一種用于測量環(huán)霧流場中液滴形狀及尺寸的實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于測量環(huán)霧流場中液滴形狀及尺寸的實驗裝置，包括壓縮機(jī)、儲氣罐、第一閥門至第十二閥門、四通、氣體渦街流量計、注氣管線、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、高位水箱、引水管線、耐壓儲水罐、注水管線、底座、有機(jī)透明玻璃管、除液膜短節(jié)、液膜收集裝置、液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)、180度彎接頭、第一水計量裝置、第二水計量裝置、差壓傳感器、高速攝像機(jī)、鹵鎢燈、黑色橡膠背景板、數(shù)據(jù)采集模塊、電腦、參照標(biāo)準(zhǔn)絲和液體電磁流量計。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠準(zhǔn)確測量環(huán)霧流場中最大液滴的形狀及尺寸，還能夠避免粘附在管壁上的液膜影響攝影法拍攝的效果，具有推廣使用的價值。
【專利說明】一種用于測量環(huán)霧流場中液滴形狀及尺寸的實驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天然氣氣液測試裝置，尤其涉及一種用于測量環(huán)霧流場中液滴形狀及尺寸的實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著整個氣藏的開發(fā)，地層壓力的不斷下降，氣井不能再提供足夠的能量使井筒內(nèi)的水(液)連續(xù)流出井口，則部分液體必然沉降、聚集在井底，出現(xiàn)井底積液。井底積液將增加井底流壓，降低生產(chǎn)壓差和氣井的生產(chǎn)能力。隨著氣井產(chǎn)量的降低，攜液能力進(jìn)一步變差，井底積液會在較短時間內(nèi)惡性增加，最后導(dǎo)致氣井停噴，即俗稱“氣井水淹”。目前，判斷氣井是否存在積液的常用方法是根據(jù)連續(xù)攜液理論進(jìn)行判斷。氣井連續(xù)攜液生產(chǎn)的流型條件為環(huán)霧流。根據(jù)液滴攜帶理論，若氣流不能將環(huán)霧流場中最大液滴帶出井口，氣井將開始積液。通過對最大液滴質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行受力分析，確定連續(xù)攜液最小氣流速的基礎(chǔ)是確定最大液滴尺寸和液滴形狀及相應(yīng)的迎風(fēng)受力面積。
[0003]環(huán)霧流場中最大液滴尺寸測量方法有攝像法、衍射分析法和多普勒成像技術(shù)。衍射分析法和多普勒成像技術(shù)不能測量液滴的形狀。攝影法由于液膜粘附在管壁影響使氣流中心液滴模糊不清，影響拍攝效果。攝影法拍攝效果的關(guān)鍵是除去粘附在管壁上的液膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種用于測量環(huán)霧流場中液滴形狀及尺寸的實驗裝置。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的:
[0006]本發(fā)明包括壓縮機(jī)、儲氣罐、第一閥門至第十二閥門、四通、氣體渦街流量計、注氣管線、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、高位水箱、引水管線、耐壓儲水罐、注水管線、底座、有機(jī)透明玻璃管、除液膜短節(jié)、液膜收集裝置、液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)、180度彎接頭、第一水計量裝置、第二水計量裝置、差壓傳感器、高速攝像機(jī)、齒鎢燈、黑色橡膠背景板、數(shù)據(jù)采集模塊、電腦、參照標(biāo)準(zhǔn)絲和液體電磁流量計，所述壓縮機(jī)的出氣口通過所述第一閥門與所述儲氣罐的進(jìn)氣口連接，所述儲氣罐的出氣口一次通過所述第二閥門和所述第三閥門與所述四通的第一端連接，所述四通的第二端通過所述引水管線與所述高位水箱連接，所述第六閥門和所述第七閥門均設(shè)置于所述引水管線上，所述四通的第三端與所述耐