用于测试天然气井雾化效果的模拟实验装置的制作方法

本实用新型涉及石油天然气开采领域，特别涉及一种用于测试天然气井雾化效果的模拟实验装置。

背景技术：

目前，大多数天然气井的排液能量主要依靠地层压力，天然气在排出的过程中会将地层水举升至地面。但天然气井的真实运行情况如下：天然气井中天然气在举升液体过程中就会增大，其从井底到井口的沿程阻力损失造成流体能量的递减，这样就会有一部分液体在未到达井口时由于举升能量小于液体本身的重力势能导致重新回流井底，不过此时形成的液体尚未形成对地层的压制。随着时间的增加，最终液体形成的液柱压力大于地层压力时就会导致地层中的天然气无法流出井底，这个过程的最终结果就是：随着时间的增加，天然气井的产量逐渐递减，直至零产量。

因此，为解决天然气井因积液造成天然气产量下降的问题，在天然气井中运用了天然气井雾化装置，其主要原理就是在井下适当位置安装该工具从而阻止从井口回流的液体回流井底或使井底液体雾化形成体积较小的水珠，使得天然气更容易携带进而排出井口。然而在下井前需要对天然气井雾化装置进行可行性和各项性能的检测，基于上述目的，亟需一种用于测试天然气井雾化效果的模拟实验装置。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例所要解决的技术问题是提供了一种用于测试天然气井雾化效果的模拟实验装置，其能够模拟气水混合条件下不同压差对井筒液体的雾化效果，同时能够模拟不同气量、水量下的雾化效果。

本实用新型实施例的具体技术方案是：

一种用于测试天然气井雾化效果的模拟实验装置，包括：

气源提供单元，所述气源提供单元包括：储气罐，所述储气罐上设置有压力表；能与所述储气罐相连通的气源；

液体提供单元，所述液体提供单元包括能与所述储气罐相连通的储水罐；

雾化发生观察装置，所述雾化发生观察装置包括用于将气水进行混合的气水混合机构；与所述气水混合机构相连通的用于将混合后的气水进行雾化的雾化机构；与所述雾化机构相连通的用于观察雾化后的水气的雾化现象观察机构，所述雾化现象观察机构的出口连接有泄压阀；

控制输送单元，所述控制输送单元连接所述气水混合机构和所述储气罐、所述气水混合机构和所述储水罐，并对所述储气罐、所述储水罐向所述气水混合机构输送流体的流量进行控制。

在一种优选的实施方式中，所述气源与所述储气罐之间设置有第一阀门；所述储水罐与所述储气罐之间设置有第二阀门。

在一种优选的实施方式中，所述控制输送单元包括第一控制输送管线和第二控制输送管线，所述第一控制输送管线连接所述储气罐与所述气水混合机构，所述第一控制输送管线上设置有第三阀门和气体流量测量装置，所述第二控制输送管线上设置有第四阀门和液体流量测量装置。

在一种优选的实施方式中，所述气体流量测量装置为气体涡街流量计，所述液体流量测量装置为液体涡街流量计。

在一种优选的实施方式中，所述储气罐上设置有安全阀，所述压力表为数字压力表。

在一种优选的实施方式中，所述雾化现象观察机构上连接有防震压力表。

在一种优选的实施方式中，所述气水混合机构包括：具有第一连接口和第二连接口的下端盖，所述第一连接口能与所述储气罐相连通，所述第二连接口能与所述储水罐相连通；

所述雾化机构包括：第一管体，所述第一管体内部具有引导管；设置在所述第一管体与所述下端盖之间具有多个开孔的雾化件；

所述雾化现象观察机构包括：第二管体，所述第二管体呈透明状；设置在所述第二管体与所述第一管体之间的具有开口的隔离板，所述引导管穿设在所述开口中；设置在所述第二管体一端的上端盖。

在一种优选的实施方式中，所述下端盖、雾化件、第一管体、第二管体、隔离板、上端盖之间通过拉杆进行固定。

在一种优选的实施方式中，所述下端盖与雾化件之间相密封连接，所述雾化件与所述第一管体之间相密封连接，所述第一管体与所述隔离板之间相密封连接，所述第二管体与所述隔离板之间相密封连接，所述第二管体与所述上端盖之间相密封连接。

在一种优选的实施方式中，所述上端盖上具有出口。

本实用新型的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请在模拟实验过程中，先将储水罐中泵入实验所需水体积，利用气源给储气罐注入实验气体至实验设计需要的压力，通过压力表数值达到所需压力时，停止注入。将储气罐与储水罐相连通，通过控制输送单元使得储气罐、储水罐与雾化发生观察装置相连通，同时控制储气罐、储水罐向雾化发生观察装置输送气、水流量。调节雾化现象观察机构的出口的泄压阀，从而形成实验所需的压差，储气罐、储水罐中的气体和水输送至雾化发生观察装置中的气水混合机构进行混合，再经过雾化机构雾化，水气雾化后流入至雾化现象观察机构。此时在雾化现象观察机构处观察该压差、气量、水量下的雾化现象。与现有的模拟天然气井雾化效果的实验装置不同的是，本实用新型中通过气源模拟地层压力，并且压力值可通过储气罐进行调节，以模拟不同天然气井压力条件下的地层状况；其次，还可以通过控制输送单元调节以模拟不同天然气井中不同的出水量和不同天然气井中不同的出气量；最后，还可以通过泄压阀改变不同压差模拟雾化工具的雾化效果。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本实用新型实施例中用于测试天然气井雾化效果的模拟实验装置的系统图；

