CN107703034A - 一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置和实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置和实验方法，由供气供液模块、细管网络模块、两相流测量模块构成；供气供液模块包括反应釜、气泵和液压加载***；细管网络模块包括多个不同直径的空心圆球和多个不同直径、长度的细管构成，每个圆球上均设有至少两个通孔，多个圆球和多个细管间隔套接构成一个首端向末端扩散形的网状分支结构；两相流测量模块包括气体流量测量模块、干燥***以及流体、细颗粒体积测量模块；气体流量测量模块设在干燥***的一端，流体、细颗粒体积测量模块设在干燥***的另一端；反应釜的出口通过细管与细管网络模块中首端的一个圆球连通，液压加载***和气泵与反应釜的出口连通，细管网络模块的末端的细管与干燥***连通，且位于末端的每个细管的出口端均设有阀门。
Description
技术领域
本发明属于非常规油气开发领域，具体涉及一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置和实验方法。
背景技术
多孔介质中细颗粒运移问题是非常规油气的开发过程中亟需解决的关键工程科学问题，比如人工压裂储层改造技术中，需要向裂缝输送细颗粒，也叫支撑剂，细颗粒在裂缝中的运移与铺置、支撑保持裂缝的导流能力。非常规油气抽采过程中，储层中细颗粒向井筒运移，储层采空或者堵塞，导致生产停止。多孔介质中细颗粒运移是一个典型的两相流动问题，多因素决定这个复杂过程，包括土粒级配、流速、毛管力、流体种类、裂缝等。目前，考虑相关细颗粒运移机理研究还非常缺乏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置和实验方法，通过该装置和方法能够实时测量含细颗粒流体在细管网络中的流速、压力，以及细颗粒在管路中的分布，获得含细颗粒两相流在管路中冲刷、沉积的特征与物理机制，为天然气水合物、页岩气等非常规油气开采中的细颗粒运移预测提供新的实验装置与方法。
为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：
一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置，由供气供液模块、细管网络模块、两相流测量模块构成；
所述供气供液模块包括反应釜、气泵和液压加载***；
所述细管网络模块包括多个不同直径的空心圆球和多个不同直径、长度的细管构成，每个所述圆球上均设有至少两个通孔，多个所述圆球和多个细管间隔套接，构成一个首端向末端扩散形的网状分支结构；
所述两相流测量模块包括气体流量测量模块、干燥***以及流体、细颗粒体积测量模块；所述气体流量测量模块设在所述干燥***的一端，所述流体、细颗粒体积测量模块设在所述干燥***的另一端；
所述液压加载***和所述气泵的出口通过连通的细管与所述细管网络模块中首端的一个圆球连通，其入口通过连通的细管与所述反应釜的出口连通，所述细管网络模块的末端的细管与所述干燥***连通，且位于末端的每个所述细管的出口端均设有阀门。
进一步地，与所述液压加载***和所述气泵连通的所述细管的一端设有阀门，同时，在所述细管上还设有压力计和流量计。
进一步地，多个所述圆球和所述细管从首端向末端、其数量以3n形式设置分布，其中n≥0，n为自然数。
进一步地，每个所述圆球上均设有四个通孔，其中一端设有一个通孔，对应的另一端设有三个通孔。
进一步地，所述圆球和所述细管均由透明的有机玻璃或光学玻璃制成，所述圆球的直径为4-6cm，所述细管的直径为1-6mm，所述细管的长度为2-10cm。
进一步地，每个所述圆球上连通的四根所述细管的直径均不同，位于首端的所述圆球与所述细管的直径均为最大。
进一步地，所述圆球与所述细管均为可拆卸连接。
进一步地，所述干燥***包括：油水分离器、滤网、干燥剂和反应容器，其总长度为0.6m～1m。
本发明还提供了利用上述实验装置进行实验的方法，包括以下步骤：
1)将示踪剂和不同粒径不同颜色的细颗粒填入所述细管网络模块中首端的四个圆球内，分别为P、P1、P2、P3中；
2)设置注液注气口的入口压力为0～1MPa，出口与大气连通，采取注入不同类型、不同压力的气体、液体或混合流体进行细颗粒运移实验；
3)开启所述供气供液模块，流体与细颗粒的混合体通过所述细管网络模块；
4)测量所述细管网络模块的首端入口的压力和流量，利用高速摄像机测量获得细颗粒和流体的运移速度，通过所述气体流量测量模块以及所述流体、细颗粒体积测量模块分别测量流体和细颗粒的体积；
5)测量圆球和细管中的流体和细颗粒的体积、质量以及颗粒直径分布，从而得到流动过程中的含细颗粒两相流的分析数据。
本发明提供的一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置，通过将不同种类的液体搅拌混合后通过加压注入特制的细管网络模块内的中空圆球内，通过直径层层递减的圆球以及细管，在恒定的压力的条件下，推动流体在管路网络中流动，在流体中混合有细颗粒示踪剂，通过高速摄像机拍摄获得流场数据，最终通过末端干燥***上设置的气体流量测量模块和流体、细颗粒体积测量模块，测量出通过细管网络模块流出的流体和细颗粒的体积。其中每条路径流出的细颗粒和流体混合体积由接收容器重量变化计算得到，其中，流体去除后可测量细颗粒的质量，混合质量减去细颗粒的质量即为流体的质量；圆球和细管也进行相同的实验步骤测量储存的流体和细颗粒的质量；细管中的细颗粒再进行颗粒粒径分布测量。
