CN104318849B - 智能井模拟系统实验平台 - Google Patents

Abstract

智能井模拟系统实验平台，A产层供液系统与A产层流体控制系统联通，A产层监测系统与A产层流体控制系统和AB产层压降系统联通，AB产层压降系统与B产层流体控制系统联通；B产层供液系统与B产层流体控制系统联通，B产层监测系统与B产层流体控制系统和BC产层压降系统联通，BC产层压降系统与C产层流体控制系统联通；C产层流体控制系统与C产层供液系统和C产层监测系统联通，C产层监测系统与系统溢流阀、泵深减压阀、卸载阀的一端以及抽吸泵联通，系统溢流阀、泵深减压阀、卸载阀的另一端与水箱联通，抽吸泵通过减压阀与水箱联通，抽吸泵与配电柜相连，工业控制计算机与A产层监测系统和B产层监测系统以及C产层监测系统相连。

Description

智能井模拟系统实验平台

技术领域

本发明属于实验设备或装置技术领域，具体涉及到模拟从井中开采油、气的实验设备。

背景技术

智能井通过调节流量控制阀(Inflow Control Valve，ICV)阀孔开度组合，调节各ICV阀内外流体压力，进而均衡系统内压力优化分配各产层或分支产量，减少井数的同时提高了单井产量，延迟水侵，提高了注水波及效率和采收率，解决了由于油藏非均质性引起的锥进。实现最大限度增加原油产量、降低地面含水率、避免窜流、保持在泡点压力以上生产的目的，大大加快油藏的开采速度，提高油田的最终采收率。

目前，国内由于无法根据所测的井下实时压力与温度数据对井下ICV阀的阀孔开度组合进行调节，智能井技术的各种优势没有得到充分发挥。长久以来由于国内没有具备智能井系统功能并且可以模拟各种井型智能生产工况的综合型实验平台，常规实验装置达不到智能井的技术要求，严重地制约我国智能井技术的实际应用与发展。为适用于国内油气藏特点的智能井技术，急需一套具备智能井系统功能且可以在室内进行试验研究的综合性实验平台。

国外成套的智能井系统在200～500万美元不等，整套购买非常昂贵很不经济，且其体积庞大不适合进行室内实验研究。因此，急需结合我国油气生产特点设计智能井模拟系统实验平台，以满足智能井技术相关室内研究的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有研究智能井技术实验装置的不足，提供一种测量精度高、操作简单、体积小、制作成本低的智能井模拟系统实验平台。

解决上述技术问题所采用的技术问题是：A产层供液系统出口通过管道与A产层流体控制系统入口相联通，A产层流体控制系统出口通过管道与A产层监测系统入口相联通，A产层监测系统出口通过管道与AB产层间压降系统入口相联通，AB产层间压降系统出口通过管道与B产层流体控制系统入口相联通；B产层供液系统出口通过管道与B产层流体控制系统入口相联通，B产层流体控制系统出口通过管道与B产层监测系统口相联通，B产层监测系统出口通过管道与BC产层间压降系统入口相联通，BC产层间压降系统出口通过管道与C产层流体控制系统入口相联通；C产层供液系统出口通过管道与C产层流体控制系统入口相联通，C产层流体控制系统出口通过管道与C产层监测系统入口相联通，C产层监测系统出口与安装在管道上的系统溢流阀、泵深减压阀、卸载阀的一端以及抽吸泵入口相联通，系统溢流阀、泵深减压阀、卸载阀的另一端与水箱相联通，抽吸泵出口通过安装在管道上减压阀与水箱相联通，抽吸泵通过导线与配电柜相连，工业控制计算机通过数据线与A产层监测系统和B产层监测系统以及C产层监测系统相连，泵深减压阀用于调节压力模拟不同采油泵的下泵深度工况。