图2为本实用新型实施例中雾化发生观察装置的剖面图。

以上附图的附图标记：

1、气源；2、第一阀门；3、储气罐；4、安全阀；5、压力表；6、气体流量测量装置；7、储水罐；8、液体流量测量装置；9、防震压力表；10、雾化发生观察装置；101、下端盖；1011、第一连接口；1012、第二连接口；102、雾化件；103、第一管体；104、引导管；105、隔离板；106、第二管体；107、上端盖；108、拉杆；11、泄压阀；21、第二阀门；22、第三阀门；23、第四阀门。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够模拟气水混合条件下不同压差下对井筒液体的雾化效果，同时能够模拟不同气量、水量下的雾化效果，在本申请中提出了一种用于测试天然气井雾化效果的模拟实验装置，图1为本实用新型实施例中用于测试天然气井雾化效果的模拟实验装置的系统图，图2为本实用新型实施例中雾化发生观察装置的剖面图，如图1和图2所示，该用于测试天然气井雾化效果的模拟实验装置可以包括：气源提供单元，气源提供单元包括：储气罐3，储气罐3上设置有压力表5；能与储气罐3相连通的气源1；液体提供单元，液体提供单元包括能与储气罐3相连通的储水罐7；雾化发生观察装置10，雾化发生观察装置10包括用于将气水进行混合的气水混合机构；与气水混合机构相连通的用于将混合后的气水进行雾化的雾化机构；与雾化机构相连通的用于观察雾化后的水气的雾化现象观察机构，雾化现象观察机构的出口连接有泄压阀11；控制输送单元，控制输送单元连接气水混合机构和储气罐3、气水混合机构和储水罐7，并对储气罐3、储水罐7向气水混合机构输送流体的流量进行控制。

在模拟实验过程中，先将储水罐7中泵入实验所需水体积，利用气源1给储气罐3注入实验气体至实验设计需要的压力，通过压力表5数值达到所需压力时，停止注入。将储气罐3与储水罐7相连通，通过控制输送单元使得储气罐3、储水罐7与雾化发生观察装置10相连通，同时控制储气罐3、储水罐7向雾化发生观察装置10输送气、水流量。调节雾化现象观察机构的出口的泄压阀11，从而形成实验所需的压差，储气罐3、储水罐7中的气体和水输送至雾化发生观察装置10中的气水混合机构进行混合，再经过雾化机构雾化，水气雾化后流入至雾化现象观察机构。此时在雾化现象观察机构处观察该压差、气量、水量下的雾化现象。

与现有的模拟天然气井雾化效果的实验装置不同的是，本实用新型中通过气源1模拟地层压力，并且压力值可通过储气罐3进行调节，以模拟不同天然气井压力条件下的地层状况；其次，还可以通过控制输送单元调节以模拟不同天然气井中不同的出水量和不同天然气井中不同的出气量；最后，还可以通过泄压阀11改变不同压差模拟雾化工具的雾化效果。

为了能够更好的了解本申请中的用于测试天然气井雾化效果的模拟实验装置，下面将对其做进一步解释和说明。如图1所示，气源1提供单元可以包括：储气罐3，储气罐3上设置有压力表5；能与储气罐3相连通的气源1。该压力表5可以是精密数字压力表5，以便在在实验中可以通过计算机记录每个时间段内的压力变化，保证了实验的精确性。同时，为了保证实验安全，在储气罐3上设置有安全阀4。该气源1可以采用氮气瓶，从而可以避免排出的气体对实验人员造成伤害。在气源1与储气罐3之间设置有第一阀门2，以控制气源1向储气罐3输入气体，该第一阀门2具体可以采用高压球阀。气源1与储气罐3之间的连接管线需采用耐压管线，例如单层高压橡胶软管，承压为25Mpa，并且两端均采用活接头与储气罐3、气源1、第一阀门2连接。

如图1所示，液体提供单元可以包括能与储气罐3相连通的储水罐7。储水罐7与储气罐3之间设置有第二阀门21，第二阀门21可以是高压球阀，通过第二阀门21以控制储水罐7与储气罐3之间的连通和断开。储水罐7的上部可以与第二阀门21相连接，储水罐7的下部可以设置有开闭可控的出水口，以便将储水罐7中的液体排出，避免积水腐蚀罐体。

