CN111948341B - 固液两相条件下气泡上升速度的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本说明书公开一种固液两相条件下气泡上升速度的测试装置及测试方法，该测试装置包括：用于将固相和液相的混合物混合均匀的搅拌部；与搅拌部相连通的模拟井筒，搅拌部搅拌均匀后的混合物能进入模拟井筒中；设置在搅拌部与模拟井筒之间的储砂部，储砂部设有储砂罐和过滤件，过滤件具有不拦截混合物中的固相的第一位置以及能拦截混合物中的固相的第二位置，过滤件处于第二位置时，混合物中的固相能进入储砂罐，进入模拟井筒中的混合物的固相含量改变；与模拟井筒相连通的气泡发生部，用于向模拟井筒中注入气泡；用于测量模拟井筒内气泡上升速度的观测部。本说明书所提供的模拟装置及测试方法能用于测试在固液两相条件下的气泡上升速度。

Description

固液两相条件下气泡上升速度的测试装置及测试方法

技术领域

本说明书涉及石油与天然气开采技术领域，尤其涉及一种固液两相条件下气泡上升速度的测试装置及测试方法。

背景技术

本部分的描述仅提供与本说明书公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

深部油气藏开发潜力巨大，然而深部油气藏多处于高温高压等复杂环境，且安全压力窗口窄，钻井过程中易发生气侵。若气侵处理不当，会导致井涌或井喷等钻井事故，损失巨大。气侵监测及处理技术一直被石油公司列为优先发展技术以防止特大井喷事故发生。气侵有效处理的关键在于井筒压力的准确预测和有效控制，而井筒压力的准确预测和有效控制依赖于井筒中气体上升速度的特性。准确预测气侵条件下气泡的上升速度对于优化压井施工方案意义重大。

现有技术中，对于气泡在纯液体中的上升速度特性研究较为充分。然而钻井过程中，井筒内存在大量的岩屑，气侵条件下，岩屑向下滑移和气泡向上滑移同时存在，气相和固相之间存在明显的相间作用力，固相颗粒会影响气泡上升速度。因此预测气侵条件下气泡的上升速度，不能仅研究气泡在纯液体中的上升速度，而是需要研究气泡在固液两相条件下的上升速度。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本说明书的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本说明书的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本说明书的一个目的是提供一种固液两相条件下气泡上升速度的测试装置及测试方法，能用于测试在固液两相条件下的气泡上升速度。

为达到上述目的，本说明书实施方式提供一种固液两相条件下气泡上升速度的测试装置，该装置包括搅拌部、模拟井筒、储砂部、气泡发生部和观测部。所述搅拌部用于将固相和液相的混合物混合均匀。所述模拟井筒与所述搅拌部相连通，所述搅拌部搅拌均匀后的混合物能进入所述模拟井筒中。所述储砂部设置在所述搅拌部与所述模拟井筒之间，所述储砂部设有储砂罐和过滤件，所述过滤件具有不拦截混合物中的固相的第一位置以及能拦截混合物中的固相的第二位置，所述过滤件处于所述第二位置时，混合物中的固相能进入所述储砂罐，进入所述模拟井筒中的混合物的固相含量改变。所述气泡发生部与所述模拟井筒相连通，用于向所述模拟井筒中注入气泡。所述观测部用于测量所述模拟井筒内气泡上升速度。

本说明书实施方式还提供一种利用如上所述测试装置测试固液两相条件下气泡上升速度的测试方法，包括以下步骤：

步骤S10：筛选具有预定粒径的固相颗粒，配置预定浓度的固相和液相的混合物；

步骤S20：将混合均匀的混合物输入模拟井筒中；

步骤S30：所述模拟井筒达到预定压力且混合物流动均匀后，向所述模拟井筒中注入气泡；

步骤S40：测量所述气泡的上升速度；

步骤S50：利用所述储砂部调节混合物的固相含量，重复上述步骤S30和S40。

有益效果：本说明书实施方式所提供的固液两相条件下气泡上升速度的测试装置，通过设置搅拌部、模拟井筒、气泡发生部和观测部，能够用于测试在固液两相条件下的气泡上升速度，并且通过储砂部改变进入所述模拟井筒中的混合物的固相含量，可以测得固相含量不同、固相粒径不同时，气泡上升速度的变化规律，从而为优化气侵压井施工方案提供参考。