壓儲水罐的入水口連接，所述四通的第四端依次通過所述注氣管線與所述有透明玻璃罐的下端連接，所述第四閥門和所述第五閥門均設(shè)置于所述注氣管線上，所述氣體渦街流量計和所述第一壓力傳感器均設(shè)置于所述第四閥門和所述第五閥門之間的管線上，所述耐壓儲水罐的出水口通過所述注水管線與所述有機(jī)透明玻璃管的下端連接，所述第八閥門和所述第九閥門均設(shè)置于所述注水管線上，所述液體電磁流量計設(shè)置于所述有機(jī)玻璃管的下端，所述有機(jī)透明玻璃罐的下端安裝于所述底座上，所述第二壓力傳感器和所述差壓傳感器均設(shè)置于所述有機(jī)透明玻璃管上，所述液膜收集裝置設(shè)置于所述有機(jī)透明玻璃罐上，所述除液膜短節(jié)設(shè)置于所述液膜收集裝置內(nèi)，所述液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)設(shè)置于所述液膜收集裝置上，所述液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)內(nèi)設(shè)置有所述參照標(biāo)準(zhǔn)絲，所述180度彎接頭的一端與所述液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)連接其另一端通過所述第十二閥門與所述第一水計量裝置連接，所述黑色橡膠背景板設(shè)置于所述液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)的一側(cè)，所述高速攝像機(jī)和所述鹵鎢燈均設(shè)置于所述液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)的另一側(cè)，所述攝像機(jī)與所述電腦連接，所述電腦與所述數(shù)據(jù)采集模塊連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊分別與所述差壓傳感器、所述第一壓力傳感器、所述第二壓力傳感器、所述液體電磁流量計和所述氣體渦街流量計連接，所述液膜收集裝置的出水口通過所述第十一閥門與所述第二水計量裝置連接，所述第十閥門設(shè)置于所述耐壓儲水罐的下端。
[0007]進(jìn)一步，儲氣罐上設(shè)置有第一機(jī)械壓力表，所述耐壓儲水罐上設(shè)置有第二機(jī)械壓力表。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:
[0009]本發(fā)明是一種用于測量環(huán)霧流場中液滴形狀及尺寸的實驗裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相t匕，本發(fā)明能夠準(zhǔn)確測量環(huán)霧流場中最大液滴的形狀及尺寸，還能夠避免粘附在管壁上的液膜影響攝影法拍攝的效果，具有推廣使用的價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中:1-壓縮機(jī)、2-儲氣罐、3-1-第一機(jī)械壓力表、3-2-第二機(jī)械壓力表、4-1 -第一閥門、4-2-第二閥門、4-3-第三閥門、4-4-第四閥門、4_5_第五閥門、4_6_第六閥門、4_7_第七閥門、4_8_第八閥門、4_9_第九閥門、4-10-第十閥門、4_11_第十一閥門、4-12-第十二閥門、5-四通、6-注氣管線、7-氣體渦街流量計、8-1-第一壓力傳感器、8-2-第二壓力傳感器、9-高位水箱、10-引水管線、11-耐壓儲水罐、12-注水管線、13-底座、14-有機(jī)透明玻璃管、15-除液膜短節(jié)、16-液膜收集裝置、17-液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)、18-180度彎接頭、19-1-第一水計量裝置、19-2-第二水計量裝置、20-差壓傳感器、21-高速攝像機(jī)、22-鹵鎢燈、23-黑色橡膠背景板、24-數(shù)據(jù)采集模塊、25-電腦、26-參照標(biāo)準(zhǔn)絲、27-液體電磁流量計。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0014]如圖1所示:本發(fā)明包括壓縮機(jī)1、儲氣罐2、第一閥門4-1至第十二閥門4-12、四通5、氣體渦街流量計7、注氣管線6、第一壓力傳感器8-1、第二壓力傳感器8-2、高位水箱
