1.一种双罐串联式气液两相漏失速率实时测量装置,包括钻杆(3)和井筒(4),所述井筒(4)的内腔安装钻杆(3),在井筒(4)内注入液体,其特征是:还包括第一气液分离罐(1)、第二气液分离罐(2)、注气口(5)、漏失孔(6)、第一浮子液位传感器(7)、第二浮子液位传感器(10)、液体质量流量计(12)、数据采集装置(13)、液体收集池(14),所述井筒(4)的底部设有注气口(5),在井筒(4)的侧壁设有漏失孔(6),且通过管线连接到第一气液分离罐(1)的上侧,所述第一气液分离罐(1)的底部通过管线连接第二气液分离罐(2),第一气液分离罐(1)的顶部安装第一浮子液位传感器(7),且第一浮子液位传感器(7)通过数据线连接到数据采集装置(13),所述第二气液分离罐(2)的底部通过管线和液体质量流量计(12)连接到液体收集池(14),第二气液分离罐(2)的顶部安装第二浮子液位传感器(10),且第二浮子液位传感器(10)通过数据线连接到数据采集装置(13)。
2.根据权利要求1所述的双罐串联式气液两相漏失速率实时测量装置,其特征是:所述的第一气液分离罐(1)的上侧安装第一压力传感器(8),并通过数据线连接到数据采集装置(13);第二气液分离罐(2)的上侧安装第二压力传感器(11),并通过数据线连接到数据采集装置(13)。
3.根据权利要求2所述的双罐串联式气液两相漏失速率实时测量装置,其特征是:所述的第一气液分离罐(1)的底部通过管线和第一压力调节阀(9)连接到第二气液分离罐(2)的上侧。
4.根据权利要求3所述的双罐串联式气液两相漏失速率实时测量装置,其特征是:所述的第二气液分离罐(2)的底部通过管线、第二压力调节阀(15)和液体质量流量计(12)连接到液体收集池(14),且液体质量流量计(12)通过数据线连接到数据采集装置(13)。
5.根据权利要求4所述的双罐串联式气液两相漏失速率实时测量装置,其特征是:所述的第一气液分离罐(1)的顶部安装排气管和第三控制阀(16),在第二气液分离罐(2)的顶部安装排气管和第四控制阀(17)。
6.一种采用如权利要求5所述的双罐串联式气液两相漏失速率实时测量装置的测试方法,其特征是包括以下过程:首先,在井筒(4)内注入液体,通过注气口(5)注入气体,模拟钻井过程中钻遇溢流后气体侵入井筒工况,气液两相流流经漏失孔(6)时,气液两相发生漏失,通过管线将气液两相流引入第一气液分离罐(1),若第一气液分离罐(1)内压力和漏失孔(6)处的压力相等时则井筒(4)不会发生漏失,此时,通过调节第一气液分离罐(1)底部的第一压力调节阀(9)调节罐内压力,从而调节分离罐与漏失点之间的压力差,达到调节漏失速率的目的;然后,当气液两相进入第一气液分离罐(1)后气液在第一气液分离罐(1)内自然分离,第一气液分离罐(1)内的压力为1.6MPa-70MPa,其底部排出的液体中存在溶解在液体中的气体或者存在未及时气液分离的气体,其以微小气泡的形式存在于液体中,再将第一气液分离罐(1)中的液体排入第二气液分离罐(2);另外,第二气液分离罐(2)的压力为0.1MPa-1.6MPa,经气液分离后气体脱溶,达到实验误差要求;第一气液分离罐(1)和第二气液分离罐(2)的顶部分别设有第一浮子液位传感器(7)和第二浮子液位传感器(10),用于实时测量液位,同时实时收集压力数据,并被收集保存,第二气液分离罐(2)底部通过第二压力调节阀(15)和液体质量流量计(12)进行排液,并对排出液体进行计量,实现液体漏失速率实时测量和气体漏失质量流量实时测量。
7.根据权利要求6所述的双罐串联式气液两相漏失速率实时测量装置的测试方法,其特征是:液体漏失速率实时测量的方法,具体包括如下过程:在实验过程中漏失液体的质量由第二气液分离罐(2)底部排出的液体质量流量、第一气液分离罐(1)中液体质量变化率和第二气液分离罐(2)中液体质量变化率三部分组成,液体漏失质量流量为: (1),两个气液分离罐直径相等,气液分离罐内液体质量为: (2),式中i取值为1或2,表征第一气液分离罐(1)和第二气液分离罐(2)中的液体质量;联立公式(1)-(2)可得: (3),式中, 为漏失液体质量流量,kg/s; 为液体密度,kg/m 3 ; 为液体排出体积速率,m 3 /s; V li ( t )为t时刻的第i气液分离罐内液体体积,m 3 ;r为气液分离罐的半径,m; H ti 为t时刻的第i气液分离罐内液位传感器测量液位高度,m。
8.根据权利要求7所述的双罐串联式气液两相漏失速率实时测量装置的测试方法,其特征是:气体漏失质量流量实时测量的方法,具体包括如下过程:通过监测第一气液分离罐(1)和第二气液分离罐(2)内气体状态参数,基于质量守恒原理与理想气体状态方程,实时计算气体漏失质量速率,但由于气体具有压缩性,需要结合实验过程中压力变化求取气体质量变化,所述气体漏失质量流量等于第一气液分离罐(1)内气体质量的瞬时变化率、第二气液分离罐(2)内气体质量瞬时变化率以及第一气液分离罐(1)中底部残余液体中溶解气体质量变化率三者之和,即: (4),其中,气液分离罐内t时刻气体质量由气体状态方程给出: (5), (6),若实验过程中第一气液分离罐(1)底部液体中气体均匀溶解,即液体上部和下部溶解度是一致的,第一气液分离罐(1)底部液体溶解度由第二气液分离罐(2)中分离的气液体积比表征,将第二气液分离罐(2)中转换成标准状况下溶解度计算公式如下: (7),式中,Rs(t)为第一气液分离罐(1)底部液体溶解度,m 3 /m 3 ;P 0 为大气体压力,Pa;T 0 为标准温度,K;T 1 为测量温度,K;第一气液分离罐(1)底部残余液体中溶解的气体质量变化率由以下公式计算: (8),对其求导可得,气液分离罐内气体质量变化速率: (9),气液分离罐内气体体积可用下面方程求出: (10),式中i取值为1或2,代表第一气液分离罐(1)和第二气液分离罐(2);联立公式(2)可得: (11),式中, 为漏失液体质量流量,kg/s;P i (t)为第i气液分离罐内气体压力,Pa;M为气体摩尔质量,g/mol; m r ( t )为第一气液分离罐(1)底部液体中溶解的气体质量变化率,kg/s; V gi ( t )为t时刻的第i气液分离罐内气体体积,m 3 ;V T 为气液分离罐体积,m 3 ;T为气液分离罐内温度,K; Z i (t)为t时刻的第i气液分离罐内气体压缩因子,无量纲;R为气体常数,J/(mol·K); 为标准状况下气体密度,kg/m 3 ; V l 1 ( t )为t时刻第一气液分离罐(1)内液体体积,m 3 ;通过公式(3)求得实验过程中漏失液体瞬时质量流量,同时通过公式(11)求得实验过程中瞬时气体瞬时质量流量。