一种油套环空气携液可视化模拟实验测试装置及方法与流程

本发明属于石油天然气开采，尤其是涉及一种油套环空气携液可视化模拟实验测试装置及方法。

背景技术：

1、在气井生产中，通常采用速度管或油管的生产方式，如果需要转入机抽的方式生产，需要重新作业，下入泵与举升管柱，这不仅增加了作业费用，而且容易造成储层污染，降低气井的产能。如果能够进行油套环空气携液生产，当转换为机抽排水降压生产模式时，只需下入抽油杆柱即可完成转换，这将大大降低作业费用和减少储层污染，延长气井的生命周期。同样，在原生产油管内下入连续油管注气气举也常用于产液气井的排液生产，尤其适用于处理井底积液问题。无论是机抽，还是下入连续油管气举都面临环空气携液问题。

2、但目前缺少针对环空气携液流动方式的模拟实验测试装置及方法，无法确定环空气携液方式及条件。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是提供一种油套环空气携液可视化模拟实验测试装置及方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种油套环空气携液可视化模拟实验测试装置，包括油套环空本体和流体循环系统，所述油套环空本体竖直设置，所述油套环空本体包括模拟套管和模拟油管，所述模拟油管安装于模拟套管内，该模拟油管和模拟套管同轴设置，所述模拟油管侧壁和模拟套管侧壁之间形成环空管；所述模拟套管顶部封闭；所述模拟油管顶部为进气口，该进气口伸出模拟套管设置，该模拟油管底部与模拟套管相连通，所述模拟油管底部与模拟套管底部之间形成底部空间，所述环空管与底部空间相连通；所述模拟套管侧壁靠近顶部位置设置有流体出口，所述流体出口与储液罐相连通，用于收集排出液体量并进行携液分析，以此来测试稳定携液量；所述流体循环系统包括供气系统和供液系统，所述供气系统包括空气压缩机、高压储气罐、气体流量计和气流阀，所述空气压缩机、高压储气罐、气体流量计、气流阀和模拟油管的进气口通过输气管线依次连接，所述空气压缩机对空气增压进入高压储气罐，由气体流量计计量后经模拟油管的进气口注入，与液体在底部空间混合后向上进入环空管观测环空气液流动规律，气液经流体出口流出，液体进入储液罐，气体直接放空；所述供液系统包括水箱、液体流量计、液流阀和恒液位管，所述恒液位管竖直设置于油套环空本体一侧，所述水箱的抽水泵、液体流量计、恒液位管底部连通处和底部空间通过输液管线依次连接，所述水箱还通过输液管线与恒液位管顶部的控制球阀相连，通过恒液位管可以确保在某一状态下底部空间压力恒定，避免底部空间压力增加导致液体流出，从而不能准确测试某一状态下的携液能力，确保某一状态下的携液流量不受底部空间压力变化的影响。

3、进一步地，所述油套环空本体采用透明材料制得，以便观察环空管内的流体流动情况，该油套环空本体的模拟套管和模拟油管具有可调节的直径和长度，以适应不同测试需求。

4、进一步地，所述模拟油管上设置有油管接箍，所述油管接箍可设置于模拟油管的不同位置。

5、进一步地，所述模拟套管上设置有两组压力传感器，第一组的两个压力传感器之间的模拟油管上设置有油管接箍，用于测试油管接箍两侧环空管内的压力差；第二组的两个压力传感器之间的模拟油管上没有设置油管接箍，用于测试环空管内垂直段的压力差。

6、进一步地，还包括数据采集处理系统，所述数据采集处理系统包括数据记录仪，气体流量计、液体流量计和各个所述压力传感器与数据记录仪相连，该数据采集处理系统用于收集流体循环系统和压力传感器的数据，并进行处理分析，得出油套环空携液能力的定量结果及满足携液的条件。

7、进一步地，所述气流阀与模拟油管的进气口之间、液流阀与底部空间之间均设置有单流阀，所述单流阀用于防止气体或液体回流。

8、本发明还提供了一种油套环空气携液可视化模拟实验测试方法，包括以下步骤：

9、s1、首先向油套环空本体内注入液体，直至恒液位管将多余的液体流出，使油套环空本体内液体的液面始终保持不变，然后打开气流阀，得到在一定时间内，一定气体流量下的储液罐内的稳定携液量，以及油管接箍两侧环空管内的压力差值和环空管内垂直段的压力差值；

10、s2、调节气流阀，改变步骤s1中的气体流量，得到不同气体流量下的稳定携液量，以及油管接箍两侧环空管内的压力差值和环空管内垂直段的压力差值；

11、s3、调节气流阀使气体流量固定，打开供液系统，调节液流阀，确定液体流量，保持恒液位管内液面高度不变；

12、s4、在已知气体流量、液体流量、稳定携液量的前提下，观察油套环空本体内气液流型分布及流型特征，并且通过压力传感器得到气液两相在油管接箍两侧环空管内的压力差值和环空管内垂直段的压力差值；

