井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備及方法，該設(shè)備由環(huán)空井筒、改進(jìn)的PIV系統(tǒng)、定電流法裝置、高速攝像機(jī)、攪拌池、雜質(zhì)泵、空氣壓縮機(jī)、壓力傳感器、流量計(jì)、管路和閥門組成；本發(fā)明首次將PIV系統(tǒng)、激光誘導(dǎo)技術(shù)、折射率匹配技術(shù)、定電流法、高速攝像機(jī)記錄技術(shù)相結(jié)合，利用透明鉆井液和透明巖屑，系統(tǒng)研究了井筒環(huán)空中氣液固三相流動(dòng)中滑脫特性；本發(fā)明通過(guò)研究不同鉆井液粘稠度、鉆井液流量、巖屑濃度和截面含氣率因素的試驗(yàn)，得到巖屑和氣體在井筒環(huán)空氣液固三相流動(dòng)中滑脫方式的規(guī)律和滑脫速度的具體表達(dá)式，為鉆井的工藝設(shè)計(jì)和井控安全提供有效的技術(shù)支持。
【專利說(shuō)明】井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種油氣井領(lǐng)域探測(cè)技術(shù)，具體地說(shuō)是井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鉆井時(shí)井筒環(huán)空中普遍存在巖屑、氣體和鉆井液的三相流動(dòng)，三相流動(dòng)相間的滑脫方式和滑脫速度直接決定三相流動(dòng)的流動(dòng)狀態(tài)以及井筒的壓力分布，由于氣液固三相流動(dòng)中相間性質(zhì)差別巨大，相間流型變化頻繁，相間存在互相遮擋，固體顆粒與氣體難以識(shí)另O，針對(duì)氣液固三相流動(dòng)的研究大多集中在宏觀的壓強(qiáng)分布上面，而對(duì)微觀相間滑脫特性研究難以展開。
[0003]目前，德國(guó)Lavis1n公司生產(chǎn)的TOMO型PIV系統(tǒng)，PIV系統(tǒng)包括氬離子激光器、4臺(tái)相機(jī)和PIV分析系統(tǒng)，廣泛的應(yīng)用于低濃度固液兩相流動(dòng)和低濃度氣液兩相流動(dòng)滑脫特性的研究，但是Piv系統(tǒng)難以應(yīng)用于高濃度固液兩相流動(dòng)、高濃度氣液兩相流動(dòng)和氣液固三相流動(dòng)滑脫特性的研究，這是由于Piv系統(tǒng)難以識(shí)別出氣液固三相流動(dòng)中的巖屑顆粒；同時(shí)，當(dāng)氣液固三相流動(dòng)中產(chǎn)生氣泡時(shí)，氣泡會(huì)反射氬離子激光器產(chǎn)生的強(qiáng)光，從而燒壞相機(jī)的鏡頭。
[0004]另外，在井筒環(huán)空氣液固三相流動(dòng)中由于高濃度巖屑顆粒之間的相互遮擋，使用常規(guī)試驗(yàn)方法難以進(jìn)行巖屑和氣體流型的觀察，難以進(jìn)行不同形狀巖屑的滑脫特性分析。
[0005]因此，在目前的實(shí)際應(yīng)用中，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一種有效的針對(duì)井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量的設(shè)備及方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為解決上述不足，提供井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中缺少針對(duì)井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備及方法的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]提供了井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備，由環(huán)空井筒、改進(jìn)的PIV系統(tǒng)、定電流法裝置、高速攝像機(jī)、攪拌池、雜質(zhì)泵、空氣壓縮機(jī)、壓力傳感器、流量計(jì)、管路和閥門組成；環(huán)空井筒頂端設(shè)有出口，頂端出口通過(guò)管路與攪拌池連通，環(huán)空井筒底端設(shè)有入口，入口上安裝有三通接頭，攪拌池通過(guò)管路與雜質(zhì)泵連通，雜質(zhì)泵通過(guò)管路與三通接頭連通，雜質(zhì)泵與三通接頭之間的管路上安裝有閥門、液體壓力傳感器和液體流量計(jì)；空氣壓縮機(jī)通過(guò)管路與三通接頭連通，空氣壓縮機(jī)與三通接頭之間的管路上安裝有閥門、氣體壓力傳感器和氣體流量計(jì)；環(huán)空井筒中間設(shè)有試驗(yàn)區(qū)域，試驗(yàn)區(qū)域的一側(cè)放置改進(jìn)的PIV系統(tǒng)的氬離子激光器，試驗(yàn)區(qū)域的另一側(cè)放置高速攝像機(jī)和改進(jìn)的PIV系統(tǒng)的相機(jī)；環(huán)空井筒上設(shè)有6個(gè)鉆孔，環(huán)空井筒頂端和底端分別設(shè)有I個(gè)鉆孔，試驗(yàn)區(qū)域的上截面和下截面處的環(huán)空井筒上分別設(shè)有2個(gè)鉆孔，液體壓力傳感器安裝在試驗(yàn)區(qū)域下截面的I個(gè)鉆孔上，氣體壓力傳感器安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面的I個(gè)鉆孔上；恒流電源通過(guò)導(dǎo)線與安裝在環(huán)空井筒頂端和底端鉆孔上的監(jiān)測(cè)銅環(huán)連接，數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)導(dǎo)線與安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面和下截面處的2個(gè)監(jiān)測(cè)銅環(huán)連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接。
