CN109115135B - 倾斜弯曲气井生产管柱振动变形的实验装置和实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及倾斜弯曲气井生产管柱振动变形的实验装置和实验方法。本装置包括活塞式空气压缩机，控制阀，压力表，导管，转接头，内管，固定板，外观，外管夹具，伸缩支杆，滑轮，滑槽，压力传感器，电缆，电脑，固定架。固定架由伸缩支杆、滑轮和滑槽组成，通过改变伸缩支杆的长度，以及改变两滑轮之间的位置，可以调整出实验需要模拟的弯曲管道弧形。活塞式空气压缩机产生高压气体，高压气体流经内管引发振动，通过控制阀和压力表的组合，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内管时振动使内管变形的数据。本发明的优点在于：安全可靠、操作简单、测量数据精确，高度还原了高压气井弯曲管柱的采气工作状态。

Description

倾斜弯曲气井生产管柱振动变形的实验装置和实验方法

技术领域

本发明涉及流体力学和天然气开采技术领域，特别是倾斜弯曲气井生产管柱振动变形的实验装置和实验方法。

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，可适用于高压气井弯曲管柱的倾斜弯曲气井生产管柱振动变形的实验装置和实验方法。

倾斜弯曲气井生产管柱振动变形的实验装置和实验方法，其特征在于：包括活塞式空气压缩机，控制阀，压力表，导管，转接头，内管，固定板，外管，外管夹具，伸缩支杆，滑轮，滑槽，压力传感器，电缆，电脑 ，固定架。固定架由伸缩支杆、滑轮和滑槽组成，通过改变伸缩支杆的长度，以及改变两滑轮之间的位置，可以调整出实验需要模拟的弯曲管道 弧形。活塞式空气压缩机产生高压气体，高压气体流经内管引发振动，通过控制阀和压力表的组合，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内管时振动使内管变形的数据。所述伸缩支杆液压杆制作，具有良好的伸缩性能和精度，并且和保持相应位置静止。所述的滑槽和滑轮都是用钢材制造，以钢轨作为滑槽，滑轮必须带有动力和制动机构，从而可以保证 滑轮的运动和位置保持。

所述的外管采用PVC软管，在保证柔韧性的同时具有一定的透明度。

所述固定板要强度足够，能够在高压通过内管过程中仍可以固定内管在外管中的位置。

所述内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 90 °分布于导管上，10层共40个，便于更准确地测出内管上各处的变形情况。使之可以准 确地描述内管的变形。

所述内管采用PVC材料，便于收集数据。

所述活塞式空气压缩机，控制阀，压力表，导管，转接头，内管整个输气管路为密封结构，从而高度模拟井下真实进气状态。

一种大斜度弯曲型高压气井生产管柱振动变形的实验装置的组装步骤如下：

S1、选择合适的位置安装实验所用的固定架：首先安装滑槽，然后安装滑轮，最后再安装上伸缩支杆。调整和各个装置，观察固定架是否能够满足设计要求，完成各个位置的运动，调试使其可以正常工作。

S2、安装外管：将外管夹具安装到伸缩支杆的顶部，然后将固定架调整至合适的位置，再将外管适当弯曲并固定在外管夹具上。

S3、安装压力传感器：在内管上安压力传感器，压力传感器环绕于管的四周，每层传感器等间距间隔90 °分布于内管上，10层共40个。

S4、安装固定内管：将贴有压力传感器的内管放入外管中，在外管的两端用固定板将内管固定住。

S5、安装气密装置：安装并固定活塞式空气压缩机，连接上导管、控制阀和压力表，再用转接头将导管和内管连接到一起。

S6、安装收集数据装置：将压力传感器和电脑用电缆连接，以便收集数据。

S7、检查整套装置气密性，开机调试，使装置能够正常地工作。

一种大斜度弯曲型高压气井生产管柱振动变形的实验装置的实验方法如下：

S1、启动活塞式空气压缩机，通过控制阀将压力调到实际情况下的压力，待压力稳定后，收集压力传感器传给电脑的变形数据。

S2、处理实验数据：通过压力传感器的数据可以通过模态分析法得到各个点 的位移、振幅等，最后得到内管的变形数据。

本发明具有以下优点：

1、本发明中的固定架可以改变高度和距离，从而改变了外管上3个固定点间的相对位置，从而改变实验用管道的弯曲弧度达到要求的水平。

2、本发明中外管、内管之间互相固定，便于装置的固定。

3、本发明活塞式空气压缩机产生高压气流，经控制阀调节，通过压力表检测，可精确调节气流的压力。

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、本发明操作简单，测量数据精确，便于控制成本，对于实际作业场景安全可靠。

6、本发明的导管、转换接头、内管的连接均采用气密结构，保证了实验气流的稳定供应。

附图说明

图1为装置示意图；

图2为固定架位置变动示意图；

图3为内管横截面图；

图4为外管夹具示意图；

图中：1-活塞式空气压缩机， 3-压力表，4-导管，5-转接头，6-内管，7-固定板，8-外管，9-外管夹具， 13-压力传感器，14-电缆，15- 电脑，16-固定架。

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，倾斜弯曲气井生产管柱振动变形的实验装置和实验方法，包括活塞式空气压缩机1 ，控制阀 ，压力表3 ，导管4 ，转接头5 ，内管6 ，固定板 7 ，外管8 ，外管夹具9 ，伸缩支杆 ，滑轮 ，滑槽 ，压力传感器13 ，电缆 14 ，电脑15 ，固定架16。固定架16由伸缩支杆、滑轮和滑槽组成，通过 改变伸缩支杆的长度，以及改变两滑轮之间的位置，可以调整出实验需要模拟的 弯曲管道弧形。活塞式空气压缩机1产生高压气体，高压气体流经内管6引发振动，通过 控制阀和压力表3的组合，调节出与实况下采集气体同样的气压，然后在电脑15上 收集压力传感器13在气压通过内管6时振动使内管6变形的数据。

