復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置的制作方法

本發明涉及多相管流實驗技術領域，尤其涉及一種復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置。

背景技術：

隨著采出石油總量的不斷增加，油層壓力日益降低；注水開發的油田，油井產水百分比逐漸增大，使流體的比重增加，這兩種情況都使油井自噴能力逐步減弱。為提高產量，需采取人工舉升法采油(又稱機械采油)，即人為地向油井井底增補能量，將油藏中的石油舉升至井口的方法，人工舉升法采油是油田開采的主要方式，特別在油田開發后期，人工舉升法采油主要有泵抽采油法和氣舉采油法兩種。

油氣在井筒內的上升時，管道中的氣-液兩相垂直管流的研究存在十分重要的價值。因為管道中氣-液兩相的流動時的壓力變化和含氣率的變化使得氣-液的混合物表現出不一樣的流形。而這些不一樣的流形又會干擾沿程壓力梯度的變化以及混合物的密度等；特別是人工舉升井，氣-液兩相流的流動型態對于管道內的壓力分布有著干擾。管道內壓力梯度的變化不但影響到油氣井是否自噴，同時還是氣舉井優化設計的關鍵基礎。多相管流實驗是研究舉升井的管道內壓力梯度的變化的重要手段。

多相管流實驗主要分為兩個大類，垂直井筒多相流和傾斜井筒多相流(多相流指的是具有兩種以上不同相態或不同組分的物質共存并有明確分界面的多相流體流動)。而垂直井筒又可以分為存在抽油泵和沒有抽油泵存在時的兩種類型，現如今氣液兩相流常用的研究方法都是采用沒有泵存在的垂直井筒進行油氣水多相流實驗，先確定流動型態，之后再對于不同流型采取特殊的研究，確定沿程壓力梯度模型。表1給出了兩相流在垂直井筒上升過程中，沿程的壓力梯度和意義。

表1 垂直井筒內壓力梯度

注：p—壓力；ρL——液相密度；ρG——氣相密度；HL——持液率，氣-液流動的混合物中液體所占百分數；g—重力加速度；θ—井筒與水平角線夾角(本文為90°)v—混合物平均流速；λ——流動阻力系數；Dh——管道等量直徑；vsg——氣相表觀速度。

多年以來，眾多專家學者主要做的實驗研究是以無泵和無桿的井筒為基礎，主要是各種不同尺寸和長度的沒有抽油泵存在的井筒實驗裝置，它是從簡化井筒內多相流動的角度模擬現實垂直井筒。目前，這類實驗研究和應用較多,也發展的比較成熟。但是研究垂直環空管道內的氣液兩相流動時，忽略了內邊界變化運動時的情況，所以運用以往的經驗公式計算含氣率和壓降梯度會不太準確。因此無法滿足現場實際的需要。

存在抽油泵的實驗裝置，它更加準確地模擬了現實垂直井筒中的流體流動情況。在帶有桿柱運動的情況下，由于桿柱的運動，對井筒內的多相流動產生了影響，因此垂直井筒內壓降和流型的變化情況與普通垂直環空井筒和垂直圓管內壓降與流型變化的不同。帶有泵的內邊界可動模型能實現對含氣率(氣-液兩相流中氣體的真實流動份額)和壓降梯度等參數進行準確的測量和分析，從而對井筒內氣液兩相流提出更加準確的預測。

如圖2所示，現有技術中存在一種第一油氣水多相流實驗裝置91，該裝置中的實驗管段911由有機玻璃管制成,內徑30mm,外徑75mm,耐壓1.0MPa(正常使用壓力不大于0.4MPa)。實驗管段911固定在鋼制支架上,整個實驗管段911與水平面的夾角范圍是0～90°。實驗用液體和氣體分別由泵和空壓機供給,實驗用液體和氣體經過渦輪流量計912計量并經靜態混合器913混合后，經實驗管段911進入氣液分離器914進行分離處理,分出的氣體(空氣)排空、液體送儲液罐循環利用。該裝置中，設置了集中管理式控制柜，絕大部分操作控制閥和指示性儀表(壓力計、流量計)均布置在控制柜的控制面板上。另外，為獲取流動參數,該裝置中設置了數據采集處理系統。在實驗管段911進、出口處,安裝了壓力傳感器915測定管內壓力及流動壓差；流經實驗管段911的流體流量由渦輪流量計912測得；在實驗管段911兩端及中部的三個斷面上,安裝了電阻傳感器測取截面含氣率(含氣率儀可在裝置上由快關閥門法標定)；整個數據的采集、保存和處理,由數據采集電路和處理軟件完成。前述第一油氣水多相流實驗裝置91存在以下問題：(1)不能準確模擬現實井筒。使用沒有泵和桿柱存在的管道進行實驗時，管道內多相流的邊界為靜止狀態，不能準確模擬復雜內邊界(包括往復式運動內邊界和旋轉運動內邊界)時井筒內流體流動狀態，因此不能準確模擬井筒內壓力分布和含氣率變化；(2)壓力測量不準確。只采用了入口、出口兩個測量點，無法準確確定出整個井筒內氣液兩相流時，因氣體的原因導致的壓力的變化；(3)井型單一。只模擬了不含泵和桿柱的單一井筒，沒有涉及其他井筒；(4)模擬溫度為常溫。只能模擬常溫環境井筒內的多相流實驗，無法體現實際地層情況下的溫度場；(5)實驗管段911模擬垂直井筒舉升試驗時，沒有對實驗管段911的出口端進行處理，往往造成舉升至實驗管段911的出口的流體沿著管路循環向下進入油水分離器時產生虹吸現象。