如图1所示，控制输送单元连接气水混合机构和储气罐3、气水混合机构和储水罐7，并对储气罐3、储水罐7向气水混合机构输送流体的流量进行控制。具体而言，控制输送单元可以包括第一控制输送管线和第二控制输送管线，第一控制输送管线连接储气罐3与气水混合机构，第一控制输送管线上设置有第三阀门22和气体流量测量装置6，第二控制输送管线上设置有第四阀门23和液体流量测量装置8。第三阀门22和第四阀门23可以是高压球阀，气体流量测量装置6和液体流量测量装置8可以采用涡街流量计，其中，气体流量测量装置6为气体涡街流量计，其并能够耐高压，液体流量测量装置8为液体涡街流量计，其也能够耐高压。通过调节第三阀门22和第四阀门23可以保证显示在液体涡街流量计和气体涡街流量计上的流量读数，并可以调节安全阀4以保证压差相同的情况下，模拟同一口天然气井使用不同雾化发生观察装置10时的雾化效果；还可以保证气体以及水的流量不变，调节减压阀以改变压差或者压差不变，改变气体和水的流量，以验证同一个雾化发生观察装置10在不同天然气井中的雾化效果。

储气罐3、储水罐7、第二阀门21、第三阀门22、第四阀门23、气体流量测量装置6、液体流量测量装置8以及雾化发生观察装置10之间需采用耐压管线，该耐压管线可以采用相同内径的高压软管和钢管的组合等。气体流量测量装置6可以位于储气罐3与第三阀门22的中心位置处，储气罐3和气体流量测量装置6之间的距离可以在耐压管线通径的50倍以上，如此可以保证实验效果。液体流量测量装置8可以位于储水罐7与第四阀门23的中心位置处，储水罐7和液体流量测量装置8之间的距离可以在耐压管线通径的50倍以上。

如图2所示，雾化发生观察装置10可以包括用于将气水进行混合的气水混合机构；与气水混合机构相连通的用于将混合后的气水进行雾化的雾化机构；与雾化机构相连通的用于观察雾化后的水气的雾化现象观察机构，雾化现象观察机构的出口连接有泄压阀11。气水混合机构包括：具有第一连接口1011和第二连接口1012的下端盖101，第一连接口1011能与储气罐3相连通，第二连接口1012能与储水罐7相连通；雾化机构包括：第一管体103，第一管体103内部具有引导管104；设置在第一管体103与下端盖101之间具有多个开孔的雾化件102；雾化现象观察机构包括：第二管体106，第二管体106呈透明状；设置在第二管体106与第一管体103之间的具有开口的隔离板105，引导管104穿设在开口中；设置在第二管体106一端的上端盖107。在一种优选的实施方式中，第一连接口1011位于第二连接口1012的下方，如此，当气体经过第一连接口1011向上流动时能携带自第二连接口1012流入的液体向上流动，从而使得两者混合更加均匀并在雾化件102实现雾化。

第一管体103和第二管体106可以采用有机玻璃材质制成的有机玻璃管，并且在两端粘接有有机玻璃材质的法兰盘，法兰盘可以用于连接或相互压紧。有机玻璃材质的透明度较好，可以便于实验者直接观察到第一管体103和第二管体106中实验现象。上端盖107可以采用法兰盘，其可以用碳钢材料制成，并且在上面设置有连接管线的出口以及安装防震压力表95的槽口。上端盖107上通过管线与泄压阀11相连接，泄压阀11不仅要求能够保证释放压力以在雾化发生观察装置10中形成压差，还要保证在形成压差过程中能够保证流体能够通过泄压阀11流出雾化发生观察装置10。

雾化件102的开孔数量以及孔径等参数可以根据实验需要所计算确定，因此，通过雾化件102能够控制进入雾化发生观察装置10形成的混合液能够更加符合天然气井的真实状况。

如图2所示，为了使得下端盖101与雾化件102之间相密封连接，雾化件102与第一管体103之间相密封连接，第一管体103与隔离板105之间相密封连接，第二管体106与隔离板105之间相密封连接，第二管体106与上端盖107之间相密封连接，第一管体103和第二管体106的法兰盘接口处均可以采用厚度为6mm的硅胶密封垫进行密封；同时，在上端盖107、第二管体106的法兰盘、第一管体103的法兰盘、隔离板105、雾化件102和下端盖101的竖直方向开设有多个贯穿孔，在贯穿孔中穿设有拉杆108，拉杆108的的不同位置上可以设置螺母，通过螺母转动以分别对上端盖107和第二管体106的法兰盘进行收紧、第二管体106的法兰盘和第一管体103的法兰盘之间进行收紧、第一管体103的法兰盘和下端盖101之间进行收紧，从而使得上端盖107、第二管体106的法兰盘、第一管体103的法兰盘、隔离板105、雾化件102和下端盖101之间能够承受高压，其需要承受超过用于测试天然气井雾化效果的模拟实验装置所需要最高压力的1.2倍以上，从而确保实验可以顺利进行。

本申请中的模拟实验装置能够模拟天然气井生产中的真实情况，通过改变压差、水的流量、气体流量等更加真实的模拟天然气井生产中的情况，通过直观的现象了解雾化工具的性能。其次，该装置可以在压差不变的情况下，通过改变气量、水量等进行不同天然气井雾化效果的模拟。因此，根据天然气井真实出液量、产气量进行雾化工具压差的调整，并间接通过本申请中的模拟实验装置进行验证、测试或调整，从而有效地解决了井下实验高成本的问题。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

以上所述仅为本实用新型的几个实施方式，虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。