CN105223007B - 油气井用破裂盘性能测试评价装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了油气井用破裂盘性能测试装置，它包括实验套管组，套管组包括第一层套管，第一层套管的一端和测试套管短接连接，测试套管短接上固定有破裂盘，在测试内筒、第二层套管和外筒的两端分别连接有密封接箍，在测试内筒的两端密封接箍上分别设置有第一层套管进液口和第一层套管出液口,在第二层套管的两端密封接箍上开有第二层套管进液口和排液口，在外筒的上端密封接箍上开有海水进排液口；第一层套管进液口和第一层套管出液口之间通过连接第一加压设备及水箱的第一高压连接管线相连通，第二层套管接箍进液口和排液口之间通过连接第二加压设备及水箱第二高压连接管线相连通。本装置测试和评价油气井用井筒压力控制破裂盘性能。

Description

油气井用破裂盘性能测试评价装置

技术领域

本发明涉及到一种油气井用破裂盘性能测试评价装置，用于防止高温高压条件下油气田开采作业特别是深水油气井开采作业的套管保护技术，能够解决深水高温高压条件下套管挤毁、套管破裂盘研发等工程问题，为油气井开采井筒安全提供防护措施。

背景技术

由于水深的影响，海底及浅部地层温度低，而储层流体的温度相对较高，在油气井测试和生产初期几小时内，由于油气在井筒中的流动会使各层套管环空密闭空间内的流体温度显著增加，随着测试或生产时间的持续，可使井筒温度上升近百度，从而导致密闭空间内的压力剧升，进而会对井筒完整性带来严重的危害。目前，海上油气井井筒温度压力测量大部分采用现场测点和理论预测，由于对海上油气井井筒温度压力认识不足，井筒环空压力防治技术仍停留在预测阶段，缺乏准确的实验研究，因此，油气井用破裂盘研究作为一种重要的井筒环空压力安全控制技术需要进行研究，油气井用破裂盘性能测试评价装置可以实现井筒热变形计算，对油气井用破裂盘技术研发和井身结构优化设计提供准确可靠的试验数据。

目前，国内缺乏破裂盘性能测试装置，导致破裂盘启动压力不清晰，加工工艺把握不准确，同时也大大限制了破裂盘结构方面的改进，开发受到极大限制。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种模拟油气井开采过程中的高温高压环境的油气井用破裂盘性能测试装置，采用该实验装置能够实现井筒内流体温度压力控制、各级井筒环空体积控制，井筒及各级环空温度压力测量等功能，可以方便的读取温度压力数据，测量和评价安装在测试短接上的破裂盘的性能，从而研究设计破裂盘的合理启动压力和安装位置。

本发明是通过以下技术方案实现的:

本发明的油气井用破裂盘性能测试装置，它包括用于模拟实际的水下井筒的实验套管组，所述的实验套管组包括第一层套管，所述的第一层套管的一端和测试套管短接螺纹连接组成测试内筒，所述的测试套管短接上固定有破裂盘，所述的破裂盘安装位置的轴向高度一致，所述的第一层套管套装在第二层套管内，所述的第二层套管套装在外筒内,所述的第一层套管和第二层套管之间的空腔区域为测试循环通道，在所述的测试内筒、第二层套管和外筒的两端分别螺纹连接有密封接箍，所述的第二层套管的两端密封接箍与测试内筒之间以及所述的外筒的两端的密封接箍与第二层套管之间分别通过密封结构密封设置,所述的测试内筒的下端密封接箍通过密封结构与基盘密封相连，所述的外筒垂直设置在基盘上，在所述的测试内筒的两端密封接箍上分别设置有第一层套管进液口和第一层套管出液口,在所述的第二层套管的两端密封接箍上开有与测试循环通道连通的第二层套管进液口和排液口，在所述的外筒的上端密封接箍上开有海水进排液口；所述的第一层套管进液口和第一层套管出液口之间通过第一高压连接管线相连通，在所述的第一高压连接管线上连接有第一加压设备及水箱,所述的第二层套管接箍进液口和排液口之间通过第二高压连接管线相连通，在所述的第二高压连接管线上安装有第二加压设备及水箱,在所述的第一层套管出液口以及第二层套管排液口处分别安装有温度传感器和压力传感器，在所述的外筒和第二层套管内分别安装有液位检测仪，在所述的第二层套管进液口和外筒的海水进排液口上均安装有用于调节压力大小的循环控制阀，在所述的第一层套管内安装有加热热阻，在所述的第二层套管外壁上覆盖有保温材料，所述的温度传感器、压力传感器、液位检测仪、第一加压设备和第二加压设备以及循环控制阀均与计算机采集系统连接，所述的压力传感器输出压力信号给所述的计算机，所述的计算机用于存储读取的压力信号并将该压力信号与设定值比较，然后向第一加压设备和第二加压设备输出扬程和流量控制信号并控制循环控制阀的开启与关闭，所述的液位检测仪输出液位信号给所述的计算机，所述的计算机用于存储读取的液位信号并将该液位信号与设定值比较，然后向第一加压设备和第二加压设备输出流量控制信号，所述的温度传感器输出温度信号给所述的计算机，所述的计算机用于存储读取的温度信号。