附图说明
图1为本发明提供的一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置流程示意图；
图2为图1中细管网络模块的结构示意图；
图3为实验例中不同出口出砂量对比曲线图；
1.供气供液模块，11.阀门，12.压力计，13.流量计，2.细管网络模块，21.圆球，22.细管，3.干燥***，4.气体流量测量模块，5.流体、细颗粒体积测量模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行说明。
一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置，如图1所示，由供气供液模块、细管网络模块、两相流测量模块构成；
供气供液模块包括反应釜、气泵和液压加载***；
细管网络模块包括多个不同直径的空心圆球和多个不同直径、长度的细管构成，每个圆球上均设有至少两个通孔，多个圆球和多个细管间隔套接，构成一个首端向末端扩散形的网状分支结构；
两相流测量模块包括气体流量测量模块、干燥***以及流体、细颗粒体积测量模块；气体流量测量模块设在干燥***的一端，流体、细颗粒体积测量模块设在干燥***的另一端；其中的干燥***包括：油水分离器、滤网、干燥剂和反应容器，其长度为0.6m～1m。
液压加载***和气泵的出口通过细管与细管网络模块中首端的一个圆球连通，液压加载***和气泵与反应釜的出口连通，细管网络模块的末端的细管与干燥***连通，且位于末端的每个细管的出口端均设有阀门。
为了便于控制反应釜在液压加载***下向细管网络模块的空心圆球内注入流体的速率，与反应釜连通的细管的一端设有阀门，同时，在细管中部设有压力计和流量计。
优选设置多个圆球和细管从首端向末端、其数量以3n形式设置分布，其中n≥0，n为自然数。每个圆球上均设有四个通孔，其中一端设有一个通孔，对应的另一端设有三个通孔，圆球与细管均为可拆卸连接。
圆球和细管均由透明的有机玻璃或光学玻璃制成，圆球的直径为4-6cm，细管的直径为1-6mm，细管的长度为2-10cm。
每个圆球上连通的四根细管的直径均不同，位于首端的圆球与细管的直径均为最大。
如图2所示，细管网络模块首端的圆球为最大直径的圆球P，其直径为6cm，其前端通过细管与反应釜连通，尾端通过细管T1、细管T2、细管T3分别与圆球P1、圆球P2、圆球P3的前端连通，圆球P1的尾端分别通过细管t1、t2、t3与干燥***连通，圆球P2的尾端分别通过细管t4、t5、t6与干燥***连通，圆球P3的尾端分别通过细管t7、t8、t9与干燥***连通。其中，P1直径为4cm，P2直径为4cm，P3直径为4cm，细管T1-2mm；T2直径为4mm；T3直径为6mm；t1，t2，t3直径在1～2mm范围内；t4，t5，t6直径在1～4mm范围内；t7，t8，t9直径在1～6mm范围内。
本发明还提供了利用上述实验装置进行实验的方法，包括以下步骤：
1)将示踪剂和不同粒径不同颜色的细颗粒填入细管网络模块中首端的四个圆球内，分别为P、P1、P2、P3中；其中细颗粒可以为带颜色的石英砂。
2)设置注液注气口的入口压力为0～1MPa，出口与大气连通，采取注入不同类型、不同压力的气体、液体或混合流体进行细颗粒运移实验；
3)开启供气供液模块，流体与细颗粒的混合体通过细管网络模块；
4)测量细管网络模块的首端入口的压力和流量，利用高速摄像机测量获得细颗粒和流体的运移速度，通过气体流量测量模块以及流体、细颗粒体积测量模块分别测量流体和细颗粒的体积；这里包括两个测量模块，气体流量测量模块只测气体和流体、细颗粒体积测量模块用来测流体和固体体积，是分开的分开测量的。
5)测量圆球和细管中的流体和细颗粒的体积、质量以及颗粒直径分布，从而得到流动过程中的含细颗粒两相流的分析数据。
实验例：
1)将示踪剂和不同粒径不同颜色的细颗粒填入所述细管网络模块中首端的四个圆球内，容器P、P1、P2、P3中分别填满粉细砂；
2)设置注液的入口压力为0.5MPa，出口与大气连通，采取注入纯水进行细颗粒运移实验；
3)开启所述供气供液模块，纯水通过所述细管网络模块；
4)测量所述细管网络模块的首端入口的压力0.54MPa和流量0.28cm3/s，利用高速摄像机测量获得细颗粒和流体的运移速度其中T1，T2，T3中示踪粒子速度分别为0.3cm/s,0.8cm/s，0.7cm/s,通过所述流体、细颗粒体积测量模块分别测量通过细管网络模块流出的流体体积和细颗粒的体质量其中t1～t9流出的流体体积分别为：4.21mL，6.53mL，7.97mL，8.63mL，10.85mL，14.63mL，20.96mL，26.35mL，32.59mL；t1～t9流出的细颗粒质量分别为：1.39g，2.23g，3.06g，3.94g，5.61g，6.94g，8.63g，15.69，20.96g；如图3所示，显示了不同出口出砂量的对比曲线图，能够更直观地看清楚实验数据分析。
5)测量圆球和细管中的流体和细颗粒的体积P、P1、P2、P3中流体加细颗粒体积分别为145.67ML，57.26ML，49.58ML，42.71ML；烘干后细颗粒质量分别为：126.61g，49.95g，14.46g，34.79g；细管T1、T2、T3中细颗粒烘干后重量分别为：1.58g，6.67g，10.86g，筛分以获得细颗粒级配，从而得到流动过程中的含细颗粒两相流的分析数据。
