CN108457850A - 一种柱塞举升检测实验装置及检测实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱塞举升检测实验装置及检测实验方法，包括油管柱，油管柱的侧壁上设有多个柱塞到达传感器，多个柱塞到达传感器按照设定距离沿油管柱的长度方向排列，油管柱的底端设有油管三通管件，油管三通管件的第一接口与油管柱的底端连接，第二接口通过气体管道与高压气源装置连接，第三接口通过液体管道与漏失液体储液罐连接，液体管道上连接有第二控制阀；井口柱塞防喷管总成的其中一个接口连接进液管线，另一个接口连接出液管线，出液管线上连接有第一控制阀，出液管线的出口端与排出液体储液罐连接。本发明的柱塞举升检测实验装置及检测实验方法可真实模拟柱塞举升工艺过程，检测柱塞举升系统的工作性能，为柱塞举升优化设计提供依据。

Description

一种柱塞举升检测实验装置及检测实验方法

技术领域

本发明涉及油气田开采装备实验检测技术领域，具体涉及一种柱塞举升检测实验装置及检测实验方法。

背景技术

柱塞举升是低产气井排水采气的一种主要方式，通过自产气体能量或者环空注入高压气体能量推动柱塞在油管内上行，将井底积液带出井筒，从而恢复气井产能。柱塞举升工艺成功的关键是柱塞能在油管内上行、下落通畅，且在上行过程中柱塞上部液体通过柱塞漏失率控制在一定范围内，一般要求漏失率低于10％。柱塞举升工艺优化设计的关键是确定柱塞在油管内水介质与气体介质中的速度，以及高能气体推动柱塞举升液体的上行速度。目前柱塞性能测试检测还主要局限于机械性能检测，举升性能检测缺乏必要的技术手段，不能准确测定柱塞举升基础性能参数，不能为柱塞举升优化设计提供依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术的不足，目的在于提供一种柱塞举升检测实验装置及检测实验方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种柱塞举升检测实验装置，包括油管柱，所述油管柱内套设有柱塞，柱塞在油管柱内自由上下运动，油管柱的内部设有卡定器，卡定器固定安装在油管柱的底部，所述油管柱的顶端与井口柱塞防喷管总成的底部接口连接，

所述油管柱的侧壁上设有多个柱塞到达传感器，所述多个柱塞到达传感器按照设定距离沿油管柱的长度方向排列，多个柱塞到达传感器用于记录柱塞从下降或上行运动到柱塞到达传感器位置的时间，从而可计算柱塞运行速度，所述油管柱的底端设有油管三通管件，所述油管三通管件的第一接口与油管柱的底端连接，第二接口通过气体管道与高压气源装置连接，第三接口通过液体管道与漏失液体储液罐连接，液体管道上连接有第二控制阀；

所述井口柱塞防喷管总成上设有柱塞到达传感器、柱塞捕捉器、两个接口，所述两个接口其中一个接口连接进液管线，另一个接口连接出液管线，所述出液管线上连接有第一控制阀，出液管线的出口端与排出液体储液罐连接。

优选方案：所述高压气源装置包括储气罐和空气压缩机，所述空气压缩机与储气罐连接，所述储气罐通过气体管道与第二接口连接，所述储气罐和空气压缩机用于向油管柱底端注入高压气体推动柱塞在油管柱内向上举升运动。

优选方案：所述进液管线的进液口连接有输液泵，输液泵通过管道与蓄水罐连接，所述输液泵用于向油管柱内注入液体。

优选方案：所述漏失液体储液罐内设有第一液位传感器，排出液体储液罐内设有第二液位传感器。

优选方案：所述柱塞到达传感器和柱塞捕捉器位于井口柱塞防喷管总成的顶部，在柱塞到达井口柱塞防喷管总成内设定位置时，所述柱塞捕捉器对柱塞进行自动抓取。

优选方案：所述气体管道串连有第三控制阀和第一单流阀，所述第一单流阀用于防止油管柱中的液体倒流进入储气罐内，所述气体管道上还设有气体压力传感器，所述气体压力传感器用于检测储气罐注气压力。

优选方案：所述进液管线上连接有第二单流阀，所述第二单流阀用于控制柱塞在油管柱内上升运动时，防止油管柱内的液体进入储水罐内，所述进液管线上还设有液体压力传感器，所述液体压力传感器用于检测油管柱内液体压力。

