[发明专利]超临界二氧化碳井筒多相流动模拟试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻完井及油气井洗井冲砂技术领域，具体地说，涉及一种超临界二氧化碳井筒多相流动模拟试验装置。

背景技术

    在当前能源紧张的形势下，为保证我国的能源安全，必须形成新的方法、发展新的技术，有效提高油气资源的勘探开发效率。超临界二氧化碳流体既具有气体的低粘度和易扩散性，也具有液体的高密度和溶解性好的特点，是极具油气资源勘探开发应用潜力的钻完井及洗井冲砂流体介质。但目前对超临界二氧化碳钻完井技术及洗井冲砂技术的研究还刚刚起步，需要开展大量基础理论研究，首要的是要开展超临界二氧化碳井筒多相流动规律的研究，该研究对于超临界二氧化碳钻井及洗井冲砂过程中温度、压力预测，井筒压力控制具有重要的意义。然而现有的常规流体钻完井及洗井冲砂试验装置存在如下不足：工作压力或工作温度太低，无法满足超临界二氧化碳的调制和工作时所需的基本条件；井筒内部压力、温度等参数不能精确控制，无法模拟实际钻完井及洗井冲砂过程中超临界二氧化碳流体状态的精确转换；测量设备针对性差，无法实时准确地反映出超临界二氧化碳沿井筒环空流动过程中的参数变化；涉及井筒环空多相流动时，无法及时准确测量环空固相含量、固相运移速度等参数。因此建立一套超临界二氧化碳井筒多相流动模拟试验装置，是目前进行超临界二氧化碳钻完井技术及洗井冲砂技术研究的一个必要途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为开展基础研究提供一套超临界二氧化碳井筒多相流动模拟试验装置，使其可以更加客观真实地模拟超临界二氧化碳沿井筒多相流动规律，准确测量超临界二氧化碳沿井筒环空多相流动时各项物理参数，流型流态变化，携岩效果，环空固相浓度分布等。 

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：超临界二氧化碳井筒多相流动模拟试验装置，包括主循环回路，所述主循环回路由二氧化碳储罐、增压泵、加热器、井筒多相流模拟测试台、分离器和冷却器通过管线依次连接而成；所述井筒多相流模拟测试台包括支架，设置在所述支架上的可视化井筒，所述可视化井筒的底部分别设有加砂器接口和模拟地层流体侵入设备接口，所述可视化井筒上部的侧壁上设有井筒出口，加砂器，通过所述加砂器接口与所述可视化井筒连接，用于向所述可视化井筒内加入砂子，模拟地层流体侵入设备，通过所述模拟地层流体侵入设备接口与所述可视化井筒连接，用于向所述可视化井筒内注入模拟地层流体，模拟钻柱，设置在所述可视化井筒内，与所述可视化井筒的内壁之间形成环形空腔，所述环形空腔与所述井筒出口连通，所述模拟钻柱具有中空的供超临界二氧化碳流体流过的钻柱通道，所述模拟钻柱的底端安装有供超临界二氧化碳流体喷出的喷嘴，所述井筒多相流模拟测试台与水平面之间的夹角为0°～90°。

作为优选，所述可视化井筒沿其轴向设有多个开窗处，每个开窗处沿所述可视化井筒的周向开有多个可视窗口。

作为进一步优选，所述可视化井筒沿其轴向设有四个开窗处，每个开窗处沿所述可视化井筒的周向开有六个可视窗口。

作为进一步优选，所述可视窗口上安装有石英玻璃，所述石英玻璃的耐压值为20Mpa以上。

作为进一步优选，在所述可视化井筒的外部对应于所述可视窗口的位置，设有用于测量所述环形空腔内流体流动速度和固相浓度的测量仪器。

作为进一步优选，在所述主循环回路上、所述井筒多相流模拟测试台的可视化井筒上分别设有若干压力传感器接口、温度传感器接口和流量计接口。

作为进一步优选，在所述可视化井筒的外部还设有用于控制井筒内部压力及温度的压力控制器和温度控制器。

作为进一步优选，所述模拟地层流体侵入设备接口包括多个沿所述可视化井筒的径向设置的接口。

作为进一步优选，所述的模拟试验装置还包括调压支路，所述调压支路与所述主循环回路连通，所述调压支路上设有溢流阀。

作为进一步优选，所述支架上设有滑轮。