一种用于评价喷射旋流复合排液工具的实验装置及方法与流程

1.本发明属于石油天然气开采技术领域，具体涉及一种用于评价喷射旋流复合排液工具的实验装置及方法。


背景技术：

2.涡流排水采气技术是近年来最具代表性的排水采气工艺技术之一。涡流工具的主要作用是将密度不同的混合流体通过改变运动方式来实现流动区域分离。气液通过涡流工具时，受到螺旋叶片的引导与离心作用，混合流体的运动方式变为旋流，在旋流的过程中受切向力的作用密度大的液体被甩向管壁，气体则在中心流动，此时井筒中会产生两个明显的气、液旋流，两种流体在流动中相互作用的阻力减小，进而降低能量的损失。
3.喷射旋流复合排液工具属于改进后的涡流工具，主要由弹簧、固定件、喷射接头、缓冲管、导流管及旋流件等6部分组成，其作用原理是工作流体经过喷嘴高速射出，带走出口附近的流体形成真空，附近流体在压差作用下被吸入管内，此时被吸流体得到工作液提供的一部分能量开始产生动能，速度逐渐增大，工作流体在损失能量后流速开始减小，两者在喉管出口处速度趋于一致，从而达到引射输出的目的。混合流体通过喷射结构加速，旋流结构分离，进而减少井底积液。对于这种新型工具，涉及结构参数较多，哪种参数组合能够更好地进行排水采气就需要一种有效的手段进行评判。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于评价喷射旋流复合排液工具的实验装置及方法，能够实现工具不同工作参数和结构参数对举升效果影响的评价。通过获取不同工艺参数和结构参数条件下气液的流动型态、可视化试验管段不同位置处的压力以及工具出口与实验管段出口之间的压差，对确定工具的最优工作参数具有重要意义，对工具现场的应用有非常重要的指导价值。
5.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.一种用于评价喷射旋流复合排液工具的实验装置，包括注水系统、注气系统、气液混合器、模拟井筒装置和处理单元。其中，模拟井筒装置包括可视化实验管段，可视化实验管段内能够设置喷射旋流复合排液工具，可视化实验管段的外侧面设有温度测量装置、压力测量装置和压差测量装置。注水系统和注气系统分别与气液混合器的入口连接，气液混合器的出口与可视化实验管段的入口连接。注水系统设有水路流量测量装置，注气系统设有气路流量测量装置。温度测量装置、压力测量装置、压差测量装置、水路流量测量装置和气路流量测量装置均与处理单元电性连接。
7.根据本发明的用于评价喷射旋流复合排液工具的实验装置，在处理单元与注水系统、注气系统和模拟井筒部分的配合作用下，能够极其方便地模拟喷射旋流复合排液工具的真实工作状态，便于调节气液混合比例和对不同结构的工具进行模拟实验，还能够通过可视化管路更加直观定性地观察混合流体的流型变化，也可以定量评价压降的损失。因此，
不仅能够从测试压差上对喷射旋流工具参数的优劣进行评价，还能通过更直观的流型变化进行对比分析，通过实验装置所得实验数据能够对工具的结构参数和在气井中的工作条件进行优化从而对实际生产工具有较好的指导意义。
8.对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步地改进。
9.根据本发明的用于评价喷射旋流复合排液工具的实验装置，在一个优选的实施方式中，可视化实验管段的入口处设有用于固定喷射旋流复合排液工具的夹持器。
10.通过在可视化实验管段入口端设置夹持工具，能够保证气液通过喷射旋流工具后进入可视化实验管段，且喷射旋流工具在实验过程中不会产生旋转。
11.进一步地，在一个优选的实施方式中，夹持器包括固定在可视化实验管段上的上法兰盘、扶正器和与扶正器连接的下端盘。扶正器能够与喷射旋流复合排液工具连接，下端盘能够对扶正器挤压。
12.夹持器对于旋流工具的夹持通过扶正器上固定圆环的挤压实现，具体地，通过下端盘对扶正器的挤压实现喷射旋流工具的固定于扶正。
13.具体地，在一个优选的实施方式中，可视化实验管段为透明管道。
14.这种结构的可视化实验管段，结构简单，成本低且便于观察混合流体的流型。
15.具体地，在一个优选的实施方式中，注水系统包括储水罐、增压泵和液路控制阀门。其中，增压泵分别与储水罐和液路控制阀门连接，液路控制阀门与气液混合器连接。液路流量测量装置位于液路控制阀门与气液混合器之间的连接管路上。
16.这种注水系统结构简单，且操作便捷，易于控制液路流量。
17.进一步地，在一个优选的实施方式中，增压泵与气液混合器之间至少设有两组并联的液路控制阀门，每组液路控制阀门与气液混合器之间均设有液路流量测量装置。每组液路流量测量装置的量程不同。
18.这种结构形式的注水系统，能够进一步增加整个实验装置的适用性和模拟结果的精准性。