13、s5、调节气流阀，改变步骤s4中的气体流量，通过液流阀调整恒液位管内液面高度，重复步骤s4，可以得到在不同条件下，气液两相的流动状态，并可以绘制流型分布图，研究气液两相压力梯度变化方式，变化规律以及油管接箍对油套环空压力的影响。

14、由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

15、本发明在油套环空本体旁边设置恒液位管，利用等液位原理，通过压差控制稳定携液时的底部空间压力，保证底部空间压力不变，从而实现稳定携液流量测试。本发明还可以测量油管接箍对环空管中气携液的影响，能用于测试气液两相在不同液体流量、气体流量的情况下，环空管内流体的流型特征、压差特征，携液特征，并分析其影响因素，且能同时实测底部空间压力（对应井底压力）、油管接箍两侧的压差和环空管内垂直段的压差、气体流量、液体流量等实验参数，通过改变模拟套管和模拟油管的管径来模拟不同环空管（油套环空）大小。

16、本发明通过环空管内气携液的测试结果可知，充分利用环空管内的气携液来降低地面注气量，可有效提高产液气井生产效率，辅助机抽生产，减少能耗。

17、本发明对环空管气携液的流动规律进行测试，得出环空管内气携液能力的定量结果及满足气携液的条件，为气井排液、采气一体化工艺管柱的设计提供依据。

18、本发明对环空管内气携液能力进行可视化测量，可视化模拟测试油套环空气携液并确定油套环空气携液条件，对于研究油套环空气携液流动规律、油套环空气液两相流型、压差，实现气井排液、采气一体化具有重要意义，具有很好的应用前景。

技术特征：

1.一种油套环空气携液可视化模拟实验测试装置，其特征在于：包括油套环空本体和流体循环系统，所述油套环空本体竖直设置，所述油套环空本体包括模拟套管和模拟油管，所述模拟油管安装于模拟套管内，所述模拟油管和模拟套管同轴设置，所述模拟油管侧壁和模拟套管侧壁之间形成环空管；所述模拟套管顶部封闭；所述模拟油管顶部为进气口，所述进气口伸出模拟套管设置，所述模拟油管底部与模拟套管相连通，所述模拟油管底部与模拟套管底部之间形成底部空间，所述环空管与底部空间相连通；所述模拟套管侧壁靠近顶部位置设置有流体出口，所述流体出口与储液罐相连通；所述流体循环系统包括供气系统和供液系统，所述供气系统包括空气压缩机、高压储气罐、气体流量计和气流阀，所述空气压缩机、高压储气罐、气体流量计、气流阀和模拟油管的进气口通过输气管线依次连接；所述供液系统包括水箱、液体流量计、液流阀和恒液位管，所述恒液位管竖直设置于油套环空本体一侧，所述水箱的抽水泵、液体流量计、恒液位管底部连通处和底部空间通过输液管线依次连接，所述水箱还通过输液管线与恒液位管顶部的控制球阀相连。

2.根据权利要求1所述的油套环空气携液可视化模拟实验测试装置，其特征在于：所述油套环空本体采用透明材料制得。

3.根据权利要求1所述的油套环空气携液可视化模拟实验测试装置，其特征在于：所述模拟油管上设置有油管接箍。

4.根据权利要求3所述的油套环空气携液可视化模拟实验测试装置，其特征在于：所述模拟套管上设置有两组压力传感器，第一组的两个压力传感器之间的模拟油管上设置有油管接箍，用于测试油管接箍两侧环空管内的压力差；第二组的两个压力传感器之间的模拟油管上没有设置油管接箍，用于测试环空管内垂直段的压力差。

5.根据权利要求4所述的油套环空气携液可视化模拟实验测试装置，其特征在于：还包括数据采集处理系统，所述数据采集处理系统包括数据记录仪，气体流量计、液体流量计和压力传感器与数据记录仪相连。

6.根据权利要求1所述的油套环空气携液可视化模拟实验测试装置，其特征在于：所述气流阀与模拟油管的进气口之间、液流阀与底部空间之间均设置有单流阀。

7.一种油套环空气携液可视化模拟实验测试方法，利用权利要求1至6任一权利要求所述的油套环空气携液可视化模拟实验测试装置实现所述油套环空气携液可视化模拟实验测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结本发明提供一种油套环空气携液可视化模拟实验测试装置及方法，属于石油天然气开采技术领域，包括油套环空本体和流体循环系统，油套环空本体旁边设置恒液位管，利用等液位原理，保证底部空间压力不变，从而实现稳定携液流量测试；测量油管接箍对环空管中气携液的影响，能用于测试气液两相在不同液体流量、气体流量的情况下，环空管内流体的流型特征、携液特征，并分析其影响因素，且能同时实测底部空间压力、油管接箍两侧的压差和环空管内垂直段的压差等实验参数。本发明对于研究油套环空气携液流动方式、油套环空气液两相流型、压差，实现气井排液、采气一体化具有重要意义，具有很好的应用前景。技术研发人员：江涛,韦树封,刘世界,韦涛,赵有龙,唐勇,夏凯旋受保护的技术使用者：中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6