本发明的A产层流体控制系统为：在支架上设置有套筒，套筒的左端设置有左端套筒堵头、右端设置有右端套筒堵头，左端套筒堵头和右端套筒堵头与套筒之间设置有套筒堵头密封圈，套筒中部外表面设置有4个注入孔密封接头，注入孔密封接头内设置有环空流体注入管，套筒上注入孔密封接头的右侧设置有环空测点密封接头和4个套筒盖板，环空测点密封接头内设置有套筒环空测点连接管，套筒的底部设置有套筒溢流阀密封接头，套筒溢流阀密封接头上设置有套筒溢流阀；套筒内部置有阀体，阀体左端设置有阀体端头密封圈，阀体顶部设置有阀体内内测点密封接头，阀体内测点连接管一端设置在阀体内测点密封接头内、另一端设置在右端套筒堵头中心孔上端，右端套筒堵头右端设置有右堵头穿越密封接头。

本发明的阀体的左端沿圆周方向加工有两道凹槽、右端加工有螺纹、顶部加工有流体注入孔a，阀体中部外表面轴向加工有4个底部有槽孔的凹槽，槽孔上设置有阀孔片和阀孔片密封圈，阀孔片上设置有阀孔堵塞。

由于本发明采用注入泵注流体到套筒模拟产层供液与供给压力，且通过减压阀调控流入套筒内流体的流压；采用阀孔片与阀体组合成流量控制阀控制流体，并通过层间减压阀与稳流件模拟层间自然压降；采用高精度压力温度变送器与流量变送器采集流量控制阀内外压力与温度数据及产层流量数据；采用抽吸泵模拟人工举升的工况，并且在抽吸泵入口安装减压阀模拟泵深；采用工业控制计算机进行数据采集；可以模拟多层段多层合采井、水平井、分支井、分层注水/气井等智能井的生产工况，完全模拟流体从各层段套管进入各流量控制阀内的监测与控制过程，以便进行相关理论室内实验的研究，本发明具有测量精度高、操作简单、体积小巧、制作成本低，可进行多种井型智能井技术理论室内实验研究等优点。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1中A产层供液系统19的结构示意图。

图3是图1中A产层流体控制系统1的结构示意图。

图4是图1中A产层流体控制系统1的A-A剖视图。

图5是图1中A产层监测系统2的结构示意图。

图6是图1中AB产层间自然压降系统3的结构示意图。

图7是图3中阀体1-5的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明，但本发明不局限于以下的实施方式。

实施例1

在图1中，本实施例的智能井模拟系统实验平台由A产层流体控制系统1、A产层监测系统2、AB产层间自然压降系统3、B产层流体控制系统4、B产层监测系统5、BC产层间自然压降系统6、C产层流体控制系统7、C产层监测系统8、系统溢流阀9、配电柜10、工业控制计算机11、抽吸泵12、卸载阀13、水箱14、减压阀15、泵深减压阀16、C产层供液系统17、B产层供液系统18、A产层供液系统19连接构成。

A产层供液系统19的出口通过管道与A产层流体控制系统1的入口相联通，A产层流体控制系统1的出口通过管道与A产层监测系统2的入口相联通，A产层监测系统2的出口通过管道与AB产层间自然压降系统3的入口相联通。

B产层供液系统18的出口通过管道与B产层流体控制系统4的入口相联通，AB产层间自然压降系统3的出口通过管道与B产层流体控制系统4的入口相联通，B产层流体控制系统4的出口通过管道与B产层监测系统5的入口相联通，B产层监测系统5的出口通过管道与BC产层间自然压降系统6的入口相联通。