[0009]其中，所述的環(huán)空井筒分為外井筒和內(nèi)井筒，外井筒和內(nèi)井筒均由石央玻璃制成，內(nèi)井筒兩端封閉，內(nèi)井筒通過(guò)細(xì)鋼條固定于外井筒的正中心，內(nèi)井筒與外井筒組成環(huán)空井筒；環(huán)空井筒為三相流動(dòng)提供試驗(yàn)區(qū)域，試驗(yàn)區(qū)域位于環(huán)空井筒的中心位置，外井筒的頂端、底端和試驗(yàn)區(qū)域的上下兩個(gè)截面處設(shè)有鉆孔；外井筒的底端設(shè)有入口，入口上安裝有三通接頭，外井筒的頂端設(shè)有出口 ；
[0010]所述的定電流法裝置由恒流電源、數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)、監(jiān)測(cè)銅環(huán)和導(dǎo)線組成，恒流電源為6655A型恒流電源；數(shù)據(jù)采集儀為INV306型智能信號(hào)采集處理分析系統(tǒng)；
[0011]所述的聞速攝像機(jī)為V310型聞速攝像機(jī)；
[0012]所述的攪拌池為Im3的池子；
[0013]所述的雜質(zhì)泵為100KF-32型不銹鋼雜質(zhì)泵；
[0014]所述的空氣壓縮機(jī)為W3.0型活塞式空氣壓縮機(jī)；
[0015]所述的壓力傳感器分為氣體壓力傳感器和液體壓力傳感器，氣體傳感器為PG1300Y型氣體壓力傳感器；液體壓力傳感器為PT500-700型液體壓力傳感器；
[0016]所述的流量計(jì)分為氣體流量計(jì)和液體流量計(jì)，氣體流量計(jì)為MH6120型氣體流量計(jì)；液體流量計(jì)為L(zhǎng)ZNDB型液體流量計(jì)；
[0017]所述的管路為阻燃尼龍軟管；
[0018]所述的閥門為調(diào)節(jié)閥。
[0019]其中，所述的改進(jìn)的PIV系統(tǒng)相機(jī)鏡頭前放置藍(lán)色濾光片。
[0020]井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量方法，包括如下步驟:巖屑分組步驟、制備鉆井液步驟、巖屑形狀修正因子試驗(yàn)步驟、設(shè)備安裝及調(diào)試步驟、三相流動(dòng)中相間滑脫特性試驗(yàn)步驟、圖像分析和數(shù)據(jù)處理步驟。
[0021]其中，所述的巖屑分組步驟，巖屑為兩部分，第一部分巖屑用于巖屑沉降形狀修正因子試驗(yàn)步驟，由體積不同的球體玻璃巖屑和體積不同的圓片體玻璃巖屑混合而成；第二部分巖屑用于三相流動(dòng)中相間滑脫特性試驗(yàn)步驟，由玻璃珠組成的玻璃巖屑，玻璃珠直徑為0.9mm,比重為2.5，透光率為86%，將1%。的玻璃巖屑表面涂上二苯乙烯熒光涂料，作為突光示蹤粒子。
[0022]其中，所述的制備鉆井液步驟，制備4組鉆井液，在4組清水中分別加入2%的降濾失劑和分別加入1%。、2%。、3%。、4%。的增粘劑,鉆井液制備完成后分別測(cè)量4組鉆井液的S度、粘稠度和折射率，并記錄。
[0023]其中，所述的巖屑形狀修正因子試驗(yàn)步驟，將制備的4組鉆井液靜止放置，將第一部分巖屑放置在I組鉆井液中，分別測(cè)量球體玻璃巖屑和圓片體玻璃巖屑的沉降速度，繪制圓片體玻璃巖屑的沉降速度與圓片體玻璃巖屑的等效直徑和寬厚比的關(guān)系圖，通過(guò)對(duì)比圓球體巖屑與圓片體巖屑的沉降速度，計(jì)算巖屑形狀修正因子；使用其它3組鉆井液，重復(fù)以上步驟。
[0024]其中，所述的設(shè)備安裝及調(diào)試步驟，設(shè)備安裝，環(huán)空井筒頂端的出口通過(guò)管路與攪拌池連通，攪拌池通過(guò)管路與雜質(zhì)泵連通，環(huán)空井筒底端入口上安裝的三通接頭通過(guò)管路與雜質(zhì)泵連通，雜質(zhì)泵與三通接頭之間的管路上安裝有閥門、液體壓力傳感器和液體流量計(jì)，空氣壓縮機(jī)通過(guò)管路與三通接頭連通，空氣壓縮機(jī)與三通接頭之間的管路上安裝有閥門、氣體壓力傳感器和氣體流量計(jì)，在環(huán)空井筒的試驗(yàn)區(qū)域一側(cè)放置改進(jìn)的Piv系統(tǒng)的氬離子激光器，試驗(yàn)區(qū)域的另一側(cè)放置高速攝像機(jī)和改進(jìn)的Piv系統(tǒng)的相機(jī)，液體壓力傳感器安裝在試驗(yàn)區(qū)域下截面的I個(gè)鉆孔上，氣體壓力傳感器安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面的I個(gè)鉆孔上，恒流電源通過(guò)導(dǎo)線與安裝在環(huán)空井筒頂端和底端鉆孔上的監(jiān)測(cè)銅環(huán)連接，數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)導(dǎo)線與安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面和下截面處的2個(gè)監(jiān)測(cè)銅環(huán)連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接；設(shè)備調(diào)試，開啟各個(gè)設(shè)備后，鉆井液依次按照10L/S，20L/S，30L/S，40L/s的流量輸送，每種輸送的鉆井液流量中巖屑濃度依次按照
6%改變，在每種情況下進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，使設(shè)備正常運(yùn)行、連接處無(wú)滲漏和采集圖像清晰可見。
[0025]其中，所述的三相流動(dòng)中相間滑脫特性試驗(yàn)步驟:在攪拌池中將第二部分巖屑與鉆井液混合，開啟步調(diào)試好的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，首先選用I組鉆井液，在攪拌池中配置好體積濃度為0.5%的鉆井液，第二部分巖屑中1%。巖屑表面涂上二苯乙烯類熒光涂料；開啟雜質(zhì)泵，使鉆井液排量為lOL/s，然后開啟空氣壓縮機(jī)，利用定電流法裝置監(jiān)測(cè)試驗(yàn)區(qū)域上下兩個(gè)截面的含氣率，當(dāng)平均截面含氣率為5%時(shí)，開啟氬離子激光器、改進(jìn)的PIV系統(tǒng)和高速攝像機(jī)，記錄試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)巖屑和氣體在鉆井液中的流動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)記錄環(huán)空井筒入口氣體的壓力和流量，以及此時(shí)截面含氣率脈動(dòng)曲線，逐步增大氣體流量，直到截面含氣率為90%，在每一個(gè)設(shè)定的截面含氣率下記錄以上數(shù)據(jù)，然后再改變鉆井液的組次、流量和巖屑濃度，重復(fù)以上步驟。