現有技術中還存在第二油氣水多相流實驗裝置92，其實驗流程如圖3所示，使用第二油氣水多相流實驗裝置92實驗時，首先開動離心泵921,排出的水流經流量計922測量后,進入混合段；空氣則由空氣壓縮機923排入穩定罐924,再經氣體流量計925測量后與液體混合。混合后的氣液混合物經2m長的穩定段后進入6m長的實驗管段，在實驗管段的上坡管段和下坡管段分別測得兩相流體的溫度、壓力、壓差、空隙率和流動型態，在管路出口的氣液分離器將氣體排入大氣,液體流回到儲液罐926。第二油氣水多相流實驗裝置92的操作程序為:(1)選定某一種管徑的管路作為實驗對象；(2)檢查管線及所有儀器設備是否完好；(3)將實驗管段調整到預定的角度；(4)開動離心泵921,調整流量；(5)啟動空氣壓縮機923；(6)待流動穩定后,測出3組數據存入計算機；(7)保持液體流量不變,調節氣體流量再重復上步測量,直至得出所有流動型態；(8)改變液體流量,再重復上步測量。前述的第二油氣水多相流實驗裝置92存在以下問題：(1)不能準確模擬現實井筒。使用沒有泵和桿柱存在的管道進行實驗時，管道內多相流的邊界為靜止狀態，不能準確模擬復雜內邊界(包括往復式運動內邊界和旋轉運動內邊界)時井筒內流體流動狀態，因此不能準確模擬井筒內壓力分布和含氣率變化；(2)壓力測量不準確。只采用了入口出口兩個測量點，無法準確確定出整個井筒內氣液兩相流時，因氣體的原因導致的壓力的變化。(3)無法準確觀察流體流動情況。由于實驗裝置多為密封且不透明，因此無法觀察到其具體的流動型態；(4)模擬溫度為常溫。只能模擬常溫環境井筒內的多相流實驗，無法體現實際地層情況下的溫度場。

由此，本發明人憑借多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置，以克服現有技術的缺陷。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置，克服現有技術中存在的不能準確模擬復雜內邊界舉升井筒中多相流運動、模擬實驗溫度與地層實際不符、壓力測量不準確等問題，準確模擬了復雜內邊界舉升井筒及加熱升溫情況下舉升井筒中多相流運動，實現了實時監測舉升井筒內壓力的分布和流型的變化的目的。

本發明的目的是這樣實現的，一種復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置，所述復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置包括舉升井筒組，所述舉升井筒組包括并聯設置的復雜內邊界舉升井筒管道和加熱舉升井筒管道，所述舉升井筒組的入口連通于多相流體輸入裝置，所述舉升井筒組的出口連通于多相流體回收裝置；所述復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置還包括能實時監測記錄所述復雜內邊界舉升井筒管道和所述加熱舉升井筒管道內壓力的控制裝置。

在本發明的一較佳實施方式中，所述復雜內邊界舉升井筒管道包括內部設有有桿泵的第一舉升井筒管道，所述第一舉升井筒管道的頂部設置有有桿泵提升電機，所述第一舉升井筒管道的側壁上軸向間隔設置有多個第一壓力傳感器，所述第一舉升井筒管道內部軸向間隔設置有多個第一溫度傳感器，所述第一舉升井筒管道的底部與所述多相流體輸入裝置的出口之間串接有第一入口控制閥門，所述第一舉升井筒管道的頂部與所述多相流體回收裝置的入口之間串接有第一出口控制閥門。

在本發明的一較佳實施方式中，所述第一舉升井筒管道由第一單層井筒、第二單層井筒和第三單層井筒自上而下順序密封連接構成，所述第二單層井筒為透明井筒；所述第三單層井筒的底部與所述多相流體輸入裝置的出口之間串接所述第一入口控制閥門，所述第一單層井筒的頂部與所述多相流體回收裝置的入口之間串接所述第一出口控制閥門。