组装操作步骤：

S1、选择合适的位置安装实验所用的固定架16 ：首先安装滑槽 ，然后安装滑 轮，最后再安装上伸缩支杆。调整和各个装置，观察固定架16是否能够满足设计 要求，完成各个位置的运动，调试使其可以正常工作。

S2、安装外管8 ：将外管夹具9安装到伸缩支杆的顶部，然后将固定架16 调整至合适的位置，再将外管8适当弯曲并固定在外管夹具9上。

S3、安装压力传感器13 ：在内管6上安压力传感器13 ，压力传感器13环绕 于管的四周，每层传感器等间距间隔90 °分布于内管6上，层共40个。

S4、安装固定内管6 ：将贴有压力传感器13的内管6放入外管8中，在外管 8的两端用固定板7将内管6固定住。

S5、安装气密装置：安装并固定活塞式空气压缩机1 ，连接上导管4、控制阀 和压力表3 ，再用转接头5将导管4和内管6连接到一起。

S6、安装收集数据装置：将压力传感器13和电脑15用电缆14连接，以便收集 数据。

S7、检查整套装置气密性，开机调试，使装置能够正常地工作。

实验步骤：

S1、启动活塞式空气压缩机1 ，通过控制阀将压力调到实际情况下的压力，待 压力稳定后，收集压力传感器13传给电脑15的变形数据。

S2、处理实验数据：通过压力传感器13的数据可以通过模态分析法得到各个点 的位移、振幅等，最后得到内管6的变形数据。

Claims (5)

1.倾斜弯曲气井生产管柱振动变形的实验装置，其特征在于：包括活塞式空气压缩机(1)，控制阀，压力表(3)，导管(4)，转接头(5)，内管(6)，固定板(7)，外管(8)，外管夹具(9)，伸缩支杆，滑轮，滑槽，压力传感器(13)，电缆(14)，电脑(15)，固定架(16)；固定架(16)由伸缩支杆、滑轮和滑槽组成，通过改变伸缩支杆的长度，以及改变两滑轮之间的位置，调整出实验需要模拟的弯曲管道弧形，活塞式空气压缩机(1)产生高压气体，高压气体流经内管(6)引发振动，通过控制阀和压力表(3)的组合，调节出与实况下采集气体同样的气压，然后在电脑(15)上收集压力传感器(13)在气压通过内管(6)时振动使内管(6)变形的数据，所述的内管(6)通过外管(8)两端的固定板(7)固定于外管(8)之中，当外管(8)的弯曲形状改变时内管(6)随之同步改变，所述实验装置适用于模拟高压气井弯曲管柱的工作；所述内管(6)上的多组压力传感器(13)环绕于管的四周，每层传感器等间距间隔90°分布于内管（6）上，10层共40个，测出内管(6)上各处的变形情况。

2.根据权利要求1所述倾斜弯曲气井生产管柱振动变形的实验装置，其特征在于：所述的固定架(16)调整外管(8)的弯曲形状，外管(8)被3个外管夹具(9)固定住，通过改变3个外管夹具(9)的相对位置来改变外管的弯曲形状。

3.根据权利要求1所述倾斜弯曲气井生产管柱振动变形的实验装置，其特征在于：所述活塞式空气压缩机(1)，控制阀，压力表(3)组合，调节出实况下采集气体同样的压力与流量的高压气流。

4.根据权利要求1所述倾斜弯曲气井生产管柱振动变形的实验装置，其特征在于：所述压力传感器(13)采集的数据通过电缆(14)传输给电脑(15)。

5.根据权利要求1-4任意一项所述倾斜弯曲气井生产管柱振动变形的实验装置的实验方法，其特征在于：具体使用过程包括以下几个组装和实验步骤：

S1、选择合适的位置安装实验所用的固定架(16)：首先安装滑槽，然后安装滑轮，最后再安装上伸缩支杆，调整各个装置，观察固定架(16)是否能够满足设计要求，完成各个位置的运动，调试使其正常工作；

S2、安装外管(8)：将外管夹具(9)安装到伸缩支杆的顶部，然后将固定架(16)调整至合适的位置，再将外管(8)适当弯曲并固定在外管夹具(9)上；

S3、安装压力传感器(13)：在内管(6)上安压力传感器(13)，压力传感器(13)环绕于管的四周，每层传感器等间距间隔90°分布于内管(6)上，10层共40个；

S4、安装固定内管(6)：将贴有压力传感器(13)的内管(6)放入外管(8)中，在外管(8)的两端用固定板(7)将内管(6)固定住；

S5、安装气密装置：安装并固定活塞式空气压缩机(1)，连接上导管(4)、控制阀和压力表(3)，再用转接头(5)将导管(4)和内管(6)连接到一起；

S6、安装收集数据装置：将压力传感器(13)和电脑(15)用电缆(14)连接，以便收集数据；

S7、检查整套装置气密性，开机调试，使装置能够正常地工作；

S8、启动活塞式空气压缩机(1)，通过控制阀将压力调到实际情况下的压力，待压力稳定后，收集压力传感器(13)传给电脑(15)的变形数据；

S9、处理实验数据：通过压力传感器(13)的数据然后通过模态分析法得到各个点的位移、振幅，最后得到内管(6)的变形数据。

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