本申请涉及天然气井及地下储气库井筒气液界面检测技术领域，尤其涉及一种模拟压力波在井筒中传播的设备及其压力波传播模拟方法。
背景技术：
压力波是指流场中某一局部区域或某一点处发生的扰动传递到其他区域的一个波动传播过程。研究气液两相流体中的压力波传播具有重要意义。
研究表明，天然气井及地下储气库井筒状况复杂，井筒内存在管柱接箍、井筒扩径、井筒缩径、套管鞋以及井内安全阀等，压力波波形复杂且识别难度大。而目前，对于压力波在天然气井及地下储气库井筒内气体中的传播速度和规律的研究，尚缺乏相应的技术手段。
技术实现要素：
本申请实施例的目的在于提供一种模拟压力波在井筒中传播的设备及其压力波传播模拟方法，以实现对天然气井及地下储气库井筒中的压力波传播模拟。
为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种模拟压力波在井筒中传播的设备，包括：
模拟井筒，其包含可视短节，所述可视短节对外提供用以观测所述模拟井筒内气液界面的窗口；
加气装置，用于向所述模拟井筒内提供气体；
加液装置，用于向所述模拟井筒内提供液体，所述液体在所述可视短节内与所述气体形成气液界面；
压力波激发及检测装置，用于向所述模拟井筒内施加压力波并检测所述模拟井筒内的压力变化；
界面监测装置，用于监测所述压力波在所述模拟井筒内传播过程中，所述可视短节内的气液界面变化。
优选的，所述模拟井筒包括第一金属管、第二金属管和第三金属管，所述第一金属管和所述第二金属管之间设有软管，所述第二金属管的一端通过弯头与所述可视短节的上端相连，所述可视短节的下端与所述第三金属管相连。
优选的，所述软管包括第一软管和第二软管，所述第一软管和所述第二软管之间设有微渗短节，所述微渗短节上设有用以检测所述微渗短节的微渗流量的流量传感器，所述流量传感器和所述微渗短节之间设有控制阀。
优选的，所述软管包括第一软管和第二软管，所述第一软管和所述第二软管之间设有变径短节。
优选的，所述第二金属管与所述弯头的连接处设有与所述加气装置连接的控气阀。
优选的，所述加液装置包括依次相连的自动压力泵、泄压阀、液体容器和注液阀，所述注液阀与所述第三金属管连通。
优选的，所述第三金属管下端设有排液阀。
优选的，所述压力波激发及检测装置包括回声仪。
优选的，所述界面监测装置包括摄像装置。
优选的，所述摄像装置安装于升降平台上，且其镜头朝向所述可视短节。
另一方面，本申请实施例还提供了一种采用上述模拟压力波在井筒中传播的设备的模拟压力波在井筒中传播的方法，包括以下步骤：
利用加气装置和加液装置在可视短节内构造气液界面并保持；
利用压力波激发及检测装置向模拟井筒内施加压力波并检测所述模拟井筒内的压力变化，并利用界面监测装置监测所述压力波在所述模拟井筒内传播过程中，所述可视短节内的气液界面变化。
优选的，在所述利用加气装置和加液装置在可视短节内构造气液界面并保持之前，还包括：
在所述模拟井筒中增加微渗短节。
优选的，在所述利用加气装置和加液装置在可视短节内构造气液界面并保持之前，还包括：
在所述模拟井筒中增加或更换变径短节。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例的模拟压力波在井筒中传播的设备包括：模拟井筒，其包含可视短节，可视短节对外提供用以观测所述模拟井筒内气液界面的窗口；加气装置用于向模拟井筒内提供气体；加液装置用于向模拟井筒内提供液体，液体在可视短节内与气体形成气液界面；压力波激发及检测装置，用于向模拟井筒内施加压力波并检测模拟井筒内的压力变化；界面监测装置用于监测压力波在所述模拟井筒内传播过程中，可视短节内的气液界面变化。从而实现了对天然气井及地下储气库井筒中的压力波传播模拟。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本申请一实施方式中模拟压力波在井筒中传播的设备的结构示意图；
图2为本申请一实施方式中压力波传播模拟方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
在本申请中，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。
参考图1所示，本申请实施方式的模拟压力波在井筒中传播的设备可以包括：模拟井筒、加气装置、加液装置、压力波激发及检测装置和界面监测装置。其中，
所述模拟井筒包含可视短节，所述可视短节可对外提供用以观测所述模拟井筒内气液界面的窗口，即从界外透过透明的可视短节可观测到所述模拟井筒内的气液界面。
所述加气装置可用于向所述模拟井筒内提供气体。
所述加液装置可用于向所述模拟井筒内提供液体，所述液体在所述可视短节内与所述气体形成气液界面。
所述压力波激发及检测装置可用于向所述模拟井筒内施加压力波并检测所述模拟井筒内的压力变化。
所述界面监测装置可用于监测所述压力波在所述模拟井筒内传播过程中，所述可视短节内的气液界面变化。
由此，本申请实施方式实现了对天然气井及地下储气库井筒中的压力波传播模拟。后续，所述压力波激发及检测装置及所述界面监测装置等获得数据可提供给相应的计算机软件处理，以便于根据这些数据分析和研究压力波在天然气井及地下储气库井筒气体中的传播速度和规律等。而通过分析和研究压力波在天然气井及地下储气库井筒气体中的传播速度和规律，可有利于更好的识别天然气井及地下储气库井筒中气液界面检测的波形特征，从而提高压力波解释的精度。
参考图1所示，在本申请一实施方式中，所述模拟井筒包括第一金属管21、第二金属管26和第三金属管29，所述第一金属管21和所述第二金属管26之间设有软管(例如橡胶软管等)，所述软管可包括第一软管22和第二软管25。所述第二金属管26的一端通过弯头27与所述可视短节28的上端相连，所述可视短节28的下端与所述第三金属管29相连。所述第二金属管26与所述弯头27的连接处可设有与所述加气装置连接的控气阀3。