在本發明的一較佳實施方式中，所述復雜內邊界舉升井筒管道包括內部設有頂驅螺桿泵的第二舉升井筒管道，所述第二舉升井筒管道的頂部設置有頂驅螺桿泵驅動電機，所述第二舉升井筒管道的側壁上軸向間隔設置有多個第二壓力傳感器，所述第二舉升井筒管道內部軸向間隔設置有多個第二溫度傳感器，所述第二舉升井筒管道的底部與所述多相流體輸入裝置的出口之間串接有第二入口控制閥門，所述第二舉升井筒管道的頂部與所述多相流體回收裝置的入口之間串接有第二出口控制閥門。

在本發明的一較佳實施方式中，所述第二舉升井筒管道由第四單層井筒、第五單層井筒和第六單層井筒自上而下順序密封連接構成，所述第五單層井筒為透明井筒；所述第六單層井筒的底部與所述多相流體輸入裝置的出口之間串接所述第二入口控制閥門，所述第四單層井筒的頂部與所述多相流體回收裝置的入口之間串接所述第二出口控制閥門。

在本發明的一較佳實施方式中，所述多相流體輸入裝置的出口處設有與所述復雜內邊界舉升井筒管道平行設置的平衡緩沖罐。

在本發明的一較佳實施方式中，所述加熱舉升井筒管道包括外壁上設置有電加熱裝置的第三舉升井筒管道，所述第三舉升井筒管道的側壁上軸向間隔設置有多個第三壓力傳感器，所述第三舉升井筒管道內部軸向間隔設置有多個第三溫度傳感器，所述第三舉升井筒管道的底部與所述多相流體輸入裝置的出口之間串接有第三入口控制閥門，所述第三舉升井筒管道的頂部與所述多相流體回收裝置的入口之間串接有第三出口控制閥門。

在本發明的一較佳實施方式中，所述電加熱裝置包括均勻纏繞于所述第三舉升井筒管道外側壁上的加熱電纜，所述加熱電纜上電連接有能控制所述加熱電纜加熱溫度的溫度控制器。

在本發明的一較佳實施方式中，所述加熱舉升井筒管道包括連通有熱流體循環加熱裝置的第四舉升井筒管道，所述第四舉升井筒管道內設置有與光纖測溫儀連接的測溫探頭，所述第四舉升井筒管道的底部與所述多相流體輸入裝置的出口之間串接有第四入口控制閥門，所述第四舉升井筒管道的頂部與所述多相流體回收裝置的入口之間串接有第四出口控制閥門。

在本發明的一較佳實施方式中，所述第四舉升井筒管道的側壁上軸向間隔設置有多個第四壓力傳感器。

在本發明的一較佳實施方式中，所述第四舉升井筒管道為多層井筒結構，所述第四舉升井筒管道包括同軸且間隔套設的外管、中間管和內管，所述外管的內壁與所述中間管的外壁之間構成用于熱流體進入的第一環空，所述中間管的內壁與所述內管的外壁之間構成用于多相流體流通的第二環空，所述內管的內部構成熱流體返回通道，所述第一環空的底部與所述熱流體返回通道的底部連通；所述第二環空內設置所述測溫探頭，所述第二環空的底部與所述多相流體輸入裝置的出口之間串接所述第四入口控制閥門，所述第二環空的頂部與所述多相流體回收裝置的入口之間串接所述第四出口控制閥門。

在本發明的一較佳實施方式中，所述熱流體循環加熱裝置包括熱水箱，所述熱水箱通過一熱水循環泵、第一熱水控制閥與所述第一環空密封連通，所述熱流體返回通道通過第二熱水控制閥與所述熱水箱密封連通。

在本發明的一較佳實施方式中，所述多相流體回收裝置包括與所述舉升井筒組的出口連通的緩沖罐，所述緩沖罐的出口連接有一油水分離器，所述油水分離器的出口與所述多相流體輸入裝置連通。

在本發明的一較佳實施方式中，所述多相流體輸入裝置包括并聯設置的水罐和油罐，所述水罐和所述油罐的出口連通于一油水混合器上，所述油水混合器的出口連接有液相離心泵；所述多相流體輸入裝置還包括與空氣壓縮機連通的儲氣罐，所述儲氣罐的出口處連通有一氣體流量計，所述液相離心泵與所述氣體流量計并聯設置、且均連通于一氣液混合器上，所述氣液混合器的出口構成所述多相流體輸入裝置的出口，所述氣液混合器的出口與所述舉升井筒組的入口連通。

由上所述，本發明的復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置具有如下有益效果：

(1)本發明的復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置中，并聯設置了包括復雜內邊界舉升井筒管道和加熱舉升井筒管道的舉升井筒組，復雜內邊界舉升井筒管道有效模擬了具有復雜內邊界的井筒，能夠研究得出井筒內抽油桿往復運動和旋轉運動對多相流體流動的影響，從而得到有桿采油過程中的優化參數；加熱舉升井筒管道模擬了實際地層溫度場下的舉升井筒，能夠研究得出實際地層溫度場對井筒內多相流體的影響；