C产层供液系统17的出口通过管道与C产层流体控制系统7的入口相联通，BC产层间自然压降系统6的出口通过管道与C产层流体控制系统7的入口相联通，C产层流体控制系统7的出口通过管道与C产层监测系统8的入口相联通，C产层监测系统8的出口与安装在管道上的系统溢流阀9、泵深减压阀16、卸载阀13的一端以及抽吸泵12的入口相联通，系统溢流阀9、泵深减压阀16、卸载阀13的另一端与水箱14相联通，抽吸泵12的出口通过安装在管道上的减压阀15与水箱14相联通，抽吸泵12通过导线与配电柜10相连，工业控制计算机11通过数据线与A产层监测系统2和B产层监测系统5以及C产层监测系统8相连，用于将采集到的各产层生产流量控制阀内外压力、温度及各层段流量数据存储并输出到计算机11，由计算机进行数据处理显示出计算结果，工业控制计算机11为研华工控机型号IPC-610。

图2给出了本实施例A产层供液系统19的结构示意图。在图2中，本实施例的A产层供液系统19由注入泵溢流阀19-1、套筒减压阀19-2、电机调速变频器19-3、搅拌机19-4、注入泵19-5连接构成。注入泵19-5的输入口通过管道与水箱14相联通、输出口通过安装在管道上的注入泵溢流阀19-1与水箱14相联通、输出口通过安装在管道上的套筒减压阀19-2与A产层流体控制系统1的入口相联通，注入泵19-5上用螺纹紧固连接件固定连接有电机调速变频器19-3，水箱14上安装有搅拌机19-4，搅拌机19-4使水箱14内的油水两相充分混合模拟油水两相同产期，注入泵19-5将水箱14内的油水混合物注入到A产层流体控制系统1，电机调速变频器19-3通过改变注入泵电机的转速控制注入泵19-5注入产层流体，注入泵溢流阀19-1防止注入泵19-5过载。

图3、4、7中，给出了本实施例A产层流体控制系统1的结构示意图。在图3中，本实施例的A产层流体控制系统1由套筒1-1、套筒注入孔密封接头1-2、阀孔片1-3、阀孔堵塞1-4、阀体1-5、支架1-6、右端套筒堵头1-7、套筒溢流阀密封接头1-8、套筒溢流阀1-9、套筒盖板1-10、套筒环空流体注入管1-11、左端套筒堵头1-12、阀体端头密封圈1-13、阀体测点密封接头1-14、环空测点密封接头1-15、套筒环空测点连接管1-16、阀体内测点连接管1-17、套筒堵头密封圈1-18、右端堵头穿越密封接头1-19、阀孔片密封圈1-20连接构成。支架1-6上用螺纹紧固连接件固定安装有套筒1-1，套筒1-1的几何形状为圆柱体，套筒1-1的左端通过螺纹连接有左端套筒堵头1-12、右端通过螺纹连接有右端套筒堵头1-7，左端套筒堵头1-12和右端套筒堵头1-7与套筒1-1之间安装有套筒堵头密封圈1-18，套筒1-1中部外表面沿圆周方向焊接有四个流体注入孔并通过螺纹联接有注入孔密封接头1-2，注入孔密封接头1-2内安装有环空流体注入管1-11，环空流体注入管1-11通过安装在管道上的套筒减压阀19-2与注入泵19-5的出口相联通，套筒1-1上注入孔密封接头1-2的右侧通过螺纹联接有环空测点密封接头1-15，环空测点密封接头1-15内部安装有套筒环空测点连接管1-16，套筒环空测点连接管1-16通过管道与A产层监测系统2相联通。

套筒1-1的内安装有阀体1-5，阀体1-5的左端沿圆周方向加工有两道凹槽，凹槽内安装有阀体端头密封圈1-13，阀体1-5中部外表面轴向均布加工有4个凹槽，凹槽的底部加工有槽孔，槽孔上用螺纹紧固连接件固定安装有阀孔片1-3，阀孔片1-3覆盖在通孔上，阀孔片1-3与槽孔之间安装有阀孔片密封圈1-20，阀孔片1-3上安装有阀孔堵塞1-4。阀体1-5的右端通过螺纹与右端套筒堵头1-7内联接，阀体1-5通过螺纹联接阀体测点密封接头1-14，阀体内测点连接管1-17的一端安装在阀体测点密封接头1-14内、另一端安装在右端套筒堵头1-7中心孔上端，右端套筒堵头1-7的右端通过螺纹联接安装有右端堵头穿越密封接头1-19。在套筒1-1的外表面上4个阀孔片1-3所对应的位置分别用螺纹紧固连接件固定安装有套筒盖板1-10，套筒1-1的底部安装有套筒溢流阀密封接头1-8，套筒溢流阀密封接头1-8上通过螺纹联接安装有套筒溢流阀1-9。

