專利名稱：超臨界條件下井筒多相流動實驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油氣田開發(fā)過程中井筒多相流動的實驗方法，特別涉及一種超臨 界條件下井筒多相流動實驗方法。
背景技術(shù)：
我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，對石油和天然氣的需求不斷加大，品質(zhì)好的油氣開采量 無法滿足需求，開采三高油氣田成為必然。西南及西北地區(qū)蘊(yùn)藏著大量的高壓、高產(chǎn)、高含 硫的石油天然氣資源，這些天然氣資源在我國能源總量中所占地比重逐漸增加，正逐步成 為我國油氣資源的開發(fā)重點。但由于這些地區(qū)普遍存在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、油氣資源埋藏較深、 地層壓力高、產(chǎn)量高、部分地區(qū)伴有高濃度酸性氣體，使該類氣藏開發(fā)面臨許多安全問題， 存在著許多安全隱患。因此，井筒壓力控制技術(shù)的研究一直是“三高氣田鉆完井安全技術(shù)體 系”領(lǐng)域中的重要研究課題。對于“三高”油氣藏，大都埋藏較深，地層流體處于超臨界狀態(tài)，而超臨界流體具有 很好的溶解性，且氣液界面不清晰，超臨界條件下體系中各相會發(fā)生相態(tài)變化或相間傳質(zhì) 等物理化學(xué)過程以及能量、動量的傳遞，其結(jié)果導(dǎo)致井內(nèi)流體各物性參數(shù)在極短時間內(nèi)隨 井深和時間發(fā)生快速變化，使環(huán)空內(nèi)流體的流動規(guī)律變得十分復(fù)雜。如何根據(jù)環(huán)空內(nèi)流體 在各種不同井深條件下的流動形態(tài)、相態(tài)變化等來預(yù)測相應(yīng)的環(huán)空壓力剖面是準(zhǔn)確控制井 筒壓力的難點，目前這方面的研究較少，模擬臨界條件的實驗方法還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對超臨界井筒多相流動的特點，借助超臨界狀態(tài)氣液兩相流 體的井筒流動實驗裝置，給出一種超臨界條件下井筒多相流動實驗方法。其技術(shù)方案是多相流介質(zhì)由水和空氣，或者由水和二氧化碳組成，決定臨界狀態(tài) 的井筒的溫度由溫度控制系統(tǒng)加熱循環(huán)水得到，井筒的額定工作壓力由背壓控制系統(tǒng)控制 得到，循環(huán)水由高壓水泵提供動力，氣體由高壓氣體壓縮機(jī)提供動力，并通過高壓氣罐緩沖 穩(wěn)壓，完成循環(huán)，從而實現(xiàn)超臨界條件下井筒多相流動；并分別通過壓差計、測量壓力計、溫 度傳感器等，測量包括流動壓差、壓力、溫度、等參數(shù)。上述的超臨界條件下井筒多相流動是通過以下方法實現(xiàn)多相流動介質(zhì)水體由水罐、經(jīng)高壓水泵、流量控制器、氣液兩相混合器、高壓井筒、 回流管線、氣液分離罐、背壓控制系統(tǒng)、水罐，形成一個循環(huán)，實現(xiàn)超臨界井筒液相流動；多相流動介質(zhì)氣體由高壓氣體壓縮機(jī)、高壓氣罐、干燥器、氣體流量控制器、氣液 兩相混合器、高壓井筒、回流管線、氣液分離罐、背壓控制系統(tǒng)、通大氣，完成一個循環(huán)；水箱內(nèi)的水由加熱棒來加熱、由溫度控制器、水位監(jiān)控器、信號傳導(dǎo)線、工控機(jī)構(gòu) 成溫度控制系統(tǒng)，以保持試驗系統(tǒng)溫度恒定。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明給出一套能夠模擬高溫高壓超臨界狀態(tài)條件下，氣 體或氣液兩相流體的井筒內(nèi)流動規(guī)律的實驗方法，進(jìn)而可以研究臨界和超臨界條件下氣體
3在井筒內(nèi)的流動特性，建立井筒多相流動態(tài)力學(xué)模型及計算方法，預(yù)測井筒多相流壓力，為 油氣鉆采中井筒壓力控制和人工舉升參數(shù)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)；可實現(xiàn)高溫高壓臨界或超臨界條 件下的井筒氣液多相流現(xiàn)象的模擬實驗?？蔀槿哂蜌馓锞矇毫︻A(yù)測技術(shù)、MPD技術(shù)和 井控技術(shù)等提供技術(shù)支撐。
四

附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；上圖中水罐1、高壓水泵2、流量控制器3、高壓氣體壓縮機(jī)4、高壓氣罐5、干燥器 6、氣體流量控制器7、氣液兩相混合器8、高壓井筒9、流動井筒10、回流管線11、氣液分離罐 12、背壓控制系統(tǒng)13、管線14、阻抗式空隙率計15、壓差計16、溫度傳感器17、測量壓力計 18、加熱棒19、溫度控制器20、水位監(jiān)控器21、溫度傳感器22、工控機(jī)23、信號傳導(dǎo)線24、液 位控制器25。
