CN109098703A - 一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气井开发工程领域，特别是提供了一种基于含砂多相流体的，用于稠油油井出砂监测的室内评价系统。包括评价主体装置以及监测系统，所述评价主体装置包括至少一个混合罐，所述混合罐上设有加热棒、温度计以及储液计，所述混合罐上安装有搅拌器，所述检测系统通过管道实现往复循环，所述检测系统安装在管道上。本发明为出砂监测设备的一次仪表提供多个安装位置，为出砂监测设备提供标准出砂量(1克/秒、2克/秒、3克/秒等)下的校准和不断完善功能，同时具有侵入式与非侵入式出砂监测的效果对比模式，增强了稠油出砂监测的准确性，过滤后的原油可以二次使用，以增强经济效益。

Description

一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统

技术领域

本发明属于油气井开发工程领域，特别是提供了一种基于含砂多相流体的，用于稠油油井出砂监测的室内评价系统。

背景技术

在稠油开采初期，采用适度出砂，即出砂生产与防砂结合的生产方法，对油井产能优化评价，制定出最优出砂防砂方案。利用该方法可以降低原油开采的成本，提高开采原油的效率，得到最佳投入产出比，最大化原油开采效益。为了实现适度出砂，将出砂量控制在一定范围内，必须知道原油开采过程中的实时出砂量。因此一套能够实现实时监测出砂量的设备对及时指导油井生产、协助调整生产参数、提高油井产能有重要意义。

近年来各大油企选择侵入和非侵入式出砂监测设备为适度出砂提供技术保障服务。特别是非侵入式出砂监测设备在每次工作前必须进行校准工作，同时也为了验证出砂监测设备准确性并不断完善监测设备性能，需要在出砂监测前进行大量实验。然而受生产过程中出砂量不确定性的影响，无法完成多个标准出砂量的校准，同时也受油田生产条件制约，无法完成具有不同原油特性的出砂监测设备校准与完善工作。因此一套能模拟不同原油特性和不同含砂量的稠油油井出砂监测室内评价装置对于快速校准和验证出砂监测设备的可靠性，以及进一步完善出砂监测设备性能有重要意义，同时也间接增加了油田生产的经济效益。

专利201010241161.1公开了一种植入式的油气井出砂监测装置，该装置将植入设备安装在生产管道内。专利201310157712.X公开了另一种植入式稠油油井出砂监测装置，该装植入了一种砂砾激振器。这两个专利只对利用出砂监测装置增强出砂信号进行了公开，并未对出砂监测设备进行评价。目前针稠油油井出砂监测室内评价的装置，特别是非侵入式的出砂监测设备室内评价装置尚未见报道。

本发明采用稠油油井出砂室内监测评价装置以提供流体循环动力、循环路径，模拟油田生产现场不同温度、流量、含砂量等实际工况，实现不同工况下定量出砂的原油(可含水-气-油多相流体)在输油管路中循环。该装置为出砂监测设备的一次仪表提供多个安装位置，提供侵入式与非侵入式出砂监测的效果对比，便于验证、校准和完善出砂监测设备；具有弯管透明观察窗，以便于实时观察管路中原油的输运工况，增强室内评价装置的可靠性；提供滤除含砂原油中砂砾的装置，过滤后的原油可以二次使用，以增强经济效益。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的不足，提供一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统。该系统是一种基于螺杆泵的大排量出砂监测室内评价平台，该平台可以模拟油田生产过程中不同工况下的标准出砂量，提供弯管处原油特性观察窗，加装复配油品(单相流、多相流)后循环多次使用，为出砂监测设备提供可靠的、稳定的校准与完善平台。该装置的具体技术方案如下：

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统，包括评价主体装置以及监测系统，所述评价主体装置以及监测系统由螺杆泵和电机带动，所述检测系统和所述评价主体装置通过管道连接，所述评价主体装置包括至少一个混合罐，所述混合罐上设有加热棒、温度计以及储液计，所述混合罐上安装有搅拌器，所述检测系统与所述评价主体装置通过管道实现往复循环，所述检测系统安装在管道上。

更进一步的，所述检测系统包括超声流体测速仪、压力变送器、出砂监测装置、观察窗。

更进一步的，所述混合罐为两个，包括有砂混合罐和无砂混合罐，所述有砂混合罐的下端通过螺杆泵和电机连接主管道，所述主管道的另一端通过阀门再次与有砂混合罐相通，所述主管道上安装有超声流体测速仪、压力变送器、观察窗。