9、引水管線10、耐壓儲水罐11、注水管線12、底座13、有機(jī)透明玻璃管14、除液膜短節(jié)15、液膜收集裝置16、液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)17、180度彎接頭18、第一水計量裝置19-1、第二水計量裝置19-2、差壓傳感器20、高速攝像機(jī)21、齒鎢燈22、黑色橡膠背景板23、數(shù)據(jù)采集模塊24、電腦25、參照標(biāo)準(zhǔn)絲26和液體電磁流量計27，壓縮機(jī)的出氣口通過第一閥門4-1與儲氣罐的進(jìn)氣口連接，儲氣罐的出氣口一次通過第二閥門4-2和第三閥門4-3與四通5的第一端連接，四通5的第二端通過引水管線10與高位水箱9連接，第六閥門4-6和第七閥門4-7均設(shè)置于引水管線10上，四通5的第三端與耐壓儲水罐11的入水口連接，四通5的第四端依次通過注氣管線6與有透明玻璃罐的下端連接，第四閥門4-4和第五閥門4-5均設(shè)置于注氣管線6上，氣體渦街流量計7和第一壓力傳感器8-1均設(shè)置于第四閥門4-4和第五閥門4-5之間的管線上，耐壓儲水罐11的出水口通過注水管線12與有機(jī)透明玻璃管14的下端連接，第八閥門4-8和第九閥門4-9均設(shè)置于注水管線12上，液體電磁流量計27設(shè)置于有機(jī)玻璃管的下端，有機(jī)透明玻璃罐的下端安裝于底座13上，第二壓力傳感器8-2和差壓傳感器20均設(shè)置于有機(jī)透明玻璃管14上，液膜收集裝置16設(shè)置于有機(jī)透明玻璃罐上，除液膜短節(jié)15設(shè)置于液膜收集裝置16內(nèi)，液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)17設(shè)置于液膜收集裝置16上，液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)17內(nèi)設(shè)置有參照標(biāo)準(zhǔn)絲26，180度彎接頭18的一端與液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)17連接其另一端通過第十二閥門4-12與第一水計量裝置19-1連接，黑色橡膠背景板23設(shè)置于液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)17的一側(cè)，高速攝像機(jī)21和鹵鎢燈22均設(shè)置于液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)17的另一側(cè)，攝像機(jī)與電腦25連接，電腦25與數(shù)據(jù)采集模塊24連接，數(shù)據(jù)采集模塊24分別與差壓傳感器20、第一壓力傳感器8-1、第二壓力傳感器8-2、液體電磁流量計27和氣體渦街流量計7連接，液膜收集裝置16的出水口通過第十一閥門4-11與第二水計量裝置19-2連接，第十閥門4-10設(shè)置于耐壓儲水罐11的下端，儲氣罐上設(shè)置有第一機(jī)械壓力表3-1，耐壓儲水罐11上設(shè)置有第二機(jī)械壓力表3-2。實驗過程中第二閥門、第三閥門打開，第四閥門關(guān)閉，儲水罐和儲氣罐相互連通，形成一個壓力系統(tǒng)，儲氣罐能提供由儲水罐向有機(jī)透明玻璃注水的動力；由于注氣管線和注水管線相互連通，形成為一個壓力系統(tǒng)，便于調(diào)節(jié)注入壓力和控制注氣量及注水量。
[0015]實施例1:所發(fā)明所用水在實驗前由高位水箱9、第六閥門4-6、引水管線10、第七閥門4-7、四通5引入到耐壓儲水罐11中，耐壓儲水罐11中的水用完后再引入，耐壓儲水罐11中的水由儲氣罐2的壓力能驅(qū)到有機(jī)透明玻璃管14的下端。有機(jī)透明玻璃管14的連接180度彎接頭18能減少末端效應(yīng)，末端裝的第十二閥門4-12用于憋壓、調(diào)節(jié)有機(jī)透明玻璃管14的壓力，能夠開展不同流壓下的流動實驗，從有機(jī)透明玻璃管14末端流出的液滴由第一計量裝置19-1計量。除液膜裝置15用于除去環(huán)霧流場中粘附在管壁的液膜，讓分散相液滴垂直向上流動，以便透過管壁觀察環(huán)霧流場氣芯中的液滴。液膜收集裝置16用于收集除液膜裝置15收集的液膜，液膜由第二計量裝置19-2計量。液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)17為高強(qiáng)度有機(jī)玻璃，其上固定有已知尺寸的參照標(biāo)準(zhǔn)絲26，參照標(biāo)準(zhǔn)絲26作為參考尺寸量取液滴的幾何尺寸。
