一种智能井筒多相流实验装置及模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种智能井筒多相流实验装置及模拟方法，涉及油气田开发技术领域，装置包括：实验主体单元、气体供给单元、液体供给单元、固体物料供给单元、控制单元和数据采集和处理单元，实验主体单元包括携砂实验模拟井筒和两相流实验模拟井筒；气体供给单元、液体供给单元、固体物料供给单元分别与携砂实验模拟井筒和两相流实验模拟井筒连接，相互配合用于向携砂实验模拟井筒和两相流实验模拟井筒提供模拟实验所需要的气体、液体和固体物料；控制单元分别与各执行单元控制信号连接；数据采集和处理单元通过布置在实验主体单元的各传感器采集实验过程中的数据并处理采集到的数据。本发明专利技术可模拟不同气液比、流速、液相粘度下气液两相流模拟试验。气液两相流模拟试验。气液两相流模拟试验。

【技术实现步骤摘要】
一种智能井筒多相流实验装置及模拟方法


[0001]本专利技术涉及油气田开发
，具体涉及一种智能井筒多相流实验装置及模拟方法。

技术介绍

[0002]钻井过程中钻井液在井筒中上返时，液体流速降低，致使粗砂颗粒不能有效带到地面，导致冲砂失败、造成井眼堵塞。由于形状不规则的砂粒在流体中沉降的轨迹随机性很大，而实际生产中井筒中液体的流动很复杂，现有的实验技术装置很难观测颗粒在井筒液体中的实际沉降情况。
[0003]目前针对井筒多相流的研究主要采用实验方法与数值模拟方法，其中实验方法主要集中于对气液固、气液或液固在垂直井筒中流动状态的研究。少部分针对不同井斜度，模拟井筒的搭建主要是利用不同角度的弯头，有机玻璃直管连接组成，不能实现对现场多种井斜角度的准确模拟，无法按照实验要求灵活调节井斜角度。针对钻井流体携砂能力研究，只能对井筒中的运移过程进行研究，无法模拟钻杆旋转过程中的流体携砂过程。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种智能井筒多相流实验装置及模拟方法，其可以模拟钻杆旋转过程中的流体携砂过程。
[0005]为实现上述目的，本专利技术可以采用以下技术方案进行：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种智能井筒多相流实验装置，其包括：
[0007]实验主体单元，其包括携砂实验模拟井筒和两相流实验模拟井筒，所述携砂实验模拟井筒用于模拟钻井液、泥浆、清水在模拟钻杆旋转、偏心旋转的工况下的携砂运移和砂体堆积实验；所述两相流实验模拟井筒用于模拟井筒气液两相流模拟实验，压力和流体流量采集并进行井筒内气液两相压力分布计算；
[0008]气体供给单元、液体供给单元、固体物料供给单元，其分别与所述携砂实验模拟井筒和所述两相流实验模拟井筒连接，相互配合用于向所述携砂实验模拟井筒和所述两相流实验模拟井筒提供模拟实验所需要的气体、液体和固体物料；
[0009]控制单元，其分别与各执行单元控制信号连接；以及，
[0010]数据采集和处理单元，其通过布置在所述实验主体单元的各传感器采集实验过程中的数据并处理采集到的数据。
[0011]如上所述的智能井筒多相流实验装置，进一步的，所述实验主体单元还包括托架、拉杆、模拟钻杆、钻杆旋转装置和钻杆偏心调节组件，若干所述拉杆组装形成所述实验主体单元的固定架构，所述固定架构的底部安装所述托架，所述携砂实验模拟井筒安装在所述固定架构的中心位置，所述携砂实验模拟井筒由通过密封套连接固定的携砂实验模拟井口和携砂实验模拟井底组装而成，所述两相流实验模拟井筒安装在所述固定架构的侧面位置，所述两相流实验模拟井筒由通过密封套连接固定的两相流实验模拟井口和两相流实验
模拟井底组装而成，所述模拟钻杆安装在所述携砂实验模拟井筒的内部，所述模拟钻杆的底端插入钻杆扶正组件，所述模拟钻杆的顶端安装钻杆旋转装置，所述钻杆旋转装置用于驱动所述模拟钻杆旋转；所述钻杆偏心调节组件用于调节所述模拟钻杆的偏心度。