参照后文的说明和附图，详细公开了本说明书的特定实施方式，指明了本说明书的原理可以被采用的方式。应该理解，本说明书的实施方式在范围上并不因而受到限制。

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。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书实施方式中所提供的一种固液两相条件下气泡上升速度的测试装置的结构示意图，其过滤件处于第一位置；

图2为图1中过滤件处于第二位置时的测试装置的结构示意图；

图3为图1中过滤件处于第三位置时的测试装置的结构示意图；

图4为本说明书实施方式中所提供的一种固液两相条件下气泡上升速度的测试方法的步骤流程图。

附图标记说明：

1、搅拌罐；2、模拟井筒；21、方形段；22、圆形段；3、储砂罐；4、过滤件；5、注射泵；6、注射头；7、第一管道；8、第一阀门；9、第二管道；10、第二阀门；11、动力件；12、第一观测件；13、第二观测件；14、流量计；15、单向阀；16、压力阀；17、压力传感器；18、第三开口；19、搅拌片；20、电机；23、排液阀门；24、控制部。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

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另一个元件。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另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“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说明书的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本说明书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，不是旨在于限制本说明书。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。

请参阅图1和图2。本说明书实施方式提供一种固液两相条件下气泡上升速度的测试装置，该测试装置可以包括搅拌部、模拟井筒2、储砂部、气泡发生部和观测部。

其中，该搅拌部用于将固相和液相的混合物混合均匀。该模拟井筒2与搅拌部相连通。搅拌部搅拌均匀后的混合物能进入模拟井筒2中。该储砂部设置在搅拌部与模拟井筒2之间。储砂部设有储砂罐3和过滤件4。过滤件4具有不拦截混合物中的固相的第一位置以及能拦截混合物中的固相的第二位置。过滤件4处于第二位置时，混合物中的固相能进入储砂罐3，进入模拟井筒2中的混合物的固相含量改变。该气泡发生部与模拟井筒2相连通，用于向模拟井筒2中注入气泡。该观测部用于测量模拟井筒2内气泡的上升速度。

本说明书实施方式所提供的固液两相条件下气泡上升速度的测试装置，通过设置搅拌部、模拟井筒2、气泡发生部和观测部，能够用于测试在固液两相条件下的气泡上升速度，并且通过储砂部改变进入所述模拟井筒2中的混合物的固相含量，可以测得固相含量不同、固相粒径不同时，气泡上升速度的变化规律，从而为优化气侵压井施工方案提供参考。

此外，本说明书实施方式提供的测试装置还可以测量气泡在不同液相条件下的上升速度，此时不向搅拌部中添加固相即可。也即本说明书实施方式提供的测试装置具有多功能性。

在本说明书实施方式中，搅拌部可以使固液两相混合物混合均匀。搅拌部可以包括搅拌罐1、设于搅拌罐1内的搅拌片19、以及设于搅拌罐1底部的电机20。该电机20可以是旋转电机20，能带动搅拌片19以一定的速度旋转，从而搅拌固液两相混合物，使混合物混合均匀。搅拌罐1可以安装有液位计，用于测量搅拌罐1内的液体体积。液位计可以安装在搅拌罐1外侧。搅拌罐1底部可以安装有排液阀门23，便于后续排出该测试装置内的混合物，对测试装置进行清洗。搅拌部可以设有与大气连通的第三开口18，即第三开口18可以是敞开的。通过该第三开口18可以向搅拌罐1中添加固相颗粒。

在本说明书实施方式中，模拟井筒2与搅拌部可以通过第一管道7相连通。该第一管道7上可以设有动力件11，用于为固液两相混合物从搅拌部输送至模拟井筒2提供动力。该动力件11可以是水泵。该动力件11可以控制固液两相混合物的流动速度，其提供的动力大小可以根据实验要求任意调节。

在本说明书实施方式中，第一管道7上设有第一开口。第一开口可以位于动力件11靠近模拟井筒2的一侧。第一开口与储砂罐3的进口相连通，过滤件4设置在第一开口上。在储砂罐3以及第一开口到储砂罐3的部分，在实验开始前就装满了和搅拌部中固液两相混合物中的液相相同的液体。该过滤件4可以通过旋转在第一位置和第二位置之间切换。过滤件4可以是过滤网。