(2)本發明的復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置中設置控制裝置，能夠實時監測復雜內邊界舉升井筒管道和加熱舉升井筒管道內的壓力變化情況，獲得整個舉升過程中舉升井筒內壓力分布變化規律；

(3)復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置中提供多種不同類型的舉升井筒，實驗過程中不需要頻繁更換井內油泵和井筒熱源，只需開啟相應的控制閥門即可連通選用的井筒，操作簡單，適用性較強；

(4)復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置中設置緩沖罐和油水分離器，緩沖罐能有效解決虹吸效應對于井筒出口端壓力的影響，油水分離器解決了多相流體存在時，各項分離和重復利用的問題。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其中：

圖1a：為本發明的復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置的示意圖。

圖1b：為圖1a中Ⅰ處放大圖。

圖2：為現有技術中第一油氣水多相流實驗裝置的示意圖。

圖3：為現有技術中第二油氣水多相流實驗裝置的示意圖。

圖中：

100、復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置；

1、舉升井筒組；

11、復雜內邊界舉升井筒管道；

111、第一舉升井筒管道；1111、第一單層井筒；1112、第二單層井筒；1113、第三單層井筒；112、第二舉升井筒管道；1121、第四單層井筒；1122、第五單層井筒；1123、第六單層井筒；

12、加熱舉升井筒管道；121、第三舉升井筒管道；122、第四舉升井筒管道；1221、外管；1222、中間管；1223、內管；1224、第一環空；1225、第二環空；1226、熱流體返回通道；

13、平衡緩沖罐；131、緩沖罐閥門；

2、多相流體輸入裝置；21、水罐；22、油罐；23、油水混合器；24、液相離心泵；25、儲氣罐；26、氣體流量計；27、氣液混合器；28、空氣壓縮機；29、液體流量計；

3、多相流體回收裝置；31、緩沖罐；32、油水分離器；33、廢液桶；331、廢液閥門；

41、有桿泵；411、有桿泵提升電機；

42、頂驅螺桿泵；421、頂驅螺桿泵驅動電機；

43、電加熱裝置；431、加熱電纜；432、溫度控制器；

44、熱流體循環加熱裝置；441、熱水箱；442、熱水循環泵；443、第一熱水控制閥；444、第二熱水控制閥；

45、光纖測溫儀；

51、第一壓力傳感器；52、第二壓力傳感器；53、第三壓力傳感器；

61、第一溫度傳感器；62、第二溫度傳感器；63、第三溫度傳感器；

71、第一入口控制閥門；72、第二入口控制閥門；73、第三入口控制閥門；74、第四入口控制閥門；

81、第一出口控制閥門；82、第二出口控制閥門；83、第三出口控制閥門；84、第四出口控制閥門；

91、第一油氣水多相流實驗裝置；911、實驗管段；912、渦輪流量計；913、靜態混合器；914、氣液分離器；915、壓力傳感器；

92、第二油氣水多相流實驗裝置；921、離心泵；922、流量計；923、空氣壓縮機；924、穩定罐；925、氣體流量計；926、儲液罐。

具體實施方式

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本發明的具體實施方式。

如圖1a所示，本發明提供一種復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置100，復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置100包括固定設置于支架上的舉升井筒組1，舉升井筒組1包括并聯設置的復雜內邊界舉升井筒管道11和加熱舉升井筒管道12，復雜內邊界舉升井筒管道11和加熱舉升井筒管道12豎直設置或者根據實驗需求傾斜設置；舉升井筒組1的入口連通于多相流體輸入裝置2，舉升井筒組1的出口連通于多相流體回收裝置3；復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置100還包括能實時監測記錄復雜內邊界舉升井筒管道11和加熱舉升井筒管道12內壓力的控制裝置。

本發明的復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置100中，并聯設置了包括復雜內邊界舉升井筒管道11和加熱舉升井筒管道12的舉升井筒組1，復雜內邊界舉升井筒管道11有效模擬了具有復雜內邊界的井筒，能夠研究得出井筒內抽油桿往復運動和旋轉運動對多相流體流動的影響，從而得到有桿采油過程中的優化參數；加熱舉升井筒管道12模擬了實際地層溫度場下的舉升井筒，能夠研究得出實際地層溫度場對井筒內多相流體的影響；復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置100中設置的控制裝置能夠實時監測復雜內邊界舉升井筒管道11和加熱舉升井筒管道12內的壓力變化情況，獲得整個舉升過程中舉升井筒內壓力分布變化規律；復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置中提供多種不同類型的舉升井筒，適用性較強。

