[发明专利]测量涡流排水采气工具所在井筒内环膜厚度的装置及方法

说明书

本发明涉及的是测量涡流排水采气工具所在井筒内环膜厚度的装置及方法，其中测量涡流排水采气工具所在井筒内环膜厚度的装置包括多相流装置、超声多普勒测速装置、涡流工具，多相流装置包括气体分配管路、液体分配管路、导轨、行车起吊机构、手动卷扬机、有机玻璃管测量机构、电控装置、计算机，空气压缩机经气体分配管路连接至混合器，水槽经由泵、液体分配管路连接混合器，混合器经管线分别连接相应的有机玻璃管，该管线安装电动阀；其中一个有机玻璃管内有涡流工具，有机玻璃管安装在移动支架上；超声多普勒测速装置用于对环膜厚度和液相速度进行测量。本发明能够测量不同井斜角及不同气液比条件下经过涡流工具后井筒内环膜的厚度及液相的速度。

技术领域

本发明涉及涡流工具排水采气技术，具体涉及测量涡流排水采气工具所在井筒内环膜厚度的装置及方法。

背景技术

在气井生产过程中，由于天然气生产初期，地层能量供给充足，产气量高；随着生产的进行，地层能量逐渐降低导致产气量降低，气流产生的向上托举力不足，气井积液无法随着气流一起带出并在井底逐渐积聚，能量损失变大，产气量进一步减少。在气井出水初期，能量供给充足，气量能够携带积液至地面；气井出水中后期，随着地层能量的衰竭和出水量的增大，气藏的压力和流动速度逐步降低，致使井筒中的产出水和凝析液不能完全排出，使其滞留在井中，增加了天然气井产气层的整体回压，液体不断积存造成了气井井底积液。解决井底积液问题的一种重要工艺技术是涡流工具排水采气工艺，利用该工艺可实现对井底积液的气井进行排水采气的目的。

涡流工具排水采气工艺是通过应用涡流工具来实现井下气液分离、产出水回注和采气集于一体的新型排水采气工艺。涡流工具优点是结构简单、体积小、效率高。气液两相流由井底进入井筒，在井筒中的状态由于涡流工具的作用发生了改变。在流经涡流工具之前，气液两相流沿管径方向分布均匀，经过涡流工具后气液两相流由于离心力作用发生分离，中心处形成气柱，管壁处形成液膜。随着气体继续向上举升液体。环绕井筒的的液膜倾角斜率不断增大，且呈逐渐稳定的螺旋状态。整个过程中，由于涡流工具的作用效果不同，环膜的厚度不断变化。因此可以根据环膜厚度及液相速度验证涡流工具排水采气效果。

目前对涡流工具的研究主要集中于利用数值模拟技术进行计算，在设计阶段软件模拟的涡流工具软件中效果很好，但在实际生产中并不能达到预期的效果。主要原因是室内实验验证较少，无法对数值模拟结果进行验证，直接应用于现场工况，效果不够稳定。特别是室内实验研究中经过涡流排水采气工具后产生的旋流及稳定后的环膜厚度测量这一关键性难题一直无法解决。

发明内容

本发明的一个目的是提供测量涡流排水采气工具所在井筒内环膜厚度的装置，这种测量涡流排水采气工具所在井筒内环膜厚度的装置用于解决室内实验研究中经过涡流排水采气工具后产生的旋流及稳定后的环膜厚度测量这一关键性难题一直无法解决的问题，本发明的另一个目的是提供测量涡流排水采气工具所在井筒内环膜厚度的装置进行测量实验的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种测量涡流排水采气工具所在井筒内环膜厚度的装置包括多相流装置、超声多普勒测速装置、涡流工具，多相流装置包括空气压缩机、气体分配管路、水槽、液体分配管路、移动支架、导轨、行车起吊机构、手动卷扬机、混合器、有机玻璃管测量机构、电控装置、计算机，空气压缩机经由气体分配管路连接至混合器，水槽经由泵、液体分配管路连接至混合器，混合器经管线分别连接相应的有机玻璃管，该管线上安装电动阀，电动阀连接电控装置，每个有机玻璃管通过管线连接气液分离器，气液分离器连接水槽；其中一个有机玻璃管内有涡流工具，有机玻璃管上安装差压传感器、温度传感器、孔隙率变送器，每个有机玻璃管安装在移动支架上，移动支架具有脚轮；导轨由卧式导轨一侧设置立式导轨构成，具有工字形轨道，移动支架倾斜设置在卧式导轨与立式导轨之间，与卧式导轨与立式导轨均通过脚轮滑动连接；每个有机玻璃管均安装差压传感器、温度传感器、孔隙率变送器，气体分配管路、液体分配管路分别安装多个流量计；差压传感器、温度传感器、孔隙率变送器均连接计算机；