优选方案：所述装置还包括试验检测装置，所述试验检测装置信号采集接端与所述多个柱塞到达传感器、液位传感器、气体压力传感器、液体压力传感器均电连接，所述试验检测装置设有多个远程控制开关，所述多个远程控制开关分别控制输液泵、柱塞捕捉器、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀，所述试验检测装置还设有处理器，所述处理器用于处理柱塞在油管柱液体中的下降速度，柱塞在油管柱气体中的下降速度，柱塞在油管柱中举升液体的上行速度，柱塞举升漏失率。

本发明的一种柱塞举升检测实验装置的检测实验方法，所述检测实验方法包括以下步骤，

步骤1：预先向检测实验装置录入基本参数，所述基本参数包括油管柱的内径，卡定器到油管柱底部的距离，每个柱塞到达传感器距离油管柱底部的距离，油管柱顶部到卡定器底部之间的距离；

步骤2：柱塞捕捉器把柱塞固定在井口柱塞防喷管总成内；

步骤3：检测实验装置启动输液泵或储气罐，输液泵向油管柱内注入液体，储气罐向油管柱内注入高压气体；

步骤4：试验检测装置控制柱塞捕捉器释放柱塞并开始计时，试验检测装置自动记录柱塞下落过程中通过每个柱塞到达传感器的时间；

步骤5：试验检测装置分别自动计算柱塞在液体油管柱和不同压力的气体油管柱内的下行速度，并输出检测报告。

本发明的另一种柱塞举升检测实验装置的检测实验方法，所述检测实验方法包括以下步骤，

步骤1：预先向检测实验装置录入基本参数，所述基本参数包括油管柱的内径，卡定器到油管柱底部的距离，每个柱塞到达传感器距离油管柱底部的距离，油管柱顶部到卡定器底部之间的距离，液体排出储液罐的液位高度与液量对应关系表，漏失液体储液罐液位高度与液量对应关系表；

步骤2：柱塞投放到卡定器位置；

步骤3：检测实验装置启动输液泵向油管柱内注满液体；

步骤4：检测实验装置启动储气罐的第三控制阀向油管柱内持续注入高压气体，同时打开第一控制阀并开始计时；

步骤5：实验检测装置自动记录柱塞在上升过程中通过油管柱上个各个柱塞到达传感器的时间，自动记录排出液体储液罐各时间液位对应的体积，自动记录柱塞上升排液过程中的油管柱内液体压力和油管柱内气体压力；

步骤6：柱塞到达井口柱塞防喷管总成内的设定位置被柱塞捕捉器抓取，检测实验装置关闭储气罐的第三控制阀，并打开第二控制阀，记录漏失液体储液罐内的漏失液体积和总排液体积，检测实验装置自动计算柱塞在油管柱内各段的上行速度和总漏失率，并输出检测报告。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明的设计了一套柱塞举升检测实验装置和检测实验方法，该装置可真实模拟柱塞举升工艺过程，检测柱塞举升系统的工作性能；本装置还可以自动检测柱塞举升的基础性能参数，有助于新型柱塞的研制和定型，并为柱塞举升优化设计提供依据；本装置应用柱塞到达传感器和检测实验装置等自动化采集和控制元件对柱塞举升系统进行自动化操作和自动采集实验数据，降低了检测难度，提高了检测效率，检测数据更为准确有效。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的检测实验装置的结构示意图；

图2为本发明用于检测柱塞在油管柱液体中下行速度的流程图；

图3为本发明用于检测柱塞在油管柱高压气体中下行速度的流程图；

图4为本发明用于检测柱塞在油管柱中上行速度和漏失率的流程图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-试验台架，2-油管柱，3-柱塞，4-井口柱塞防喷管总成，5-卡定器，6-柱塞捕捉器，7-柱塞到达传感器，8-油管三通管件，9-气体管道，10-第一单流阀，11-第三控制阀，12-储气罐，13-空气压缩机，14-液体管道，15-第二控制阀，16-漏失液体储液罐，17-第一液位传感器，18-进液管线，19-第二单流阀，20-输液泵，21-蓄水罐，22-出液管线，23-第一控制阀，24-排出液体储液罐，25-第二液位传感器，26-液体压力传感器，27-气体压力传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，本发明一种柱塞举升检测实验装置，本装置设置有实验台架1，试验台架1的顶部设有高空操作平台，在高空操作平台与油管柱2的顶部连接，实验台架1用于固定和悬挂油管柱2，在高空操作平台上四周设有围栏，高空操作平台上还设置有高空作业安全带和固定装置，提高了高空操作平台的安全性，实验台支架1上还设有爬梯，便于人工搭建本实验台架1和调整本实验检测装置中的零部件。油管柱2的高度优选为大于10米的管柱，在油管柱2内套设有柱塞3，柱塞3能够在油管柱1内自由上下运动，油管柱2的内部设有卡定器5，卡定器5固定安装在油管柱2的底部，柱塞3下落到卡定器5的过程中，由于柱塞3下落时有很大惯性，当柱塞3到达卡定器5时，卡定器5能够支撑并减少柱塞3对油管柱2产生的撞击。油管柱2的顶端与井口柱塞防喷管总成4的底部接口连接，井口柱塞防喷管总成4的顶部侧壁上设有柱塞捕捉器6，在柱塞3上升过程中，柱塞3穿过井口柱塞防喷管总成4的底部接口进入井口柱塞防喷管总成4内，当柱塞3进入井口柱塞防喷管总成4内的设定位置时，柱塞捕捉器6就会通过人工或检测实验装置自动对柱塞3进行抓取，防止柱塞3再落入油管柱2内。