更进一步的，所述主管道通过一支路与所述无砂混合罐相连。

更进一步的，所述支路的一端连接主管道，所述支路的另一端连接无砂混合罐，所述支路上安装超声流体测速仪、出砂监测装置以及压力变送器。

更进一步的，所述主管道上设有进气口，进气口安装在螺杆泵的右侧。

更进一步的，所述无砂混合罐上安装有泄压管道，所述泄压管道直接与主管道相通，所述泄压管道上安装泄压阀。

更进一步的，所述主管道以及支路上安装有若干阀门。

更进一步的，所述无砂混合罐的下端设有排出口。

本发明还提供了一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统在稠油油井出砂评价方面的应用。

本发明采用稠油油井出砂室内监测评价装置以提供流体循环动力、循环路径，模拟油田生产现场不同温度、流量、含砂量等实际工况，实现不同工况下定量出砂的原油(可含水-气-油多相流体)在输油管路中循环。

本发明采用螺杆泵为系统循环提供动力，具有多个循环路径，可实现单次出砂监测和多次出砂循环监测。本发明为出砂监测设备的一次仪表提供多个安装位置，为出砂监测设备提供标准出砂量(1克/秒、2克/秒、3克/秒等)下的校准和不断完善功能，同时具有侵入式与非侵入式出砂监测的效果对比模式，增强了稠油出砂监测的准确性。本发明具有透明观察窗，以便于实时观察模拟的油流流动工况，增强室内评价装置的可靠性。提供了滤除携砂原油中砂砾的装置，过滤后的原油可以二次使用，以增强经济效益。本发明装置的结构设计科学合理，简单，使用效果好，具有很好的推广价值，具有巨大的市场经济前景。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明供气装置示意图。

图3为本发明稠油滤砂装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统，包括评价主体装置1以及监测系统2，所述评价主体装置1以及监测系统2由螺杆泵22和电机23带动。

所述评价主体装置1包括两个混合罐，包括有砂混合罐11和无砂混合罐12，上述有砂混合罐11和无砂混合罐12上均设有加热棒a、温度计b以及储液计c，所述有砂混合罐11和无砂混合罐12上均安装有搅拌器d，方便对于油砂的搅拌。所述检测系统2通过管道实现往复循环，所述检测系统2安装在管道上。

上述加热棒a、温度计b、储液计c以及搅拌器d使得有砂混合罐11和无砂混合罐12具有加热、混合、搅拌功能。在有砂混合罐11和无砂混合罐12上方安装有通过变频器控制的搅拌器d，可以对注入有砂混合罐11和无砂混合罐12中的油-水-砂多相流进行连续可调的搅拌，模拟原油中砂砾均匀分布特性。有砂混合罐11和无砂混合罐12的两侧具有对称安装的加热棒a，每只功率2KW，为混合液加热，模拟输运过程中原油温度特性。管道采用304钢，内径25mm，累计管道总长度大于15m，保证流体在管道中充分发展，同时提供多个弯管以安装出砂监测一次仪表。

上述检测系统2包括超声流体测速仪21、压力变送器24、出砂监测装置25、观察窗26，本发明采用上述检测系统2对出砂进行详细检测和记录。功率为5.5KW的螺杆泵22为稠油输运系统提供动力，同时通过变频器调节变频电机控制油流速度，模拟不同原油速度特性。

所述主管道3上安装有超声流体测速仪21、压力变送器24以及观察窗26。进一步的，所述主管道3与有砂混合罐11的连接如下：所述有砂混合罐11的下端连接螺杆泵22，所述螺杆泵直接连接主管道3，主管道3上依次安装阀门d3、压力变送器24、超声流体测速仪21、观察窗26、阀门d2、阀门d1再次连接有砂混合罐11。上述的螺杆泵22由电机23带动。

上述主管道3安装有进气口41，进气口41的气源由图2的供气装置提供，进气口41在螺杆泵22右侧的出口处，以保证气体和流体充分混合，模拟含气原油特性。

上述主管道3中，油砂路线如下：首先油砂经过有砂混合罐11的下端进入螺杆泵22，螺杆泵22将油砂推入主管道3内，同时进气口41进入气体，油砂混合气体依次经过阀门d3、压力变送器24、超声流体测速仪21、观察窗26、阀门d2、阀门d1再次进入有砂混合罐11，完成检测过程。

为保证检测和出油的顺利，所述主管道3通过一支路4与所述无砂混合罐12相连。具体连接如下：支路4的一端连接主管道3，然后依次连接阀门d4、超声流体测速仪21’、压力变送器24’、出砂监测装置25、阀门d5，最后连接到无砂混合罐12上。

