气举法消除上翘水平井段塞流实验装置及方法与流程

1.本发明涉及油气井开发技术领域，尤其涉及一种气举法消除上翘水平井段塞流实验装置及方法。


背景技术：

2.在油气开采过程中，水平井能够大大增加油气井的产量，尤其在天然气的开采过程中，采用水平井的方式进行开采已经成为了一种非常重要的手段。然而水平井的水平段并不是绝对水平的，在油气钻井过程中，为了生产开发的需要，一部分拥有上翘段水平井被设计出来，并进入了生产阶段。然而当上翘水平井内气液流量比较小时，气液会以分层流在上翘水平管内流动，因重力作用，液体会在立管底部积聚，导致气体无法进入立管被封堵在上翘水平井内，形成长度超过立管长度一倍甚至几倍的液塞，上翘水平井和立管系统中很容易产生严重段塞流，由于严重段塞流的瞬变性和周期性，给设计和生产带来许多问题和危害，从而对井的安全造成重大的影响。在近些年的油气开采方案中，上翘水平井也日渐增多。然而现有模拟上翘水平井严重段塞流产生的实验装置较少，对上翘水平井采取注气法消除严重段塞流的实验装置涉及也相对较少。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术存在的问题，提出一种气举法消除上翘水平井段塞流实验装置及方法，可以通过模拟从而预测上翘段水平井严重段塞流的发生，提出更精确的研究上翘段水平井系统内气液两相流特性的方法，揭示不同流动参数下严重段塞流各特征参数的变化规律，进而寻求出不同流动参数下气举法有效抑制严重段塞流的注气量，对于稳定油田产量、保障水平井井内安全具有十分重大的意义。
4.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
5.一种气举法消除上翘水平井段塞流实验装置，其特征在于，包括第一法兰和第二法兰，与所述第一法兰连接的第一管线，所述第二法兰设于所述第一法兰的上方，还包括：
6.模拟段，包括与所述第一法兰连接的倾斜段，以及与所述第二法兰连接的竖直段，以及连接所述竖直段与所述倾斜段的弯折段，所述倾斜段沿靠近所述竖直段的方向向下倾斜；
7.供气组件，与所述第一管线连接，以向所述模拟段内注气；
8.循环组件，与所述第一管线连接，以向所述模拟段内注入液体；
9.注气管，一端与所述供气组件连接，另一端与所述弯折段或所述竖直段连接，以向所述弯折段或所述竖直段内注气。
10.作为本发明的进一步优化，所述供气组件包括：气源，
11.第一调气阀，分别与所述气源和所述第一管线连接，以控制所述气源与所述第一管线之间的连通，
12.第二调气阀，分别与所述气源和所述注气管连接，以控制所述气源与所述注气管
之间的连通。
13.作为本发明的进一步优化，所述供气组件还包括与所述第一调气阀连接的第一气体流量计，以及与所述第二调气阀连接的第二气体流量计。
14.作为本发明的进一步优化，所述循环组件包括：
15.储液罐，其内设有用于控制其内液体温度的温控件；
16.注液泵，与所述储液罐连接；
17.调节阀，与所述第一管线连接以调节流量。
18.作为本发明的进一步优化，还包括与所述调节阀连接的液相流量计。
19.作为本发明的进一步优化，还包括设于所述弯折段一侧的拍摄件。
20.作为本发明的进一步优化，还包括设于所述第一管线上的压力计。
21.作为本发明的进一步优化，还包括与所述压力计、第一气体流量计、第二气体流量计、液相流量计和拍摄件电性连接的计算机。
22.本发明还提出一种气法消除上翘水平井段塞流实验方法，基于以上任一项中所述的气法消除上翘水平井段塞流实验装置，包括：通过循环组件向模拟段内充满液体，通过供气组件向模拟段内注入气体以使所述模拟段内形成段塞流，通过所述供气组件向所述模拟段内注气，并记录数据。
23.作为本发明的进一步优化，还包括：改变所述倾斜段的角度，和/或，所述供气组件向所述模拟段内的注气速率，以进行测试。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
25.本发明所述的气法消除上翘水平井段塞流实验装置及方法，可以通过模拟从而预测上翘段水平井严重段塞流的发生，提出更精确的研究上翘段水平井系统内气液两相流特性的方法，揭示不同流动参数下严重段塞流各特征参数的变化规律，进而寻求出不同流动参数下气举法有效抑制严重段塞流的注气量，对于稳定油田产量、保障水平井井内安全具有十分重大的意义。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明所述气举法消除上翘水平井段塞流实验装置的结构示意图；