在油管柱2的侧壁上设有多个柱塞到达传感器7，柱塞到达传感器7优选但不限于为磁性接近开关，柱塞到达传感器7的数量根据油管柱2的长度或检测需要来具体设定，多个柱塞到达传感器7按照设定距离沿油管柱2的长度方向排列。

在油管柱2的底端设有油管三通管件8，油管三通管件8的第一接口与油管柱2的底端密封连接，第二接口通过气体管道9与高压气源装置密封连接，高压气源装置优选为储气罐12和空气压缩机13，空气压缩机13与储气罐12连接，储气罐12通过气体管道9与油管三通管件8的第二接口连接，储气罐12用于向油管柱2底端注入压力稳定的高压气体，从而推动柱塞3在油管柱2内向上举升运动，空气压缩机13用于向储气罐12提供高压气体。气体管道9上串连有第三控制阀11和第一单流阀10，第一单流阀10用于控制油管柱2中的液体倒流进入储气罐12内，在气体管道9上还设有气体压力传感器27，气体压力传感器27用于检测储气罐12的注气压力。

在油管三通管件8的第三接口通过液体管道14与漏失液体储液罐16连接，液体管道14上连接有第二控制阀15，第二控制阀15用于防止油管柱2内的液体进入漏失液体储液罐16内，在油管柱2内中的漏失液体需要排出时，需要打开第二控制阀15，从而把油管柱2内中的漏失液体排入漏失液体储液罐16内，在漏失液体储液罐16内设有第一液位传感器17，第一液位传感器17用于检测和计量漏失液体储液罐16内的液体体积。

在井口柱塞防喷管总成4上有两个接口，其中一个接口连接进液管线18，另一个接口连接出液管线22，出液管线22上连接有第一控制阀23，出液管线22的出口端与排出液体储液罐24连接，排出液体储液罐24内设有第二液位传感器25，第二液位传感器25用于检测和计量排出液体储液罐24内的液体体积。进液管线18的进液口连接有输液泵20，输液泵20通过管道与蓄水罐21连接，输液泵20用于向油管柱2内注入液体，进液管线18上连接有第二单流阀19，第二单流阀19用于控制柱塞3在油管柱2内上升运动时，防止油管柱2内的液体进入储水罐21内，进液管线18上还设有液体压力传感器26，液体压力传感器26用于检测油管柱2内液体压力。

在井口柱塞防喷管总成4上设有柱塞到达传感器7，在柱塞到达传感器7检测到柱塞3到达井口柱塞防喷管总成4内设定位置时，柱塞捕捉器6对柱塞3进行自动抓取。

本发明还包括试验检测装置，本试验检测装置信号采集接端与多个柱塞到达传感器7、第一液位传感器17、第二液位传感器25、气体压力传感器27、液体压力传感器26均电连接，试验检测装置设有多个远程控制开关，该多个远程控制开关分别控制输液泵20、柱塞捕捉器6、第一控制阀23、第二控制阀15、第三控制阀11，试验检测装置还设有处理器，所述处理器用于处理柱塞3在油管柱2液体中的下降速度，柱塞3在油管柱2气体中的下降速度，柱塞3在油管柱2中举升液体的上行速度，柱塞3举升漏失率。

本发明还提供一种柱塞举升检测实验方法，所述检测实验方法包括以下两类检测数据：

1、检测柱塞3在油管柱2内注满液体时来检测柱塞3在油管柱2内的下行速度；

2、检测柱塞3在油管柱2内注入不同压力的气体时来检测柱塞3在油管柱2内的下行速

度。以下对其方法的步骤分别叙述：

1、用于检测柱塞3在油管柱2内注满液体时来检测柱塞3在油管柱2内的下行速度的方法步骤为：

步骤1：预先向检测实验装置录入基本参数，基本参数包括油管柱2的内径，卡定器5到油管柱2底部的距离，每个柱塞到达传感器7距离油管柱2底部的距离，油管柱2顶部到卡定器5底部之间的距离；