19.具体地，在一个优选的实施方式中，注气系统包括空气压缩机、储气罐和气路控制阀门。其中，储气罐分别与空气压缩机和气路控制阀门连接，气路控制阀门与气液混合器连接。气路流量测量装置位于气路控制阀门与气液混合器之间的连接管路上。
20.这种注气系统结构简单，且操作便捷，易于控制气路流量。
21.进一步地，在一个优选的实施方式中，储气罐与气液混合器之间至少设有两组并联的气路控制阀门，每组气路控制阀门与气液混合器之间均设有气路流量测量装置。每组气路流量测量装置的量程不同。
22.这种结构形式的注气系统，能够进一步增加整个实验装置的适用性和模拟结果的精准性。
23.根据本发明第二方面的用于评价喷射旋流复合排液工具的实验方法，采用上述所述的实验装置实施，包括如下步骤：s01、连接实验装置，实验管段内不放置喷射旋流复合排液工具。s02、设定气路控制阀的流量和液路控制阀的流量从而确保气液混合装置中的气液比达到预设比例。s03、观察实验管段中的气液流态，记录预设位置处的温度、压力和压差数据。s04、在实验管段内放置只有旋流结构的排液工具，保持气路控制阀的流量和液路控制阀的流量不变，重复步骤s03。s05、在实验管段内分别放置不同结构的喷射旋流复合排液工
具，保持气路控制阀的流量和液路控制阀的流量不变，分别重复步骤s03。
24.本发明的用于评价喷射旋流复合排液工具的实验方法，能够极其方便地获得在相同气液比条件下，不安装工具和安装不同结构的工具的情况下的参数变化。对于预设位置的压力监测，能够充分了解喷射旋流复合排液工具不同部位的压降损失情况，便于有针对性地调整工具的结构参数，也就是工具哪部分的压降损失大就优化哪部分的结构，比如工具缓冲部分的压降损失大就调整这部分的结构。
25.对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步地改进。
26.根据本发明的用于评价喷射旋流复合排液工具的实验方法，在一个优选的实施方式中，还包括步骤s06：调整步骤s02中的气液比，重复步骤s03至s05。
27.通过上述步骤，能够极其方便地获得在不同气液比条件下使用不同结构工具的压力变化情况。
28.进一步地，在一个优选的实施方式中，还可以在调整井底压力和流体的流速等生产参数之后，重复步骤s03至s05。
29.通过上述步骤，能够进一步获得在不同生产参数条件下使用不同结构工具的压力变化情况。
30.与现有技术相比，本发明的优点在于：能够实现工具不同工作参数和结构参数对举升效果影响的评价。通过获取不同工艺参数和结构参数条件下气液的流动型态、可视化试验管段不同位置处的压力以及工具出口与实验管段出口之间的压差，对确定工具的最优工作参数具有重要意义，对工具现场的应用有非常重要的指导价值。
附图说明
31.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
32.图1示意性显示了本发明实施例的用于评价喷射旋流复合排液工具的实验装置的整体结构；
33.图2示意性显示了本发明实施例的上法兰盘的剖面结构；
34.图3示意性显示了本发明实施例的上法兰盘的部分主视结构；
35.图4示意性显示了本发明实施例的扶正器的剖面结构；
36.图5示意性显示了本发明实施例的下端盘的剖面结构。
37.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
38.下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
39.图1示意性显示了本发明实施例的用于评价喷射旋流复合排液工具的实验装置10的整体结构。图2示意性显示了本发明实施例的上法兰盘81的剖面结构。图3示意性显示了本发明实施例的上法兰盘81的部分主视结构。图4示意性显示了本发明实施例的扶正器82的剖面结构。图5示意性显示了本发明实施例的下端盘83的剖面结构。
40.实施例1
41.如图1所示，本发明实施例的用于评价喷射旋流复合排液工具的实验装置10，包括
注水系统1、注气系统2、气液混合器3、模拟井筒装置4和处理单元5。其中，模拟井筒装置4包括可视化实验管段41，可视化实验管段41内能够设置喷射旋流复合排液工具，可视化实验管段41的外侧面设有温度传感器42、压力传感器43和压差传感器44。注水系统1和注气系统2分别与气液混合器3的入口连接，气液混合器3的出口通过导流软管6与可视化实验管段41的入口连接。注水系统1设有液体涡轮流量计11，注气系统2设有气体涡轮流量计21。温度传感器42、压力传感器43、压差传感器44、液体涡轮流量计14和气体涡轮流量计24均与作为处理单元5的pc机电性连接。
