CN109032104B - 一种自动流入控制装置性能测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动流入控制装置性能测试系统及方法，其特征在于：其包括循环系统、计量系统、数据采集处理系统和性能测试系统；循环系统提供单相或多相测试流体，同时对测试流体进行回收；计量系统用于对循环系统内的单相或多相流体的温度、压力及流量数据进行检测，并发送到数据采集处理系统；性能测试系统内设置有待测试自动流入控制装置，其与循环系统的测试流体提供管道相连，用于根据循环系统提供的单相或多相流体对待测试自动流入控制装置的性能进行测试，并将测试数据发送到数据采集处理系统；数据采集处理系统用于对计量系统和性能测试系统采集的数据进行分析处理。本发明可以广泛应用于自动流入控制装置的性能测试中。

Description

一种自动流入控制装置性能测试系统及方法

技术领域

本发明涉及石油工程领域，特别是关于一种自动流入控制装置性能测试系统及方法。

背景技术

底水锥进、生产井过早水淹是石油开采过程中最常见的问题之一。目前常规被动流入控制工具对水锥抑制作用有限，而自动流入控制工具理论上抑制作用更好，但尚未大量应用。国内外各大公司研究出对流体具有智能选择和抑制功能的自动流入控制工具，根据原理和工具结构不同，可分为夹片型、浮动圆盘型、流道控制型及自膨胀型等几种。自动流入控制工具在我国非均质强、底水锥进快、含水率高的油田中具有广阔的应用前景和发展空间。

通过实验的方法研究流入控制装置，特别是自动流入控制工具的性能表现为装置的研制、油田的实际设计应用提供了有效手段。国外的应用经验表明，早期分析评估、室内流体实验以及数值模拟优化等，对自动流入控制技术的成功应用至关重要。但目前，并没有对自动流入控制工具的相关测试系统。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种自动流入控制装置性能测试系统及方法，以观察测试自动流入控制装置对多相流体中的某相或几相流体的测试效果，在实验室内对产品的自动流入控制性能做出评价以指导产品研发或现场应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种自动流入控制装置性能测试系统，其特征在于：其包括循环系统、计量系统、数据采集处理系统以及安装有待测试自动流入控制装置的性能测试系统；所述循环系统用于提供单相或多相测试流体，同时对所述测试流体进行回收；所述计量系统用于对所述循环系统内的单相或多相流体的温度、压力及流量数据进行检测，并发送到所述数据采集处理系统；所述性能测试系统内设置有待测试自动流入控制装置，其与所述循环系统的测试流体提供管道相连，用于根据所述循环系统提供的单相或多相流体对所述待测试自动流入控制装置的性能进行测试，并将测试数据发送到所述数据采集处理系统；所述数据采集处理系统用于对所述计量系统和性能测试系统采集的数据进行分析处理。

所述循环系统包括储水箱、储油箱、供水开关阀、供油开关阀、静态混合器、油水分离系统、油箱、水箱和两液压泵；所述储水箱下部通过供水管道与所述静态混合器的一个入口相连，所述供水管道上设置所述供水开关阀；所述储油箱下部通过供油管道与所述静态混合器的另一入口相连，所述供油管道上设置所述供油开关阀；所述静态混合器下部出口与混合流体管道相连，所述混合流体管道另一端分别与流体回收管道和性能测试管道相连，所述流体回收管道和性能测试管道另一端与所述油水分离系统相连，所述油水分离系统分别与所述油箱和水箱相连；所述性能测试管道作为所述循环系统的测试流体提供管道与所述性能测试系统；所述油箱和水箱内各设置有一用于提供循环动力的液压泵，所述油箱和水箱的出口分别通过循环管道与所述储油箱和储水箱连接，构成循环回路。