本发明的优点：弥补现有海上油气井井筒温度压力认识不足，防止井筒破坏，创新研发一种重要的水下井筒破裂盘测试实验装置，测试和评价油气井用井筒压力控制破裂盘性能，为油气井开采井筒安全提供防护措施。本装置可进行调节控制环空流体性质、压力环境，测试破裂盘的性能，测试过程安全可控，且可实时调节和监控。

附图说明

图1是本发明的可压缩液体性能测试评价装置的结构示意图；

1—实验套管组；2—第一加压设备及水箱；3—第二加压设备及水箱；4—温度传感器；5—压力传感器；6—液位检测仪；7—计算机采集系统；8-1—第一高压连接管线；8-2—第二高压连接管线；9—基盘

图2是图1所示的装置中的实验套管组的剖视图；

2-1—第一层套管；2-2—第二层套管；2-3—外筒；2-4—测试套管短接。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如附图所示的本发明的油气井用破裂盘性能测试装置，它包括用于模拟实际的水下井筒的实验套管组1，所述的实验套管组1包括第一层套管2-1，所述的第一层套管2-1的一端和测试套管短接2-4螺纹连接组成测试内筒，所述的测试套管短接2-4上固定有破裂盘，所述的破裂盘安装位置的轴向高度一致，所述的第一层套管2-1套装在第二层套管2-2内，所述的第二层套管2-2套装在外筒2-3内,所述的第一层套管和第二层套管之间的空腔区域为测试循环通道，在所述的测试内筒、第二层套管2-2和外筒2-3的两端分别螺纹连接有密封接箍，所述的第二层套管2-2的两端密封接箍与测试内筒之间以及所述的外筒2-3的两端的密封接箍与第二层套管2-2之间分别通过密封结构密封设置,所述的测试内筒的下端密封接箍通过密封结构与基盘9密封相连，所述的外筒2-3垂直设置在基盘9上，保证实验装置的密封性和稳定性。所述的密封结构可以采用压套、盘根和法兰组合，也可以采用其它的常规结构。在所述的测试内筒的两端密封接箍上分别设置有第一层套管进液口和第一层套管出液口,在所述的第二层套管2-2的两端密封接箍上开有与测试循环通道连通的第二层套管进液口和排液口，在所述的外筒的上端密封接箍上开有海水进排液口；所述的第一层套管进液口和第一层套管出液口之间通过第一高压连接管线8-1相连通，在所述的第一高压连接管线8-1上连接有第一加压设备及水箱2。所述的第二层套管接箍进液口和排液口之间通过第二高压连接管线8-2相连通，在所述的第二高压连接管线上安装有第二加压设备及水箱3。在所述的第一层套管出液口以及第二层套管排液口处分别安装有温度传感器4和压力传感器5，在所述的外筒和第二层套管2-2内分别安装有液位检测仪6，在所述的第二层套管进液口和外筒的海水进排液口上均安装有用于调节压力大小的循环控制阀，可控制循环通道内压力大小，压力高于设定压力，循环控制阀会打开，防止井筒挤毁。在所述的第一层套管内安装有加热热阻，用于对第一层套管内的流体进行加热，提供0～350℃的恒温热源。在所述的第二层套管外壁上覆盖有保温材料，防止外筒内流体温度升高，从而导致外筒变形，保证测试循环通道外部处于近似地层恒温状态。

所述的温度传感器4、压力传感器5、液位检测仪6、第一加压设备和第二加压设备以及循环控制阀均与计算机7连接，所述的压力传感器5输出压力信号给所述的计算机，所述的计算机用于存储读取的压力信号并将该压力信号与设定值比较，然后向第一加压设备和第二加压设备输出扬程和流量控制信号并控制循环控制阀的开启与关闭，所述的液位检测仪6输出液位信号给所述的计算机，所述的计算机用于存储读取的液位信号并将该液位信号与设定值比较，然后向第一加压设备和第二加压设备输出流量控制信号，所述的温度传感器4输出温度信号给所述的计算机，所述的计算机用于存储读取的温度信号。