進一步，如圖1a所示，復雜內邊界舉升井筒管道11包括內部設有有桿泵41的第一舉升井筒管道111，第一舉升井筒管道111的頂部設置有有桿泵提升電機411，有桿泵41的沖程、沖次均為可人工調節的，在第一舉升井筒管道111中通入流體的情況下，開啟有桿泵41，實現模擬泵在井筒中對于多相流體流動型態的影響；第一舉升井筒管道111的側壁上軸向間隔設置有多個第一壓力傳感器51，第一壓力傳感器51可以感應第一舉升井筒管道111內不同位置的壓差信號，然后將感應到的壓力轉換成電壓信號輸出給控制裝置；第一舉升井筒管道111內部軸向間隔設置有多個第一溫度傳感器61，在本發明的一具體實施例中，第一舉升井筒管道111的側壁上設有5個測壓點，底部的測壓點與其他4個測壓點之間分別設置1個第一壓力傳感器51(計4個)，測得的壓力分布情況更加準確，第一溫度傳感器61選用PT100測溫探頭，第一舉升井筒管道111內部從上到下設置有8個PT100測溫探頭。第一壓力傳感器51、第一溫度傳感器61與控制裝置信號連接，控制裝置將接收到的電壓信號轉化為壓力并顯示，所有獲得的數據都可以自動存盤，便于后期處理和研究使用。第一舉升井筒管道111的底部與多相流體輸入裝置2的出口之間串接有第一入口控制閥門71，第一舉升井筒管道111的頂部與多相流體回收裝置3的入口之間串接有第一出口控制閥門81。當采用第一舉升井筒管道111進行實驗，觀測有桿泵41的往復運動對井筒內多相流體運動的影響時，開啟第一入口控制閥門71、第一出口控制閥門81，采用其他舉升井筒進行實驗時，關閉第一入口控制閥門71、第一出口控制閥門81。

進一步，如圖1a所示，第一舉升井筒管道111由第一單層井筒1111、第二單層井筒1112和第三單層井筒1113自上而下順序密封連接構成，第二單層井筒1112為透明井筒，通過第二單層井筒1112可以觀測多相流體的流動型態和桿柱在井筒內的運動狀態，在本發明的一具體實施例中，第一單層井筒1111、第三單層井筒1113為金屬管，第二單層井筒1112為透明有機玻璃管，第一單層井筒1111、第二單層井筒1112和第三單層井筒1113之間使用法蘭密封連接，第一舉升井筒管道111通過抱箍固定于支架上；第三單層井筒1113的底部與多相流體輸入裝置2的出口之間串接上述的第一入口控制閥門71，第一單層井筒1111的頂部與多相流體回收裝置3的入口之間串接上述的第一出口控制閥門81。在本發明的一具體實施例中，第一單層井筒1111、第二單層井筒1112和第三單層井筒1113的內徑為3.5英寸，第三單層井筒1113的底部離地面3米，第一舉升井筒管道111總長為7米，第一單層井筒1111和第三單層井筒1113的長度均為3米金屬管，采用不銹鋼(不銹鋼304)材料構成，第二單層井筒1112長度為1米。

進一步，如圖1a所示，復雜內邊界舉升井筒管道11包括內部設有頂驅螺桿泵42的第二舉升井筒管道112，第二舉升井筒管道112的頂部設置有頂驅螺桿泵驅動電機421，頂驅螺桿泵42的轉速為可人工調節的，在第二舉升井筒管道112中通入流體的情況下，開啟頂驅螺桿泵42，實現模擬泵在井筒中對于多相流體流動型態的影響；第二舉升井筒管道112的側壁上軸向間隔設置有多個第二壓力傳感器52，第二壓力傳感器52可以感應第二舉升井筒管道112內不同位置的壓差信號，然后將感應到的壓力轉換成電壓信號輸出給控制裝置；第二舉升井筒管道112內部軸向間隔設置有多個第二溫度傳感器62，在本發明的一具體實施例中，第二舉升井筒管道112的側壁上設有5個測壓點，底部的測壓點與其他4個測壓點之間分別設置1個第二壓力傳感器52(計4個)，測得的壓力分布情況更加準確，第二溫度傳感器62選用PT100測溫探頭，第二舉升井筒管道112內部從上到下設置有8個PT100測溫探頭。第二壓力傳感器52、第二溫度傳感器62與控制裝置信號連接，控制裝置將接收到的電壓信號轉化為壓力并顯示，所有獲得的數據都可以自動存盤，便于后期處理和研究使用。第二舉升井筒管道112的底部與多相流體輸入裝置2的出口之間串接有第二入口控制閥門72，第二舉升井筒管道112的頂部與多相流體回收裝置3的入口之間串接有第二出口控制閥門82。當采用第二舉升井筒管道112進行實驗，觀測頂驅螺桿泵42的旋轉運動對井筒內多相流體運動的影響時，開啟第二入口控制閥門72、第二出口控制閥門82，采用其他舉升井筒進行實驗時，關閉第二入口控制閥門72、第二出口控制閥門82。