如图1所示，过滤件4位于第一位置时，过滤件4与第一管道7的延伸方向平行，第一开口被过滤件4覆盖，第一管道7中混合物的固相不会进入储砂罐3中，进入模拟井筒2内的混合物的固相含量不变。

如图2所示，过滤件4位于第二位置时，过滤件4与第一管道7延伸方向具有预定夹角，第一开口打开，第一管道7中混合物的部分固相进入储砂罐3中，进入模拟井筒2内的混合物的固相含量减少。该预定夹角优选为90°，从而能更好地拦截固相。

具体的，储砂罐3可以设置有观察部，用于测量储砂罐3内的固相体积，从而能够获得进入模拟井筒2中混合物的固相含量。观察部可以包括设在储砂罐3侧壁的刻度线。待固相沉积后读取刻度线的读数，即可得到固相体积，从而得到模拟井筒2中混合物的固相含量。为了满足测量精度，可以通过标定来考虑储砂罐3内固相的孔隙度，计算得到更为精确的固相体积。

在一种实施方式中，第一管道7在第一开口上游可以设有第一阀门8。该“上游”以混合物在第一管道7中的流动方向为基准，由于混合物由搅拌部流向模拟井筒2，因此第一管道7中靠近搅拌部的相对位置为上游，靠近模拟井筒2的相对位置为下游。第一管道7在第一阀门8上游可以设有第二开口，第二开口上游设有所述动力件11。第二开口与储砂罐3底部可以通过第二管道9相连通。第二管道9上可以设有第二阀门10。如图3所示，当第一阀门8关闭、第二阀门10打开，过滤件4位于第三位置时，搅拌部的混合物从第一管道7的第二开口流入第二管道9，进入储砂罐3后，会带动储砂罐3内的固相从第一开口经第一管道7流至模拟井筒2。由于储砂罐3内的固相流入模拟井筒2，模拟井筒2内的固相含量增加。此时过滤件4位于第三位置，过滤件4与第一管道7延伸方向的夹角可以是锐角，且使第一开口与模拟井筒2的入口连通，不被过滤件4阻挡。

具体的，第一开口与过滤件4可以均为圆形，且大小相等。过滤件4的旋转轴位于第一开口的一条直径，该直径与第一管道7延伸方向垂直。通过设置储砂罐3和过滤件4，不仅可以自动减少进入模拟井筒2的混合物的固相含量，还可以自动增加进入模拟井筒2的混合物的固相含量，实现混合物固相含量的自动调节，方便实验的进行。

在本说明书实施方式中，气泡发生部可以包括注射泵5和注射头6。注射头6的大小和注射速度可改变。气泡发生部可以从模拟井筒2的底部注入气泡，通过改变注射头6的内径可以改变气泡的大小，通过改变注射速度可以改变气泡的初始速度，从而获得不同大小、初始速度的气泡。本实施方式形成了单一气泡，营造了稳定的上升环境，避免了群气泡之间的相互干扰，通过观测部可以对气固之间的相互作用进行微观分析，观察气泡与固相颗粒之间的微观作用机理。

在本说明书实施方式中，模拟井筒2可以沿其长度方向延伸。模拟井筒2沿其长度方向可以包括方形段21和圆形段22。气泡发生部注入的气泡先经过方形段21，再经过圆形段22。也即如图1所示的模拟井筒2，其下部为方形段21，上部为圆形段22。方形段21在垂直于模拟井筒2长度方向上的截面为正方形，圆形段22在垂直于模拟井筒2长度方向上的截面为圆形。

观测部可以包括用于观测方形段21内气泡的第一观测件12，以及用于观测圆形段22内气泡的第二观测件13。方形段21和圆形段22分别设有供第一观测件12、第二观测件13对准的观察窗。由于方形段21可以避免曲面的折射效应影响气泡尺寸的测量，根据第一观测件12的观测结果能精确测量气泡大小。由于圆形段22的内表面为圆弧状，没有直边形成的夹角，圆形段22会减小内部流速差异，更利于根据第二观测件13的观测结果计算气泡上升的速度。本实施方式通过改变注射头6的大小和注射速度，实现了对气泡大小的控制，并且设置了方形段21和第一观测件12，可以保证对气泡大小进行定量分析。

