井筒多相流动模拟与预测

井筒多相流模拟预测技术是研究油气水混合物在井筒中流动规律的核心技术，对进行人工举升优化和井筒流动保障性研究有着重要影响。例如，页岩油开采过程中，产量递减快，气液波动大，主要原因是水平井井段不同起伏度影响了气液流动稳定性，从而严重影响了举升效率。在水合物开采过程中，井筒结构复杂，气液固多相流态随管径、管道温压发生复杂变化、水合物在井筒内二次生成等，导致举升系统受多相流动影响远远大于常规举升过程。

在国家重大专项和重点合作攻关项目的支持下，课题组经过多年的研究和持续攻关，形成了各种复杂流动条件下的井筒多相流模拟预测技术，包括页岩油水平井气液流动模拟技术、煤层气排采中起伏井筒气-水-煤粉三相流模拟技术、天然气水合物在井筒中的气液固三相流模拟及在管道中的浆流模拟技术、基于复杂分采管柱的天然气水合物ESP排采多相流模拟技术、井筒瞬态模拟技术等，在此领域的主要成果如下：

垂直、倾斜井筒流动及人工举升实验装置

人工举升实验是一种常用的试验方法，用于模拟油井中的产油情况，以便研究和优化油井的生产效率、流体流动特性以及人工举升系统的性能。通过该实验装置，可以进行如生产效率分析、流体流动特性研究、人工举升系统性能分析、人工举升技术改进、气液两相流研究及流体性质研究等实验。

垂直、倾斜井筒流动及人工举升实验装置

两相流流型有助于两相流体结构与运动规律的研究，是开展油气水多相流研究的基础，为了探究各种流型之间转换过程中的流体动力学现象利用丝网传感器，能够测量得到气体两相流的局部流体混合电导率，进一步可导出含气率、气泡尺寸等定量值。基于WMS测量原理，将交叉点测量的气体浓度值作为图像像素显示，可实现横截面气体浓度的可视化。

WMS丝网传感器及测量系统

煤粉的沉降、浮升及运移规律

针对井眼轨迹的起伏对煤层气井造成的严重段塞流或者低部位煤粉沉积堵塞造成的流动阻力加大和压力波动加剧等问题，研究了煤粉在起伏井筒气-水流动中的沉降、浮升及运移规律，得到不同相态流动条件下的临界携带煤粉参数。在此基础上建立了起伏井筒气-水-煤粉三相流动模型，为煤层气井井眼轨迹和井筒尺寸设计、生产和洗井参数优化提供依据，对于充分发挥煤层气井的生产潜力，具有非常重要的意义。

不同粒径煤粉颗粒结团漂浮与沉降模拟实验

技术路线框图

水合物开采

对水合物开采过程中井筒和管道复杂的多相流动问题，以保障安全、连续生产为目标，分别建立了天然气水合物在井筒中的气液固三相流动模拟方法及管道浆流模拟方法，形成一套天然气水合物从井筒到管道流动的一体化模拟方法，并编制了天然气水合物井筒多相流动模拟和相平衡预测软件，为可燃冰举升设计和优化打下基础，预测出海底附近水合物二次生成的风险最大，研究了天然气水合物井筒管柱配套工艺，为水合物的有效防治提供了有效指导。