[0026]其中，所述的圖像分析和數(shù)據(jù)處理步驟，定電流法裝置信號(hào)轉(zhuǎn)換，將定電流法裝置記錄監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)化為截面含氣率信號(hào)，是通過(guò)公式:
[0027]==
Λ K Um
[0028]式中:α為截面含氣率，A0為環(huán)空截面積，Am為液體所占面積，R0為單相液體時(shí)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電阻，Rffl為氣液兩相時(shí)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電阻，U0為單相液體時(shí)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電壓，Uffl為氣液兩相時(shí)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電壓；
[0029]量綱分析和多元回歸分析，能夠確定影響巖屑滑脫速度的主要因素包括:單顆粒巖屑在靜止鉆井液中沉速，巖屑形狀影響因子β，平均巖屑體積濃度Sv，平均截面含氣率α，流型X，鉆井液運(yùn)移速度\，得出巖屑在氣液固三相流動(dòng)中的滑脫速度表達(dá)式:
[0030]ω c = f ( ω ⑶,β , Sv, α，χ , Vl)
[0031]能夠確定影響氣體滑脫速度的主要因素包括:平均巖屑體積濃度Sv，平均截面含氣率α，微小氣泡在靜止鉆井液中的上升速度Oai，流型X，鉆井液運(yùn)移速度' ;得出氣體在氣液固三相流動(dòng)中的滑脫速度表達(dá)式:
[0032]qg = f (qgo, β , Sv, α，χ , VL)
[0033]量綱分析和多元回歸分析，得出巖屑在氣液固三相流動(dòng)中的滑脫無(wú)量綱速度表達(dá)式:
/y \
[0034]— = / β,Ξν,α,χ,
iyCOVωοο >
[0035]得出氣體在氣液固三相流動(dòng)中的滑脫無(wú)量綱速度表達(dá)式:
fy \
[0036]-^ = / Sv,a,x,^
coGO ViyGo y
[0037]本發(fā)明的有益效果:
[0038]本發(fā)明的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備，首次將PIV系統(tǒng)、激光誘導(dǎo)技術(shù)、折射率匹配技術(shù)、定電流法、高速攝像機(jī)記錄技術(shù)相結(jié)合，利用透明鉆井液和透明巖屑，系統(tǒng)研究了井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫特性；
[0039]本發(fā)明的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量方法，通過(guò)研究不同鉆井液粘稠度、鉆井液流量、巖屑濃度和截面含氣率因素的試驗(yàn)，得到巖屑和氣體在井筒環(huán)空氣液固三相流動(dòng)中滑脫方式的規(guī)律和滑脫速度的具體表達(dá)式，為鉆井的工藝設(shè)計(jì)和井控安全提供有效的技術(shù)支持。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0041]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備布置示意圖；
[0042]圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的定電流法測(cè)定截面含氣率裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量方法流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)理解這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)試驗(yàn)中的條件。
[0045]請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備布置示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的定電流法測(cè)定截面含氣率裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046]在一種具體實(shí)施例中，提供了井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備，由環(huán)空井筒、改進(jìn)的PIV系統(tǒng)、定電流法裝置、高速攝像機(jī)、攪拌池、雜質(zhì)泵、空氣壓縮機(jī)、壓力傳感器、流量計(jì)、管路和閥門組成；環(huán)空井筒頂端設(shè)有出口，頂端出口通過(guò)管路與攪拌池連通，環(huán)空井筒底端設(shè)有入口，入口上安裝有三通接頭，攪拌池通過(guò)管路與雜質(zhì)泵連通，雜質(zhì)泵通過(guò)管路與三通接頭連通，雜質(zhì)泵與三通接頭之間的管路上安裝有閥門、液體壓力傳感器和液體流量計(jì)；空氣壓縮機(jī)通過(guò)管路與三通接頭連通，空氣壓縮機(jī)與三通接頭之間的管路上安裝有閥門、氣體壓力傳感器和氣體流量計(jì)；環(huán)空井筒中間設(shè)有試驗(yàn)區(qū)域，試驗(yàn)區(qū)域的一側(cè)放置改進(jìn)的PIV系統(tǒng)的氬離子激光器，試驗(yàn)區(qū)域的另一側(cè)放置高速攝像機(jī)和改進(jìn)的PIV系統(tǒng)的相機(