CN109296352A - 一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法。本装置包括空压机，缓冲罐，调压阀，压力表，流量计，固定板，内管，外管，激光位移传感器，固定夹具，机架，电脑，伸缩油缸。空压机产生的气流经过缓冲罐和调压阀调节后通过内管，调节出与实况下采集气体相似的气压和气量，激光位移传感器收集气体流过内管时引起内管振动产生变形的数据，然后显示在电脑上收集。本发明的优点在于：可模拟多种角度的斜井、安全可靠、操作简单、测量数据精确，还原实况下管柱的工作状态。
Description
技术领域
本发明主要应用在流体力学和天然气开采技术领域，是一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法。
背景技术
在高压高产气井完井管柱中通过高压高速气体，实际工作下，流量和压力不断变化以及频繁的开关气井作业，管柱会受到气流的激励，因此在此动载荷的作用下，有必要对管柱振动进行深入的研究。在油气开采过程中，输送采收气体的管柱会因为管内有大量气流流过，从而会引起管柱发生一定的变形，这将会对开采产生不利的影响。本发明在油气开采的过程中，对内管的变形进行了一定的模拟测量与控制，通过激光传感器采集内管的形变显示在电脑中，可以通过改变气体流量进而达到控制内管形变的效果。在油气开采过程中，由于对内管的形变有了测量与控制，故而能够提高作业效率。
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、作业简单的实验装置，可适用于不同作业场景的一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法。
一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法，其特征在于：包括空压机（1），缓冲罐（2），调压阀（3），压力表（4），三通接头（5），流量计（6），转接头（7），固定板（8），内管（9），外管（10），激光位移传感器（11），固定夹具（12），机架（13），电缆（14），电脑（15），弯接头120°（16），弯接头150°（17），伸缩油缸（18）。
它包括由激光位移传感器（11）、电缆（14）以及电脑（15）组成的数据采集分析系统；空压机（1）、缓冲罐（2）和调节阀（3）组成的气流产生控制装置；由压力表（4）和流量计（6）组成的控制显示装置；由机架（13）、固定夹具（12）、固定板（8）组成的固定整套装置的结构。
空压机（1）产生大量高压气流，通过缓冲罐(2)和调压阀(3)调节所需要的气体流速，气体均匀的流过压力表（4）、流量计（6）传输到内管（9），输气管路为密封结构，从而高度模拟井下真实通气状态，使固定流速的气体通入内管(9)，具有一定流速的气体在通过内管（9）时引起内管（9）振动，产生一定的变形，外管（10）外部布置有一定数量的激光位移传感器（11），将采集到的内管（9）变形数据通过电缆（14）传入电脑（15），然后进行对内管（9）变形数据的分析，并采取措施。
所述固定板（8）要强度足够，能够在高压高流速气流通过内管（9）时仍可以固定内管（9）在外管（10）中的位置。所述激光位移传感器（11）在外管（9）上多安装几组，相隔相同的间距，每一层安装相隔120度的三个传感器，使之可以准确地描述内管（9）的变形。所述内管（9）采用PVC材料，便于收集数据。所述外管（10）采用透明有机玻璃，便于观察变形，强度和硬度足够。
本发明的具体组装操作步骤如下：
S1、调节机架（13）：实验机架由机座、动力头和模拟井筒等钻具部分组成，可以通过调节伸缩油缸（18）进行对0-90度范围内任意位置实现起升和液压自锁。
S2、安装并固定外管（10）、内管（9）：使用固定夹具（12）将外管（10）夹在机架（13）上，竖直段和斜段之间使用弯接头150°（17）连接，斜段和水平段使用弯接头120°（16）连接。将内管（9）布置在外管（10）内，使用固定板（8）固定。
S3、安装激光位移传感器（11）：在外管（10）上安装激光位移传感器（11），多安装几组，每一组相隔同样的长度，并且每一层上相隔相等的角度按上三个激光位移传感器（11）。
S4、安装通气装置：选择合适量程的调节阀（3）、压力表（4）、流量计（6），将空压机（1）、缓冲罐（2）、压力表（4）、流量计（6）依次连接，并在压力表（4）和缓冲罐（2）之间安装调节阀（3），起到控制气量的作用。内管（9）连接处使用转接头（7）连接。
S5、安装收集数据装置：将激光位移传感器（11）和电脑（15）用电缆（14）连接，以便收集数据。
S6、检查整套装置，无错误就开机调试，使装置能够正常的工作。
实验方法：
启动电脑（15）进行初始状态下的数据采集，待采集到的数据稳定后，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，收集激光位移传感器（11）传给电脑（15）的变形数据。
处理实验数据：通过激光位移传感器（11）得到的数据，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（9）的变形。
本发明具有以下优点：
1、本发明中压力表、流量计设置在调节阀之后，可以精确的显示出在任意时间气流产生装置产生气体的压力以及流量的情况。
2、本发明中弯接头120°和弯接头150°连接三段气井，模拟真实钻井的情况。