图5给出了A产层监测系统2的结构示意图。在图5中，本实施例的A产层监测系统2由套筒环空温压变送器2-1、阀内温压变送器2-2、流量变送器2-3连接构成。套筒环空温压变送器2-1通过环空测点密封接头1-15与A产层流体控制系统1的套筒环空测点连接管1-16相联通，用于测量套筒1-1与阀体1-5环空流体的压力与温度数据，阀内温压变送器2-2通过管道与A产层流体控制系统1的右端堵头穿越密封接头1-19相连接，用于测量阀孔处流体阀内流体的压力与温度数据，流量变送器2-3的入口通过管道与A产层生产流量模拟控制系统1的右端套筒堵头1-7相联通，流量变送器2-3的出口通过管道与AB产层间自然压降系统3的入口相联通。套筒环空温压变送器2-1、阀内温压变送器2-2、流量变送器2-3通过数据线与工业控制计算机11相连。

图6给出了A产层与B产层间自然压降系统3的结构示意图。在图6中，本实施例的A产层与B产层间自然压降系统3由层段减压阀3-1、稳流器3-2、压力计3-3连接构成。稳流器3-2和层段减压阀3-1的入口通过安装在管道上的压力计3-3与A产层监测系统2的流量变送器2-3的出口相联通，层段减压阀3-1的出口与水箱14相联通，稳流器3-2的出口通过安装在管道上的压力计3-3与B产层流体控制系统4的左端套筒堵头的入口相联通。

本实施例的B产层供液系统18的零部件及零部件的连接关系与A产层供液系统19完全相同。B产层供液系统18中注入泵的输入端通过管道与水箱14相联通。输出端通过安装在管道上的套筒减压阀与B产层流体控制系统4的套筒上的流体注入孔相联通。

本实施例的B产层流体控制系统4的零部件及零部件的连接关系与A产层流体控制系统1完全相同。B产层流体控制系统4的输入端通过安装在管道上的压力计3-3与稳流器3-2的输出端相联通，输出端通过安装在管道上的B产层监测系统5的流量变送器的入口相联通。

本实施例的BC产层间自然压降系统6的零部件及零部件的连接关系与AB产层间自然压降系统3完全相同。BC产层间压降系统6中稳流器的入口通过安装在管道上的层段减压阀与水箱14相联通，稳流器的出口段通过管道与C产层流体控制系统的左端套筒堵头的入口相联通。

本实施例的C产层供液系统17的零部件及零部件的连接关系与A产层供液系统19完全相同。C产层供液系统17中注入泵的输入端通过管道与水箱14相联通，输出端通过安装在管道上的套筒减压阀与C产层流体控制系统7的套筒筒体上的流体注入孔相联通。

本实施例的C产层流体控制系统7的零部件及零部件的连接关系与A产层流体控制系统1完全相同。C产层流体控制系统7的输入端通过安装在管道上的压力计与BC产层间自然压降系统6的稳流器的输出端相联通，输出端通过管道与C产层监测系统8的流量变送器的入口相联通。C产层监测系统8的流量变送器的出口与系统溢流阀9、泵深减压阀16的一端相联通，系统溢流阀9、泵深减压阀16的另一端与水箱14相联通，系统溢流阀9防止系统过载。