jī)；環(huán)空井筒上設(shè)有6個(gè)鉆孔，環(huán)空井筒頂端和底端分別設(shè)有I個(gè)鉆孔，試驗(yàn)區(qū)域的上截面和下截面處的環(huán)空井筒上分別設(shè)有2個(gè)鉆孔，液體壓力傳感器安裝在試驗(yàn)區(qū)域下截面的I個(gè)鉆孔上，氣體壓力傳感器安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面的I個(gè)鉆孔上；恒流電源通過(guò)導(dǎo)線與安裝在環(huán)空井筒頂端和底端鉆孔上的監(jiān)測(cè)銅環(huán)連接，數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)導(dǎo)線與安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面和下截面處的2個(gè)監(jiān)測(cè)銅環(huán)連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接。
[0047]具體的，所述的環(huán)空井筒分為外井筒和內(nèi)井筒，外井筒和內(nèi)井筒均由石英玻璃制成，由于石英玻璃具有透光性，試驗(yàn)時(shí)，能夠觀察環(huán)空井筒內(nèi)部的氣液固三相流動(dòng)狀態(tài)；夕卜井筒長(zhǎng)為5.0m,內(nèi)徑為14.9cm ；內(nèi)井筒長(zhǎng)為4.0m,外徑為7.3cm ；內(nèi)井筒兩端封閉，內(nèi)井筒通過(guò)細(xì)鋼條固定于外井筒的正中心組成環(huán)空井筒，內(nèi)井筒兩端距外井筒兩端各0.5m長(zhǎng)；環(huán)空井筒為三相流動(dòng)提供試驗(yàn)區(qū)域，試驗(yàn)區(qū)域位于環(huán)空井筒的中心位置，試驗(yàn)區(qū)域的長(zhǎng)度為0.4m，試驗(yàn)區(qū)域的上下兩個(gè)截面的外井筒筒壁上設(shè)有鉆孔，壓力傳感器和定電流法裝置的監(jiān)測(cè)銅環(huán)能夠固定在鉆孔上；外井筒的底端設(shè)有入口，入口上安裝有三通接頭，外井筒的頂端設(shè)有出口。
[0048]進(jìn)一步的，所述的改進(jìn)的PIV系統(tǒng)相機(jī)鏡頭前放置藍(lán)色濾光片，相機(jī)通過(guò)藍(lán)色濾光片只能夠接受熒光示蹤粒子激發(fā)出的藍(lán)色光，消除氣液固三相流動(dòng)時(shí)氣泡的影響，使PIV系統(tǒng)的相機(jī)能夠連續(xù)拍攝示蹤粒子的圖片，確定巖屑的滑脫狀態(tài)。
[0049]進(jìn)一步的，所述的定電流法裝置由恒流電源、數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)、監(jiān)測(cè)銅環(huán)和導(dǎo)線組成，恒流電源為Agilent公司生產(chǎn)的6655A型恒流電源，此型恒流電源能夠加快測(cè)試速度、減少噪聲產(chǎn)生和提高測(cè)試精度；數(shù)據(jù)采集儀為北京東方震動(dòng)與噪聲控制技術(shù)研究所生產(chǎn)的INV306型智能信號(hào)采集處理分析系統(tǒng)，此型數(shù)據(jù)采集儀能夠?yàn)槎娏鞣ㄑb置提供信號(hào)的智能采集和分析；計(jì)算機(jī)為通用微機(jī)，包括臺(tái)式、筆記本式或便攜式平板等計(jì)算機(jī)；監(jiān)測(cè)銅環(huán)分為4個(gè)，2個(gè)監(jiān)測(cè)銅環(huán)安裝在環(huán)空井筒頂端和底端的鉆孔上，2個(gè)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面和下截面處，通過(guò)安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面和下截面處2個(gè)監(jiān)測(cè)銅環(huán)兩端的電壓值能夠判斷氣液固三相流動(dòng)截面的含氣率。
[0050]進(jìn)一步的,所述的高速攝像機(jī)為美國(guó)Phantom公司生產(chǎn)的V310型高速攝像機(jī),此型高速攝像機(jī)能夠用來(lái)連續(xù)拍攝氣泡運(yùn)動(dòng)的圖像，并以此計(jì)算氣泡的滑脫速度。
[0051]進(jìn)一步的，所述的攪拌池和雜質(zhì)泵能夠?yàn)檠b置輸送巖屑和鉆井液，攪拌池為Im3的池子，攪拌池能夠用來(lái)配置、儲(chǔ)存和回收巖屑和鉆井液，試驗(yàn)時(shí)，攪拌池始終處于攪拌狀態(tài)，使巖屑和鉆井液混合均勻；雜質(zhì)泵為東莞冠星水泵廠生產(chǎn)的100KF-32型不銹鋼雜質(zhì)泵，此型能夠用來(lái)輸送巖屑和鉆井液。
[0052]進(jìn)一步的，所述的空氣壓縮機(jī)能夠?yàn)檠b置輸送氣源，空氣壓縮機(jī)為上海博巨公司生產(chǎn)的W3.0型活塞式空氣壓縮機(jī)，此型空氣壓縮機(jī)能夠調(diào)節(jié)輸送氣量，以上攪拌池、雜質(zhì)泵和空氣壓縮機(jī)能夠滿足本試驗(yàn)要求。
[0053]進(jìn)一步的，所述的壓力傳感器分為氣體壓力傳感器和液體壓力傳感器，氣體傳感器為日本松葉電氣生產(chǎn)的PG1300Y型氣體壓力傳感器,共2個(gè)；液體壓力傳感器佛山普量電子生產(chǎn)的PT500-700型液體壓力傳感器，共2個(gè)，能夠用來(lái)測(cè)量鉆井液和巖屑混合流體的壓力；以上兩種壓力傳感器能夠滿足本試驗(yàn)的要求。
[0054]進(jìn)一步的，所述的流量計(jì)分為氣體流量計(jì)和液體流量計(jì)，氣體流量計(jì)為MH6120型氣體流量計(jì)，共2個(gè)；液體流量計(jì)為L(zhǎng)ZNDB型液體流量計(jì)，共2個(gè)，能夠用來(lái)測(cè)量鉆井液和巖屑混合流體的流量；以上兩種流量計(jì)能夠滿足本試驗(yàn)的要求。
[0055]進(jìn)一步的，所述的管路為阻燃尼龍軟管，具有柔韌性好、彎曲性好、承重性好和耐油性好的特點(diǎn)；閥門為調(diào)節(jié)閥，能夠調(diào)節(jié)氣體、巖屑和鉆井液的壓力和流量；以上管路和閥門組合能夠滿足本試驗(yàn)的要求。