進一步，如圖1a所示，第二舉升井筒管道112由第四單層井筒1121、第五單層井筒1122和第六單層井筒1123自上而下順序密封連接構成，第五單層井筒1122為透明井筒，通過第五單層井筒1122可以觀測多相流體的流動型態和桿柱在井筒內的運動狀態，在本發明的一具體實施例中，第四單層井筒1121、第六單層井筒1123為金屬管，第五單層井筒1122為透明有機玻璃管，第四單層井筒1121、第五單層井筒1122和第六單層井筒1123之間使用法蘭密封連接，第二舉升井筒管道112通過抱箍固定于支架上；第六單層井筒1123的底部與多相流體輸入裝置2的出口之間串接上述的第二入口控制閥門72，第四單層井筒1121的頂部與多相流體回收裝置3的入口之間串接上述的第二出口控制閥門82。在本發明的一具體實施例中，第四單層井筒1121、第五單層井筒1122和第六單層井筒1123的內徑為3.5英寸，第六單層井筒1123的底部離地面3米，第二舉升井筒管道112總長為7米，第四單層井筒1121和第六單層井筒1123的長度均為3米金屬管，采用不銹鋼(不銹鋼304)材料構成，第五單層井筒1122長度為1米。

進一步，如圖1a所示，多相流體輸入裝置2的出口處設有與復雜內邊界舉升井筒管道11平行設置的平衡緩沖罐13。平衡緩沖罐13的入口設置有緩沖罐閥門131，當選用第一舉升井筒管道111或第二舉升井筒管道112中的任一個進行實驗時，開啟緩沖罐閥門131，使用平衡緩沖罐13來平衡泵注入復雜內邊界舉升井筒管道中的多相流體流量(當復雜內邊界舉升井筒管道內流量過大，打開緩沖罐閥門131，流體流入平衡緩沖罐13來緩沖流量)，在本發明的一具體實施例中，平衡緩沖罐13的容積為100L。

進一步，如圖1a所示，加熱舉升井筒管道12包括外壁上設置有電加熱裝置43的第三舉升井筒管道121，在本發明的一具體實施例中，第三舉升井筒管道121為總高度為10米的單層井筒，第三舉升井筒管道121的內徑為3.5英寸，由5根單層井筒密封串聯構成，相鄰單層井筒之間通過法蘭密封連接，第三舉升井筒管道121通過抱箍固定于支架上；第三舉升井筒管道121的側壁上軸向間隔設置有多個第三壓力傳感器53，第三壓力傳感器53可以感應第三舉升井筒管道121內不同位置的壓差信號，然后將感應到的壓力轉換成電壓信號輸出給控制裝置；第三舉升井筒管道121內部設置有多個第三溫度傳感器63，在本發明的一具體實施例中，第三舉升井筒管道121的側壁上設有5個測壓點，底部的測壓點與其他4個測壓點之間分別設置1個第三壓力傳感器53(計4個)，測得的壓力分布情況更加準確，第三溫度傳感器63選用PT100測溫探頭，第三舉升井筒管道121內部從上到下設置有8個PT100測溫探頭，第三壓力傳感器53、第三溫度傳感器63與控制裝置信號連接，控制裝置將接收到的電壓信號轉化為壓力并顯示，所有獲得的數據都可以自動存盤，便于后期處理和研究使用；第三舉升井筒管道121的底部與多相流體輸入裝置2的出口之間串接有第三入口控制閥門73，第三舉升井筒管道121的頂部與多相流體回收裝置3的入口之間串接有第三出口控制閥門83。當采用第三舉升井筒管道121進行實驗，觀測井筒電加熱時對井筒內多相流體運動的影響時，開啟第三入口控制閥門73、第三出口控制閥門83，采用其他舉升井筒進行實驗時，關閉第三入口控制閥門73、第三出口控制閥門83。

進一步，如圖1a所示，電加熱裝置43包括均勻纏繞于第三舉升井筒管道121外側壁上的加熱電纜431，加熱電纜431上電連接有能控制加熱電纜431加熱溫度的溫度控制器432，在本實施方式中，加熱電纜中間帶有加熱測溫探頭，加熱測溫探頭將實時溫度反饋給溫度控制器432，溫度控制器432實時監控調整加熱溫度，避免加熱電纜431的溫度過高而損壞。