42.根据本发明实施例的用于评价喷射旋流复合排液工具的实验装置，在处理单元与注水系统、注气系统和模拟井筒部分的配合作用下，能够极其方便地模拟喷射旋流复合排液工具的真实工作状态，便于调节气液混合比例和对不同结构的工具进行模拟实验，还能够通过可视化管路更加直观定性地观察混合流体的流型变化，也可以定量评价压降的损失。因此，不仅能够从测试压差上对喷射旋流工具参数的优劣进行评价，还能通过更直观的流型变化进行对比分析，通过实验装置所得实验数据能够对工具的结构参数和在气井中的工作条件进行优化从而对实际生产工具有较好的指导意义。
43.具体地，在本实施例中，可视化实验管段41为透明管道。这种结构的可视化实验管段，结构简单，成本低且便于观察混合流体的流型。
44.在本实施例中，优选地，如图1所示，可视化实验管段41的入口处设有用于固定喷射旋流复合排液工具7的夹持器8。通过在可视化实验管段入口端设置夹持工具，能够保证企业通过喷射旋流工具后进入可视化实验管段，且喷射旋流工具在实验过程中不会产生旋转。如图2至图5所示，具体地，在本实施例中，夹持器8包括固定在可视化实验管段上的固定角钢上的上法兰盘81、扶正器82和与扶正器82连接的下端盘83。扶正器82能够与喷射旋流复合排液工具7连接，下端盘83能够对扶正器82挤压。夹持器对于旋流工具的夹持通过扶正器上固定圆环的挤压实现，具体地，通过下端盘对扶正器的挤压实现喷射旋流工具的固定于扶正。
45.具体地，在本实施例中，如图1所示，注水系统1包括储水罐11、离心增压泵12和液路球阀13。其中，离心增压泵12分别与储水罐11和液路球阀13连接，液路球阀13与气液混合器3连接。液体涡轮流量计14位于液路球阀13与气液混合器3之间的连接管路上。这种注水系统结构简单，且操作便捷，易于控制液路流量。进一步地，在本实施例中，离心增压泵12与气液混合器3之间至少设有两组并联的液路球阀13，尤其优选为3组，每组液路球阀13与气液混合器3之间均设有液体涡轮流量计14。每组液体涡轮流量计14的量程不同。这种结构形式的注水系统，能够进一步增加整个实验装置的适用性和模拟结果的精准性。
46.具体地，在本实施例中，如图1所示，注气系统2包括空气压缩机21、储气罐22和气路球阀23。其中，储气罐22分别与空气压缩机21和气路球阀23连接，气路球阀23与气液混合器3连接。气体涡轮流量计24位于气路球阀23与气液混合器3之间的连接管路上。这种注气系统结构简单，且操作便捷，易于控制气路流量。进一步地，在本实施例中，储气罐22与气液混合器3之间至少设有两组并联的气路球阀23，尤其优选为3组，每组气路球阀23与气液混合器3之间均设有气体涡轮流量计24。每组气体涡轮流量计24的量程不同。这种结构形式的注气系统，能够进一步增加整个实验装置的适用性和模拟结果的精准性。进一步地，在本实施例中，如图1所示，可视化实验管段41的出口通过管路与储水罐11连接，从而能够有效循
环利用资源，节省试验成本。实施例2
47.本发明实施例的用于评价喷射旋流复合排液工具的实验方法，采用上述所述的实验装置10实施，包括如下步骤：s01、连接实验装置10，实验管段41内不放置喷射旋流复合排液工具7。s02、设定气路球阀23的流量为14m3/h和液路球阀13的流量1m3/h从而确保气液混合装置3中的气液比达到预设比例14。s03、观察实验管段中的气液流态，记录预设位置处的温度、压力和压差数据。s04、在实验管段内放置只有旋流结构的排液工具，保持气路球阀23的流量和液路球阀13的流量不变，重复步骤s03。s05、在实验管段41内分别放置不同结构的喷射旋流复合排液工具7，保持气路球阀23的流量和液路球阀13的流量不变，分别重复步骤s03。
48.本发明实施例的用于评价喷射旋流复合排液工具的实验方法，能够极其方便地获得在相同气液比条件下，不安装工具和安装不同结构的工具的情况下的参数变化。对于预设位置的压力监测，能够充分了解喷射旋流复合排液工具不同部位的压降损失情况，便于有针对性地调整工具的结构参数，也就是工具哪部分的压降损失大就优化哪部分的结构，比如工具缓冲部分的压降损失大就调整这部分的结构。
49.进一步地，本发明实施例的用于评价喷射旋流复合排液工具的实验方法，还包括步骤s06：分别调整步骤s02中的气液比为20、30、50和80并重复步骤s03至s05。通过上述步骤，能够极其方便地获得在不同气液比条件下使用不同结构工具的压力变化情况。进一步地，在本实施例中，还可以在调整井底压力和流体的流速等生产参数之后，重复步骤s03至s05。通过上述步骤，能够进一步获得在不同生产参数条件下使用不同结构工具的压力变化情况。
50.根据上述实施例，可见，本发明涉及的实验装置及方法，能够实现工具不同工作参数和结构参数对举升效果影响的评价。通过获取不同工艺参数和结构参数条件下气液的流动型态、可视化试验管段不同位置处的压力以及工具出口与实验管段出口之间的压差，对确定工具的最优工作参数具有重要意义，对工具现场的应用有非常重要的指导价值。
51.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求范围内的所有技术方案。