所述性能测试系统包括液体流入管道、气体流入管道、压力表、流入控制阀、液体分流管、气体分流管以及一个以上钢化玻璃测试设备；所述液体流入管道的进液口与所述循环系统的测试流体提供管道相连，所述液体流入管道的出液口通过所述液体分流管与各所述钢化玻璃测试设备的进液口相连；所述气体流入管道的进气口与气体源相连，所述气体流入管道的出气口通过所述气体分流管与各所述钢化玻璃测试设备的进气口相连；所述压力表和流入控制阀设置在所述液体流入管道和气体流入管道或所述气体分流管和液体分流管上；各所述钢化玻璃测试设备用于对流入其内的流体和气体进行流动控制，并将监测到的流动控制数据发送到所述数据采集处理系统，经各所述钢化玻璃测试设备流出的单相或多相流体进入所述循环系统循环，经各所述钢化玻璃测试设备流出的气体排出到外界。

所述钢化玻璃测试设备包括上部钢化玻璃管、下部钢化玻璃管以及实验产品安装座；各所述上部钢化玻璃管通过所述实验产品安装座与各所述下部钢化玻璃管密封固定连接，各所述实验产品安装座上分别安装有待检测的自动流入控制装置或常规油嘴；各所述下部钢化玻璃管上部侧壁上设置有出气口，各所述出气口内插设有出气管道，所述出气管道上设置有气体流量计；各所述下部钢化玻璃管底部设置有出液口，各所述出液口内插设设置有液体流量计的出液管道，各所述出液管道的另一端与所述循环系统相连；各所述气体流量计和液体流量计用于采集相应出气管道或出液管道内的气体或流体数据，并发送到所述数据采集处理系统。

所述性能测试系统还包括一加砂装置，所述加砂装置设置在与各所述钢化玻璃测试设备上部相连通的砂体流入管道上或各所述钢化玻璃测试设备内的自动流入控制装置的入口端。

所述计量系统包括压力温度计和质量流量计，所述压力温度计对所述混合流体管道上通过的单相或多相流体的温度和压力进行测量，并发送到所述数据采集处理系统；所述质量流量计对所述性能测试管道内通过的单相或多相流体的质量流量进行测量，并发送到所述数据采集处理系统。

所述混合流体管道上还设置有用于为混合流体管道提供测试动力的多相泵和用于定压溢流的溢流阀。

一种自动流入控制装置性能测试方法，其特征在于包括以下步骤：1)对循环系统进行安装测试准备工作，确保循环系统的回路循环无误；2)依次进行不同流体特性的单相流体、多相流体、气液混合流体或含砂流体的流入控制实验，并通过计量系统和性能测试系统采集测试数据，并发送到数据采集处理系统；3)数据采集处理系统对接收到的数据进行分析处理，得到待测试流入控制装置的性能测试结果。

所述步骤3)中，根据得到的数据进行分析处理的方法，包括以下步骤：3.1)根据相同实验条件下，油相、水相、气相和混合相通过时流入控制装置产生的压降对比数据，绘制流入控制装置的压力曲线；3.2)根据相同实验条件下，油相、水相、气相和混合相通过时流入控制装置产生的过流量数据，绘制流入控制装置的流量曲线；3.3)根据流入控制装置的压力和流量曲线，绘制图版；3.4)根据绘制的图版，对不同流入控制装置在不同条件下的控水性能进行分析。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明性能测试系统可以考虑不同种类过流介质(油气水单相及混合相)及其不同特性(不同粘度、是否含砂)，和压力情况，所包含的因素全面，贴近油藏实际条件。2、本发明循环系统采用可循环的回路设计，节约实验材料。3、本发明性能测试系统采用透明钢化玻璃测试设备，各钢化玻璃测试设备可以同时设置多组自动流入控制装置以及参照，可以直接观测流体流速与流量状况，可作为快速判定自动流入控制装置性能的设备。因而，本发明可以广泛应用于自动流入控制装置的性能测试中。

附图说明

图1是本发明自动流入控制装置性能测试系统结构示意图；

图2是本发明性能测试系统示意图；

图3是本发明实施例中同一压力条件下不同介质的测试结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供的一种自动流入控制装置性能测试系统，其包括循环系统1、计量系统2、性能测试系统3以及数据采集处理系统4。循环系统1用于提供单相或多相测试流体，同时对测试流体进行回收；计量系统2用于对循环系统1内的单相或多相流体的温度、压力及流量数据进行检测，并发送到数据采集处理系统4；性能测试系统3内设置有待测试自动流入控制装置，其与循环系统1的测试流体提供管道相连通，用于根据循环系统1提供的单相或多相流体对待测试自动流入控制装置的性能进行测试，并将测试数据发送到数据采集处理系统4；数据采集处理系统4用于对计量系统2和性能测试系统3采集的数据进行分析处理。

循环系统1包括储水箱11、储油箱12、静态混合器13、油水分离系统14、油箱15、水箱16和两液压泵17、18。储水箱11下部通过供水管道111与静态混合器13的一个入口相连，供水管道111上设置有供水开关阀112；储油箱12下部通过供油管道121与静态混合器13的另一入口相连，供油管道121上设置有供油开关阀122；静态混合器13下部出口与混合流体管道131相连，混合流体管道131另一端分别与流体回收管道132和性能测试管道133相连，流体回收管道132和性能测试管道133另一端均与油水分离系统14相连，油水分离系统14分别与油箱15和水箱16相连，用于将混合液中的油和水进行分离；油箱15和水箱16内各设置有一用于提供循环动力的液压泵17、18，油箱15和水箱16的出口分别通过循环管道151、161与储油箱12和储水箱11连接，构成循环回路。

计量系统2包括压力温度计21和质量流量计22，压力温度计21设置在混合流体管道上，用于对混合流体管道上通过的单相或多相流体的温度和压力进行测量，并发送到数据采集处理系统4；质量流量计22设置在性能测试管道上，用于对性能测试管道内通过的单相或多相流体的质量流量进行测量，并发送到数据采集处理系统4。

如图2所示，性能测试系统3包括液体流入管道31、气体流入管道32、压力表33、液体分流管34、气体分流管35、流入控制阀(图中未示出)以及一个以上钢化玻璃测试设备36。其中，液体流入管道31的进液口与循环系统1中的性能测试管道相连，液体流入管道31的出液口通过液体分流管34与各钢化玻璃测试设备36的进液口相连；气体流入管道32的进气口与气体源相连，气体流入管道32的出气口通过气体分流管35与各钢化玻璃测试设备36的进气口相连；压力表33和流入控制阀设置在液体流入管道31和气体流入管道32上，或设置在液体分流管34和气体分流管35上；各钢化玻璃测试设备36用于对流入其内的流体和气体进行流动控制，并将监测到的流动控制数据发送到数据采集处理系统4，经各钢化玻璃测试设备36流出的单相或多相流体经性能测试管道进入循环系统1，经各钢化玻璃测试设备36流出的气体排出到外界。

钢化玻璃测试设备36包括上部钢化玻璃管361、下部钢化玻璃管362以及实验产品安装座363。各上部钢化玻璃管361通过实验产品安装座363与各下部钢化玻璃管362密封固定连接，各实验产品安装座363上分别安装有待检测的自动流入控制装置(AICD)或常规油嘴；各下部钢化玻璃管362上部侧壁上设置有出气口364，各出气口364内插设有出气管道，出气管道上设置有气体流量计365；各下部钢化玻璃管362底部设置有出液口366，各出液口366内插设设置有液体流量计367的出液管道，各出液管道的另一端均与性能测试管道相连。各气体流量计365和液体流量计367用于采集相应出气管道或出液管道内的气体或流体数据，并发送到数据采集处理系统4。

数据采集处理系统4包括信息采集系统和电脑信息处理系统，信息采集系统用于对计量系统和性能测试系统采集的数据进行接收和预处理，电脑信息处理系统对信息采集系统预处理后的数据进行处理，得到流入控制装置的性能测试结果。

作为一个优选的实施例，混合流体管道131上还设置有多相泵134和溢流阀135，多相泵134用于为混合流体管道131内的单相或多相液体提供测试动力；溢流阀135用于定压溢流，稳压，系统卸荷和安全保护作用。

作为一个优选的实施例，性能测试系统3中，上、下部钢化玻璃管361、362还可以采用其他透明材质制作。

作为一个优选的实施例，性能测试系统3还包括一加砂装置，该加砂装置设置在于各钢化玻璃测试设备上部相连通的砂体流入管道上或各钢化玻璃测试设备内的自动流入控制装置的入口端。

基于上述自动流入控制装置性能测试系统，本发明还提供一种自动流入控制装置性能测试方法，包括以下步骤：

1)对循环系统进行安装测试准备工作，确保循环系统的回路循环无误。

首先确定需要进行测试的流入控制装置的数量，并将各流入控制装置安装在性能测试系统中；然后开启供水开关阀和供油开关阀，启动油箱水箱内的液压泵以及多相泵，确保回路循环无误后关闭储水阀和储油阀。

2)依次进行不同流体特性的单相流体、多相流体、气液混合流体或含砂流体的流入控制实验，并通过计量系统和性能测试系统采集测试数据，并发送到数据采集处理系统。

本发明可以适用于多种流体的流入控制实验，包括但不限于单相流体、多相流体、气液混合流体或含砂流体。

进行单相流体的流入控制实验时(如水或者油)：单独打开储水箱或储油箱下部的供水开关阀或供油开关阀，根据实验需要调节水箱或油箱内的液压泵的泵压，使得储水箱或储油箱内的单相流体经混合流体管道和性能测试管道流入性能测试系统中，测试流入控制装置对单相流体的流动控制效果。待数据采集处理系统得到的压力值和流量值均稳定后，观察记录水相或油箱流体的过流量、压力和温度等数据。同时，若需要加砂测试，可在稳定循环后加入模拟砂砾，进行相关测试，测试方法相同。

进行多相流体的流入控制实验时(如水和油的混合流体)，同时打开储水箱和储油箱下部的供水开关阀或供油开关阀，根据实验需要调节两相流体的流量以及液压泵的泵压，使得储水箱或储油箱内的单相流体经静态混合器充分混合后，由混合流体管道和性能测试管道流入性能测试系统中，测试流入控制装置对单相流体的流动控制效果。待数据采集处理系统得到的压力值和流量值均稳定后，观察记录混合流体的过流量、压力和温度等数据。

进行气液混合流体的流入控制实验时，单独打开储水箱或储油箱下部的供水开关阀或供油开关阀，使得储水箱或储油箱内的单相流体经混合流体管道和性能测试管道流入性能测试系统中；同时对性能测试系统中的气体流体管道泵入气体，测试流入控制装置对气液混合流体的流动控制效果。待数据采集处理系统得到的压力值和流量值均稳定后，观察记录气液混合流体的过流量、压力和温度等数据。

