专利名称：超临界条件下井筒多相流动实验方法
技术领域：
本发明涉及一种油气田开发过程中井筒多相流动的实验方法，特别涉及一种超临 界条件下井筒多相流动实验方法。
背景技术：
我国经济持续高速发展，对石油和天然气的需求不断加大，品质好的油气开采量 无法满足需求，开采三高油气田成为必然。西南及西北地区蕴藏着大量的高压、高产、高含 硫的石油天然气资源，这些天然气资源在我国能源总量中所占地比重逐渐增加，正逐步成 为我国油气资源的开发重点。但由于这些地区普遍存在地质构造复杂、油气资源埋藏较深、 地层压力高、产量高、部分地区伴有高浓度酸性气体，使该类气藏开发面临许多安全问题， 存在着许多安全隐患。因此，井筒压力控制技术的研究一直是“三高气田钻完井安全技术体 系”领域中的重要研究课题。对于“三高”油气藏，大都埋藏较深，地层流体处于超临界状态，而超临界流体具有 很好的溶解性，且气液界面不清晰，超临界条件下体系中各相会发生相态变化或相间传质 等物理化学过程以及能量、动量的传递，其结果导致井内流体各物性参数在极短时间内随 井深和时间发生快速变化，使环空内流体的流动规律变得十分复杂。如何根据环空内流体 在各种不同井深条件下的流动形态、相态变化等来预测相应的环空压力剖面是准确控制井 筒压力的难点，目前这方面的研究较少，模拟临界条件的实验方法还未见报道。
发明内容
本发明的目的就是针对超临界井筒多相流动的特点，借助超临界状态气液两相流 体的井筒流动实验装置，给出一种超临界条件下井筒多相流动实验方法。其技术方案是多相流介质由水和空气，或者由水和二氧化碳组成，决定临界状态 的井筒的温度由温度控制系统加热循环水得到，井筒的额定工作压力由背压控制系统控制 得到，循环水由高压水泵提供动力，气体由高压气体压缩机提供动力，并通过高压气罐缓冲 稳压，完成循环，从而实现超临界条件下井筒多相流动；并分别通过压差计、测量压力计、温 度传感器等，测量包括流动压差、压力、温度、等参数。上述的超临界条件下井筒多相流动是通过以下方法实现多相流动介质水体由水罐、经高压水泵、流量控制器、气液两相混合器、高压井筒、 回流管线、气液分离罐、背压控制系统、水罐，形成一个循环，实现超临界井筒液相流动；多相流动介质气体由高压气体压缩机、高压气罐、干燥器、气体流量控制器、气液 两相混合器、高压井筒、回流管线、气液分离罐、背压控制系统、通大气，完成一个循环；水箱内的水由加热棒来加热、由温度控制器、水位监控器、信号传导线、工控机构 成温度控制系统，以保持试验系统温度恒定。本发明的有益效果是本发明给出一套能够模拟高温高压超临界状态条件下，气 体或气液两相流体的井筒内流动规律的实验方法，进而可以研究临界和超临界条件下气体
3在井筒内的流动特性，建立井筒多相流动态力学模型及计算方法，预测井筒多相流压力，为 油气钻采中井筒压力控制和人工举升参数优化奠定基础；可实现高温高压临界或超临界条 件下的井筒气液多相流现象的模拟实验。可为三高油气田井筒压力预测技术、MPD技术和 井控技术等提供技术支撑。
四
附图1是本发明的结构示意图；上图中水罐1、高压水泵2、流量控制器3、高压气体压缩机4、高压气罐5、干燥器 6、气体流量控制器7、气液两相混合器8、高压井筒9、流动井筒10、回流管线11、气液分离罐 12、背压控制系统13、管线14、阻抗式空隙率计15、压差计16、温度传感器17、测量压力计 18、加热棒19、温度控制器20、水位监控器21、温度传感器22、工控机23、信号传导线24、液 位控制器25。