在一种优选的实施方式中，模拟井筒2可以采用透明材料制成，模拟井筒2上可以标有刻度线，方便观测部进行观测。第一观测件12和第二观测件13可以选用高速摄影机，从而准确测量气泡大小以及上升速度。第一观测件12和第二观测件13可以与控制部24相连，控制部24用于收集并处理第一观测件12和第二观测件13的图像数据。该控制部还可以与压力传感器17等其他元件实现电连接，从而获取它们的读数，或者实现对开关的控制。

第一观测件12的拍摄区域可以设有刻度尺，通过将拍摄画面中刻度尺的实际长度输入至控制部24，该软件可以识别并计算气泡的直径。第二观测件13可以连接至同一控制部24，首先输入拍摄画面的实际尺寸，然后通过帧差法计算前后两帧之间的平均上升速度，通过记录气泡在圆形段22内的上升过程计算其上升速度，并分析其上升特性。

在本说明书实施方式中，模拟井筒2的进口上游可以设有流量计14和单向阀15。流量计14用于监测进入模拟井筒2内的流量，从而可以计算模拟井筒2内的液体流速。单向阀15用于使固液两相混合物从搅拌部流入模拟井筒2，避免混合物回流。模拟井筒2的出口处设有压力阀16。模拟井筒2连接有用于测其压力的压力传感器17，压力传感器17可以设于模拟井筒2的顶部。压力阀16在压力传感器17测得的压力达到预定压力时开启，使模拟井筒2内的混合物流出。压力阀16的设置使得模拟井筒2内的压力维持在预定压力的大小，既可以模拟井下高压环境，又可以减少压力波动对气泡尺寸的影响。模拟井筒2的出口可以与搅拌部的第三开口18相连，而第三开口18可以是敞开的，便于将气相排出；并且能实现固液两相混合物的循环使用。

在一个具体的使用场景中，可以首先检查测试装置的密闭性、测量仪器的精密度等，确认测试装置可以正常运转。然后可以配置2000L左右的质量浓度为1.5％的羧甲基纤维素(CMC)高分子聚合物溶液。当然，也可以是其他液体，包括清水、甘油水溶液等牛顿流体，也包括瓜胶溶液等非牛顿流体溶液，此处的CMC高分子聚合物溶液仅用于举例说明。

具体的，搅拌罐1存有2000L的纯净水，称取30.46kg的羧甲基纤维素(CMC)高分子聚合物，开启搅拌罐1的电机20，将转速调节至最高500转/分钟，将CMC粉末从第三开口18缓慢倒入搅拌罐1，继续搅拌，直至所有CMC粉末溶解，该CMC溶液的流变性质如下：稠度系数为0.801Pa·sⁿ，流性指数为0.602，密度为1003kg/m³。

接着配置固液两相混合物，筛选30-40目的石英砂颗粒105L，从第三开口18倒入搅拌罐1。当然，可以选用其他材质、不同大小的岩石颗粒，也可以选用铝制、钛合金或者玻璃材质的球体颗粒，本说明书对此不作限制。适当增加搅拌速度使得石英砂颗粒均匀的分散在CMC溶液中，此时固相含量为5％。此处以5％作为最大固相含量，在其他实验中，可以根据需要设置该最大固相含量。最大固相含量的设置和液体排量有关，排量越大，流速越大可以携带起来的固相含量也就越大，最大固相含量可以越大；最大固相含量的设置和液体粘度也有关，粘度越大流速越大可以携带起来的固相含量也就越大，最大固相含量也可以越大。

然后设置模拟井筒2出口处的压力阀16的阀值压力为2MPa。当然，也可以为其他数值。此处2Mpa比较合理，可以有效地减少气泡从模拟井筒2底部升至顶部过程中因为液柱压力波动而发生的尺寸变化，而且也不会对模拟井筒2的承压能力提出过高要求。开启动力件11，缓慢增大动力件11的功率，使其效率提升，直至液体可以将模拟井筒2内的石英砂全部循环至搅拌罐1，继续循环到模拟井筒2流动稳定，计算此时模拟井筒2内液体流速为0.45m/s。

最后开启注射泵5，此时注射头6内径可以为4mm，注射泵5的推进速度为0.15cm/s，通过第一观测件12拍摄气泡尺寸为0.45mm，通过第二观测件13分析该气泡的上升速度为0.64m/s，计算得到该气泡在固液两相中的滑移速度为0.19m/s。改变注射头6的大小、注射速度，获得不同尺寸的气泡在不同推进速度下，在模拟井筒2内的上升速度。

完成上述步骤后，可以将过滤件4调至第二位置，使部分固相进入储砂罐3中，从而改变进入模拟井筒2中的混合物的固相含量，开始另一组数据的测量。

该测试装置可以根据实验需要配置一定固相含量的固液两相混合物，并实时控制固相含量，同时产生不同大小的气泡，准确测试气泡在不同固相含量条件下的上升速度，揭示固相含量、粒径等因素对气泡上升速度的影响规律，为预测气侵条件下气相上升时间、优化气侵压井施工参数提供参考。本测试装置可以设定变量为固相含量、砂砾粒径、气泡尺寸、液体流变性等，其中固相含量与实际钻井过程中的机械钻速有关，气泡尺寸和注射速度与实际气侵速率有关，粒径大小和不同岩性、钻头破岩方式有关，基于该测试装置的实验结果，可以根据发现气相的时间和气泡大小，精确预测不同工况下的气侵位置、气侵速度，进而通过改善钻速、钻井液性能来抑制气侵，为处理气侵提供技术和理论指导。如图4所示，本说明书实施方式还提供一种固液两相条件下气泡上升速度的测试方法。该方法可以包括以下步骤：

步骤S10：筛选具有预定粒径的固相颗粒，配置预定浓度的固相和液相的混合物。

在本步骤中，根据实验需要筛选出具有预定粒径的固相颗粒。在不同的实验中，保持其他参数不变，仅改变固相颗粒的粒径大小，可以得到不同大小的固相颗粒对气泡上升速度的影响。在配置预定浓度的固液两相混合物时，可以通过搅拌部混合均匀。该预定浓度可以为实验所需的最大浓度，此后可以通过储砂部自动减小混合物的固相含量。

步骤S20：将混合均匀的混合物输入模拟井筒2中。

在本步骤中，可以通过连接搅拌部和模拟井筒2的第一管道7、以及第一管道7上的动力件11将混合均匀的固液两相混合物从搅拌部输送至模拟井筒2中。

步骤S30：所述模拟井筒2达到预定压力且混合物流动均匀后，向所述模拟井筒2中注入气泡。

在本步骤中，模拟井筒2出口处设有压力阀16，模拟井筒2连接有用于测其压力的压力传感器17；模拟井筒2的进口上游设有流量计14。模拟井筒2内压力是否稳定可以根据压力传感器17的测量值是否稳定判断，流动是否均匀可以根据流量计14测量值是否稳定判断。可以由气泡发生部向模拟井筒2中注入气泡。

步骤S40：测量所述气泡的上升速度。

在本步骤中，可以由观测部测量所述气泡的上升速度。优选的，通过第一观测件12观测模拟井筒2方形段21内的气泡大小，通过第二观测件13观测模拟井筒2圆形段22内的气泡上升速度。改变气泡发生部注射头6内径的大小，可以改变气泡的大小。每种尺寸的气泡可以测量5次，以使结果更准确。

步骤S50：利用所述储砂部调节混合物的固相含量，重复上述步骤S30和S40。

在本步骤中，可以通过设置在第一管道7上的储砂部实现固相含量的调节。

在上述所有步骤完成后，可以先将储砂部的固相颗粒循环至模拟井筒2中，再将模拟井筒2和搅拌部的固液两相混合物排出。可以在搅拌部设置排液阀门23，用于排出混合物，并方便后续对装置进行清洗。

本说明书实施方式所提供的固液两相条件下气泡上升速度的测试方法，能够用于测试在固液两相条件下的气泡上升速度，并且通过自动改变进入模拟井筒2中的混合物的固相含量，可以测得固相含量不同、固相粒径不同时，气泡上升速度的变化规律，从而为优化气侵压井施工方案提供参考。

在本实施方式中，该方法实施方式与装置实施方式相对应，其能够实现装置实施方式所解决的技术问题，相应的达到装置实施方式的技术效果，具体的本说明书在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本说明书的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文引用的任何数值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

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。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (8)

