[发明专利]高温高压垂直管流流动形态观测装置及方法

说明书

本申请提供了一种高温高压垂直管流流动形态观测装置及方法，该装置包括：流体驱动机构，包括第一注入泵、第二注入泵、垂直管路、第一活塞容器、第二活塞容器、第三活塞容器、第三注入泵和注气口，垂直管路有垂直上升段和垂直下降段，第一活塞容器、第二活塞容器和三活塞容器分别与垂直上升段入口、垂直下降段出口和注气口相连，注气口与第三活塞容器出口汇合且与垂直上升段入口相连；可视机构设于垂直上升段，流体驱动机构在可视机构内形成相界面，以观测流体流动形态；相分布测量机构包括与垂直上升段并联的测量管路及置于测量管路上的多个电阻率测量装置；及数据采集机构和控温机构。本申请可用于研究垂直井筒内多相相混合物的流动规律。

技术领域

本申请涉及流体流动特性检测技术领域，尤其是涉及一种高温高压垂直管流流动形态观测装置及方法。

背景技术

目前，油气水三相混合物的流动广泛应用于石油、化工及其他相关工业中，尤其在石油工业中，油气水三相混合物的流动相当普遍，使得对其流动规律的研究尤其重要。在油藏开采过程中，边底水的存在是相当普遍的现象，而且到了开采的中后期，常常会采用注水、注气的方式来补充地层能量继续开采油田。原油在地层中运移并到达井底的过程中，当地层压力降至泡点压力以下，将出现油气或油气水的多相渗流；地层水、注入水、注入气以及原油中溶解气的大量存在，使得流体从井底向地面流动的过程中，油气水三相混合物存在于井筒中，因此无论哪种举升方式的油井，其井筒中流动的大多数都是油气或油气水多相混合物，使得研究多相混合流体混合物在垂直井筒中的流动是非常必要的。

但是，多相流的研究具有相当的复杂性：1、相界面的存在增加了研究的复杂性；2、各相间存在质量和能量的交换；3、多相管流中流型的多样性和难确定性；4、流动过程中各相的温度、组分的浓度都是不均匀的，相与相之间有传热和传质发生；5、气液界面的不稳定性；6、多相管流中流动参数的难测性。由于上述的复杂性，使得多相流的测量迄今为止在国际上都未得到满意的解决方法，被称为“难测流体”，多相流的测量也因此成为国内外科技工作者争相探索的热点课题。

多相混合流体在管内的流动区别于单相流体流动的一个重要特征就是各相流体之间存在着明显的相界面，并且相界面的形状以及各相在流动体系中的分布状况也随着空间和时间的变化而变化。多相混合流体流动中相的分布状态称为多相流的“流型”。

在垂直井筒中的油气水三相流，由于三相的比例不同以及沿着垂直井筒压力逐渐地降低，油气水三相混合物的流动形态、管道截面相分布及压降沿着管道不断地变化，所以若要较为准确的计算总的压力降，就必须研究油气水三相流不同流型间的转变界线以及在某种流型下三相流体的流速、截面含气率、压力梯度变化规律等方面的内容。

现有的多相管流的研究主要集中在油水或油气两相流体流动的方面，油气水三相混合物的流动规律研究大部分也都集中在水平管道流动部分。而在垂直井筒中，三相流动规律的研究主要从气液两相流动理论出发，通过建立各种数学模型来计算垂直井筒的压降以及摩阻，缺乏实质性的物理模型实验装置来验证理论，如果计算长井筒的流动压降，误差将不可避免地出现，且会对实际工业发展造成阻碍。因此，建立一套模拟实际井筒的模型装置，对垂直井筒中的油气水三相混合物流动规律进行研究，已成为目前迫切需要解决的难题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种可用于研究垂直井筒中的油气水三相混合物流动规律的高温高压垂直管流流动形态观测装置及方法。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种高温高压垂直管流流动形态观测装置，包括：