五具体实施例方式结合附图1，对超临界条件下气液多相流流动模拟实验研究方法作进一步详细的 描述本发明采用的系统包括水罐1、高压水泵2、流量控制器3、高压气体压缩机4、高压 气罐5、干燥器6、气体流量控制器7、气液两相混合器8、高压井筒9、流动井筒10、回流管线 11、气液分离罐12、背压控制系统13、管线14、阻抗式空隙率计15、压差计16、温度传感器 17、测量压力计18、加热棒19、温度控制器20、水位监控器21、温度传感器22、工控机23、信 号传导线24、液位控制器25等。其中，超临界条件下气液多相流流动模拟实验方法包括如下多相流动介质水体由水罐1、经高压水泵2、流量控制器3、气液两相混合器8、高压 井筒9、回流管线11、气液分离罐12、背压控制系统13、水罐1，形成一个循环，背压阀承压可 达lOMPa，可以顺利实现超临界井筒多相流动。多相流动介质气体由高压气体压缩机4、高压气罐5、干燥器6、气体流量控制器7、 气液两相混合器8、高压井筒9、回流管线11、气液分离罐12、背压控制系统13、通大气，完成 一个循环。水箱1内的水由加热棒19来加热、由温度控制器20、水位监控器21、信号传导线 24、工控机23构成温度控制系统，以保持试验系统温度恒定，最高温度可以达到90度。流动过程中通过阻抗式空隙率计15可以适时测量井筒中的空隙率波动，用以判 断流型、测量气泡上升速度、空隙率波传播速度等；可以适时测量压力计18、压差计16等， 用以研究井筒多相流动阻力等，用以预测井筒压力等。
权利要求
一种超临界条件下井筒多相流动实验方法，其特征是多相流介质由水和空气，或者由水和二氧化碳组成，决定临界状态的井筒的温度由温度控制系统加热循环水得到，井筒的额定工作压力由背压控制系统控制得到，循环水由高压水泵提供动力，气体由高压气体压缩机提供动力，并通过高压气罐缓冲稳压，完成循环，实现超临界条件下井筒多相流动；并分别通过压差计、测量压力计、温度传感器等，测量包括流动压差、压力、温度、等参数。
2.根据权利要求1所述的超临界条件下井筒多相流动实验方法，其特征是超临界条 件下井筒多相流动是通过以下方法实现多相流动介质水体由水罐(1)、经高压水泵(2)、流量控制器(3)、气液两相混合器(8)、 高压井筒(9)、回流管线(11)、气液分离罐(12)、背压控制系统(13)、水罐(1)，形成一个循 环，实现超临界井筒液相流动；多相流动介质气体由高压气体压缩机(4)、高压气罐(5)、干燥器(6)、气体流量控制器 (7)、气液两相混合器(8)、高压井筒(9)、回流管线(11)、气液分离罐(12)、背压控制系统 (13)、通大气，完成一个循环；水箱⑴内的水由加热棒(19)来加热、由温度控制器(20)、水位监控器(21)、信号传 导线(24)、工控机(23)构成温度控制系统，以保持试验系统温度恒定。
全文摘要
本发明涉及一种超临界条件下井筒多相流动实验方法。其技术方案是由温度控制器控制温度达到要求时，用高压水泵、流量控制器来提供额定排量的高压流动液体，形成液体的实验循环；高压气体由高压气体压缩机、高压气罐、干燥器、气体流量控制器提供，流经气液两相混合器、高压井筒、回流管线、气液分离罐、形成循环；通过控制背压可实现井筒内保持额定压力，使气体在超临界条件下流动。进而可以研究临界和超临界条件下气体在井筒内的流动特性，建立井筒多相流动态力学模型及计算方法，预测井筒多相流压力，可实现高温高压临界或超临界条件下的井筒气液多相流现象的模拟实验。可为三高油气田井筒压力预测技术、MPD技术和井控技术等提供技术支撑。
文档编号E21B49/00GK101936158SQ20101025563
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月14日 优先权日2010年8月14日
发明者孙宝江, 宋荣荣, 李 昊, 王志远, 高永海 申请人:中国石油大学(华东)