[0056]請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量方法流程圖。
[0057]在一種具體實(shí)施例中，提供了井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量方法，包括如下步驟:巖屑分組步驟、制備鉆井液步驟、巖屑形狀修正因子試驗(yàn)步驟、設(shè)備安裝及調(diào)試步驟、三相流動(dòng)中相間滑脫特性試驗(yàn)步驟、圖像分析和數(shù)據(jù)處理步驟。
[0058]進(jìn)一步的，所述的巖屑分組步驟:巖屑為兩部分，第一部分巖屑用于巖屑形狀修正因子試驗(yàn)，第二部分巖屑用于三相流動(dòng)中相間滑脫特性試驗(yàn)。
[0059]進(jìn)一步的，所述的第一部分巖屑，由體積不同的球體玻璃巖屑10組和體積不同的圓片體玻璃巖屑40組混合而成,第一部分巖屑用于考察球體巖屑和圓片體巖屑在靜止鉆井液中沉降速度差異，用于測(cè)量球體巖屑和圓片體巖屑的形狀修正因子；所述的第二部分巖屑，由總重量為500kg的玻璃珠組成的玻璃巖屑，玻璃珠直徑為0.9mm,比重為2.5，透光率為86%，將1%。的玻璃巖屑表面涂上二苯乙烯熒光涂料，作為熒光示蹤粒子，玻璃巖屑折射率能夠與鉆井液折射率匹配，能夠避免高巖屑濃度鉆井液中巖屑顆粒的相互遮擋效應(yīng)，試驗(yàn)時(shí)，光能夠順利進(jìn)入到流體內(nèi)部而在玻璃巖屑接觸表面不產(chǎn)生折射。
[0060]進(jìn)一步的，所述的制備鉆井液步驟，制備4組鉆井液各3m3，在4組清水中分別加入2%的降濾失劑和分別加入1%。、2%。、3%。、4%。的增粘劑,其中加入1%。增粘劑的鉆井液為弟I組鉆井液，其中加入2%。增粘劑的鉆井液為弟2組鉆井液，其中加入3%。增粘劑的鉆井液為弟3組鉆井液，其中加入4%。增粘劑的鉆井液為弟4組鉆井液，鉆井液制備完成后分別測(cè)量4組鉆井液的密度、粘稠度和折射率，并記錄；制備不同粘稠度的、透明的鉆井液，用于模擬鉆井過(guò)程中采用的鉆井液。
[0061]進(jìn)一步的，所述的巖屑形狀修正因子試驗(yàn)步驟:將制備的4組鉆井液靜止放置，將第一部分巖屑放置在第I組鉆井液中，分別測(cè)量10組球體玻璃巖屑和40組圓片體玻璃巖屑的沉降速度，繪制圓片體玻璃巖屑的沉降速度與圓片體玻璃巖屑的等效直徑和寬厚比的關(guān)系圖，通過(guò)對(duì)比圓球體巖屑與圓片體巖屑的沉降速度，計(jì)算巖屑形狀修正因子，使用其它3組鉆井液，重復(fù)以上步驟。
[0062]進(jìn)一步的，所述的圓片體巖屑的等效直徑，是與圓片體巖屑體積相等的球體巖屑的直徑；圓片體巖屑的寬厚比，是圓片體巖屑底面直徑與圓片體巖屑厚度的比值。
[0063]進(jìn)一步的，所述的設(shè)備安裝及調(diào)試步驟，設(shè)備安裝，環(huán)空井筒頂端的出口通過(guò)管路與攪拌池連通，攪拌池通過(guò)管路與雜質(zhì)泵連通，環(huán)空井筒底端入口上安裝的三通接頭通過(guò)管路與雜質(zhì)泵連通，雜質(zhì)泵與三通接頭之間的管路上安裝有閥門、液體壓力傳感器和液體流量計(jì)，空氣壓縮機(jī)通過(guò)管路與三通接頭連通，空氣壓縮機(jī)與三通接頭之間的管路上安裝有閥門、氣體壓力傳感器和氣體流量計(jì)，在環(huán)空井筒的試驗(yàn)區(qū)域一側(cè)放置改進(jìn)的PIV系統(tǒng)的氬離子激光器，試驗(yàn)區(qū)域的另一側(cè)放置高速攝像機(jī)和改進(jìn)的PIV系統(tǒng)的相機(jī)，液體壓力傳感器安裝在試驗(yàn)區(qū)域下截面的I個(gè)鉆孔上，氣體壓力傳感器安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面的I個(gè)鉆孔上，恒流電源通過(guò)導(dǎo)線與安裝在環(huán)空井筒頂端和底端鉆孔上的監(jiān)測(cè)銅環(huán)連接，數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)導(dǎo)線與安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面和下截面處的2個(gè)監(jiān)測(cè)銅環(huán)連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接；設(shè)備調(diào)試，開啟各個(gè)設(shè)備后，鉆井液依次按照10L/s，20L/s，30L/s，40L/s的流量輸送，每種輸送的鉆井液流量中巖屑濃度依次按照5 %，6 %改變，在每種情況下進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，使設(shè)備正常運(yùn)行、連接處無(wú)滲漏和采集圖像清晰可見。
[0064]進(jìn)一步的，三相流動(dòng)中相間滑脫特性試驗(yàn)步驟:所述的三相流動(dòng)中相間滑脫特性試驗(yàn)步驟:在攪拌池中將第二部分巖屑與鉆井液混合，開啟步調(diào)試好的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，首先選用第I組鉆井液，在攪拌池中配置好體積濃度為0.5%的鉆井液，第二部分巖屑中I %。