[发明专利]一种蛇形水平井气水、油水两相流模拟实验装置及方法

权利要求书

1.一种蛇形水平井气水、油水两相流模拟实验装置，主要由：(01)储水罐，(02)储油罐，(03)空气压缩机，(04)(05)加压泵，(06)高精度压力计，(07)(08)(09)高精度流量计，(10)流体混合装置，(11)(12)(13)(14)(15)(16)高精度流体压力监测探头，(17)(18)(19)(20)网丝传感器，(21)高速摄像机，(22)气液分离系统，(23)油水分离系统，(24)实验流管，(25)计算机，(26)信号转换器，(27)信号传输系统，(28)(29)(30)(31)(32)(33)控制阀门组成。

2.根据权利要求1所述一种蛇形水平井气水、油水两相流模拟实验装置，其特征在于：所述(24)实验流管为钢化玻璃制成，实现了蛇形水平井实验室多相流动可视化实验模拟；实验流管(24)弯曲部位安装高精度流体压力监测探头(11)(12)(13)(14)(15)(16)，同时在不同倾角流管中间位置安装网丝传感器(17)(18)(19)(20)，实现了气水、油水两相流动过程持水率、介质分布和流压的实时在线监测。

3.根据权利要求1所述一种蛇形水平井气水、油水两相流模拟实验装置，其特征在于：所述(24)实验流管弯曲部位采用钢丝软件连接，倾斜段流管可根据实验需求自动调整倾角，实现不同倾角蛇形水平井两相流动模拟；同时，供液系统高精度流量计和流量控制装置，实现蛇形水平井不同流量，尤其是低流量条件气水、油水两相流动模拟。

4.根据权利要求1所述一种蛇形水平井气水、油水两相流模拟实验装置，其特征在于：所述(24)实验流管出口端连接气液分离系统(22)和油水分离系统(23)完成油气水的分离，实现实验流体的重复循环利用。

5.利用上述蛇形水平井气水、油水两相流模拟实验装置模拟气水两相流动的方法，依次包括以下步骤：

(1)实验装置检查及调试

按照实验需求将储水罐(01)盛满模拟地层水，并检查供水系统的密封性，同时，开启供气系统空气压缩机(03)和控制阀门(30)(31)，检查供气系统、混合系统(10)、实验流管系统(24)和流体回收系统密封性，气水两相流动模拟过程保持供油系统加压泵(05)和控制阀门(29)一直关闭；待检验结束，清洁实验流管，保证实验流管(24)内壁无明显流体附着；

(2)监测仪器刻度

关闭供水系统加压泵(04)和控制阀门(28)(33)，只打开供气系统空气压缩机(03)和控制阀门(30)(31)，模拟井筒全气生产状态，设置气流量为0、30、50、100、150、200m³/d，记录稳定状态流体压力探头(11)(12)(13)(14)(15)(16)响应值和网丝传感器(17)(18)(19)(20)响应值；关闭供气系统空气压缩机(03)和控制阀门(30)(31)，只打开供水系统加压泵(04)和控制阀门(28)，模拟井筒全水生产状态，设置水流量分别为0、30、50、100、150、200m³/d，记录稳定状态流体压力探头(11)(12)(13)(14)(15)(16)响应值和网丝传感器(17)(18)(19)(20)响应值，分别计算得到流体压力和网丝传感器探头响应平均值，作为全气和全水状态持水率计算刻度值；

(3)气水两相流动模拟

根据模拟实验需求，设置实验流管(24)倾斜段流管倾角并固定，打开供气和供水系统流管控制阀门(28)(30)(31)，同时打开流体混合装置(10)，再打开供水系统加压泵(04)和控制阀门(28)往混合装置(10)输送模拟地层水，后再打开供气系统空气压缩机(03)和控制阀门(30)(31)往混合装置(10)输送模拟气，保持供油系统加压泵(05)和对应控制阀门(29)关闭，调节供液和供气系统控制阀门至实验设计气水流量(实验过程模拟水流量由低到高逐一调节)，保持气水流动5～10分钟至稳定状态，打开流压、网丝传感器监测系统(25)(26)(27)，连续记录气水两相流动过程流体压力探头(11)(12)(13)(14)(15)(16)响应值和网丝传感器(17)(18)(19)(20)响应值，打开高速摄像机(21)记录气水两相稳定流动过程介质分布；按照实验设计，调节气水流量，对于模拟多组气水流量条件，先固定模拟地层水流量，调节模拟气流量直至该组模拟实验完成，再调节模拟水至下一流量，对应调节模拟气流量，记录气水两相稳定流动过程流体压力探头(11)(12)(13)(14)(15)(16)响应值和网丝传感器(17)(18)(19)(20)响应值，直至完成所有设计模拟流量，结束该组流管结构下模拟实验；

(4)变倾角气水两相流动模拟

待完成某一设置倾角下气水两相流动模拟，关闭供气和供液系统，调节模拟流管(24)倾斜段流管倾角至下一设定值并固定流管系统，重复步骤(3)直至完成该倾角条件所有设置模拟气水流量；

(5)实验结束，数据分析

待所有设置模拟气水流量、模拟流管倾角条件实验完成，关闭流压、网丝传感器监测系统和高速摄像机，再关闭供气系统和供水系统，清洁实验流管，完成实验数据分析处理。

6.利用上述蛇形水平井气水、油水两相流模拟实验装置模拟油水两相流动的方法，将上述步骤(1)～(5)中的模拟气替换模拟油，实验过程中保持供气系统空气压缩机(03)和控制阀门(30)(31)以及出水管控制阀门(32)关闭，对应调节供油、供水系统加压泵(04)(05)和控制阀门(28)(29)，实现不同流量油水两相流动模拟和流量、流压、持水率和介质分布监测。