28.图2为本发明所述气举法消除上翘水平井段塞流实验方法的流程图。
29.图中：1、第一法兰；2、第二法兰；3、第一管线；4、模拟段；41、倾斜段；42、竖直段；43、弯折段；51、气源；511、压缩机；512、储气罐；52、第一调气阀；53、第二调气阀；54、第一气体流量计；55、第二气体流量计；61、储液罐；62、注液泵；63、调节阀；64、液相流量计；7、注气管；8、拍摄件；9、压力计；10、计算机。
具体实施方式
30.下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一
步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.参考图1，本发明提出气举法消除上翘水平井段塞流实验装置，其特征在于，包括第一法兰1和第二法兰2，与所述第一法兰1连接的第一管线3，所述第二法兰2设于所述第一法兰1的上方，还包括：
33.模拟段4，包括与所述第一法兰1连接的倾斜段41，以及与所述第二法兰2连接的竖直段42，以及连接所述竖直段42与所述倾斜段41的弯折段43，所述倾斜段41沿靠近所述竖直段42的方向向下倾斜；
34.供气组件，与所述第一管线3连接，以向所述模拟段4内注气；
35.循环组件，与所述第一管线3连接，以向所述模拟段4内注入液体；
36.注气管7，一端与所述供气组件连接，另一端与所述弯折段43或所述竖直段42连接，以向所述弯折段43或所述竖直段42内注气。
37.本发明所述的气法消除上翘水平井段塞流实验装置，可以通过供气组件和循环组件向模拟段4内注入气体和液体，通过倾斜段41、弯折段43和竖直段42模拟上翘水平井在，从而模拟上翘段水平井严重段塞流的发生，同时，可以通过注气管7模拟气举法消除的相关情况，可以提出更精确的研究上翘段水平井系统内气液两相流特性的方法，揭示不同流动参数下严重段塞流各特征参数的变化规律，进而寻求出不同流动参数下气举法有效抑制严重段塞流的注气量，对于稳定油田产量、保障水平井井内安全具有十分重大的意义。
38.需要说明的是，本实施例中，所述第一法兰1和所述第二法兰2为变径法兰，可以适用不同直径的法兰连接，从而可以根据需要更换不同上翘角度或者不同与不同轨迹相应的模拟段4。
39.作为本发明的另一个实施例，与上述实施例不同的是，本实施例中，所述供气组件包括：气源51，
40.第一调气阀52，分别与所述气源51和所述第一管线3连接，以控制所述气源51与所述第一管线3之间的连通，
41.第二调气阀53，分别与所述气源51和所述注气管7连接，以控制所述气源51与所述注气管7之间的连通。
42.上述方案中，通过所述第一调气阀52控制所述第一管线3与所述气源51的连通，从而可以调整向所述模拟段4内的注气时间和注气量，通过所述第二调气阀53控制所述气源51与所述弯折段43或所述竖直段42的连通，从而可以调整气举法的注气量、注气时间等参数，从而可以有效的模拟不同段塞流情况下，不同气举量对于不同流动参数下严重段塞流各特征参数的变化规律，进而寻求出不同流动参数下气举法有效抑制严重段塞流的注气量。
43.需要说明的是，本实施例中，所述气源51可以为各种可以提供稳定气流的设备，本
实施例中，所述气源51包括压缩机511和储气罐512，从而可以稳定的供气。
44.作为本发明的另一个实施例，与上述实施例不同的是，本实施例中所述供气组件还包括与所述第一调气阀52连接的第一气体流量计54，以及与所述第二调气阀53连接的第二气体流量计55，上述设置，可以有效的对模拟过程中的注气进行精确地监控，进而可以保证模拟过程中对于各个参数的控制，从而有效的保证模拟的有效性。
45.作为本发明的另一个实施例，与上述实施例不同的是，本实施例中所述循环组件包括：
46.储液罐61，其内设有用于控制其内液体温度的温控件；
47.注液泵62，与所述储液罐61连接；
48.调节阀63，与所述第一管线3连接以调节流量。
49.上述实施例中，通过具有温控件的储液罐61，可以有效的将循环的流体稳定在一定的温度下，进而可以模拟井下流体的温度，从而有效的保证模拟过程与相应井下情况的近似度，模拟不同流体不同温度下的情况。