巖屑表面涂上滅光涂料；開啟雜質(zhì)栗，使鉆井液排量為1L/s,然后開啟空氣壓縮機(jī)，利用定電流法裝置監(jiān)測(cè)試驗(yàn)區(qū)域上下兩個(gè)截面的含氣率，當(dāng)平均截面含氣率為5%時(shí)，開啟氬離子激光器、改進(jìn)的PIV系統(tǒng)和高速攝像機(jī)，記錄試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)巖屑和氣體在鉆井液中的流動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)記錄環(huán)空井筒入口氣體的壓力和流量，以及此時(shí)截面含氣率脈動(dòng)曲線，逐步增大氣體流量，直到截面含氣率為90%，在每一個(gè)設(shè)定的截面含氣率下記錄以上數(shù)據(jù)，然后再改變鉆井液的組次、流量和巖屑濃度，重復(fù)以上步驟；試驗(yàn)包括鉆井液、鉆井液流量和巖屑濃度三種因素的組合，制備鉆井液步驟中的鉆井液4組；每組鉆井液按照4種流量試驗(yàn):分別為10L/s，20L/s，30L/s，40L/s ;巖屑濃度為0.5% _6%，間隔0.5%是一個(gè)試驗(yàn)組次，共12種巖屑濃度；共進(jìn)行試驗(yàn)組次4X4X12 = 192組；每組試驗(yàn)中，調(diào)節(jié)環(huán)空井筒入口氣體的流量，使試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)19種截面含氣率:分別為0-90%，每隔5%是一個(gè)試驗(yàn)組次；每組試驗(yàn)中記錄數(shù)據(jù)19次；全部試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)192 X 19 = 3648次。
[0065]進(jìn)一步的，所述的調(diào)節(jié)氣體流量，是用來(lái)模擬溫度和壓力對(duì)截面含氣率和流型的影響，在每個(gè)截面含氣率下研究巖屑和氣體的滑脫特性，以此達(dá)到在試驗(yàn)室模擬真實(shí)井筒深埋地下幾千米的井段，從而達(dá)到在高溫高壓條件下觀測(cè)三相流內(nèi)部的滑脫情況。
[0066]巖屑滑脫方式由改進(jìn)的PIV系統(tǒng)的4臺(tái)相機(jī)連續(xù)拍攝示蹤粒子的圖片確定，在氬離子激光器激發(fā)產(chǎn)生的綠光照射環(huán)空井筒的試驗(yàn)區(qū)時(shí)，涂有二苯乙烯熒光涂料玻璃珠受激發(fā)產(chǎn)生藍(lán)光，通過(guò)安裝藍(lán)色濾光片改進(jìn)的PIV系統(tǒng)的會(huì)拍攝到巖屑的流型，從而確定巖屑的滑脫狀態(tài)。
[0067]氣體滑脫方式，由高速攝像機(jī)拍攝氣泡運(yùn)動(dòng)情況的圖像和定電流法裝置測(cè)量試驗(yàn)區(qū)域截面含氣率確定，環(huán)空內(nèi)為泡狀流時(shí)，通過(guò)高速攝像機(jī)拍攝試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)氣泡的運(yùn)移特性，確定氣體的滑脫狀態(tài)；環(huán)空內(nèi)為段塞流、攪拌流和環(huán)狀流時(shí)，利用定電流法裝置記錄兩組監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電壓信號(hào)，通過(guò)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為截面含氣率，確定氣體的滑脫狀態(tài)。
[0068]進(jìn)一步的，所述的試驗(yàn)區(qū)域壓強(qiáng)通過(guò)安裝在外井筒鉆孔上的壓力傳感器測(cè)量。
[0069]進(jìn)一步的，所述的進(jìn)口氣體流量和壓強(qiáng)通過(guò)安裝在連接空氣壓縮機(jī)與環(huán)空井筒進(jìn)口三通管路上的壓力傳感器和流量計(jì)測(cè)量；進(jìn)口巖屑和鉆井液流量和壓強(qiáng)通過(guò)安裝在連接雜質(zhì)泵與環(huán)空井筒進(jìn)口三通管路上的壓力傳感器和流量計(jì)測(cè)量。
[0070]進(jìn)一步的，所述的圖像分析和數(shù)據(jù)處理步驟:圖像分析，是利用PIV系統(tǒng)的相機(jī)連續(xù)拍攝巖屑的圖片，通過(guò)圖片觀察巖屑顆粒的運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)移速度；是利用高速攝像機(jī)連續(xù)拍攝氣泡的圖像，通過(guò)圖像觀察氣泡的運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)移速度。
[0071]數(shù)據(jù)處理包括定電流法裝置信號(hào)轉(zhuǎn)換、量綱分析和多元回歸分析。
[0072]進(jìn)一步的，所述的定電流法裝置信號(hào)轉(zhuǎn)換，將定電流法裝置記錄監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)化為截面含氣率信號(hào)，是通過(guò)公式:
An — A Rci Un
[0073]?= -.=
Λ K Um
[0074]式中:α -截面含氣率，A0-環(huán)空截面積，Am-液體所占面積，R0-單相液體時(shí)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電阻，Rm-氣液兩相時(shí)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電阻，U0-單相液體時(shí)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電壓，Um-氣液兩相時(shí)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電壓。
[0075]進(jìn)一步的，所述的量綱分析和多元回歸分析，能夠確定影響巖屑滑脫速度的主要因素包括:單顆粒巖屑在靜止鉆井液中沉速，巖屑形狀影響因子β，平均巖屑體積濃度Sv，平均截面含氣率α，流型X，鉆井液運(yùn)移速度'，能夠得出巖屑在氣液固三相流動(dòng)中的滑脫速度表達(dá)式:
[0076]ω。= f (COco, β，Sv, α，χ , VL)
[0077]能夠確定影響氣體滑脫速度的主要因素包括:平均巖屑體積濃度Sv，平均截面含氣率α，微小氣泡在靜止鉆井液中的上升速度Oai，流型X，鉆井液運(yùn)移速度' ;能夠得出氣體在氣液固三相流動(dòng)中的滑脫速度表達(dá)式:
[0078]ω G = f ( ω G(l, β , Sv, α，χ , Vl)
[0079]進(jìn)一步的，所述的量綱分析和多元回歸分析，能夠得出巖屑在氣液固三相流動(dòng)中的滑脫無(wú)量綱速度表達(dá)式:
/y Λ
[0080]— = / p,Sv,a,x,—^~
ωοο ViyCO >
[0081]能夠得出氣體在氣液固三相流動(dòng)中的滑脫無(wú)量綱速度表達(dá)式:
Γ I ωΓVr λ
[0082]— = f Sv,α,χ,
c0GOViyGO J
[0083]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備，其特征在于:由環(huán)空井筒、改進(jìn)的PIV系統(tǒng)、定電流法裝置、高速攝像機(jī)、攪拌池、雜質(zhì)泵、空氣壓縮機(jī)、壓力傳感器、流量計(jì)、管路和閥門組成；環(huán)空井筒頂端設(shè)有出口，頂端出口通過(guò)管路與攪拌池連通，環(huán)空井筒底端設(shè)有入口，入口上安裝有三通接頭，攪拌池通過(guò)管路與雜質(zhì)泵連通，雜質(zhì)泵通過(guò)管路與三通接頭連通，雜質(zhì)泵與三通接頭之間的管路上安裝有閥門、液體壓力傳感器和液體流量計(jì)；空氣壓縮機(jī)通過(guò)管路與三通接頭連通，空氣壓縮機(jī)與三通接頭之間的管路上安裝有閥門、氣體壓力傳感器和氣體流量計(jì)；環(huán)空井筒中間設(shè)有試驗(yàn)區(qū)域，試驗(yàn)區(qū)域的一側(cè)放置改進(jìn)的PIV系統(tǒng)的氬離子激光器，試驗(yàn)區(qū)域的另一側(cè)放置高速攝像機(jī)和改進(jìn)的PIV系統(tǒng)的相機(jī)；環(huán)空井筒上設(shè)有6個(gè)鉆孔，環(huán)空井筒頂端和底端分別設(shè)有I個(gè)鉆孔，試驗(yàn)區(qū)域的上截面和下截面處的環(huán)空井筒上分別設(shè)有2個(gè)鉆孔，液體壓力傳感器安裝在試驗(yàn)區(qū)域下截面的I個(gè)鉆孔上，氣體壓力傳感器安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面的I個(gè)鉆孔上；恒流電源通過(guò)導(dǎo)線與安裝在環(huán)空井筒頂端和底端鉆孔上的監(jiān)測(cè)銅環(huán)連接，數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)導(dǎo)線與安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面和下截面處的2個(gè)監(jiān)測(cè)銅環(huán)連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接。
2.如權(quán)利要求1所述的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備，其特征在于:所述的環(huán)空井筒分為外井筒和內(nèi)井筒，外井筒和內(nèi)井筒均由石英玻璃制成，內(nèi)井筒兩端封閉，內(nèi)井筒通過(guò)細(xì)鋼條固定于外井筒的正中心，內(nèi)井筒與外井筒組成環(huán)空井筒；環(huán)空井筒為三相流動(dòng)提供試驗(yàn)區(qū)域，試驗(yàn)區(qū)域位于環(huán)空井筒的中心位置，外井筒的頂端、底端和試驗(yàn)區(qū)域的上下兩個(gè)截面處設(shè)有鉆孔；外井筒的底端設(shè)有入口，入口上安裝有三通接頭，外井筒的頂端設(shè)有出口 ； 所述的定電流法裝置由恒流電源、數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)、監(jiān)測(cè)銅環(huán)和導(dǎo)線組成，恒流電源為6655A型恒流電源；數(shù)據(jù)采集儀為INV306型智能信號(hào)采集處理分析系統(tǒng)； 所述的聞速攝像機(jī)為V310型聞速攝像機(jī)； 所述的攪拌池為Im3的池子； 所述的雜質(zhì)泵為100KF-32型不銹鋼雜質(zhì)泵； 所述的空氣壓縮機(jī)為W3.0型活塞式空氣壓縮機(jī)； 所述的壓力傳感器分為氣體壓力傳感器和液體壓力傳感器，氣體傳感器為PG1300Y型氣體壓力傳感器；液體壓力傳感器為PT500-700型液體壓力傳感器； 所述的流量計(jì)分為氣體流量計(jì)和液體流量計(jì)，氣體流量計(jì)為MH6120型氣體流量計(jì)；液體流量計(jì)為L(zhǎng)ZNDB型液體流量計(jì)； 所述的管路為阻燃尼龍軟管； 所述的閥門為調(diào)節(jié)閥。
3.如權(quán)利要求1所述的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量設(shè)備，其特征在于:所述的改進(jìn)的PIV系統(tǒng)相機(jī)鏡頭前放置藍(lán)色濾光片。
4.井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量方法，其特征在于:包括如下步驟:巖屑分組步驟、制備鉆井液步驟、巖屑形狀修正因子試驗(yàn)步驟、設(shè)備安裝及調(diào)試步驟、三相流中相間滑脫特性試驗(yàn)步驟、圖像分析和數(shù)據(jù)處理步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量方法，其特征在于:所述的巖屑分組步驟，巖屑為兩部分，第一部分巖屑用于巖屑沉降形狀修正因子試驗(yàn)步驟，由體積不同的球體玻璃巖屑和體積不同的圓片體玻璃巖屑混合而成；第二部分巖屑用于三相流中相間滑脫特性試驗(yàn)步驟，由玻璃珠組成的玻璃巖屑，玻璃珠直徑為0.9mm,比重為2.5，透光率為86%，將1%。的玻璃巖屑表面涂上二苯乙烯熒光涂料，作為熒光示蹤粒子。
6.如權(quán)利要求4所述的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量方法，其特征在于:所述的制備鉆井液步驟，制備4組鉆井液，在4組清水中分別加入2%的降濾失劑和分別加入1%。、2%。、3%。、4%。的增粘劑,鉆井液制備完成后分別測(cè)量4組鉆井液的S度、粘桐度和折射率，并記錄。
7.如權(quán)利要求4所述的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量方法，其特征在于:所述的巖屑形狀修正因子試驗(yàn)步驟，將制備的4組鉆井液靜止放置，將第一部分巖屑放置在I組鉆井液中，分別測(cè)量球體玻璃巖屑和圓片體玻璃巖屑的沉降速度，繪制圓片體玻璃巖屑的沉降速度與圓片體玻璃巖屑的等效直徑和寬厚比的關(guān)系圖，通過(guò)對(duì)比圓球體巖屑與圓片體巖屑的沉降速度，計(jì)算巖屑形狀修正因子；使用其它3組鉆井液，重復(fù)以上步驟。