3、本发明中在外管上布置激光位移传感器，便于准确收集内管各段的变形。
4、本发明的机架可以进行任意角度调节，可以模拟任意角度的斜井情况，进而实现水平井。
5、本发明适用多种钻井场景，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。
附图说明
图1为装置示意图；
图2为外管和内管固定示意图；
图3为转接头连接处的剖面图；
图4为外管及布置激光位移传感器的俯视图；
图5为弯接头120°处的连接剖面图；
图6为弯接头150°处的连接剖面图。
图中：1-空压机，2-缓冲罐，3-调节阀，4-压力表，5-三通接头，6-流量计，7-转接头，8-固定板，9-内管，10-外管，11-激光位移传感器，12-固定夹具，13-机架，14-电缆，15-电脑，16-弯接头120°，17-弯接头150°。
Claims (7)
1.一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法，其特征在于：包括空压机（1），缓冲罐（2），调压阀（3），压力表（4），三通接头（5），流量计（6），转接头（7），固定板（8），内管（9），外管（10），激光位移传感器（11），固定夹具（12），机架（13），电缆（14），电脑（15），弯接头120°（16），弯接头150°（17），伸缩油缸（18） ；所述空压机（1）产生大量高压高速气流，通过缓冲罐(2)和调压阀(3)调节所需要的气压气量，气体均匀的流过压力表（4）、流量计（6）传输到内管（9），输气管路为密封结构，可高度模拟井下真实通气状态，使固定流速的气体通入内管(9)，具有一定流速的气体在通过内管（9）时引起内管（9）振动，产生一定的变形，外管（10）外部布置有一定数量的激光位移传感器（11），将采集到的内管（9）变形数据通过电缆（14）传入电脑（15），然后进行对内管（9）变形数据的分析，以及采取安全有效的措施等。
2.根据权利要求1所述一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法，其特征在于：外管（10）上的多组激光位移传感器（11）环绕于管的四周，且等间距的分布于外管（10）上，通过激光便于更准确的测出内管（9）上各处的变形情况。
3.根据权利要求1所述的一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法，其特征在于：所述外管（10）使用固定夹具（12）固定在机架（13）上，机架（13）可进行0 90°范围内起落臂架，模拟钻斜井段的任意角度，进而进行水平井的模拟。
4.根据权利要求1所述的一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法，其特征在于：所述外管（10）由三段组成，分别为竖直段、斜段、水平段，可以真实模拟钻井过程中的竖直井、斜井、水平井。
5.根据权利要求1所述的一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法，其特征在于：所述竖直段和斜段之间采用弯接头150°（17）连接；斜段和水平段采用弯接头120°（16）连接。
6.根据权利要求1所述的一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法，其特征在于：外管（10）和机架（13）之间采用固定夹具（12）固连；其中斜段部分6个固定夹具（12）尺寸一样，所形成的斜段和机架上的起落臂成平行；水平段的两个固定夹具（12）尺寸长度不一样，与机架上的起落臂成30°。
7.根据权利要求1-6所述的一种实况下完井管柱振动变形的实验装置和实验方法的具体使用过程包括以下几个实验步骤：
S1、调节机架（13）：实验机架由机座、动力头和模拟井筒等钻具部分组成，可以通过调节伸缩油缸（18）进行对0-90度范围内任意位置实现起升和液压自锁；
S2、安装并固定外管（10）、内管（9）：使用固定夹具（12）将外管（10）夹在机架（13）上，竖直段和斜段之间使用弯接头150°（17）连接，斜段和水平段使用弯接头120°（16）连接，将内管（9）布置在外管（10）内，使用固定板（8）固定；
S3、安装激光位移传感器（11）：在外管（10）上安装激光位移传感器（11），多安装几组，每一组相隔同样的长度，并且每一层上相隔相等的角度按上三个激光位移传感器（11）；
S4、安装通气装置：选择合适量程的调节阀（3）、压力表（4）、流量计（6），将空压机（1）、缓冲罐（2）、压力表（4）、流量计（6）依次连接，并在压力表（4）和缓冲罐（2）之间安装调节阀（3），起到控制气量的作用，内管（9）连接处使用转接头（7）连接；
S5、安装收集数据装置：将激光位移传感器（11）和电脑（15）用电缆（14）连接，以便收集数据；
S6、检查整套装置，无错误就开机调试，使装置能够正常的工作；
S7、启动电脑（15）进行初始状态下的数据采集，待采集到的数据稳定后，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，收集激光位移传感器（11）传给电脑（15）的变形数据；
S8、处理实验数据：通过激光位移传感器（11）得到的数据，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（9）的变形。
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