進一步，如圖1a所示，加熱舉升井筒管道12包括連通有熱流體循環加熱裝置44的第四舉升井筒管道122，第四舉升井筒管道122內設置有與光纖測溫儀45連接的測溫探頭，光纖測溫儀45與控制裝置信號連接；第四舉升井筒管道122的底部與多相流體輸入裝置2的出口之間串接有第四入口控制閥門74，第四舉升井筒管道122的頂部與多相流體回收裝置3的入口之間串接有第四出口控制閥門84。

在本實施方式中，第四舉升井筒管道122的側壁上設置有多個第四壓力傳感器，第四壓力傳感器與控制裝置信號連接，第四壓力傳感器可以感應第四舉升井筒管道122內不同位置的壓差信號，然后將感應到的壓力轉換成電壓信號輸出給控制裝置，控制裝置將接收到的電壓信號轉化為壓力并顯示，所有獲得的數據都可以自動存盤，便于后期處理和研究使用。當加熱舉升井筒管道12中同時包括第三舉升井筒管道121(外壁上設置有電加熱裝置43)和第四舉升井筒管道122(連通有熱流體循環加熱裝置44)時，二者相同的位置處的壓力值相同，因此只需要在第三舉升井筒管道121設置有多個第三壓力傳感器53或者只需要在第四舉升井筒管道122的側壁上設置有多個第四壓力傳感器，即可得出加熱舉升井筒管道12實驗過程中的壓力情況，也可以在第三舉升井筒管道121、第四舉升井筒管道122側壁上同時分別設置第三壓力傳感器53、第四壓力傳感器，具體設置情況根據實際情況確定。

進一步，如圖1a、圖1b所示，第四舉升井筒管道122為多層井筒結構，第四舉升井筒管道122包括同軸且間隔套設的外管1221、中間管1222和內管1223，外管1221的內壁與中間管1222的外壁之間構成用于熱流體進入的第一環空1224，中間管1222的內壁與內管1223的外壁之間構成用于多相流體流通的第二環空1225，內管1223的內部構成熱流體返回通道1226，第一環空1224的底部與熱流體返回通道1226的底部連通；第二環空1225內設置上述測溫探頭，第二環空1225的底部與多相流體輸入裝置2的出口之間串接上述的第四入口控制閥門74，第二環空1225的頂部與多相流體回收裝置3的入口之間串接上述的第四出口控制閥門84。在本發明的一具體實施例中，外管1221內徑為5.5英寸，中間管1222內徑為3.5英寸，內管1223內徑為1英寸；外管1221總長度為10米，由5根分段外管連接構成，相鄰兩個分段外管之間通過法蘭密封連接，為了減少熱水溫度的散失，外管1221的外部設有保溫層；中間管1222與外管1221長度相同，由多個分段中間管通過螺紋連接構成，每個分段中間管上都設置有扶正裝置；內管1223使用整根的金屬軟管來制作，金屬軟管采用不銹鋼(不銹鋼304)材質。

進一步，如圖1a所示，熱流體循環加熱裝置44包括熱水箱441，在本發明的一具體實施例中，熱水箱441的體積為500L，熱水箱441的加熱功率為8KW，最高的加熱溫度為100℃；熱水箱441通過一熱水循環泵442、第一熱水控制閥443與第一環空1224密封連通，熱流體返回通道1226通過第二熱水控制閥444與熱水箱441密封連通。在熱水循環泵442的作用下，熱水箱441中的熱水經第一熱水控制閥443進入第一環空1224，熱水經熱流體返回通道1226、第二熱水控制閥444返回熱水箱441中，熱流體返回通道1226中的熱水對第二環空1225中的多相流體進行加熱。

進一步，如圖1a所示，多相流體回收裝置3包括與舉升井筒組1的出口連通的緩沖罐31，在本實施方式中，緩沖罐31上設置有貫通孔，舉升井筒組1的出口管線與貫通孔連通，貫通孔的孔徑大于舉升井筒組1的出口管線的外徑，緩沖罐31通過貫通孔與舉升井筒組1的出口管線之間的間隙與外界大氣環境連通，實驗結束后的多相流體中的氣體排出裝置，緩沖罐31能夠避免實驗裝置因密封條件下存在的壓力差引起的虹吸效應；緩沖罐31的出口連接有一油水分離器32，油水分離器32對實驗結束后的多相流體中的油水進行分離，為了提高油、水的利用率，油水分離器32的出口能與多相流體輸入裝置2連通，使得油、水能夠循環使用。油水分離器32上還通過廢液閥門331連通有廢液桶33，由于實驗過程中多相流體中可能會攜帶有雜質，當多相流體不再回用時，打開廢液閥門331使得油水分離器32與廢液桶33連通，多相流體被回收。

