气体流量计14、高速摄像仪6、PIV粒子成像测速仪21、数据采集器及计算机终端4组成，其中物理测量装置主要用以校对相关参数，电子采集系统用以智能化采集相关参数并将数据传输到计算机终端做进一步处理。在模拟井筒两侧配置有高速摄像仪6、PIV粒子成像测速仪21，实验中设备实时记录模拟井筒2流动的现象、流场分布，粒子和流体的运动速度等，设备采集的图像和数据实时传输到计算机终端，通过数字图像处理技术实时记录实验中管柱内的流动情况；
[0034]所述回收清理系统即回收罐3包括多层布筛网，多个布筛网按照一定的顺序上下叠置起来，各筛网目数不同，回收所得固体颗粒可以重复利用。回收罐3入口端通过管汇与模拟井筒2出口相连，流体进入到回收罐3，通过筛网层层过滤，固体颗粒依次滞留在20目筛网，30目筛网，40目筛网，60目筛网，70目筛网，80目筛网，100目筛网，120目筛网上，液体通过筛网，进入排液通道。
[0035]模拟方法如下:
[0036]1.当模拟液体在不同压力条件下的流动状态时，稳压罐I压力控制由供压和稳压系统实现，单向节流阀117关闭状态下，单向节流阀1120和节流阀18共同作用进行调节模拟井筒2底端压力和流体流量，进而改变模拟井筒2中流体流动状态；其中模拟井筒2底端压力数据的由压力传感器19采集并传输到计算机终端4 ;
[0037]当模拟地层条件下流体排采过程时，调节单向节流阀1120控制稳压罐压力相当于改变地层压力；调节节流阀18改变模拟井筒底端压力，相当于改变井底压力；稳压罐I和模拟井筒2底端压力的压力是由地层岩石的物性造成的；当节流阀18全部打开，忽略管汇压力损耗的情况，稳压罐I压力和模拟井筒2底端压力是相等的，这时将稳压罐看作水平井供液的水平段，而模拟井筒则是水平井的垂直井段；
[0038]当模拟气液两相在不同压力条件下的流动状态时，气液两种流体进入模拟井筒2之前混合，液体流经管汇上的节流阀18和液体流量计15、稳压罐1、单向节流阀1120、分流器16串联，气体管汇上的单向节流阀117、气体流量计14和分流器16串联，两条路径并联在一起和空气压缩机5联通；此时单向节流阀117、单向节流阀1120、节流阀18三者同时影响流体的流动，两个路径的流体流量通过液体流量计15、气体流量计14标定；首先通过调节单向节流阀117调节稳压罐压力，稳压罐压力稳定后调节节流阀18进行流体流量的调节，同时调节单向节流阀Π20调节气体流量；不同压力条件，不同流量条件气液两相在模拟井筒中流动形态变化很大，表现为泡流，段塞流，环流，雾流，其相应的流动参数和条件参数通过数据采集系统记录下来。
[0039]不同压力条件，不同流量条件气液两相在模拟井筒中流动形态变化很大，表现为泡流，段塞流，环流，雾流，其相应的流动参数和条件参数通过采集系统记录下来。
[0040]实施例2，结合附图1，对本发明做进一步详细描述。
[0041]研究流体在垂直管柱中携带煤粉颗粒的能力，模拟井筒上下各有一个加砂装置，模拟井筒2不同位置加砂口加砂。
[0042]流体在垂直管柱中携带固体颗粒能力的研究过程中，流动环境的控制参考实施例1中的单向液流和气液两相流。
[0043]该流动环境中，固体颗粒在在管柱中流动情况的变化通过高速摄像设备记录，并实时传输到计算机终端。
[0044]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置，其特征在于:它包括一个垂直模拟井筒，模拟井筒底部作为入口连接有为其提供恒定流速液体的供液系统、为其提供恒定流速气体的供气系统和为其提供可调压力的供压及稳压系统；模拟井筒的顶部作为出口连接有回收清理系统以及数据采集系统，所述的数据采集系统将模拟井筒两端压力、液体流动的速度、和流场以及流动现象统一采集到计算机终端进行处理，形成了一个综合的井筒多相流动模拟实验平台。2.如权利要求1所述的垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置，其特征在于:所述的供液系统包括封闭稳压罐(I)、节流阀(18)及液体流量计(15)，稳压罐(I)入口端经闸阀(21)与液源连接，稳压罐内气体的压力为常压状态的情况下，打开连接闸阀(21)向罐内添加液体；供压系统加压时，闸阀(21)处于关闭状态，稳压罐出口端液体在压力驱动下流经节流器(18)、液体流量计(15)向模拟井筒流动。3.如权利要求1所述的垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置，其特征在于:所述供气系统包括空压机(5)、分流器(16)、单向节流阀1(17)及气体流量计(14)，空压机(5)气体出口端气体经过分流器(16)分流，部分气体经过单向节流阀1(17)及气体流量计(14)流入支线路径，然后经主线路径流向模拟井筒，为模拟井筒提供恒定流速的气体。4.如权利要求1所述的垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置，其特征在于:所述供压及稳压系统主要包括空压机(5)、分流器(16)、稳压罐(I)以及压力表(11);空压机(5)出口端气体流经分流器(16)，单向节流阀11(20)部分气体流向稳压罐(I)，气体在稳压罐(I)中压缩，形成驱动流体流动的压力。5.如权利要求4所述的垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置，其特征在于:所述的稳压罐的出口串联有一个节流阀(18)，通过节流阀(18)的调节控制稳压罐⑴驱动压力。6.如权利要求1所述的垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置，其特征在于:所述的数据采集系统包括数据采集器及计算机终端(4)以及与其相连的PIV粒子成像测速仪(21)、高速摄像仪出)、压力测量传感器(8、10、19)、液体流量传感器(7)、气体流量传感器(9); 所述的高速摄像仪(6)和PIV粒子成像测速仪(21)分别安装在模拟井筒的两侧，用于实时记录模拟井筒(2)流动的现象、流场分布，粒子和流体的运动速度； 所述的压力测量传感器(8、19)分别安装在模拟井筒的出口和入口，测量模拟井筒的压差，且所述的压力测量传感器(8、19)分别与压力表(12、13)相连；所述的压力测量传感器(10)用于测量稳压罐内的压力； 所述的液体流量传感器(7)用于测量稳压罐出口的液体的流量；所述的气体流量传感器(9)用于检测供气系统的单向节流阀出口的气体流量。7.如权利要求1所述的垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置，其特征在于:所述回收清理系统包括一个回收罐(3)，所述的回收罐(3)包括按照设定的顺序上下叠置起来的多层布筛网，且各层的各筛网目数不同，回收所得固体颗粒重复利用。8.如权利要求8所述的垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置，其特征在于:所述的回收罐(3)入口端通过管汇与模拟井筒(2)出口相连，流体进入到回收罐(3)，通过筛网层层过滤，固体颗粒依次滞留在不同的目筛网上，液体通过筛网，进入排液通道。9.如权利要求8所述的垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置，其特征在于:所述的模拟井筒为内径50mm、长6米的垂直放置的有机玻璃管，其顶端和底端处各设有固体颗粒加砂 □ O10.如权利要求1所述的垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置的实验方法，其特征在于:当模拟液体在不同压力条件下的流动状态时，稳压罐(I)压力控制由供压和稳压系统实现，单向节流阀I (17)关闭状态下，单向节流阀11(20)和节流阀(18)共同作用进行调节模拟井筒(2)底端压力和流体流量，进而改变模拟井筒(2)中流体流动状态；其中模拟井筒(2)底端压力数据的由压力传感器(19)采集并传输到计算机终端(4); 当模拟地层条件下流体排采过程时，调节单向节流阀11(20)控制稳压罐压力相当于改变地层压力；调节节流阀(18)改变模拟井筒底端压力，相当于改变井底压力；稳压罐(I)和模拟井筒⑵底端压力的压力是由地层岩石的物性造成的；当节流阀(18)全部打开，忽略管汇压力损耗的情况，稳压罐(I)压力和模拟井筒(2)底端压力是相等的，这时将稳压罐看作水平井供液的水平段，而模拟井筒则是水平井的垂直井段； 当模拟气液两相在不同压力条件下的流动状态时，气液两种流体进入模拟井筒(2)之前混合，液体流经管汇上的节流阀(18)和液体流量计(15)、稳压罐(1)、单向节流阀II (20)、分流器(16)串联，气体管汇上的单向节流阀I (17)、气体流量计(14)和分流器(16)串联，两条路径并联在一起和空气压缩机(5)联通；此时单向节流阀I (17)、单向节流阀II (20)、节流阀(18)三者同时影响流体的流动，两个路径的流体流量通过液体流量计(15)、气体流量计(14)标定；首先通过调节单向节流阀I (17)调节稳压罐压力，稳压罐压力稳定后调节节流阀(18)进行流体流量的调节，同时调节单向节流阀11(20)调节气体流量；不同压力条件，不同流量条件气液两相在模拟井筒中流动形态变化很大，表现为泡流、段塞流、环流、雾流等，其相应的流动参数和条件参数通过数据采集系统记录下来。
【专利摘要】本发明公开了一种垂直井筒中煤粉产出模拟实验装置及方法；该装置不仅可以模拟垂直井筒中煤粉在气、水携带下运移产出情况，而且能够模拟垂直井筒中单相液体流动、气液两相流动情况。本装置主要由供液系统、供气系统、供压系统、数据及图像采集处理系统，其中数据采集系统包括高清摄像仪，PIV粒子成像测速仪，各类传感器等电子集成采集设备，它们将模拟井筒中的两端压力，应用了电子集成设备，将模拟井筒两端压力、流动的速度、流场，流动现象等参数统一采集到计算机终端进行处理，形成了一个综合的井筒多相流动模拟实验平台。该装置可以模拟煤粉在垂直井筒中运移情况，也可实现多种实验条件下的研究工作，操作方便，适应性强，应用范围广泛。
【IPC分类】G01N15/04, G01M10/00
【公开号】CN105043949
【申请号】CN201510342149
【发明人】孙仁远, 雷少飞, 夏朝辉, 路永胜, 任彬, 张先敏, 郑克宁, 丁伟, 王楚峰, 周卫东, 纪云开, 范坤坤, 孙鑫, 周秋成, 魏宇翔
【申请人】中国石油大学(华东)
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月18日