五具體實施例方式結(jié)合附圖1，對超臨界條件下氣液多相流流動模擬實驗研究方法作進(jìn)一步詳細(xì)的 描述本發(fā)明采用的系統(tǒng)包括水罐1、高壓水泵2、流量控制器3、高壓氣體壓縮機(jī)4、高壓 氣罐5、干燥器6、氣體流量控制器7、氣液兩相混合器8、高壓井筒9、流動井筒10、回流管線 11、氣液分離罐12、背壓控制系統(tǒng)13、管線14、阻抗式空隙率計15、壓差計16、溫度傳感器 17、測量壓力計18、加熱棒19、溫度控制器20、水位監(jiān)控器21、溫度傳感器22、工控機(jī)23、信 號傳導(dǎo)線24、液位控制器25等。其中，超臨界條件下氣液多相流流動模擬實驗方法包括如下多相流動介質(zhì)水體由水罐1、經(jīng)高壓水泵2、流量控制器3、氣液兩相混合器8、高壓 井筒9、回流管線11、氣液分離罐12、背壓控制系統(tǒng)13、水罐1，形成一個循環(huán)，背壓閥承壓可 達(dá)lOMPa，可以順利實現(xiàn)超臨界井筒多相流動。多相流動介質(zhì)氣體由高壓氣體壓縮機(jī)4、高壓氣罐5、干燥器6、氣體流量控制器7、 氣液兩相混合器8、高壓井筒9、回流管線11、氣液分離罐12、背壓控制系統(tǒng)13、通大氣，完成 一個循環(huán)。水箱1內(nèi)的水由加熱棒19來加熱、由溫度控制器20、水位監(jiān)控器21、信號傳導(dǎo)線 24、工控機(jī)23構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)，以保持試驗系統(tǒng)溫度恒定，最高溫度可以達(dá)到90度。流動過程中通過阻抗式空隙率計15可以適時測量井筒中的空隙率波動，用以判 斷流型、測量氣泡上升速度、空隙率波傳播速度等；可以適時測量壓力計18、壓差計16等， 用以研究井筒多相流動阻力等，用以預(yù)測井筒壓力等。
權(quán)利要求
一種超臨界條件下井筒多相流動實驗方法，其特征是多相流介質(zhì)由水和空氣，或者由水和二氧化碳組成，決定臨界狀態(tài)的井筒的溫度由溫度控制系統(tǒng)加熱循環(huán)水得到，井筒的額定工作壓力由背壓控制系統(tǒng)控制得到，循環(huán)水由高壓水泵提供動力，氣體由高壓氣體壓縮機(jī)提供動力，并通過高壓氣罐緩沖穩(wěn)壓，完成循環(huán)，實現(xiàn)超臨界條件下井筒多相流動；并分別通過壓差計、測量壓力計、溫度傳感器等，測量包括流動壓差、壓力、溫度、等參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界條件下井筒多相流動實驗方法，其特征是超臨界條 件下井筒多相流動是通過以下方法實現(xiàn)多相流動介質(zhì)水體由水罐(1)、經(jīng)高壓水泵(2)、流量控制器(3)、氣液兩相混合器(8)、 高壓井筒(9)、回流管線(11)、氣液分離罐(12)、背壓控制系統(tǒng)(13)、水罐(1)，形成一個循 環(huán)，實現(xiàn)超臨界井筒液相流動；多相流動介質(zhì)氣體由高壓氣體壓縮機(jī)(4)、高壓氣罐(5)、干燥器(6)、氣體流量控制器 (7)、氣液兩相混合器(8)、高壓井筒(9)、回流管線(11)、氣液分離罐(12)、背壓控制系統(tǒng) (13)、通大氣，完成一個循環(huán)；水箱⑴內(nèi)的水由加熱棒(19)來加熱、由溫度控制器(20)、水位監(jiān)控器(21)、信號傳 導(dǎo)線(24)、工控機(jī)(23)構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)，以保持試驗系統(tǒng)溫度恒定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超臨界條件下井筒多相流動實驗方法。其技術(shù)方案是由溫度控制器控制溫度達(dá)到要求時，用高壓水泵、流量控制器來提供額定排量的高壓流動液體，形成液體的實驗循環(huán)；高壓氣體由高壓氣體壓縮機(jī)、高壓氣罐、干燥器、氣體流量控制器提供，流經(jīng)氣液兩相混合器、高壓井筒、回流管線、氣液分離罐、形成循環(huán)；通過控制背壓可實現(xiàn)井筒內(nèi)保持額定壓力，使氣體在超臨界條件下流動。進(jìn)而可以研究臨界和超臨界條件下氣體在井筒內(nèi)的流動特性，建立井筒多相流動態(tài)力學(xué)模型及計算方法，預(yù)測井筒多相流壓力，可實現(xiàn)高溫高壓臨界或超臨界條件下的井筒氣液多相流現(xiàn)象的模擬實驗?？蔀槿哂蜌馓锞矇毫︻A(yù)測技術(shù)、MPD技術(shù)和井控技術(shù)等提供技術(shù)支撐。
文檔編號E21B49/00GK101936158SQ20101025563
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月14日
發(fā)明者孫寶江, 宋榮榮, 李 昊, 王志遠(yuǎn), 高永海 申請人:中國石油大學(xué)(華東)