[发明专利]页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置及方法

说明书

本发明提供一种页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置及方法，主要包括突出水平段结构实验回路、配套装置、测控系统；突出水平段结构实验回路，依次包括水箱、液体离心泵、气液混合器、水平段、过渡段、垂直段、气液分离器，连接成环形的实验回路；空气压缩机通过储气罐与气液混合器连接。所述的配套装置对实验回路进行实验介质控制和实验参数检测；测控系统对实验回路进行实验信息采集。本发明采用相似比例尺原理用于实验管段的设计；突出水平段结构，更加真实模拟页岩气水平井的流动特征。

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，尤其涉及一种页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置及方法。

背景技术

气液两相流动影响规律是气井排水采气工艺重要的理论基础，针对于页岩气井水平井具有早期递减快、低产生产周期长、一直气液同产的生产特征并且具有超长水平复杂结构，目前很少有针对页岩气井水平段井眼轨迹对气液两相流动影响规律实验研究。这也严重影响了排采工艺介入时机及针对性。因此需要采用实验方法来模拟水平段井筒两相流动，为页岩气井排采提供重要的理论基础，从而达到提高页岩气井藏最终采收率的目的。

2005年，罗小明将实验段设计为“U”结构，半径为0.3m。整个实验段分为入口稳定段、实验测量段和出口稳定段三部分并且固定在可以上下转动的槽钢制作的平台上，可调节测量段角度，实验管路采用内径50mm，长40m的不锈钢管。

2009年，刘方提出将水平段参考为内径51mm的水平-下倾-上升、微上倾-立管，两种形式的实验管道，其中立管高度分别为6.65m和6.15m、水平管和下倾管的总长为95.21m、上倾管长度25.97m、用来模拟严重段塞流的产生机理和流动特性。

2010年，肖高棉研制了“L”型水平气井连续携液模拟实验装置：水平管段长6m，垂直段管高18m，中间增加1.5m的造斜段。造斜段与水平段、垂直段之间采用等直径软管连接，从而可通过调整垂直段与水平段的上下位置改变造斜段的倾斜角度。实验管采用φ30×3mm的有机玻璃，以便可视化观测管段中的连续携液与积液过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置及方法，旨在实现以实际页岩气井典型水平段为研究对象，依据相似比例尺原理设计突出水平段结构的实验装置，以流体物性相似准则确定实验参数，研究水平段井眼轨迹对气液两相流动影响规律。

本发明是这样实现的，

页岩气井水平段井筒两相流动全尺寸模拟实验装置，主要包括突出水平段结构实验回路、配套装置、测控系统；

突出水平段结构实验回路，依次包括水箱、液体离心泵、气液混合器、水平段、过渡段、垂直段、气液分离器，连接成环形的实验回路；

空气压缩机通过储气罐与气液混合器连接。

其中垂直段、过渡段、水平段为实验管段，用于页岩气井水平段气水两相流动模拟。

垂直段、过渡段、水平段几何尺寸设计是以页岩气田实际水平井为原型，实际井垂深约3000m，水平段长约1000m。依据相似比例尺原理将水平段的AB靶点之间距离，折算到40m长的实验管段上，确定其缩放系数，同时将水平段高程差按该系数进行缩小，过渡段2和垂直段1分别设计成1/4圆弧过渡(半径3.88m)、6m长的垂直管。整个实验管段高度达到11m，均采用φ114×10mm透明有机玻璃管用于页岩气井气液两相流动规律模拟研究。

所述的配套装置对实验回路进行实验介质控制和实验参数检测；测控系统对实验回路进行实验信息采集。