[0012]如上所述的智能井筒多相流实验装置，进一步的，所述气体供给单元包括空气压缩机、减压阀和气体流量计，所述空气压缩机出口安装有所述减压阀和所述气体流量计，所述气体流量计的后端连接阀门，阀门出口管线与所述液体供给部分的管线相汇合后分成两路管线，一路经过阀门连接所述实验主体单元的两相流实验模拟井底，另一路管线经过阀门连接至所述实验主体单元的携砂实验模拟井底。
[0013]如上所述的智能井筒多相流实验装置，进一步的，所述液体供给单元包括水箱、离心泵、液体流量计，所述水箱的出口与所述离心泵的入口之间有管线相连，所述离心泵出口端安装有所述液体流量计，所述液体流量计的出口连接两路管线，一路管线经过阀门与所述固体物料供给单元的管线通过三通汇合后连接至所述实验主体单元的携砂实验模拟井口处连接模拟钻杆入口，另一路管线经过阀门与所述气体供给单元的管线相汇合后分成两路管线，一路经过阀门连接所述实验主体单元的两相流实验模拟井底，另一路管线经过阀门连接至所述实验主体单元的携砂实验模拟井底。
[0014]如上所述的智能井筒多相流实验装置，进一步的，所述固体物料供给单元包括砂罐、砂罐底座、加砂器和密封垫片，所述砂罐为筒体结构并固定在所述砂罐底座上，所述加砂器的入口与所述砂罐的出口通过螺栓连接并通过压紧所述密封垫片密封，砂体通过加砂器的入口进入加砂器的筒体，加砂器安装有伺服电机，伺服电机通过行星减速器驱动绞龙，绞龙旋转将加砂器的筒体内的砂子推进至加砂器的出口，在加砂器的出口处与液体供给单元的管线汇合，通过管路连接至所述实验主体单元的模拟钻杆入口。
[0015]如上所述的智能井筒多相流实验装置，进一步的，所述携砂实验模拟井口连接实验混合流体出口管线，所述携砂实验模拟井底连接实验气液入口管线，所述模拟钻杆入口连接固液混相入口管线，所述模拟钻杆出口与所述携砂实验模拟井筒相通，所述两相流实验模拟井底连接气液入口管线，所述两相流实验模拟井口连接气液出口管线。
[0016]如上所述的智能井筒多相流实验装置，进一步的，还包括升降装置，升降装置包括钢丝绳、滑轮机构、起升塔架、卷扬机构，所述起升塔架由槽钢、钢板焊接而成，所述滑轮机构固定在起所述升塔架上端，所述钢丝绳绕在所述卷扬机构的滚筒上，所述钢丝绳一端向上通过所述钢丝绳滑轮机构后向下，并固定在所述实验主体单元上，所述卷扬机构的伺服电机与谐波减速器连接，所述谐波减速器的另一端与传动轴相连接，所述传动轴带动所述卷扬机构的滚筒旋转，所述卷扬机构的滚筒固定在支架板上，所述钢丝绳一端缠绕在所述卷扬机构的滚筒上，另一端穿过所述滑轮机构连接所述实验主体单元的，所述卷扬机构的滚筒转动带动所述钢丝绳，以控制所述实验主体单元的起升和下放。
[0017]如上所述的智能井筒多相流实验装置，进一步的，所述控制单元包括变频器和驱动器，所述数据采集和处理单元包括控制机柜、计算机、气体流量计、差压传感器、液体流量计、压力传感器、高速摄像设备、信号转换传输模块及内置操作软件的可编程逻辑控制器，调节变频器上的旋钮以控制变频器的输出频率，从而调节电机的转速，驱动器由控制机柜和计算机通过控制相应的控制器件进行调控，其中，压力传感器安装于携砂实验模拟井底处，差压传感器安装于两相流实验模拟井筒内部，气体流量计安装于气路管线，位于减压阀
和阀门之间，液体流量计安装于离心泵和阀门之间，高速摄像设备安装于主体实验装置侧面。
[0018]第二方面，本专利技术提供一种智能井筒多相流实验模拟方法，其利用上述的实验装置，包括如下步骤：
[0019]步骤一：按实验要求，调节实验管路阀门的开启或关闭，关闭气体流量计后端阀门、两相流实验模拟井底前端阀门、液体流量计后端阀门、携砂实验模拟井底前端阀门，打开三通前端阀门，使实验流体按设定的线路运行；
[0020]步骤二：启动高速摄像设备，进行录像，启动采集软件，使数据采集和处理单元正常运行，进行数据采集；