上述支路4中，油砂路线如下：首先油砂经过有砂混合罐11的下端进入螺杆泵22，螺杆泵22将油砂推入主管道3内，同时进气口41进入气体，油砂混合气体进入支路4内，依次经过阀门d4、超声流体测速仪21’、压力变送器24’、出砂监测装置25、阀门d5，最后进入无砂混合罐12内。

为保证压力的平衡，所述无砂混合罐12上安装有泄压管道5，所述泄压管道5直接与主管道3相通，所述泄压管道5上安装泄压阀51。泄压阀51防止系统压力过大，保证出砂监测室内评价装置的安全性。

所述无砂混合罐12的下端设有排出口111，方便稠油的出油。滤油器安装在排出口111上，实现滤除原油中砂砾的功能，以便原油可以重复使用，降低经济成本。

监测系统2中，利用主管道3中的压力变送器24提供系统运行压力参考值，同时压力变送器24智能显示模块可以设置高压阈值报警。超声流体测速仪21采用基于多普勒原理的超声探测仪，为系统提供实时可靠的流速信息。温度计b安装在有砂混合罐11和无砂混合罐12内，为系统提供实时温度。支路4中装有出砂监测装置25，在原油粘度较高时，为非植入式出砂监测设备提供出砂量对比，相互验证、校准。主管道3的弯管处设有观察窗26，可以观察原油流过弯管时的流态特性。

使用上述系统装置可以实现对基于含砂多相流体的稠油油井出砂监测进行室内评价。该系统装置具有模拟不同组分含量的油-气-水-砂多相流输运功能，即模拟不同特性原油输运，系统可以供标准出砂量为出砂监测设备提供校准和完善服务。

如图1所示，根据需要评价的原油特性配比实验原油，向有砂混合罐11中分别加入不同体积含量的油和水。利用在罐体两侧对称安装的加热棒a对加入的稠油进行加温，以达到生产现场油品温度，通过混合罐正面安装的温度计b和储液计c对温度和储液量进行控制。开启在有砂混合罐11上方安装的搅拌器d对配比的原油进行连续搅拌，直至均匀。同时根据所需监测的含砂量，直接在有砂混合罐11中加入一定量的砂子即可，再次根据原油的粘度，利用变频搅拌器调节搅拌器d的转速，继续搅拌油-水-砂多相流，直至均匀混合。

如图1所示，根据需要评价的原油流速，利用变频器231调节螺杆泵22给出砂监测评价系统提供动力，保证系统中油-水-砂多相流以稳定的流速流动。打开阀门d2、阀门d1、阀门d3，关闭阀门d5、阀门d4，即实现非植入式出砂监测的循环监测模式。模拟的含砂原油从螺杆泵22的出口排出，流经阀门d3、压力变送器24、超声流体测速仪21、观察窗26、阀门d2、阀门d1，最终返回有砂混合罐11中。利用压力变送器24监控系统中运行压力、流经超声流体测速仪21提供混合油流流速、弯管流动状态观察窗26观察混合油流流动状态。

在循环监测模式下，打开阀门d5，关闭阀门d1即可实现循环监测模式向单次循环模式的转变，即含砂油流直接流入无砂混合罐12。还可将出砂监测仪表安装在主管道3和支路4上。即可实现主管道3和支路4的油-水-砂多相流中的出砂量监测，对两处信号进行对比分析即可得到可靠性高的监测结果，通过观察窗26观察到流体运动形态，对位于主管道3上的出砂监测仪表的信号进行辅助分析，极大的提高了出砂监测设备系统的可靠性。

在图1中，打开阀门d4、阀门d1，关闭阀门d3、阀门d2、阀门d5，即可实现非植入式与植入式出砂监测对比的循环监测模式。在循环模式下，打开阀门d5、关闭阀门d1即可实现循环监测模式向单次循环模式的转变，即含砂油流直接流入无砂混合罐12。通过出砂监测装置25，即可实现两种监测方式下的出砂信号对比，极大提高了非侵入式出砂监测的可靠性，对完善和提高出砂监测设备有重要意义。

有砂混合罐11和无砂混合罐12，混合罐总容积89L，采用304钢制造，有砂混合罐11和无砂混合罐12安装有搅拌器d，两侧对称安装有加热棒a，正面安装有体积显示储液计c和温度计b。

如图2所示，为加气装置工作流程，利用压缩空气机6提供压缩空气，气流通过单相阀门7输送至储气罐8，单向阀7起防止气体倒流作用。当储气罐8充满压缩空气，即气体稳定后，通过调节气量开关9控制加气装置提供的气速，气体流经流量计10和温度计11后直接输送至图1中油井出砂监测室内评价装置的进气口41。气体与油-水-砂多相流在管路中混合后，在管路内经过一定时间发育成为稳定的油-气-水-砂多相流体，最后根据循环监测流程或者一次监测流程，对含气稠油进行出砂监测评价。

该评价系统也可以模拟单相流体介质下的出砂监测，如气井出砂监测室内评价，只需在系统中加入单相流体即可。

如图3所示为稠油滤砂装置，该装置可以滤除稠油中的砂子，以便稠油重复使用，以提高经济效益。利用单相自吸泵将图1中稠油排出口111流出的稠油直接排入图3中的一号储液罐11’，开启电机23’带动螺杆泵22’工作，为含砂稠油的输运提供动力。管路上的滤砂器42，即可滤除稠油中砂子。打开阀门d1’、关闭阀门d5’，为多次循环滤砂模式。打开阀门d5’、关闭阀门d1’，为单次滤砂模式。滤砂模式根据稠油中砂量确定，砂量大则采用多次循环模式，砂量小则采用单一循环模式。通过压力开关43设置的报警值确定系统停机清洗滤油器中砂子的周期。最后将二号储液罐12’中的稠油直接打入图1中的有砂混合罐11，并根据监测要求加入一定砂量，即可开始下一轮的出砂监测室内评价工作。

本发明采用稠油油井出砂室内监测评价装置以提供流体循环动力、循环路径，模拟油田生产现场不同温度、流量、含砂量等实际工况，实现不同工况下定量出砂的原油(可含水-气-油多相流体)在输油管路中循环。

本发明采用螺杆泵为系统循环提供动力，具有多个循环路径，可实现单次出砂监测和多次出砂循环监测。本发明为出砂监测设备的一次仪表提供多个安装位置，为出砂监测设备提供标准出砂量(1克/秒、2克/秒、3克/秒等)下的校准和不断完善功能，同时具有侵入式与非侵入式出砂监测的效果对比模式，增强了稠油出砂监测的准确性。本发明具有透明观察窗，以便于实时观察模拟的油流流动工况，增强室内评价装置的可靠性。提供了滤除携砂原油中砂砾的装置，过滤后的原油可以二次使用，以增强经济效益。本发明装置的结构设计科学合理，简单，使用效果好，具有很好的推广价值，具有巨大的市场经济前景。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统，包括评价主体装置以及监测系统，所述评价主体装置以及监测系统由螺杆泵和电机带动，其特征在于：所述检测系统和所述评价主体装置通过管道连接，所述评价主体装置包括至少一个混合罐，所述混合罐上设有加热棒、温度计以及储液计，所述混合罐上安装有搅拌器，所述检测系统与所述评价主体装置通过管道实现往复循环，所述检测系统安装在管道上。

2.根据权利要求1所述的一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统，其特征在于：所述检测系统包括超声流体测速仪、压力变送器、出砂监测装置、观察窗。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统，其特征在于：所述混合罐为两个，包括有砂混合罐和无砂混合罐，所述有砂混合罐的下端通过螺杆泵和电机连接主管道，所述主管道的另一端通过阀门再次与有砂混合罐相通，所述主管道上安装有超声流体测速仪、压力变送器、观察窗。

4.根据权利要求1或3所述的一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统，其特征在于：所述主管道通过一支路与所述无砂混合罐相连。

5.根据权利要求4所述的一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统，其特征在于：所述支路的一端连接主管道，所述支路的另一端连接无砂混合罐，所述支路上安装超声流体测速仪、出砂监测装置以及压力变送器。

6.根据权利要求3所述的一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统，其特征在于：所述主管道上设有进气口，进气口安装在螺杆泵的右侧。

7.根据权利要求3或4所述的一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统，其特征在于：所述无砂混合罐上安装有泄压管道，所述泄压管道直接与主管道相通，所述泄压管道上安装泄压阀。。

8.根据权利要求5所述的一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统，其特征在于：所述主管道以及支路上安装有若干阀门。

9.根据权利要求7所述的一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统，其特征在于：所述无砂混合罐的下端设有排出口。

10.一种用于稠油油井出砂监测的室内评价系统在稠油油井出砂评价方面的应用。