[发明专利]一种基于分布式光纤声学振动(DAS)的井筒流体流速和流态监测模拟实验装置及其方法

权利要求书

1.一种基于分布式光纤声学振动DAS的井筒流体流速和流态监测模拟实验装置的实验方法，其特征在于，所述实验方法的具体步骤包括：

(1)调整四杆调节机构将管柱设定至需要的角度a，将管柱和管柱围托通过环形减振绑带固定牢固；

(2)将供气模块和供液模块按照模拟进气、进液需求连接至外套管柱封压嘴上，打开恒温水箱预加热至温度b，检测好各个设备的连接状态，开始实验；

(3)打开DAS激光光源和高速摄像头，观察振动信号采集处理器，未通入流体时的DAS数据收集作为环境噪音干扰数据，记录并且保存；

(4)启动空气压缩机和气体增压泵将气体储存至高压气体储集罐内，设置调压阀和流量控制器使流量为q,使气体稳定进入外套管柱后保持一段时间，记录好稳定后的进气流量，保存仅进气的DAS数据；

(5)设定供液恒流泵流量Q，通过分流器使水分别由不同位置注入进管柱内，随着管柱的延展气水在管内混合扰动逐渐变为稳定流动，保持相对稳定后记录进液流量、温度、高速摄像头和混合流体DAS数据；

(6)通过调节流量控制器和恒流泵改变进气流量和进液流量，管内流体流型随之改变，重复(4)-(5)；

(7)调整恒温水箱的温度，重复步骤(2)-(6)；

(8)改变管柱角度重复(1)-(7)步骤；

(9)整理数据，通过对高速摄像头的观察选取模拟管柱中某段稳定的流态，选取模拟管柱长度为模拟管柱直径的0.5至2倍，并对应光纤上的启始点位和结束点位记录长度l，根据流体凝固假设，过滤环境噪音后进行流动噪声峰值搜索，计算两个点位到达峰值的时间即可推导出对应流体流速，结合温度、管柱角度、进气进液量的变化，从而记录流体在各种流型下的流速和振动情况找到其中变化规律；

所述基于分布式光纤声学振动DAS的井筒流体流速和流态监测模拟实验装置包括供液模块、供气模块、DAS系统模块、角度调节稳定模块、模拟管柱和液体循环模块：

供液模块：包括单流阀、恒温水箱(22)、恒流泵(23)、缓冲分流器(24)和液体流量计(25)，目的是稳定地提供固定流量的恒温液体，供液模块通过管线与模拟管柱相连；

供气模块：包括空气压缩机(1)、普通阀(2)、气体增压泵(3)、高压气体储集罐(4)、调压阀(5)、流量控制器(6)、单向阀(7)、注气短节(8)和气体流量计(9)，目的是为模拟管柱提供稳定流量的气体，供气模块通过管线与模拟管柱相连；

DAS系统模块：由激光光源(18)、振动传感光纤(17)、振动信号采集处理器(19)和高速摄像头(20)构成，目的是同步采集图像和振动信号，利用光时域原理和背向瑞利散射原理进行流体振动信号的测量，DAS系统模块通过振动传感光纤与模拟管柱相连；

角度调节稳定模块：包括水平支撑底座(15)、四杆调节机构(14)、固定式量角器(13)和管柱围托(12)，目的是调节模拟管柱的倾斜角度，减小模拟管柱的振动，角度调节稳定模块通过环形减振绑带与模拟管柱相连；

模拟管柱：包括外套管柱(10)、内接管柱(11)，管柱的长度由实际需要模拟的井筒进行相应的比例调整，模拟管柱通过管线与液体循环处理模块相连；

液体循环处理模块：由储液箱(21)构成，便于将液体进行分离、过滤和添加，液体循环处理模块通过管线与供液模块相连；

所述的DAS系统中振动传感光纤采用对振动变化更为敏感的单模光纤，按照现场安装工艺将光纤紧贴安装至模拟管柱中内接管柱(11)内壁；其中高速摄像头(20)是为了直接观察某一时刻井筒流动状态，与DAS数据相对应结合。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声学振动DAS的井筒流体流速和流态监测模拟实验装置的实验方法，其特征在于，所述供液模块中液体由恒温水箱(22)加热至设定温度后通过进泵管线进入恒流泵(23)，再由出泵管线连接以恒定流量进入缓冲分流器(24)，最后缓冲分流器(24)将液体分配并由多个分流器出口连接至模拟外套管柱上；其中，出泵管线和分流器出口由橡胶软管构成用以减少恒流泵产生的振动。