[0021]步骤三：开启离心泵，调节液体流量阀开度，控制流量，使流量达到实验所需，流体从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能井筒多相流实验装置，其特征在于，包括：实验主体单元，其包括携砂实验模拟井筒和两相流实验模拟井筒，所述携砂实验模拟井筒用于模拟钻井液、泥浆、清水在模拟钻杆旋转、偏心旋转的工况下的携砂运移和砂体堆积实验；所述两相流实验模拟井筒用于模拟井筒气液两相流模拟实验，压力和流体流量采集并进行井筒内气液两相压力分布计算；气体供给单元、液体供给单元、固体物料供给单元，其分别与所述携砂实验模拟井筒和所述两相流实验模拟井筒连接，相互配合用于向所述携砂实验模拟井筒和所述两相流实验模拟井筒提供模拟实验所需要的气体、液体和固体物料；控制单元，其分别与各执行单元控制信号连接；以及，数据采集和处理单元，其通过布置在所述实验主体单元的各传感器采集实验过程中的数据并处理采集到的数据。2.根据权利要求1所述的智能井筒多相流实验装置，其特征在于，所述实验主体单元还包括托架、拉杆、模拟钻杆、钻杆旋转装置和钻杆偏心调节组件，若干所述拉杆组装形成所述实验主体单元的固定架构，所述固定架构的底部安装所述托架，所述携砂实验模拟井筒安装在所述固定架构的中心位置，所述携砂实验模拟井筒由通过密封套连接固定的携砂实验模拟井口和携砂实验模拟井底组装而成，所述两相流实验模拟井筒安装在所述固定架构的侧面位置，所述两相流实验模拟井筒由通过密封套连接固定的两相流实验模拟井口和两相流实验模拟井底组装而成，所述模拟钻杆安装在所述携砂实验模拟井筒的内部，所述模拟钻杆的底端插入钻杆扶正组件，所述模拟钻杆的顶端安装钻杆旋转装置，所述钻杆旋转装置用于驱动所述模拟钻杆旋转；所述钻杆偏心调节组件用于调节所述模拟钻杆的偏心度。3.根据权利要求2所述的智能井筒多相流实验装置，其特征在于，所述气体供给单元包括空气压缩机、减压阀和气体流量计，所述空气压缩机出口安装有所述减压阀和所述气体流量计，所述气体流量计的后端连接阀门，阀门出口管线与所述液体供给部分的管线相汇合后分成两路管线，一路经过阀门连接所述实验主体单元的两相流实验模拟井底，另一路管线经过阀门连接至所述实验主体单元的携砂实验模拟井底。4.根据权利要求2所述的智能井筒多相流实验装置，其特征在于，所述液体供给单元包括水箱、离心泵、液体流量计，所述水箱的出口与所述离心泵的入口之间有管线相连，所述离心泵出口端安装有所述液体流量计，所述液体流量计的出口连接两路管线，一路管线经过阀门与所述固体物料供给单元的管线通过三通汇合后连接至所述实验主体单元的携砂实验模拟井口处连接模拟钻杆入口，另一路管线经过阀门与所述气体供给单元的管线相汇合后分成两路管线，一路经过阀门连接所述实验主体单元的两相流实验模拟井底，另一路管线经过阀门连接至所述实验主体单元的携砂实验模拟井底。5.根据权利要求2所述的智能井筒多相流实验装置，其特征在于，所述固体物料供给单元包括砂罐、砂罐底座、加砂器和密封垫片，所述砂罐为筒体结构并固定在所述砂罐底座上，所述加砂器的入口与所述砂罐的出口通过螺栓连接并通过压紧所述密封垫片密封，砂体通过加砂器的入口进入加砂器的筒体，加砂器安装有伺服电机，伺服电机通过行星减速器驱动绞龙，绞龙旋转将加砂器的筒体内的砂子推进至加砂器的出口，在加砂器的出口处与液体供给单元的管线汇合，通过管路连接至所述实验主体单元的模拟钻杆入口。
6.根据权利要求2所述的智能井筒多相流实验装置，其特征在于，所述携砂实验模拟井口连接实验混合流体出口管线，所述携砂实验模拟井底连接实验气液入口管线，所述模拟钻杆入口连接固液混相入口管线，所述模拟钻杆出口与所述携砂实验模拟井筒相通，所述两相流实验模拟井底连接气液入口管线，所述两相流实验模拟井口连接气液出口管线。7.根据权利要求2所述的智能井筒多相流实验装置，其特征在于，还包括升降装置，升降装置包括钢丝绳、滑轮机构、起升塔架、卷扬机构，所述起升塔架由槽钢、钢板焊接而成，所述滑轮机构固定在起所述升塔架上端...

【专利技术属性】
技术研发人员：许振强，周佳维，申凯翔，王英圣，张渴为，于彦江，宁波，欧芬兰，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局，
类型：发明
国别省市：