步骤2：柱塞捕捉器6把柱塞3固定在井口柱塞防喷管总成4内；

步骤3：检测实验装置检测实验装置关闭第一控制阀23和第二控制阀15，并启动输液泵20，输液泵20向油管柱2内注满液体；

步骤4：试验检测装置控制柱塞捕捉器6释放柱塞3并开始计时，试验检测装置自动记录柱塞3下落过程中通过每个柱塞到达传感器7的时间；

步骤5：试验检测装置分别自动计算柱塞3在液体油管柱2内中各段的下行速度，并输出检测报告。

2、用于检测柱塞3在油管柱2内注入不同压力的气体时来检测柱塞3在油管柱2内的下行速度的方法步骤为：

步骤1：预先向检测实验装置录入基本参数，基本参数包括油管柱2的内径，卡定器5到油管柱2底部的距离，每个柱塞到达传感器7距离油管柱2底部的距离，油管柱2顶部到卡定器5底部之间的距离；

步骤2：柱塞捕捉器6把柱塞3固定在井口柱塞防喷管总成4内；

步骤3：检测实验装置关闭第一控制阀23和第二控制阀15，并打开第三控制阀11，储气罐12的高压气体自动向油管柱2内注入，该高压气体可以根据检测需要注入压力不同的高压气体；

步骤4：试验检测装置控制柱塞捕捉器6释放柱塞3并开始计时，试验检测装置自动记录柱塞3下落过程中通过每个柱塞到达传感器7的时间；

步骤5：试验检测装置分别自动计算柱塞3在不同气体压力的体油管柱2内的下行速度，并输出检测报告。

本发明还提供了另一种柱塞举升检测实验装置的检测实验方法，该检测方法用于检测柱塞在举升运动过程中的上行速度和漏失率，所述检测实验方法包括以下步骤：

步骤1：预先向检测实验装置录入基本参数，基本参数包括油管柱2的内径，卡定器5到油管柱2底部的距离，每个柱塞到达传感器7距离油管柱2底部的距离，油管柱2顶部到卡定器5底部之间的距离，液体排出储液罐24的液位高度与液量对应关系表，漏失液体储液罐16液位高度与液量对应关系表；

步骤2：柱塞3投放到卡定器5位置；

步骤3：检测实验装置启动输液泵20向油管柱2内注满液体；

步骤4：检测实验装置启动储气罐12的第三控制阀11向油管柱内持续注入高压气体，同时打开第一控制阀23并开始计时；

步骤5：实验检测装置自动记录柱塞3在上升过程中通过油管柱2上个各个柱塞到达传感器7的时间，自动记录排出液体储液罐24各时间液位对应的体积，自动记录柱塞3上升排液过程中的油管柱2内液体压力和油管柱2内气体压力；

步骤6：柱塞3到达井口柱塞防喷管总成4内的设定位置被柱塞捕捉器6抓取，检测实验装置关闭储气罐12的第三控制阀11，并打开第二控制阀15，记录漏失液体储液罐16内的漏失液体积和总排液体积，检测实验装置自动计算柱塞3在油管柱2内各段的上行速度和总漏失率，并输出检测报告。由于检测实验装置的数据采集和计算为现有技术，因此不在对其采集和计算方法进行重复赘述。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柱塞举升检测实验装置，包括油管柱，所述油管柱内套设有柱塞，柱塞在油管柱内自由上下运动，油管柱的内部设有卡定器，卡定器固定安装在油管柱的底部，所述油管柱的顶端与井口柱塞防喷管总成的底部接口连接，其特征在于：

所述油管柱的侧壁上设有多个柱塞到达传感器，所述多个柱塞到达传感器按照设定距离沿油管柱的长度方向排列，所述油管柱的底端设有油管三通管件，所述油管三通管件的第一接口与油管柱的底端连接，第二接口通过气体管道与高压气源装置连接，第三接口通过液体管道与漏失液体储液罐连接，液体管道上连接有第二控制阀；

所述井口柱塞防喷管总成上设有柱塞到达传感器、柱塞捕捉器、两个接口，所述两个接口其中一个接口连接进液管线，另一个接口连接出液管线，所述出液管线上连接有第一控制阀，出液管线的出口端与排出液体储液罐连接。

