CN108645582B

CN108645582B - 一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验装置和方法

Info

Publication number: CN108645582B
Application number: CN201810543827.5A
Authority: CN
Inventors: 毛良杰; 夏冬青; 张洪; 杨康; 孙楠
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2038-05-31
Also published as: CN108645582A

Abstract

本发明涉及一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验装置和方法。本装置包括空压机，缓冲罐，调压阀，分隔板，压力传感器，导管，气体收集器，电脑，固定装置，电缆，固定板，球形径向进气头，气体加压室，岩石室，橡胶层，单向阀，储气瓶，气压阀。空压机产生的气流经过缓冲罐和调压阀调节后通过单向阀，进入气体加压室，气体加压室内有岩石室。空压机，缓冲罐，调压阀，单向阀，储气瓶，气体加压室组合，调节出与实况下采集气体同样的气压，然后在电脑上收集压力传感器在气压通过导管时振动使导管变形的数据。本发明的优点在于：安全可靠、操作简单、测量数据精确、作业简单，高度还原在实况下管柱的采气工作状态。

Description

一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验装置和方法

技术领域

本发明涉及流体力学和天然气开采技术领域，是一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验装置和方法。

背景技术

高产气井生产管柱是高速气体流通的通道，由于储存供给，流量和压力变化，高产气井气流激励，频繁的开关井作业，在动载荷的作用下，管柱的振动是极其重要的研究内容。

在传统的油气开采过程中，输气管由于管中的气体流速，从而导致一定的变形，对于油气的开采产生一定的影响。

本发明在油气开采的过程中，对导管的形变进行了一定的测量与控制，让导管的形变在电脑中示出，从而能通过控制气体的流量来控制导管的形变。进而，在油气开采过程中，由于对导管的形变有了一定的测量与控制，从而提高作业的效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种安全可靠、操作简单、测量数据精确、作业简单，可适用于不同作业场景的一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验装置和方法。

一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验装置和方法，其特征在于：包括空压机（1），缓冲罐（2），调压阀（3），分隔板，压力传感器（5）,导管（6），气体收集器（7），电脑（8），固定装置（9），电缆（10），固定板（11），球形径向进气头（12），气体加压室（13），岩石室（14），橡胶层（15），单向阀（16），储气瓶（17）。空压机（1）产生的气流经过缓冲罐（2）和调压阀（3）调节后通过单向阀（16），进入气体加压室（13），气体加压室（13）内有岩石室（14），岩石室（14）外壁有橡胶层（15），用以消除岩石与气体加压室（13）外壁的缝隙对实验的影响。空压机（1），缓冲罐（2），调压阀（3），单向阀（16），储气瓶（17），气体加压室（13）组合，调节出与实况下采集气体同样的气压，然后在电脑（8）上收集压力传感器（5）在气压通过导管时振动使导管变形的数据。

所述分隔板采用抗冲击效果的特种橡胶材料，不易变形，抗疲劳性优良。所述固定板（11）要强度足够，能够在高压通过导管（6）过程中仍可以固定导管（6）在管柱中的位置。所述导管（6）上的多组压力传感器（5）环绕于管的四周，每层传感器等间距间隔30度分布于导管上，4层共12个，便于更准确地测出导管上各处的变形情况。使之可以准确地描述导管（6）的变形。所述导管采用PVC材料，便于收集数据。所述气体传输到气体加压室（13），整个输气管路为密封结构，球形径向进气头（12）可以使气体均匀流入导管（6），从而高度模拟井下真实进气状态，从而高度模拟井下采气情况。所述岩石室（14）外壁有橡胶层（15），用以消除岩石与气体加压室（13）外壁的缝隙对实验的影响。所述气体加压室（13）内有岩石室（14），装有真实采气过程中的砂岩，真实模拟采气工况。

本发明的具体组装操作步骤如下： S1、安装并固定井筒、导管（6）：将岩石放入内壁胶结好橡胶层（15）的岩石室（14），岩石室（14）为气体加压室（13）的一部分。将整个气体流通通道用焊接密封。井筒吊为竖直状态，放入导管（6），用固定板（11）固定。

S2、安装压力传感器（5）：在导管上安装压力传感器（5），压力传感器（5）环绕于管的四周，每层传感器等间距间隔30度分布于导管上，4层共12个。

S3、安装收集装置：将导管（6）和气体收集器（7）焊接。

S4、安装收集数据装置：将压力传感器（5）和电脑（8）用电缆（10）连接，安装好各处阀门和仪表，以便收集数据。

S5、检查整套装置气密性，开机调试，使装置能够正常地工作。

实验方法：

1、启动空压机（1），通过调节阀（3）将流速调到实际情况下的流速，待流速稳定后，收集压力传感器（5）传给电脑（8）的变形数据。

2、处理实验数据：通过压力传感器（5）的数据可以通过模态分析法得到各个点的位移、振幅等，最后得到导管（6）的变形数据。

3、将装置放入水中，埋入细沙模拟真实状况，开机测试，得到数据并分析。

本发明具有以下优点：

1、本发明中空压机产生高压气流，经缓冲罐和调节阀，储气罐，单向阀的共同调节，可以精确的控制气体的流速。

2、本发明中导管、管柱、分隔板之间互相固定，便于装置的固定。

3、本发明适用多种作业场景，操作简单，测量数据精确，便于控制成本，对于实际作业场景安全可靠。

4、本发明的压力传感器收集的数据可以准确的描述出导管的变形。

5、气体传输到气体缓冲室（13，输气管路为密封结构，球形径向进气头（12）可以时气体均匀流入导管（6），从而高度模拟井下真实进气状态，从而高度模拟井下采气情况。

6、岩石室（14）外壁有橡胶层（15），用以消除岩石与气体加压室（13）外壁的缝隙对实验的影响。

7、气体加压室（13）内有岩石室（14），装有真实采气过程中的砂岩，高度真实地模拟采气工况。

附图说明

图1-装置示意图；

图2-导管的横截面图；

图3-气体压缩室细节图；

图中：1-空压机，2-缓冲罐，3-调节阀，5-压力传感器，6-导管，7-气体收集器，8-电脑，9-固定装置，10-电缆，11-固定板，12-球形径向进气头，13-气体缓冲室,14-岩石室，15-橡胶层，16-单向阀，17-储气瓶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1图2图3所示，一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验装置和方法，它包括空压机（1），缓冲罐（2），调压阀（3），分隔板，压力传感器（5）,导管（6），气体收集器（7），电脑（8），固定装置（9），电缆（10），固定板（11），球形径向进气头（12），气体加压室（13），岩石室（14），橡胶层（15），单向阀（16），储气瓶（17）。空压机（1）产生的气流经过缓冲罐（2）和调压阀（3）调节后通过单向阀（16），进入气体加压室（13），气体加压室（13）内有岩石室（14），岩石室（14）外壁有橡胶层（15），用以消除岩石与气体加压室（13）外壁的缝隙对实验的影响。空压机（1），缓冲罐（2），调压阀（3），单向阀（16），储气瓶（17），气体加压室（13）组合，调节出与实况下采集气体同样的气压，然后在电脑（8）上收集压力传感器（5）在气压通过导管时振动使导管变形的数据。

所述分隔板采用抗冲击效果的特种橡胶材料，不易变形，抗疲劳性优良。所述固定板要强度足够，能够在高压通过导管过程中仍可以固定导管在管柱中的位置。压力传感器环绕于管的四周，每层传感器等间距间隔30度分布于导管上，4层共12个，便于更准确地测出导管上各处的变形情况。所述导管采用PVC材料，便于收集数据。装置接头处采用焊接或胶结，保证装置气密性耐高压性。

如图1所示，一种实验室测量海底开采收集气体时高产气井生产管柱振动变形的实验装置有以下安装操作步骤和实验方法：

组装操作步骤：

S1、安装并固定井筒、导管（6）：将岩石放入内壁胶结好橡胶层（15）的岩石室（14），岩石室（14）为气体加压室（13）的一部分。将整个气体流通通道用焊接密封。井筒吊为竖直状态，放入导管（6），用固定板（11）固定。

S3、安装收集装置：将导管（6）和气体收集器（7）焊接。

实验方法：

3、将装置放入水中，埋入细沙，模拟真实状况，开机测试，得到数据并分析。

Claims

1.一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验方法，其特征在于，所述实验方法是通过浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验装置进行的，所述实验方法的具体使用过程包括以下几个组装和实验步骤：

S1、安装并固定井筒、导管（6）：将岩石放入内壁胶结好橡胶层（15）的岩石室（14），岩石室（14）为气体加压室（13）的一部分，将整个气体流通通道用焊接密封；井筒吊为竖直状态，放入导管（6），用固定板（11）固定；

S2、安装压力传感器（5）：在导管上安装压力传感器（5），压力传感器（5）环绕于管的四周，每层传感器等间距间隔30度分布于导管上，4层共12个；

S3、安装收集装置：将导管（6）和气体收集器（7）焊接；

S4、安装收集数据装置：将压力传感器（5）和电脑（8）用电缆（10）连接，安装好各处阀门和仪表，以便收集数据；

S5、检查整套装置气密性，开机调试，使装置能够正常地工作；

S6、启动空压机（1），通过调节阀（3）将流速调到实际情况下的流速，待流速稳定后，收集压力传感器（5）传给电脑（8）的变形数据；

S7、处理实验数据：通过压力传感器（5）的数据可以通过模态分析法得到各个点的位移、振幅等，最后得到导管（6）的变形数据；

S8、将装置放入水中，埋入细沙模拟真实状况，开机测试。

2.根据权利要求1所述的一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验方法，其特征在于：所述浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验装置包括空压机（1），缓冲罐（2），调压阀（3），分隔板（4），压力传感器（5）,导管（6），气体收集器（7），电脑（8），固定装置（9），电缆（10），固定板（11），球形径向进气头（12），气体加压室（13），岩石室（14），橡胶层（15），单向阀（16），储气瓶（17）；空压机（1）产生的气流经过缓冲罐（2）和调压阀（3）调节后通过单向阀（16），进入气体加压室（13），气体加压室（13）内有岩石室（14），岩石室（14）外壁有橡胶层（15），用以消除岩石与气体加压室（13）外壁的缝隙对实验的影响；空压机（1），缓冲罐（2），调压阀（3），单向阀（16），储气瓶（17），气体加压室（13）组合，调节出与实况下采集气体同样的气压，然后在电脑（8）上收集压力传感器（5）在气压通过导管时振动使导管变形的数据。

3.根据权利要求2所述的一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验方法，其特征在于：所述实验装置适用于浅水区工作。

4.根据权利要求2所述的一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验方法，其特征在于：导管上的多组压力传感器环绕于管的四周，每层传感器等间距间隔30度分布于导管上，4层共12个，便于更准确地测出导管上各处的变形情况。

5.根据权利要求2所述的一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验方法，其特征在于：所述生产管柱外附着的压力传感器来采集管柱的变形数据。

6.根据权利要求2所述的一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验方法，其特征在于：所述采集气体传输到气体加压室（13），整个输气管路为密封结构，球形径向进气头（12）可以使气体均匀流入导管（6），从而高度模拟井下真实进气状态，从而高度模拟井下采气情况。

7.根据权利要求2所述的一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验方法，其特征在于：所述气体加压室（13）内有岩石室（14），装有真实采气过程中的砂岩，真实模拟采气工况。

8.根据权利要求2所述的一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验方法，其特征在于：所述岩石室（14）外壁有橡胶层（15），用以消除岩石与气体加压室（13）外壁的缝隙对实验的影响。

9.根据权利要求2所述的一种浅海钻井高产气井生产管柱振动变形实验方法，其特征在于：所述单向阀（16）和储气瓶（17）组合，使气体加压室（13）的气压得到精准调节，形成高压气流。