采用类似方法，通过改变流体特性，比如油的粘度或油水比例，进行测试，以观察流入控制装置在不同条件下的流动控制效果，在此不再赘述。

3)数据采集处理系统对接收到的数据进行分析处理，得到待测试流入控制装置的性能测试结果。

3.1)根据相同实验条件(温度、压力、流量)下，油相、水相、气相和混合相通过时流入控制装置产生的压降对比数据，绘制流入控制装置的压力曲线；

3.2)根据相同实验条件(温度、压力、流入控制装置产生的压降)下，油相、水相、气相和混合相通过时流入控制装置产生的过流量数据，绘制流入控制装置的流量曲线；

3.3)根据流入控制装置的压力和流量曲线，绘制图版；

3.4)根据绘制的图版，对不同流入控制装置在不同条件下的控水性能进行分析。

通过对图版进行分析可以得到：

a、流入控制装置对不同条件的效果表现，可有针对性的进行结构优化；

b、根据图版，回归流入控制装置的性能公式，即可应用到软件中。作为一种控水工具，分析其对单井开发的效果影响。

实施例一

本实施例以对比观察测试为例，对发明做进一步介绍。

1)安装两条钢化玻璃测试设备，一条为装入自动流入控制装置的钢化玻璃管，一条为装入常规油嘴的钢化玻璃管。两边筒内压力相同。两边筒径完全相同。

2)开启循环系统，使得储水箱或储油箱内的单相流体在泵压作用下，从钢化玻璃测试设备的进液口进入，由出液口流出。

3)当液体为油时(比如粘度1-150Cp)，待数值稳定后，记录两根钢化玻璃管的出口流量(由于油粘度大、流速低，进入自动流入控制装置的油流量不受控制，故一般左边装有控水装置与右边未装控水装置两个流量计显示基本相同。)

4)当液体为水时(比如粘度约为0.4Cp)待数值稳定后，记录两根钢化玻璃管的出口流量(左边流量受到控制，右边未控制，两边流量计显示有明显差别，即左边流量计流量：右边流量计流量小于1。)

5)采用类似方法，做气体、不同粘度油、油水混相等通过试验，并记录相关实验数据。

6)根据获得的实验数据，制作温度、压力、流入控制装置产生的压降、流量示例图版。

如图3所示，从左到右，分别为0Cp的水、10Cp的油、20Cp的油、30Cp的油、40Cp的油通过AICD时，不同出口流量对应的AICD对流体的流动阻力，反应了AICD的控水能力和AICD对不同粘度下原油的流动阻力。从而得到AICD在一定条件下(压力、流量、流体种类、粘度等)的性能表现。这样有2个作用：一是发现优化AICD的产品，比如发现AICD对某流量和粘度下压力(其实阻力)还是较大，下一步优化AICD设计；二是如该AICD产品已完成优化，下一步就作为图版，导入软件中。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种自动流入控制装置性能测试系统，其特征在于：其包括循环系统、计量系统、数据采集处理系统以及安装有待测试自动流入控制装置的性能测试系统；

所述循环系统用于提供单相或多相测试流体，同时对所述测试流体进行回收；

所述计量系统用于对所述循环系统内的单相或多相流体的温度、压力及流量数据进行检测，并发送到所述数据采集处理系统；

所述性能测试系统内设置有待测试自动流入控制装置，其与所述循环系统的测试流体提供管道相连，用于根据所述循环系统提供的单相或多相流体对所述待测试自动流入控制装置的性能进行测试，并将测试数据发送到所述数据采集处理系统；

所述数据采集处理系统用于对所述计量系统和性能测试系统采集的数据进行分析处理；

所述性能测试系统包括液体流入管道、气体流入管道、压力表、流入控制阀、液体分流管、气体分流管以及一个以上钢化玻璃测试设备；

所述液体流入管道的进液口与所述循环系统的测试流体提供管道相连，所述液体流入管道的出液口通过所述液体分流管与各所述钢化玻璃测试设备的进液口相连；

所述气体流入管道的进气口与气体源相连，所述气体流入管道的出气口通过所述气体分流管与各所述钢化玻璃测试设备的进气口相连；

所述压力表和流入控制阀设置在所述液体流入管道和气体流入管道或所述气体分流管和液体分流管上；

各所述钢化玻璃测试设备用于对流入其内的流体和气体进行流动控制，并将监测到的流动控制数据发送到所述数据采集处理系统，经各所述钢化玻璃测试设备流出的单相或多相流体进入所述循环系统循环，经各所述钢化玻璃测试设备流出的气体排出到外界；