50.需要说明的是，本实施例中，在所述储液罐61顶部和底部各有一个外接口，一个用于液体的注入，另一个用于液体的排出，从而与所述第一管线3连接，本实施例中，采用螺纹连接，管道尺寸与接口尺寸相配合，从而达到无缝连接。
51.作为本发明的另一个实施例，与上述实施例不同的是，本实施例还包括与所述调节阀63连接的液相流量计64，从而可以有效的对模拟过程中的注气进行精确地监控，进而可以保证模拟过程中对于各个参数的控制，从而有效的保证模拟的有效性。
52.作为本发明的另一个实施例，与上述实施例不同的是，本实施例还包括设于所述弯折段43一侧的拍摄件8，从而对所述模拟段4内的流体状态进行拍摄，记录所述模拟段4内的流动状态，本实施例中，所述拍摄件8为高速摄像机，且所述模拟段4为透明材料制成，从而可以有效的进行高清拍摄。
53.作为本发明的另一个实施例，与上述实施例不同的是，本实施例还包括设于所述第一管线3上的压力计9，以及与所述压力计9、第一气体流量计54、第二气体流量计55、液相流量计64和拍摄件8电性连接的计算机10，从而可以实现数据的自动记录，需要说明的是，本实施例中，所述计算机10还与所述第一调气阀52、第二调气阀53、注液泵62、储液罐61、调节阀63连接，从而实现自动控制，可以预先输入相应的注气量和注液量等参数，实现自动化控制，保证实验精度，需要说明的是，本实施例中，所述压力计9为两个，分别设于所述模拟段4的两端，用于测量进口和出口的压力。
54.上述实施例所述的气举法消除上翘水平井段塞流实验装置在使用时，首先打开所述调节阀63，形成通路，之后打开所述注液泵62，使所述模拟段4和所述第一管线3内充满液体，待模拟段4和第一管线3内的液相稳定后，打开压缩机511，通过控制第一调气阀52调节至合适的气体排量，并通过调节阀63和第一调气阀52,调节液体流量和气体流量，使得模拟段4内形成段塞流，待其流态稳定后，用计算机记录下各测量点压力波动情况，以及此时的以及此时的气体及液体流量，同时使用拍摄件8对管路内流动进行拍摄，记录管内流动状态缓慢调节第二调气阀53，观测不同注气速率下对严重段塞流的抑制程度，进行多次实验，并用拍摄件8记录下井内流动形态；随后改变气体注入量和液体注入量至下一组实验所需要的排量，重复上述步骤。然后可以选择不同倾角β的实验管道，重复上述步骤。
55.本发明还提出一种气法消除上翘水平井段塞流实验方法，基于以上任一项中所述的气法消除上翘水平井段塞流实验装置，包括：通过循环组件向模拟段内充满液体，通过供气组件向模拟段内注入气体以使所述模拟段内形成段塞流，通过所述供气组件向所述模拟段内注气，并记录数据。
56.本发明所述的气法消除上翘水平井段塞流实验方法，可以通过供气组件和循环组件向模拟段4内注入气体和液体，通过倾斜段41、弯折段43和竖直段42模拟上翘水平井在，从而模拟上翘段水平井严重段塞流的发生，同时，可以通过注气管7模拟气举法消除的相关情况，可以提出更精确的研究上翘段水平井系统内气液两相流特性的方法，揭示不同流动参数下严重段塞流各特征参数的变化规律，进而寻求出不同流动参数下气举法有效抑制严重段塞流的注气量，对于稳定油田产量、保障水平井井内安全具有十分重大的意义。
57.本实施例中，所述的气法消除上翘水平井段塞流实验方法具体包括如下步骤：还包括：首先打开所述调节阀63，形成通路，之后打开所述注液泵62，使所述模拟段4和所述第一管线3内充满液体，待模拟段4和第一管线3内的液相稳定后，打开压缩机511，通过控制第一调气阀52调节至合适的气体排量，并通过调节阀63和第一调气阀52,调节液体流量和气体流量，使得模拟段4内形成段塞流，待其流态稳定后，用计算机记录下各测量点压力波动情况，以及此时的以及此时的气体及液体流量，同时使用拍摄件8对管路内流动进行拍摄，记录管内流动状态缓慢调节第二调气阀53，观测不同注气速率下对严重段塞流的抑制程度，进行多次实验，并用拍摄件8记录下井内流动形态；随后改变气体注入量和液体注入量至下一组实验所需要的排量，重复上述步骤。然后可以选择不同倾角β的实验管道，重复上述步骤。
58.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。