CN104373105A - 模拟井筒多功能流动测试*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油钻完井技术试验领域，公开了一种模拟井筒多功能测试实验装置，主要由模拟井筒多功能测试试验台、柱塞泵、数据控制器、空气压缩机、储液罐、废液罐等仪器组成。所述多功能试验台通过中心管自转及轴向移动，可检验水平井旋转冲砂技术携砂能力；通过0-90度起升支架可观测直、斜及水平井环空多相流参数；变换井筒尺寸，可进行常规及微小井眼钻完井实验模拟；联入裂缝模拟器，可对水力喷射压裂封隔及孔内增压机理进行试验验证；联入脉冲射流装置，还可测试脉冲射流流场。本发明用途广泛、便捷高效，通过变换节流阀即可开展旋转冲砂、井筒多相流、水力喷射压裂及脉冲射流等多项钻完井流体实验研究。
Description
技术领域
本发明涉及石油、天然气钻完井技术试验领域，具体地说，涉及一种可模拟任意角度井筒多相流、水平井旋转冲砂、水力喷射压裂及脉冲射流等多项钻完井流体实验的多功能试验装置。
背景技术
随着我国石油天然气勘探开发朝深部地层发展的趋势，复杂工况下井筒多相流动规律、高效破岩、携岩、压裂机理日益成为石油钻完井技术领域研究的重点与难点。因此，结合基础理论开展复杂工况下钻完井实验研究，对钻完井过程中排量、温度、压力等施工参数的预测与控制意义重大。然而现有的井筒多相流动及破岩、携砂、喷射压裂等钻完井试验装置存在以下不足：1.中心管不能进行转动或轴向移动，无法模拟复杂工况下井筒压力波动及上提管柱旋转冲砂工艺；2.未考虑地层存在裂缝对井筒流动规律的影响，无法模拟地层存在滤失情况下对冲砂、携砂等工艺的影响；3.井筒尺寸参数不易调节，对微小井眼与常规井筒携岩规律不能进行有效实验对比；4.环空不能注液，无法模拟反洗、水力喷射压裂等施工工艺井筒流动规律；5.设备延拓能力较差，无法充分利用模拟管柱设备进行多项钻完井试验。因此，建立一套易于模拟复杂工况，集多种实验功能于一体的模拟井筒测试装置是研究钻完井技术与理论的一种必要途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为开展钻完井基础研究提供一套综合的多功能井筒模拟试验装置，以达到只通过置换阀门即可实现水平井旋转冲砂、任意角度井筒多相流、水力喷射压裂及脉冲射流等多项钻完井流体实验的目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：模拟井筒多功能测试实验装置，由储液罐、中心管柱塞泵、环空柱塞泵、井筒多功能测试试验台、空气压缩机、数据控制器及废液罐通过管线依次连接而成；所述井筒多功能测试实验装置包括
固定支架，设置在所述支架上的电动马达，用于带动中心管做自转及轴向移动；设置在所述固定支架上的中心管，用于模拟钻柱或油管，所述中心管底部设有接口，可安装不同类型喷嘴；设置在所述固定支架上的起升支架，用于实现管柱0-90度起升；设置在所述起升支架上的小型井口装置，通过螺纹连接管柱，用于密封中心管与玻璃套管之间环空；设置在所述起升支架上的高强度玻璃套管，与所述中心管形成环形空腔，所述玻璃套管上部侧壁设有井筒出口，下部侧壁设有与环空柱塞泵连接的地层流体侵入接口和裂缝模拟器，底部接有加砂/排砂器。
作为优选，所述电动马达可通过螺杆轨道对轴向位移进行精确定位。
作为进一步优选，所述电动马达可对中心管自转速度进行精确控制，转速范围0-500rpm。
作为进一步优选，所述固定支架上安装有燕尾槽夹具，可加持不同型号所述高强度玻璃管柱。
作为进一步优选，所述不同型号所述高强度玻璃管柱尺寸范围89-178mm。
作为进一步优选，所述中心管配有连接柱塞泵的高承压旋转水龙头，耐压50MPa以上。
作为进一步优选，所述小型井口装置设有环空入口，其与环空柱塞泵相连接。
作为进一步优选，通过所述小型井口装置环空入口及所述高强度玻璃套管出口节流阀，可进行环空围压调节。
作为进一步优选，述高强度玻璃套管沿程设有多个外延接口以连接流量计、温度传感器及压力传感器等数据采集设备。
作为进一步优选，所述高强度玻璃套管支路皆设有旋拧阀或防砂旋拧阀，可根据不同实验需要进行设置。