所述钢化玻璃测试设备包括上部钢化玻璃管、下部钢化玻璃管以及实验产品安装座；

各所述上部钢化玻璃管通过所述实验产品安装座与各所述下部钢化玻璃管密封固定连接，各所述实验产品安装座上分别安装有待检测的自动流入控制装置或常规油嘴；

各所述下部钢化玻璃管上部侧壁上设置有出气口，各所述出气口内插设有出气管道，所述出气管道上设置有气体流量计；

各所述下部钢化玻璃管底部设置有出液口，各所述出液口内插设设置有液体流量计的出液管道，各所述出液管道的另一端与所述循环系统相连；

各所述气体流量计和液体流量计用于采集相应出气管道或出液管道内的气体或流体数据，并发送到所述数据采集处理系统。

2.如权利要求1所述的一种自动流入控制装置性能测试系统，其特征在于：所述循环系统包括储水箱、储油箱、供水开关阀、供油开关阀、静态混合器、油水分离系统、油箱、水箱和两液压泵；

所述储水箱下部通过供水管道与所述静态混合器的一个入口相连，所述供水管道上设置所述供水开关阀；

所述储油箱下部通过供油管道与所述静态混合器的另一入口相连，所述供油管道上设置所述供油开关阀；

所述静态混合器下部出口与混合流体管道相连，所述混合流体管道另一端分别与流体回收管道和性能测试管道相连，所述流体回收管道和性能测试管道另一端与所述油水分离系统相连，所述油水分离系统分别与所述油箱和水箱相连；所述性能测试管道作为所述循环系统的测试流体提供管道与所述性能测试系统；

所述油箱和水箱内各设置有一用于提供循环动力的液压泵，所述油箱和水箱的出口分别通过循环管道与所述储油箱和储水箱连接，构成循环回路。

3.如权利要求1所述的一种自动流入控制装置性能测试系统，其特征在于：所述性能测试系统还包括一加砂装置，所述加砂装置设置在与各所述钢化玻璃测试设备上部相连通的砂体流入管道上或各所述钢化玻璃测试设备内的自动流入控制装置的入口端。

4.如权利要求2所述的一种自动流入控制装置性能测试系统，其特征在于：所述计量系统包括压力温度计和质量流量计，所述压力温度计对所述混合流体管道上通过的单相或多相流体的温度和压力进行测量，并发送到所述数据采集处理系统；所述质量流量计对所述性能测试管道内通过的单相或多相流体的质量流量进行测量，并发送到所述数据采集处理系统。

5.如权利要求2所述的一种自动流入控制装置性能测试系统，其特征在于：所述混合流体管道上还设置有用于为混合流体管道提供测试动力的多相泵和用于定压溢流的溢流阀。

6.一种采用如权利要求1～5任一项所述自动流入控制装置性能测试系统的测试方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对循环系统进行安装测试准备工作，确保循环系统的回路循环无误；

2)依次进行不同流体特性的单相流体、多相流体、气液混合流体或含砂流体的流入控制实验，并通过计量系统和性能测试系统采集测试数据，并发送到数据采集处理系统；

3)数据采集处理系统对接收到的数据进行分析处理，得到待测试流入控制装置的性能测试结果。

7.如权利要求6所述的一种自动流入控制装置性能测试系统的测试方法，其特征在于：所述步骤3)中，根据得到的数据进行分析处理的方法，包括以下步骤：

3.1)根据相同实验条件下，油相、水相、气相和混合相通过时流入控制装置产生的压降对比数据，绘制流入控制装置的压力曲线；

3.2)根据相同实验条件下，油相、水相、气相和混合相通过时流入控制装置产生的过流量数据，绘制流入控制装置的流量曲线；

3.3)根据流入控制装置的压力和流量曲线，绘制图版；

3.4)根据绘制的图版，对不同流入控制装置在不同条件下的控水性能进行分析。

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