本实施例的人工举升系统由抽吸泵12、卸载阀13、减压阀15组成。抽吸泵12的入口通过管道与卸载阀13和泵深减压阀16一端相联通，抽吸泵12的出口通过安装在管道上的减压阀15与水箱14相联通，卸载阀13和泵深减压阀16的另一端与水箱14相联通，卸载阀13防止抽吸泵12空载。

本发明的工作原理如下：

本实施例的A产层供液系统19的注入泵19-5给A产层的流体提供注入压力并通过电机调速变频器19-3改变注入泵电机的转速控制注入泵19-5的注入流量模拟不同产量的工况，A产层流体经过套筒1-1的流体注入孔注入套筒1-1与阀体1-5之间的环空内，通过套筒减压阀19-2调节注入产层流体的压力模拟产层不同井底压力的工况，进入环空的A产层流体经过阀孔片1-3上的阀孔流入阀体1-5内，通过拔插不同阀孔堵塞1-4的个数模拟智能井系统流量控制阀控制流入阀内流体的压力与流量的工况，A产层监测系统2的套筒环空温压变送器2-1和阀内温压变送器2-2分别测量环空与阀体内流体的压力与温度数据，流量计变送器2-3测量阀孔片1-3控制后的流量，并将所测得的数据传输入工业控制计算机11进行显示与存储，用于压力、温度与流量数据的分析。A产层的流体经过流量计变送器2-3进入到AB产层间压降系统3内，通过层段减压阀3-1调节压力模拟不同厚度层段间的隔层的自然压降，通过AB产层间压降系统3两端的压力计3-3读取控制的自然压降数值，稳流器3-2将流体经过流量计变送器2-3与层段减压阀3-1后产生的湍流迅速稳定成层流，然后再通过B产层流体控制系统4的左端套筒堵头的入口流入到阀体内。

本实施例的B产层供液系统18的工作原理与A产层供液系统19完全相同，B产层流体控制系统4的工作原理与A产层流体控制系统1完全相同，BC产层间自然压降系统6的工作原理与AB产层间压降系统3完全相同。进入B产层流体控制系统4环空的B产层流体经过阀孔片上的阀孔流入阀体内并与流入阀体内的A产层流体相混合，混合后的A、B两层流体流经B产层监测系统5的流量计变送器，流量计变送器将所接收到的流量信号转换成数字信号输出，B产层监测系统5的套筒环空温压变送器将所接收到的B产层流体控制系统4的环空压力与温度信号转换成数字信号输出，阀内温压变送器将所接收到的阀体内A、B两层流体混合后的流体压力与温度信号转换成数字信号输出。混合后的流体通过C产层流体控制系统7的左端套筒堵头的入口流入到阀体内。

本实施例的C产层供液系统17的工作原理与A产层供液系统19完全相同，C产层流体控制系统7的工作原理与A产层流体控制系统1完全相同。进入C产层流体控制系统7环空的C产层流体经过阀孔片上的阀孔流入阀体内并与流入阀体内的A、B产层混合流体相混合，混合后的A、B、C三层流体流经C产层监测系统8的流量计变送器并将所接收到的A、B、C三层流体混合后的流量信号转换成数字信号输出，C产层监测系统8的套筒环空温压变送器将所接收到的C产层流体控制系统7的环空压力与温度信号转换成数字信号输出，阀内温压变送器将所接收到的阀体内A、B、C三层流体混合后的流体压力与温度信号转换成数字信号输出。混合后的流体通过泵深减压阀16流入地面模拟举升系统。通过泵深减压阀16调节压力模拟不同采油泵的下泵深度工况。

当A、B、C三层混合后的流体流经本实施例的人工举升系统的抽吸泵12管路时，通过调节抽吸泵12电机的转数模拟不同的人工举升工况。当A、B、C三层混合后的流体流经抽吸泵12左侧管路时模拟自喷井的工况。最后A、B、C三层混合流体通过减压阀15泄压后的注回到水箱14中。