由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：由于本发明的模拟井筒多功能测试实验装置包括固定支架，设置在支架上的电动马达，连接高承压旋转水龙头、底部设有喷嘴接口的中心管，设置在起升支架上的小型井口，设置在起升支架上的设有多组外延接口的高强度玻璃套管，本试验装置可以开展多种钻完井流体试验。
本发明的电动马达，通过螺杆轨道，可精确定位并实时调节中心管自转与轴向移动速度，很好的克服了传统多相流试验***无法模拟钻柱升降过程井筒压力
波动及上提管柱旋转冲砂工艺的问题。
本发明的裂缝模拟器，内部成纺锤体，沿程布有多组压力、流速传感器，底部有出口同废液罐相连，可很好的模拟地层存在裂缝及滤失情况下井筒流体流动，同时也可开展水力喷射压裂孔内增压及水力密封实验研究。
本发明配备了多组不同型号高强度玻璃套管，可对微小井眼与常规井筒携岩规律进行有效实验对比；
本发明的支路旋拧阀，可根据具体试验需要使流体分别从中心管、环空或加砂口进入高强度玻璃套管，配合电动马达、空气压缩机、裂缝模拟器、0-90度起升支架、沿程数据采集仪等器材使用，从而实现多相流、携砂、喷射压裂、脉冲射流等多项钻完井实验模拟。
附图说明
下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明
图1是本发明实施的试验流程图；
图2是本发明模拟井筒多功能测试试验台的结构剖视图；
图中：1-中心管柱塞泵；2温度测试仪；3-压力测试仪；4-裂缝模拟器；5-废液罐；6-加砂器；7-空气压缩机；8-高强度玻璃套管；9-中心管；10-流量测试仪；11-环空柱塞泵；12-储液罐；13-数据控制器；14-电动马达；15-旋转水笼头；16-螺杆轨道；17-固定支架；18-燕尾槽夹具；19-翻转支架；20-起升支架；21-翻转支撑总成；22-减速器总成；23-支撑座；24-小型井口装置以及阀1-13，其中阀3、4、6、7为防砂旋拧阀，其余为常规旋拧阀。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，多功能井筒模拟试验装置，主要包括储液罐12、连接中心管的柱塞泵1、连接环空的柱塞泵11、控制轴向移动及旋转的电动马达14、带有高承压旋转水龙头的中心管15、小型井口装置24、高强度玻璃套管8、模拟油管的中心管9、模拟裂缝存在的裂缝模拟器4、模拟地层气体侵入的空气压缩机7、控制数据采集处理的数据控制器13、废液罐11、若干流量、温度、压力传感器如2、3、10等装置。其中，所述柱塞泵皆设有调压循环回路，所述高强度套管环空出口皆装有防砂旋拧阀，所述加砂器6可同时作为地层流体、气体侵入口使用，各支路皆设有旋拧阀17-26，未使用时处于拧紧状态。
本发明可开展水平井旋转冲砂实验，实验流程如下：开启阀7、8，自加砂器加入适量砂粒，开启空气压缩机7将砂粒吹入环空后，关闭阀7、8；开启阀1、4、13、中心管柱塞泵1及电动马达14，电动马达带动中心管做自转及轴向移动，自转速度及轴向移动速度可调，转速、轴向移动速度，待柱塞泵1排量达到要求，稳定后关闭阀1，开启旋拧阀2，开始实验；此时，泵注液流向为：储液罐12中的液体经柱塞泵1、通过流量计进入模拟油管9、自模拟油管底部携砂喷嘴喷出，喷出后携砂液自模拟井筒8环形空间上返，上返过程中，通过数据控制器使若干分布在模拟井筒上的流量、压力传感器可对上返过程中环空流体的速度、固相
流速、压力等参数进行实时测量，上返液经高强度玻璃套管8上部环空出口经旋拧阀4流入废液罐5。
进一步，本发明可开展复杂工况下井筒环空多相流模拟实验，实验流程如下：开启防砂旋拧阀7，自加砂器加入适量砂粒后关闭阀7，开启旋拧阀1、4、9-13，中心管柱塞泵1及环空柱塞泵11，待两泵排量达到要求，稳定后，关闭阀1、11，开启阀2及防砂旋拧阀7，开始实验；实验过程中，连接中心管的柱塞泵1的泵注液流向同所述水平井旋转冲砂试验相同，连接环空的柱塞泵11的泵注液经旋拧阀9、10同加砂器中砂粒混合后，经防砂旋拧阀7进入井筒环空，再通过高强度玻璃套管8上部环空出口经旋拧阀4流入废液罐5；此时，可根据需要启动电动马达14，使中心管自转或轴向移动，模拟复杂工况下井筒多相流流动规律，也可通过起升支架20的配合，使井筒停留在0-90度任意位置进行井筒多相流模拟，还可适量打开阀6、7，模拟地层存在滤失情况下井筒多相流动规律。