本申请实施方式中，由于模拟井筒的长度较长，可达上百米甚至更长，而实验场地往往有限，有鉴于此，模拟井筒可部分采用软管，并且软管可以像弹簧或变压器绕组那样盘绕起来；如此，可以实现在满足模拟井筒长度要求的同时，减少模拟井筒所占用的实验场地。当然，本申请实施方式中，软管的弯曲过渡要平滑，以避免对压力波的传播造成较大的影响。此外，虽然采用金属管理论上也可以像软管那样盘绕，但其实现成本相比于软管要高的多。需要说明的是，采用的软管应当满足相应的压力要求。
本申请实施方式中，所述可视短节28可采用满足预设强度要求的玻璃、塑料或树脂等材料制成。此外，所述可视短节28要有适当的长度，以免在压力波扰动下，气液界面可能会运移到金属管内而无法监测到。
继续参考图1所示，在本申请一实施方式中，根据需要，所述第一软管22和所述第二软管25之间可设有微渗短节23，相应的，所述微渗短节23上可设有用以检测所述微渗短节23的微渗流量的流量传感器10，这样可实现气体泄漏环境下，压力波在天然气井及地下储气库井筒气体中的压力波传播模拟。此外，所述流量传感器10和所述微渗短节23之间还可以设有控制阀9。如此，通过调节所述控制阀9的开度，可进一步实现不同气体泄漏量环境下，压力波在天然气井及地下储气库井筒气体中的压力波传播模拟。
继续参考图1所示，在本申请一实施方式中，根据需要，所述第一软管22和所述第二软管25之间还可设有变径短节24，所述变径短节24可以为若干个，例如正常短节、缩径短节、扩径短节等等。如此，通过更换所述变径短节24，可以实现压力波在正常井筒、缩径井筒、扩径井筒等条件下的传播模拟。
继续参考图1所示，在本申请一实施方式中，所述加液装置可包括依次相连的自动压力泵4、泄压阀5、液体容器6和注液阀7，所述注液阀7与所述第三金属管29的侧壁下部连通。所述第三金属管29的下端设有排液阀8，以便于在完成实验模拟后，将所述模拟井筒中的液体排出。
在本申请一实施方式中，所述加气装置例如可以为空气泵或高压气源等。所述压力波激发及检测装置例如可以为回声仪等。当然，在本申请另一实施方式中，所述压力波激发及检测装置也可是压力波发生装置和对应的压力传感器的组合。
在本申请一实施方式中，如图1所示，所述界面监测装置可以包括摄像装置11，所述摄像装置11可安装于升降平台12上，以便于调整所述摄像装置11高度，从而使其镜头朝向所述可视短节28。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，本申请实施方式的模拟压力波在井筒中传播的设备，不仅可以应用于模拟气液界面在压力波传播过程中的变化，也可以应用于模拟液液界面在压力波传播过程中的变化。
当然，在模拟液液界面在压力波传播过程中的变化时，所采用的两相液体应当具有明显的分界面(例如油水两相液体具有明显的分界面)，以便于在模拟压力波传播的过程中可直观的观察到液液界面的变化。相应的，在模拟液液界面在压力波传播过程中的变化时，上述加气装置相应可更换为另一个加液装置，用于向模拟井筒内提供另一种液体；当然，所述可视短节内形成的是液液界面；而所述界面监测装置则可以用于监测所述压力波在所述模拟井筒内传播过程中，所述可视短节内的液液界面的变化。
结合图2所示，基于上述模拟压力波在井筒中传播的设备，本申请实施方式的压力波传播模拟方法可以包括以下步骤：
S201、利用加气装置和加液装置在可视短节内构造气液界面并保持；
S202、利用压力波激发及检测装置向模拟井筒内施加压力波并检测所述模拟井筒内的压力变化，并利用界面监测装置监测所述压力波在所述模拟井筒内传播过程中，所述可视短节内的气液界面变化。
S203、在实验后，排出所述模拟井筒内的气体和液体。
本申请实施方式中，气体可通过控气阀3排出，液体可通过排液阀8排出。
本申请实施方式中，所述模拟井筒中的压力根据需要可调。具体的，可先通过所述加气装置向所述模拟井筒中注入适量气体，然后再通过所述加液装置向所述模拟井筒中注入液体，直至所述模拟井筒中的压力达到预设压力，从而可以满足对井筒内不同气压环境下的压力波传播模拟。当然，也可先通过所述加液装置向所述模拟井筒中注入适量液体，然后再通过所述加气装置向所述模拟井筒中注入气体，直至所述模拟井筒中的压力达到预设压力。但无论采用哪种方式，都要确保气液界面位于所述可视短节内。较佳的，所述气液界面可位于所述可视短节内的中部，这样可以更有利于所述界面监测装置的监测。
在本申请一实施方式中，当需要模拟气体泄漏环境下，压力波在天然气井及地下储气库井筒气体中的压力波传播时，在所述利用加气装置和加液装置在可视短节内构造气液界面并保持之前，可在所述模拟井筒中增加微渗短节。
在本申请一实施方式中，当需要模拟压力波在正常井筒、缩径井筒、扩径井筒等不同条件下的传播模拟时，可在所述模拟井筒中增加或更换相应变径短节。
在本申请一实施方式中，当需要模拟液液界面在压力波传播过程中的变化时，则需要将上述模拟压力波在井筒中传播的设备中的加气装置相应更换为加液装置。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的方法或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于设备实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见设备实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。