1.一种固液两相条件下气泡上升速度的测试装置，其特征在于，包括：

用于将固相和液相的混合物混合均匀的搅拌部；

与所述搅拌部相连通的模拟井筒，所述搅拌部搅拌均匀后的混合物能进入所述模拟井筒中；

设置在所述搅拌部与所述模拟井筒之间的储砂部，所述储砂部设有储砂罐和过滤件，所述过滤件具有不拦截混合物中的固相的第一位置以及能拦截混合物中的固相的第二位置，所述过滤件处于所述第二位置时，混合物中的固相能进入所述储砂罐，进入所述模拟井筒中的混合物的固相含量改变；

与所述模拟井筒相连通的气泡发生部，用于向所述模拟井筒中注入气泡；

用于测量所述模拟井筒内气泡上升速度的观测部；

所述模拟井筒与所述搅拌部通过第一管道相连通，所述第一管道上设有第一开口，所述第一开口与所述储砂罐的进口相连通，所述过滤件设置在所述第一开口上；

所述过滤件位于第一位置时，所述过滤件与所述第一管道延伸方向平行，所述第一开口被所述过滤件覆盖，进入所述模拟井筒内的混合物的固相含量不变；所述过滤件位于第二位置时，所述过滤件与所述第一管道延伸方向具有预定夹角，所述第一开口打开，部分固相进入所述储砂罐中，进入所述模拟井筒内的混合物的固相含量减少；

所述第一管道在所述第一开口上游设有第一阀门，所述第一管道在所述第一阀门上游设有第二开口，所述第二开口与所述储砂罐底部通过第二管道相连通，所述第二管道上设有第二阀门；当所述第一阀门关闭、所述第二阀门打开，所述过滤件位于第三位置时，所述储砂罐内的固相能流入所述模拟井筒，所述模拟井筒内的固相含量增加。

2.根据权利要求1所述的固液两相条件下气泡上升速度的测试装置，其特征在于，所述储砂罐设置有观察部，用于测量所述储砂罐内的储砂量；所述第一管道上设有动力件，用于为混合物从所述搅拌部输送至所述模拟井筒提供动力。

3.根据权利要求1所述的固液两相条件下气泡上升速度的测试装置，其特征在于，所述模拟井筒沿长度方向延伸，所述模拟井筒沿其长度方向包括方形段和圆形段，所述气泡发生部注入的气泡先经过所述方形段，再经过所述圆形段；所述观测部包括用于观测所述方形段内气泡的第一观测件、用于观测所述圆形段内气泡的第二观测件，根据所述第一观测件的观测结果能测量气泡大小，根据所述第二观测件的观测结果能计算气泡上升速度。

4.根据权利要求3所述的固液两相条件下气泡上升速度的测试装置，其特征在于，所述模拟井筒采用透明材料制成，所述模拟井筒上标有刻度线；所述第一观测件和所述第二观测件为高速摄影机。

5.根据权利要求1所述的固液两相条件下气泡上升速度的测试装置，其特征在于，所述模拟井筒的进口上游设有流量计和单向阀，所述流量计用于监测进入所述模拟井筒内的流量，所述单向阀用于使混合物从所述搅拌部流入所述模拟井筒；所述模拟井筒的出口处设有压力阀，所述模拟井筒连接有用于测其压力的压力传感器，所述压力阀在所述压力传感器测得的压力达到预定压力时开启；所述搅拌部设有与大气连通的第三开口，所述模拟井筒的出口与所述搅拌部的第三开口相连。

6.根据权利要求1所述的固液两相条件下气泡上升速度的测试装置，其特征在于，所述气泡发生部包括注射泵和注射头，所述注射头的大小和注射速度可改变。

7.根据权利要求1所述的固液两相条件下气泡上升速度的测试装置，其特征在于，所述搅拌部包括搅拌罐、设于所述搅拌罐内的搅拌片、设于所述搅拌罐底部的电机，所述电机能带动所述搅拌片旋转；所述搅拌罐安装有液位计，用于测量所述搅拌罐内的液体体积；所述搅拌罐底部安装有排液阀门。

8.一种使用如权利要求1所述的测试装置测试固液两相条件下气泡上升速度的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10：筛选具有预定粒径的固相颗粒，配置预定浓度的固相和液相的混合物；

步骤S20：将混合均匀的混合物输入模拟井筒中；

步骤S30：所述模拟井筒达到预定压力且混合物流动均匀后，向所述模拟井筒中注入气泡；

步骤S40：测量所述气泡的上升速度；

步骤S50：利用所述储砂部调节混合物的固相含量，重复上述步骤S30和S40。

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