以上，虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本发明的范围。对于这些新的实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本发明的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的发明及其均等范围内。
Claims (9)
1.一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置，其特征在于，由供气供液模块、细管网络模块、两相流测量模块构成；
所述供气供液模块包括反应釜、气泵和液压加载***；
所述细管网络模块包括多个不同直径的空心圆球和多个不同直径、长度的细管构成，每个所述圆球上均设有至少两个通孔，多个所述圆球和多个细管间隔套接，构成一个首端向末端扩散形的网状分支结构；
所述两相流测量模块包括气体流量测量模块、干燥***以及流体、细颗粒体积测量模块；所述气体流量测量模块设在所述干燥***的一端，所述流体、细颗粒体积测量模块设在所述干燥***的另一端；
所述液压加载***和所述气泵的出口通过连通的细管与所述细管网络模块中首端的一个圆球连通，其入口通过连通的细管与所述反应釜的出口连通，所述细管网络模块的末端的细管与所述干燥***连通，且位于末端的每个所述细管的出口端均设有阀门。
2.根据权利要求1所述的一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置，其特征在于，与所述液压加载***和所述气泵连通的所述细管的一端设有阀门，同时，在所述细管上还设有压力计和流量计。
3.根据权利要求1所述的一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置，其特征在于，多个所述圆球和所述细管从首端向末端、其数量以3n形式设置分布，其中n≥0，n为自然数。
4.根据权利要求3所述的一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置，其特征在于，每个所述圆球上均设有四个通孔，其中一端设有一个通孔，对应的另一端设有三个通孔。
5.根据权利要求3所述的一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置，其特征在于，所述圆球和所述细管均由透明的有机玻璃或光学玻璃制成，所述圆球的直径为4-6cm，所述细管的直径为1-6mm，所述细管的长度为2-10cm。
6.根据权利要求5所述的一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置，其特征在于，每个所述圆球上连通的四根所述细管的直径均不同，位于首端的所述圆球与所述细管的直径均为最大。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置，其特征在于，所述圆球与所述细管均为可拆卸连接。
8.根据权利要求1所述的一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置，其特征在于，所述干燥***包括：油水分离器、滤网、干燥剂和反应容器，其总长度为0.6m～1m。
9.利用权利要求1所述的一种细管网络中含细颗粒两相流测量实验装置进行实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将示踪剂和不同粒径不同颜色的细颗粒填入所述细管网络模块中首端的四个圆球内，分别为P、P1、P2、P3中；
2)设置所述供气供液模块的注液注气口的入口压力为0～1MPa，其出口与大气连通采取注入不同类型、不同压力的气体、液体或混合流体进行细颗粒运移实验，开启所述供气供液模块，流体与细颗粒的混合体通过所述细管网络模块；
3)测量所述细管网络模块的入口端的压力和流量，利用高速摄像机测量获得细颗粒和流体的运移速度，通过所述气体流量测量模块以及所述流体、细颗粒体积测量模块分别测量流体和细颗粒的体积；
4)测量圆球和细管中的流体和细颗粒的体积、质量以及颗粒直径分布，从而得到流动过程中的含细颗粒两相流的分析数据。
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| CN111794718A (zh) * | 2019-04-09 | 2020-10-20 | 中国石油大学(北京) | 一种扩展天然气水合物开采相似模拟的组合管道及方法 |
| CN111794718B (zh) * | 2019-04-09 | 2024-03-29 | 中国石油大学(北京) | 一种扩展天然气水合物开采相似模拟的组合管道及方法 |
| CN113252521A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-08-13 | 浙江理工大学 | 具有粒径自动分筛的气固两相流动沉积特性实验装置 |
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| CN107703034B (zh) | 2019-12-31 |
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