8.如權(quán)利要求4所述的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量方法，其特征在于:所述的設(shè)備安裝及調(diào)試步驟，設(shè)備安裝，環(huán)空井筒頂端的出口通過(guò)管路與攪拌池連通，攪拌池通過(guò)管路與雜質(zhì)泵連通，環(huán)空井筒底端入口上安裝的三通接頭通過(guò)管路與雜質(zhì)泵連通，雜質(zhì)泵與三通接頭之間的管路上安裝有閥門、液體壓力傳感器和液體流量計(jì)，空氣壓縮機(jī)通過(guò)管路與三通接頭連通，空氣壓縮機(jī)與三通接頭之間的管路上安裝有閥門、氣體壓力傳感器和氣體流量計(jì)，在環(huán)空井筒的試驗(yàn)區(qū)域一側(cè)放置改進(jìn)的PIV系統(tǒng)的氬離子激光器，試驗(yàn)區(qū)域的另一側(cè)放置高速攝像機(jī)和改進(jìn)的PIV系統(tǒng)的相機(jī)，液體壓力傳感器安裝在試驗(yàn)區(qū)域下截面的I個(gè)鉆孔上，氣體壓力傳感器安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面的I個(gè)鉆孔上，恒流電源通過(guò)導(dǎo)線與安裝在環(huán)空井筒頂端和底端鉆孔上的監(jiān)測(cè)銅環(huán)連接，數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)導(dǎo)線與安裝在試驗(yàn)區(qū)域上截面和下截面處的2個(gè)監(jiān)測(cè)銅環(huán)連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接；設(shè)備調(diào)試，開啟各個(gè)設(shè)備后，鉆井液依次按照l(shuí)OL/s，20L/s, 30L/s,40L/s的流量輸送，每種輸送的鉆井液流量中巖屑濃度依次按照O，I %，2 %，3 %，4 %，5 %，6 %改變。
9.如權(quán)利要求4所述的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量方法，其特征在于:所述的三相流動(dòng)中相間滑脫特性試驗(yàn)步驟:在攪拌池中將第二部分巖屑與鉆井液混合，開啟步調(diào)試好的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，首先選用I組鉆井液，在攪拌池中配置好體積濃度為0.5%的鉆井液，第二部分巖屑中1%。巖屑表面涂上二苯乙烯類熒光涂料；開啟雜質(zhì)泵，使鉆井液排量為lOL/s，然后開啟空氣壓縮機(jī)，利用定電流法裝置監(jiān)測(cè)試驗(yàn)區(qū)域上下兩個(gè)截面的含氣率，當(dāng)平均截面含氣率為5%時(shí)，開啟氬離子激光器、改進(jìn)的PIV系統(tǒng)和高速攝像機(jī)，記錄試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)巖屑和氣體在鉆井液中的流動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)記錄環(huán)空井筒入口氣體的壓力和流量，以及此時(shí)截面含氣率脈動(dòng)曲線，逐步增大氣體流量，直到截面含氣率為90%，在每一個(gè)設(shè)定的截面含氣率下記錄以上數(shù)據(jù)，然后再改變鉆井液的組次、流量和巖屑濃度，重復(fù)以上步驟。
10.如權(quán)利要求4所述的井筒環(huán)空中氣液固三相間滑脫測(cè)量方法，其特征在于:所述的圖像分析和數(shù)據(jù)處理步驟，定電流法裝置信號(hào)轉(zhuǎn)換，將定電流法裝置記錄監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)化為截面含氣率信號(hào)，是通過(guò)公式:
a = AzA=i_A = i_^l
Λ K um 式中:α為截面含氣率，A0為環(huán)空截面積，Affl為液體所占面積，R0為單相液體時(shí)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電阻，Rffl為氣液兩相時(shí)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電阻，U0為單相液體時(shí)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電壓，Um為氣液兩相時(shí)監(jiān)測(cè)銅環(huán)間的電壓； 量綱分析和多元回歸分析，能夠確定影響巖屑滑脫速度的主要因素包括:單顆粒巖屑在靜止鉆井液中沉速，巖屑形狀影響因子β，平均巖屑體積濃度Sv，平均截面含氣率α，流型X，鉆井液運(yùn)移速度 '，得出巖屑在氣液固三相流動(dòng)中的滑脫速度表達(dá)式:ω。= f (ωαι，β，Sv, α，X , VL) 能夠確定影響氣體滑脫速度的主要因素包括:平均巖屑體積濃度Sv，平均截面含氣率α，微小氣泡在靜止鉆井液中的上升速度ωΜ，流型X，鉆井液運(yùn)移速度得出氣體在氣液固三相流動(dòng)中的滑脫速度表達(dá)式:qg = f (qgo, β , Sv, α，X , Vl) 量綱分析和多元回歸分析，得出巖屑在氣液固三相流動(dòng)中的滑脫無(wú)量綱速度表達(dá)式:

—=/ P,Sv,α,χ,c0CQ Vωοο J 得出氣體在氣液固三相流動(dòng)中的滑脫無(wú)量綱速度表達(dá)式: —^- = / Sv,a,χ,-^-。 i0GO V c0GO J
【文檔編號(hào)】E21B47/00GK104196518SQ201410312172
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】楊晨, 黃中偉, 史懷忠, 宋先知 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)