其相连的PIV粒子成像测速仪、高速摄像仪、三个压力测量传感器、液体流量传感器、气体流量传感器；所述的高速摄像仪和PIV粒子成像测速仪分别安装在模拟井筒的两侧，用于实时记录模拟井筒流动的现象、流场分布，粒子和流体的运动速度；

所述的两个压力测量传感器分别安装在模拟井筒的出口和入口，测量模拟井筒的压差，且两个压力测量传感器分别与压力表相连；另外一个压力测量传感器用于测量稳压罐内的压力；所述的液体流量传感器用于测量稳压罐出口的液体的流量；所述的气体流量传感器用于检测供气系统的单向节流阀出口的气体流量。

所述回收清理系统包括一个回收罐，所述的回收罐包括按照设定的顺序上下叠置起来的多层布筛网，且各层的各筛网目数不同，回收所得固体颗粒重复利用。

所述的回收罐入口端通过管汇与模拟井筒出口相连，流体进入到回收罐，通过筛网层层过滤，固体颗粒依次滞留在不同的目筛网上，液体通过筛网，进入排液通道。

所述的模拟井筒为内径50mm、长6米的垂直放置的有机玻璃管，其顶端和底端处各设有固体颗粒加砂口。