所述的第一增压设备和第二增压设备均可以采用组合泵，可提供50MPa的流体压力。

所述的外筒焊接有吊耳，方便吊装。

所述套管装置组中测试内筒、第二层套管以及外筒与各自密封接箍的连接螺纹均采用气密扣。

采用本装置的工作过程：

套管装置组竖直放置，测试流体从下部进入套管组从上部流出。实验前用海水充满外筒，模拟稳定的海洋环境，为内部套管散热提供环境。

测试前，先进行压力密封测试，启动计算机采集系统，将第一加压设备开启到低压力模式，向第一层套管内泵入流体(第一层套管液体从下向上循环，第一层套管进液口位于下方)，直至第一层套管内液体充满；将第二加压设备开启低压力模式，向第二层套管内泵入流体至第二层套管内液体充满(第二层套管进液口位于下方)；关闭第二加压设备(泵)，将第一加压设备调节到增压力模式，加速第一层套管内循环流速，设定所需压力等级；开启第一加压设备(泵)进行测试实验。

开始测试，将加热热阻开启，对第一层套管内流体进行加热，温度传感器会记录第一层和第二层套管内流体温度，压力传感器会记录第二层套管和测试内筒内流体压力，第二层套管压力传感器数值会呈现不断上升，当第二层套管压力出现明显下降，停止加热，此时第二层套管记录的压力为该破裂盘的启动压力。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，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的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.油气井用破裂盘性能测试装置，其特征在于：它包括用于模拟实际的水下井筒的实验套管组，所述的实验套管组包括第一层套管，所述的第一层套管的一端和测试套管短接螺纹连接组成测试内筒，所述的测试套管短接上固定有破裂盘，所述的破裂盘安装位置的轴向高度一致，所述的第一层套管套装在第二层套管内，所述的第二层套管套装在外筒内,所述的第一层套管和第二层套管之间的空腔区域为测试循环通道，在所述的测试内筒、第二层套管和外筒的两端分别螺纹连接有密封接箍，所述的第二层套管的两端密封接箍与测试内筒之间以及所述的外筒的两端的密封接箍与第二层套管之间分别通过密封结构密封设置,所述的测试内筒的下端密封接箍通过密封结构与基盘密封相连，所述的外筒垂直设置在基盘上，在所述的测试内筒的两端密封接箍上分别设置有第一层套管进液口和第一层套管出液口,在所述的第二层套管的两端密封接箍上开有与测试循环通道连通的第二层套管进液口和排液口，在所述的外筒的上端密封接箍上开有海水进排液口；所述的第一层套管进液口和第一层套管出液口之间通过第一高压连接管线相连通，在所述的第一高压连接管线上连接有第一加压设备及水箱,所述的第二层套管接箍进液口和排液口之间通过第二高压连接管线相连通，在所述的第二高压连接管线上安装有第二加压设备及水箱,在所述的第一层套管出液口以及第二层套管排液口处分别安装有温度传感器和压力传感器，在所述的外筒和第二层套管内分别安装有液位检测仪，在所述的第二层套管进液口和外筒的海水进排液口上均安装有用于调节压力大小的循环控制阀，在所述的第一层套管内安装有加热热阻，在所述的第二层套管外壁上覆盖有保温材料，所述的温度传感器、压力传感器、液位检测仪、第一加压设备和第二加压设备以及循环控制阀均与计算机采集系统连接，所述的压力传感器输出压力信号给所述的计算机，所述的计算机用于存储读取的压力信号并将该压力信号与设定值比较，然后向第一加压设备和第二加压设备输出扬程和流量控制信号并控制循环控制阀的开启与关闭，所述的液位检测仪输出液位信号给所述的计算机，所述的计算机用于存储读取的液位信号并将该液位信号与设定值比较，然后向第一加压设备和第二加压设备输出流量控制信号，所述的温度传感器输出温度信号给所述的计算机，所述的计算机用于存储读取的温度信号。

2.根据权利要求1所述的油气井用破裂盘性能测试装置，其特征在于：所述的外筒焊接有吊耳。

3.根据权利要求1或2所述的油气井用破裂盘性能测试装置，其特征在于：所述套管装置组中测试内筒、第二层套管以及外筒与各自密封接箍的连接螺纹均采用气密扣。