[0016]本發(fā)明的實驗過程如下:
[0017](I)實驗前，斷開第三閥門4-3與四通5的連接，高位水箱9通過引水管線10向耐壓儲水罐3充水，耐壓儲水罐3充足水后，打開第三閥門4-3與四通5的連接。
[0018](2)開啟第一閥門4-1、第二閥門4-2、第三閥門4_3，閉合第七閥門4_7、第八閥門4-8、第九閥門4-9，啟動壓縮機(jī)1，向儲氣罐2和耐壓儲水罐3充氣，儲氣罐2壓力升至預(yù)定壓力值，停止壓縮機(jī)I。
[0019](3)關(guān)閉第十二閥門4-12，開啟第四閥門4-4、第五閥門4-5，向有機(jī)透明玻璃管14充氣至預(yù)期壓力值，直至第一壓力傳感器8-1為預(yù)期壓力值；打開第九閥門4-9，調(diào)節(jié)第八閥門4-8的開度，直至液體電磁流量計27為給定壓力值下的預(yù)期值，從而使水流量達(dá)到預(yù)期值，閉合第九閥門4-9，第八閥門4-8開度不變。[0020](4)打開第五閥門4-5，反復(fù)調(diào)節(jié)第四閥門4-12和第十二閥門4_12的開度，直至氣體渦街流量計7面板顯示流量為預(yù)期壓力下的預(yù)期氣流量值。
[0021](5)打開第九閥門4-9和第五閥門4-5，啟動壓縮機(jī)1，維持儲氣罐2和耐壓儲水罐11的壓力恒定，各個傳感器采集壓力、差壓、氣流量數(shù)據(jù)，高速攝像機(jī)21連續(xù)拍攝照片。
[0022](6)當(dāng)實驗達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，啟動秒表，記錄實驗穩(wěn)定起始時間，第一計量裝置19-1和第二計量裝置19-2開始收集液膜和液滴；實驗穩(wěn)定流動一段時間后，關(guān)閉第九閥門
4-9和第五閥門4-5，讀取秒表記錄的時間；實驗過程中通過壓縮機(jī)I運(yùn)行狀態(tài)維持儲氣罐2和耐壓儲水罐11的壓力。
[0023](7)量取第一計量裝置19-1和第二計量裝置19-2收集的液量，氣流量為氣體渦街流量計7第I次計量和液流量為液體電磁流量計27第I次計量下的實驗結(jié)束。
[0024](8)液流量不變，調(diào)節(jié)第四閥門4-4開度，調(diào)節(jié)氣流量至第2次預(yù)期流量；重復(fù)步驟(4)?步驟(7)，測試每次氣流量的液滴流量、液膜流量，采集壓力、壓差數(shù)據(jù)，拍攝各種氣流量條件下的照片。
[0025](9)調(diào)節(jié)閥第八閥門4-8開度，改變注水量，重復(fù)步驟(3)?(8)，完成液流量不同氣流量下物理實驗。
[0026]液滴尺寸量取過程如下:
[0027]將拍攝的圖片與參照標(biāo)準(zhǔn)絲26作對比，讀取液滴的高、寬尺寸。改變氣流量和液流量及壓力，拍攝不同流動條件下的照片，讀取照片中的液滴高、寬尺寸，即得到不同流動條件下的液滴尺寸。求取液滴變形前的尺寸。氣流中的液滴在氣流場中會變形為橢球體，根據(jù)液滴體積守恒原理，得到液滴的初始直徑。
[0028]實施例2，如圖2所示:本發(fā)明的另一種低壓下的測試裝置和方法:
[0029]低壓下的實驗測試有兩點(diǎn)差異，一是測試裝置的測試段與前面不同；二是氣流速的標(biāo)定不同。液滴尺寸及形狀測試段增加了除液膜口，除液膜口四周與大氣相通，液膜的液量不收集，不計量，除液膜口上部有一整流管段，使氣流場恢復(fù)至除液膜之前的狀態(tài)，避免氣流場形態(tài)影響液滴的形狀而影響實驗結(jié)果。在整流管段出口拍攝液滴尺寸和大小，能徹底避免液膜對拍攝效果的影響。
[0030]氣流速標(biāo)定過程如下:
[0031](I)采用液滴尺寸的標(biāo)定方法對所拍攝的圖片高度進(jìn)行判讀；
