[发明专利]一种气液固三相管流可视化实验装置及方法

说明书

目前对于气液固三相管流模型没有针对性研究，是因为固体颗粒通过流量计时会对仪表造成损坏，并且没有较好的办法对固体颗粒的流量进行计量。为此设计一种可视化气液固三相管流实验架，可实现固体颗粒不经过气液流量计，同时设计相应方法计量固体颗粒的流量，研究气液两相携带固相的流动规律。可视化气液固三相管流模拟实验装置包括供气系统、供水系统、固相储集供给系统、模拟管柱系统、测试与监控数据的控制系统、多相分离系统组成。能用于测试固相在不同液流量、气流量的情况下，在垂直管段的流型特征、压降特征，分析影响因素及规律。能同时实测井底压力、垂直段压差、气流量、液流量等实验参数。可模拟开采过程中固体颗粒的产出情况。

技术领域

本发明涉及一种实验装置，用于模拟气液固三相在油管内的多相流流动状态，研究其流场分布、流型变化和压力梯度变化规律，属于石油天然气开采领域。

背景技术

在致密砂岩气开采过程中，常会出现地层出水，并且由于压裂或砂岩层疏松等因素，会向井底流入压裂砂或地层砂粒，此时在油管内从井底向地面的流动过程中气液两相流动就会变成气液固三相流动。同时在煤层气开采过程中，煤层的性质决定了煤层气开采过程中产出煤粉是一种必然现象，因此煤粉沉积堵塞了储层的运移通道，沉积井底，会对排水采气产生负面影响，因此为了排出煤粉，在井筒油管内气液两相流动也会变成气液固三相流动。

由此可见，研究气液固三相流在天然气开采过程中至关重要，只有准确预测气液固三相的流动规律，流动状态以及压力变化，才能提高天然气产量，保证设备安全，提高经济效益。但是目前对于气液固三相管流模型基本没有针对性研究，究其原因是因为固体颗粒通过流量计时会对仪表造成损坏，同时也没有较好的办法对固体颗粒的流量进行计量。为此，本发明利用自主设计的可视化气液固三相管流实验架，可实现固体颗粒不经过气液流量计，同时设计对应方法计量固体颗粒的流量，研究气液两相携带煤粉的流动规律。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，利用自主设计的可视化气液固三相管流实验架，使固体颗粒不经过气液流量计，同时可计量固体颗粒的流量，研究气液固三相的流动规律和流动状态，同时实验操作方便，适应性强，应用广泛。

本发明采用的技术方案是：

一种可视化气液固三相管流模拟实验装置，包括：

用于提供恒定流速的气体的供气系统；

用于提供固相的固相储集供给系统；

用于提供恒定流速的水的供水系统；

用于模拟油管多相流体流动状态的管柱系统；

用于监控与测试数据的监测系统；

设置模拟管柱系统出口用于收集液固两相并进行分离的多相分离系统。

其中供气系统由空气压缩机、高压储气罐、气量控制阀、气体流量计组成；供水系统由自来水、液量控制阀、液体自控流量计组成；模拟管柱系统由透明的有机玻璃管组成；多相分离系统由液固分离器组成。其中供气系统由空气压缩机、输气管、高压储气罐、气量控制阀、气体流量计组成；供水系统由自来水、液量控制阀、输液管、液体自控流量计组成；固相储集供给系统由固相储集器组成；模拟管柱系统由透明的有机玻璃管组成；监控与测试数据的监测系统由压力计、数据记录仪组成；多相分离系统由液固分离器组成。所述的供气系统由空气压缩机、输气管、高压储气罐、气量控制阀、气体流量计均通过螺纹连接；输气管末端与固相储集器用法兰连接；固相储集器通过细软管与透明有机玻璃管连接用法兰连接；所述供水系统由液量控制阀、输液管、液量自控流量计依次通过螺纹连接；输液管末端与模拟管柱始端通过法兰连接；压力计分别安装在管柱系统的水平段和垂直段，且压力计均通过数据线与数据记录仪连接；透明有机玻璃管的末端与固液分离器连接。

本发明的可视化气液固三相管流模拟实验方法，包括以下步骤：