2.根据权利要求1所述的一种柱塞举升检测实验装置，其特征在于：所述高压气源装置包括储气罐和空气压缩机，所述空气压缩机与储气罐连接，所述储气罐通过气体管道与第二接口连接，所述储气罐和空气压缩机用于向油管柱底端注入高压气体推动柱塞在油管柱内向上举升运动。

3.根据权利要求1所述的一种柱塞举升检测实验装置，其特征在于：所述进液管线的进液口连接有输液泵，输液泵通过管道与蓄水罐连接，所述输液泵用于向油管柱内注入液体。

4.根据权利要求1所述的一种柱塞举升检测实验装置，其特征在于：所述漏失液体储液罐内设有第一液位传感器，排出液体储液罐内设有第二液位传感器。

5.根据权利要求1所述的一种柱塞举升检测实验装置，其特征在于：所述柱塞到达传感器和柱塞捕捉器位于井口柱塞防喷管总成的顶部，在柱塞到达井口柱塞防喷管总成内设定位置时，所述柱塞捕捉器对柱塞进行自动抓取。

6.根据权利要求2所述的一种柱塞举升检测实验装置，其特征在于：所述气体管道串连有第三控制阀和第一单流阀，所述第一单流阀用于防止油管柱中的液体倒流进入储气罐内，所述气体管道上还设有气体压力传感器，所述气体压力传感器用于检测储气罐注气压力。

7.根据权利要求3所述的一种柱塞举升检测实验装置，其特征在于：所述进液管线上连接有第二单流阀，所述第二单流阀用于控制柱塞在油管柱内上升运动时，防止油管柱内的液体进入储水罐内，所述进液管线上还设有液体压力传感器，所述液体压力传感器用于检测油管柱内液体压力。

8.根据权利要求1或3-7任一项所述的一种柱塞举升检测实验装置，其特征在于：所述装置还包括试验检测装置，所述试验检测装置信号采集接端与所述多个柱塞到达传感器、液位传感器、气体压力传感器、液体压力传感器均电连接，所述试验检测装置设有多个远程控制开关，所述多个远程控制开关分别控制输液泵、柱塞捕捉器、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀，所述试验检测装置还设有处理器，所述处理器用于处理柱塞在油管柱液体中的下降速度，柱塞在油管柱气体中的下降速度，柱塞在油管柱中举升液体的上行速度，柱塞举升漏失率。

9.采用权利要求1-8任一项所述的一种柱塞举升检测实验装置的检测实验方法，其特征在于：所述检测实验方法包括以下步骤，

步骤1：预先向检测实验装置录入基本参数，所述基本参数包括油管柱的内径，卡定器到油管柱底部的距离，每个柱塞到达传感器距离油管柱底部的距离，油管柱顶部到卡定器底部之间的距离；

步骤2：柱塞捕捉器把柱塞固定在井口柱塞防喷管总成内；

步骤3：检测实验装置启动输液泵或储气罐，输液泵向油管柱内注入液体，储气罐向油管柱内注入高压气体；

步骤4：试验检测装置控制柱塞捕捉器释放柱塞并开始计时，试验检测装置自动记录柱塞下落过程中通过每个柱塞到达传感器的时间；

步骤5：试验检测装置分别自动计算柱塞在液体油管柱和不同压力的气体油管柱内的下行速度，并输出检测报告。

10.采用权利要求1-8任一项所述的一种柱塞举升检测实验装置的检测实验方法，其特征在于：所述检测实验方法包括以下步骤，

步骤1：预先向检测实验装置录入基本参数，所述基本参数包括油管柱的内径，卡定器到油管柱底部的距离，每个柱塞到达传感器距离油管柱底部的距离，油管柱顶部到卡定器底部之间的距离，液体排出储液罐的液位高度与液量对应关系表，漏失液体储液罐液位高度与液量对应关系表；

步骤2：柱塞投放到卡定器位置；

步骤3：检测实验装置启动输液泵向油管柱内注满液体；

步骤4：检测实验装置启动储气罐的第三控制阀向油管柱内持续注入高压气体，同时打开第一控制阀并开始计时；

步骤5：实验检测装置自动记录柱塞在上升过程中通过油管柱上个各个柱塞到达传感器的时间，自动记录排出液体储液罐各时间液位对应的体积，自动记录柱塞上升排液过程中的油管柱内液体压力和油管柱内气体压力；

步骤6：柱塞到达井口柱塞防喷管总成内的设定位置被柱塞捕捉器抓取，检测实验装置关闭储气罐的第三控制阀，并打开第二控制阀，记录漏失液体储液罐内的漏失液体积和总排液体积，检测实验装置自动计算柱塞在油管柱内各段的上行速度和总漏失率，并输出检测报告。