[0032](2)計數(shù)微液滴從拍攝到的圖片底部運(yùn)動至拍攝到的圖片頂部的幀數(shù)η ；
[0033](3)確定微液滴運(yùn)動速度:微液滴運(yùn)動速度U=每秒拍攝幀數(shù)X圖片高度/幀數(shù)η ；
[0034](4)氣流速=微液滴運(yùn)動速度。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量環(huán)霧流場中液滴形狀及尺寸的實驗裝置，其特征在于:包括壓縮機(jī)、儲氣罐、第一閥門至第十二閥門、四通、氣體渦街流量計、注氣管線、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、高位水箱、引水管線、耐壓儲水罐、注水管線、底座、有機(jī)透明玻璃管、除液膜短節(jié)、液膜收集裝置、液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)、180度彎接頭、第一水計量裝置、第二水計量裝置、差壓傳感器、高速攝像機(jī)、齒鎢燈、黑色橡膠背景板、數(shù)據(jù)采集模塊、電腦、參照標(biāo)準(zhǔn)絲和液體電磁流量計，所述壓縮機(jī)的出氣口通過所述第一閥門與所述儲氣罐的進(jìn)氣口連接，所述儲氣罐的出氣口一次通過所述第二閥門和所述第三閥門與所述四通的第一端連接，所述四通的第二端通過所述引水管線與所述高位水箱連接，所述第六閥門和所述第七閥門均設(shè)置于所述引水管線上，所述四通的第三端與所述耐壓儲水罐的入水口連接，所述四通的第四端依次通過所述注氣管線與所述有透明玻璃罐的下端連接，所述第四閥門和所述第五閥門均設(shè)置于所述注氣管線上，所述氣體渦街流量計和所述第一壓力傳感器均設(shè)置于所述第四閥門和所述第五閥門之間的管線上，所述耐壓儲水罐的出水口通過所述注水管線與所述有機(jī)透明玻璃管的下端連接，所述第八閥門和所述第九閥門均設(shè)置于所述注水管線上，所述液體電磁流量計設(shè)置于所述有機(jī)玻璃管的下端，所述有機(jī)透明玻璃罐的下端安裝于所述底座上，所述第二壓力傳感器和所述差壓傳感器均設(shè)置于所述有機(jī)透明玻璃管上，所述液膜收集裝置設(shè)置于所述有機(jī)透明玻璃罐上，所述除液膜短節(jié)設(shè)置于所述液膜收集裝置內(nèi)，所述液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)設(shè)置于所述液膜收集裝置上，所述液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)內(nèi)設(shè)置有所述參照標(biāo)準(zhǔn)絲，所述180度彎接頭的一端與所述液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)連接其另一端通過所述第十二閥門與所述第一水計量裝置連接，所述黑色橡膠背景板設(shè)置于所述液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)的一側(cè)，所述高速攝像機(jī)和所述齒鎢燈均設(shè)置于所述液滴尺寸及形狀觀測短節(jié)的另一側(cè)，所述攝像機(jī)與所述電腦連接，所述電腦與所述數(shù)據(jù)采集模塊連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊分別與所述差壓傳感器、所述第一壓力傳感器、所述第二壓力傳感器、所述液體電磁流量計和所述氣體渦街流量計連接，所述液膜收集裝置的出水口通過所述第十一閥門與所述第二水計量裝置連接，所述第十閥門設(shè)置于所述耐壓儲水罐的下端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用 于測量環(huán)霧流場中液滴的實驗裝置，其特征在于:儲氣罐上設(shè)置有第一機(jī)械壓力表，所述耐壓儲水罐上設(shè)置有第二機(jī)械壓力表。
【文檔編號】G01B11/24GK103900937SQ201410128892
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】王志彬, 李穎川, 王小魏, 鐘海全, 向瑞, 王沛然, 王潤澤, 李沛宇 申請人:西南石油大學(xué)