進一步，如圖1a所示，多相流體輸入裝置2包括并聯設置的水罐21和油罐22，水罐21和油罐22的出口通過一液體流量計29連通于一油水混合器23上，油水混合器23的出口連接有液相離心泵24；多相流體輸入裝置2還包括與空氣壓縮機28連通的儲氣罐25，儲氣罐25的出口處連通有一氣體流量計26，液相離心泵24與氣體流量計26并聯設置、且均連通于一氣液混合器27上，氣液混合器27的出口構成多相流體輸入裝置2的出口，氣液混合器27的出口與舉升井筒組1的入口連通。液體流量計29和氣體流量計26上均設置有流量感應器，流量感應器將感應到的液體流量和氣體流量信號轉化為電壓信號輸出給控制裝置。

進一步，在本發明的一具體實施例中，控制裝置包括一單片機和計算機，單片機接收和存儲前述的第一壓力傳感器51、第二壓力傳感器52、第三壓力傳感器53、第一溫度傳感器61、第二溫度傳感器62、第三溫度傳感器63、第四壓力傳感器、與光纖測溫儀45連接的測溫探頭、流量感應器發出的信號，處理分析實時壓力與溫度變化、流量變化的關系并將處理結果輸送給計算機；計算機用于數據顯示、實時曲線顯示、數據回放與曲線回放、數據導出。數據顯示是指顯示采集的壓力實時數據、溫度變化；實時曲線顯示是指顯示整個實驗過程中各測壓點隨時間的壓力變化曲線；數據回放與曲線回放部分是指對采集的數據、圖像進行保存處理；數據導出是指將每組實驗的數據和曲線迅速導出成為excel表格及曲線圖片。控制裝置，能夠實時監測復雜內邊界舉升井筒管道和加熱舉升井筒管道內的壓力變化情況，獲得整個舉升過程中舉升井筒內壓力分布變化規律。

使用本發明的復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置100進行實驗前，檢查管路的密封性和各控制閥門的開閉狀態是否正常準確，確保各傳感器正常工作，開啟實驗要求的一個舉升井筒與多相流體輸入裝置2的出口之間的入口控制閥門，即第一舉升井筒管道111、第二舉升井筒管道112、第三舉升井筒管道121和第四舉升井筒管道122擇一進行實驗，同時開啟選定的舉升井筒與多相流體回收裝置3之間的出口控制閥門，啟動液相離心泵24對選定的舉升井筒注液，保持在一個恒定的進液量，然后開啟空氣壓縮機28，讓氣體平穩地進入選定的舉升井筒，由小到大逐漸調節氣體流量，待氣液兩相的流量、壓力都達到相對穩定后，開始采集各種數據。

現以選定第二舉升井筒管道112進行實驗為例進行說明：開啟第二入口控制閥門72、第二出口控制閥門82，關閉其他入口控制閥門和出口控制閥門，使用多相流體輸入裝置2向第二舉升井筒管道112中注入液相和氣相，開啟頂驅螺桿泵42使其達到實驗要求的轉速，第二壓力傳感器52和第二溫度傳感器62監測第二舉升井筒管道112內部壓力和溫度，控制裝置采集各種數據，同時觀察并用攝像機記錄多相流體的流型，待氣量達到最大值之后，關閉液相離心泵24和空氣壓縮機28，停止氣液循環，之后調整頂驅螺桿泵42的轉速重復以上操作，分別得到不同轉速下每一種液體流量(液體流量0m³/h－5m³/h，從小到大逐漸增加)下不同氣體流量(氣體流量0m³/h－40m³/h，從小到大逐漸增加)的壓降和流動型態。

由上所述，本發明的復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置具有如下有益效果：

(1)本發明的復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置中，并聯設置了包括復雜內邊界舉升井筒管道和加熱舉升井筒管道的舉升井筒組，復雜內邊界舉升井筒管道有效模擬了具有復雜內邊界的井筒，能夠研究得出井筒內抽油桿往復運動和旋轉運動對多相流體流動的影響，從而得到有桿采油過程中的優化參數；加熱舉升井筒管道模擬了實際地層溫度場下的舉升井筒，能夠研究得出實際地層溫度場對井筒內多相流體的影響；

(2)本發明的復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置中設置控制裝置，能夠實時監測復雜內邊界舉升井筒管道和加熱舉升井筒管道內的壓力變化情況，獲得整個舉升過程中舉升井筒內壓力分布變化規律；

(3)復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置中提供多種不同類型的舉升井筒，實驗過程中不需要頻繁更換井內油泵和井筒熱源，只需開啟相應的控制閥門即可連通選用的井筒，操作簡單，適用性較強；

(4)復雜內邊界多熱源舉升井筒多相流動實驗裝置中設置緩沖罐和油水分離器，緩沖罐能有效解決虹吸效應對于井筒出口端壓力的影響，油水分離器解決了多相流體存在時，各項分離和重復利用的問題。

以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發明的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本發明保護的范圍。