本实例通过控制A、B、C各产层的不同阀孔数量模拟智能井系统各流量控制阀控制各产层流体流入的压力与流量，具备智能井系统分层段或分支实时监测、流入或注入剖面监测、分层段或分支控制压力与产量、控制层间干扰、抑制含水率上升与优化控制等功能。通过模拟各种不同的智能井工况，为智能井理论研究提供可靠数据。

Claims (3)

1.一种智能井模拟系统实验平台，其特征在于：A产层供液系统(19)出口通过管道与A产层流体控制系统(1)入口相联通，A产层流体控制系统(1)出口通过管道与A产层监测系统(2)入口相联通，A产层监测系统(2)出口通过管道与AB产层间压降系统(3)入口相联通，AB产层间压降系统(3)出口通过管道与B产层流体控制系统(4)入口相联通；B产层供液系统(18)出口通过管道与B产层流体控制系统(4)入口相联通，B产层流体控制系统(4)出口通过管道与B产层监测系统(5)入口相联通，B产层监测系统(5)出口通过管道与BC产层间压降系统(6)入口相联通，BC产层间压降系统(6)出口通过管道与C产层流体控制系统(7)入口相联通；C产层供液系统(17)出口通过管道与C产层流体控制系统(7)入口相联通，C产层流体控制系统(7)出口通过管道与C产层监测系统(8)入口相联通，C产层监测系统(8)出口与安装在管道上的系统溢流阀(9)、泵深减压阀(16)、卸载阀(13)的一端以及抽吸泵(12)入口相联通，系统溢流阀(9)、泵深减压阀(16)、卸载阀(13)的另一端与水箱(14)相联通，抽吸泵(12)出口通过安装在管道上减压阀(15)与水箱(14)相联通，抽吸泵(12)通过导线与配电柜(10)相连，工业控制计算机(11)通过数据线与A产层监测系统(2)和B产层监测系统(5)以及C产层监测系统(8)相连；所述的泵深减压阀(16)用于调节压力模拟不同采油泵的下泵深度工况。

2.根据权利要求1所述的智能井模拟系统实验平台，其特征在于所述的A产层流体控制系统(1)为：在支架(1-6)上设置有套筒(1-1)，套筒(1-1)的左端设置有左端套筒堵头(1-12)、右端设置有右端套筒堵头(1-7)，左端套筒堵头(1-12)和右端套筒堵头(1-7)与套筒(1-1)之间设置有套筒堵头密封圈(1-18)，套筒(1-1)中部外表面设置有4个注入孔密封接头(1-2)，注入孔密封接头(1-2)内设置有环空流体注入管(1-11)，套筒(1-1)上注入孔密封接头(1-2)的右侧设置有环空测点密封接头(1-15)和4个套筒盖板(1-10)，环空测点密封接头(1-15)内设置有套筒环空测点连接管(1-16)，套筒(1-1)的底部设置有套筒溢流阀密封接头(1-8)，套筒溢流阀密封接头(1-8)上设置有套筒溢流阀(1-9)；套筒(1-1)内部置有阀体(1-5)，阀体(1-5)左端设置有阀体端头密封圈(1-13)，阀体(1-5)顶部设置 有阀体内测点密封接头(1-14)，阀体内测点连接管(1-17)一端设置在阀体内测点密封接头(1-14)内、另一端设置在右端套筒堵头(1-7)中心孔的上端，右端套筒堵头(1-7)右端设置有右堵头穿越密封接头(1-19)。

3.根据权利要求2所述智能井模拟系统实验平台，其特征在于：所述的阀体(1-5)的左端沿圆周方向加工有两道凹槽、右端加工有螺纹、顶部加工有流体注入孔(a)，阀体(1-5)中部外表面轴向加工有4个底部有槽孔的凹槽，槽孔上设置有阀孔片(1-3)和阀孔片密封圈(1-20)，阀孔片(1-3)上设置有阀孔堵塞(1-4)。