进一步，本发明可开展水力喷射压裂孔内增压及水力封隔实验，实验流程如下：开启旋拧阀1、5、6、10-13，中心管柱塞泵1及环空柱塞泵11，待两泵排量达到要求，稳定后，关闭阀1、11，开启阀2、3，开始实验；实验过程中，泵注液流向为：连接中心管的柱塞泵1泵注液经中心管9，从底部喷嘴以高速喷射进入地层模拟器4，通过设在地层模拟器上的多组压力传感器可方便记录地层模拟器压力分布，从而可进行水力喷射压裂孔内增压规律研究；此外，连接环空的柱塞泵11的泵注液经阀3注入环空，在中心管底部喷嘴处被卷入地层模拟器4，再通过阀5进入废液罐5，该过程模拟实际作业环空补液工艺，通过设在模拟井筒上的多组压力传感器可方便记录井筒压力分布，从而可进行水力喷射压裂水力封隔规律研究。
进一步，本发明可使中心管与水利脉冲空化射流装置连接(水利脉冲空化射流装置已申请专利，申请号：GAI10CN0259M)，开展水利脉冲空化射流流场测试实验。实验流程如下：开启阀1、4、13、中心管柱塞泵1，待柱塞泵排量达到要求，稳定后，关闭阀1，开启阀2，开始实验；实验过程中，泵注液流向为：自储液罐12流经中心管9，经水利脉冲空化射流装置形成空化脉冲射流进入环空，若干分布在模拟井筒上的流量、压力传感器可对上返过程中环空流体的速度、压力进行实时测量，从而实现流程测试，上返的液体经阀4进入废液罐5。
进一步，本发明可开展不同井筒尺寸携砂规律、多相流对比实验，实验流程如前所述。
进一步，本发明用途广泛，除可进行以上所述实验外，结合PIV等流程测试装置，还可进行多项功能拓展试验。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，其中并未详细述及的部分均为本领域普通
技术人员的公知常识，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.模拟井筒多功能测试实验装置，其特征在于：由储液罐、中心管柱塞泵、环空柱塞泵、井筒多功能测试试验台、空气压缩机、数据控制器及废液罐通过管线依次连接而成；
所述模拟井筒多功能测试试验台包括
固定支架，
设置在所述固定支架上的电动马达，用于带动中心管自转与轴向移动，
中心管，与所述中心管柱塞泵连接，用于模拟油管或钻柱，所述中心管底部设有接口，可连接更换喷嘴，
设置在所述固定支架上的起升支架，用于实现管柱0-90度起升，
设置在所述起升支架上的小型井口装置，通过螺纹连接管柱，用于密封中心管与玻璃套管之间环空，
设置在所述起升支架上的高强度玻璃套管，与所述中心管形成环形空腔，所述玻璃套管上部侧壁设有井筒出口，下部侧壁设有与环空柱塞泵连接的地层流体侵入接口和裂缝模拟器，底部接有加砂器。
2.如权利要求1所述的模拟井筒多功能测试实验装置，其特征在于：所述电动马达可通过螺杆轨道对轴向位移进行精确定位。
3.如权利要求1所述的模拟井筒多功能测试实验装置，其特征在于：所述电动马达可对中心管自转速度进行精确控制，转速范围0-500rpm。
4.如权利要求1所述的模拟井筒多功能测试实验装置，其特征在于：所述固定支架上安装有燕尾槽夹具，可加持不同型号所述高强度玻璃管柱。
5.如权利要求2所述的模拟井筒多功能测试实验装置，其特征在于：所述不同型号所述高强度玻璃管柱尺寸范围89-178mm。
6.如权利要求1所述的模拟井筒多功能测试实验装置，其特征在于：所述中心管配有连接柱塞泵的高承压旋转水龙头，耐压50MPa以上。
7.如权利要求1所述的模拟井筒多功能测试实验装置，其特征在于：所述小型井口装置设有环空入口，其与环空柱塞泵相连接。
8.如权利要求6所述的模拟井筒多功能测试实验装置，其特征在于：通过所述小型井口装置环空入口及所述高强度玻璃套管出口节流阀，可进行环空围压调节。
9.如权利要求1所述的模拟井筒多功能测试实验装置，其特征在于：所述高强度玻璃套管沿程设有多个外延接口以连接流量计、温度传感器及压力传感器等数据采集设备。
10.如权利要求1-9任一项所述的模拟井筒多功能测试实验装置，其特征在于：所述高强度玻璃套管支路皆设有旋拧阀或防砂旋拧阀，可根据不同实验需要进行设置。
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |