CN111119810B - 井下精细分注室内综合模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种井下精细分注室内综合模拟装置。包括层段配水管网系统、聚合物罐和废液箱、底盘、高压柱塞泵、控制台、管托和立柱支架。所述装置通过将高压流体注入装有智能配水器的模拟井筒，在井上模拟智能配水器在井下的实际工况，通过调节可以为实验提供所需模拟井深的压力值，进而实现对配水器水嘴高压水的压力和流量参数的采集，对比配水器上传的压力、流量信号和实验台测试获得的压力、流量信号，既实现在井上对智能配水器的检修，又完成了对配水器密封性能、通讯性能和注水功能测试，解决了智能配水器井上测试不精准的问题，并且大大降低了实验成本。

Description

井下精细分注室内综合模拟装置

技术领域

本发明涉及一种应用于石油分层注采领域中的模拟装置。

背景技术

油田在投入开发后，随着开采时间的增长，油层本身能量将不断地被消耗。使油层层压下降，地下原油大量脱气，如度增加，油井产油量大大减少，甚至停喷停产。这使得地下残留大量死油采不出来，造成巨大损失。为了弥补原油采出造成的地下压力亏空，保持或者提高地层压力实现油田的高产稳产，并获得高的采收率，开始发展注水工艺。

目前智能分层注水工艺已成为提高原油注采率的重要手段。井下每个单一注水层注水的精准度决定了整口注水井注水情况的好坏，其中，单一注水层的核心部件为智能配水器。智能配水器综合了机电一体化技术、计算机控制技术、通信技术、传感器技术、精密机械传动等技术，为实现了分层注水井井下各层面注水状况的电动调配和实时测量精度，在设计投产前需要对其进行井上性能测试，避免出现直接投放井下后因性能问题反复投捞的情况。目前井上智能配水器测调时，无法模拟井下工况，导致井上所测得的数据与井下工况下的数据偏差较大，井下注水精度较低，无法达到精细分层注水的目的。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种井下精细分注室内综合模拟装置，该装置包括层段配水管网系统、聚合物罐和废液箱、底盘、高压柱塞泵、控制台、管托和立柱支架。井下精细分注室内综合模拟装置通过将高压流体注入装有智能配水器的模拟井筒，在井上模拟智能配水器在井下的实际工况，通过调节可以为实验提供所需模拟井深的压力值，进而实现对配水器水嘴高压水的压力和流量参数的采集，对比配水器上传的压力、流量信号和实验台测试获得的压力、流量信号，既实现在井上对智能配水器的检修，又完成了对配水器密封性能、通讯性能和注水功能测试，解决了智能配水器井上测试不精准的问题，并且大大降低了实验成本。

本发明的技术方案是：该种井下精细分注室内综合模拟装置，包括聚合物罐2、废液箱3、底盘4、高压柱塞泵5、控制台10以及层段配水管网系统1、管托15和立柱支架16。所述层段配水管网系统1包括1号管线51、2号管线52、汇流管线53和三个注水井环空模拟装置组成。

其中，每个注水井环空模拟装置包括进水管线12、模拟井筒6、回流管线13以及模拟地层管线14；在进水管线12的入口后依次通过法兰连接有第一高压球阀7和第一高精度流量计8，所述第一高精度流量计8用于测量注入水流量；进水管线12与模拟井筒6之间通过过渡软管连接。

所述模拟井筒6中包括环空管21、滑动密封接头22、滑动密封套管23、上连接法兰24、下连接法兰25以及智能配水器26；上连接法兰24一侧与焊丝241通过焊接固定，焊丝底部设有一芯插孔29，一芯插头28通过螺纹连接和O型圈密封固定在一芯插孔29中；一芯插头28的一端作为发射天线，另一端通过导线通向智能配水器26内部，以实现智能配水器26与模拟井筒2外的数据通讯；上连接法兰24另一侧与滑动密封接头22焊接，滑动密封接头22与滑动密封套管23采用轴孔间隙配合，滑动密封套管23与智能配水器26上接头通过螺纹连接；滑动密封接头22插接在滑动密封套管23，并且通过O型圈组27实现密封，其中滑动密封接头22可以在滑动密封套管23中直线往复移动，以避免所述智能配水器在模拟井筒中因水流冲击上下振动导致的螺纹损伤；下连接法兰25一端焊接有公扣接头251，所述公扣接头与智能配水器26下接头通过螺纹连接，下连接法兰25的另一端与回流管线32焊接；环空管21下部开有安装孔211，与地层管线42通过焊接装配。

注入水进入智能配水器26的两个液流输出端分别连接到环空管21和回流管线13；环空管21的液流出口与地层管线14相连通；回流管线13上依次接入回流压力计31、第三高压球阀44和第二高精度流量计33；其中，回流压力计31用来测定注水压力，与回流管线13上的压力计安装孔通过锥螺纹实现密封连接，第三高压球阀44和第二高精度流量计33均与回流管线13通过法兰连接。

所述地层管线14中，地层管线14与环空管21焊接实现接口处的密封，环空管21内的水流入地层管线14，依次通过地层压力计41、第三高精度流量计43测得智能配水器26的嘴后压力和注水流量；地层压力计41与地层管线14上的压力计安装孔通过锥螺纹实现密封连接，第三高精度流量计43与地层管线14通过法兰连接。

所述每个注水井环空模拟装置均通过管卡17固定在立柱支架16上，立柱支架16直接焊接在底盘4上，完成了层段配水管网系统1的水平固定；层段配水管网系统1底部通过管托15固定在底盘4上，进而实现整个层段配水系统1的垂直方向上的固定。

本发明具有如下有益效果：

本发明公开了井下精细分注室内综合模拟装置，通过将高压流体注入装有智能配水器的模拟井筒，在井上实现模拟智能配水器在井下的实际工况，通过调节可以为实验提供所需模拟井深的压力值，进而实现对配水器水嘴高压水的压力和流量参数的采集，对比配水器上传的压力、流量信号和实验台测试获得的压力、流量信号。井下精细分注室内综合模拟装置最大程度地模拟了井下注水工况，在井上实现了单层段注水层注水工艺模拟实验和多层段注水层注水工艺模拟实验，既可以对单个智能配水器进行性能测试和检修实验，又能对同种配水器进行多级联调时的性能测试，还可以横向对不同类型的配水器进行性能测试比较，解决了智能配水器井上测试不精准的问题，并且大大降低了实验成本，大大提高了配水器的研发效率。

附图说明：

图1是井下精细分注室内综合模拟装置整体示意图；

图2是注水井环空模拟装置示意图；

图3是层段配水管网系统俯视图；

图4是层段配水管网系统主视图；

图5为模拟井筒上半部分剖视图

图6为环空管等轴测视图

图7为模拟井筒下半部分剖视图

图中1-层段配水管网系统，2-聚合物罐体，3-废液箱，4-底盘，5-高压柱塞泵，6-模拟井筒，7-第一高压球阀，8第一高精度流量计，10-控制台，12-进水管线，13-回流管线，14-模拟地层管线，15-管托，16-立柱支架，17-管卡18-第一注水井环空模拟装置，19-第二注水井环空模拟装置，20-第三注水井环空模拟装置，21-环空管、22-滑动密封接头、23-滑动密封套管、24-上连接法兰、25-下连接法兰、26-智能配水器、241-焊丝27-O形圈组；28-一芯插头；29-一芯插孔；31-回流压力计；33-第二高精度流量计；34-第二高压球阀；41-地层压力计； 43-第三高精度流量计；44-第三高压球阀。51-1号管线，52-2号管线，53-汇流管线。

具体实施方式：

本种井下精细分注室内综合模拟装置，包括层段配水管网系统、聚合物罐、废液箱、底盘、高压柱塞泵、控制台、管托和立柱支架。

所述层段配水管网系统由1号管线、2号管线、汇流管线和三个注水井环空模拟装置组成，每个注水井环空模拟装置由进水管线、模拟井筒、回流管线、模拟地层管线等组成。所述注水井环空模拟装置主要由进水管线、模拟井筒、回流管线、模拟地层管线等组成。

注入水进入进水管线后依次经过第一高压球阀和第一高精度流量计，第一高压球阀和第一高精度流量计均与进水管线通过法兰连接，第一高精度流量计在实际工艺用于测量注入水实际流量。为方便拆卸，进水管线与模拟井筒之间通过过渡软管连接。

所述的模拟井筒中包括环空管、滑动密封接头、滑动密封套管、上连接法兰、下连接法兰、智能配水器。上连接法兰一侧与焊丝通过焊接固定，焊丝底部设有一芯插孔，一芯插头通过螺纹连接和O形圈密封固定在一芯插孔中，实验时一芯插头一端朝外充当发射天线，另一端通过导线通向智能配水器内部，从而实现智能配水器与模拟井筒外的数据通讯，模拟智能配水器井上井下的双向远程无线通讯；上连接法兰另一侧与滑动接头焊接，滑动接头与滑动密封套管采用轴孔间隙配合，滑动密封套管与智能配水器上接头通过螺纹连接；滑动接头插接在滑动密封套管，并且通过O形圈组实现密封，其中滑动接头可以在滑动密封套管中直线往复移动，实现了智能配水器的柔性连接，避免了智能配水器在模拟井筒因水流冲击上下振动导致的螺纹损伤问题；下法兰一端焊接有公扣接头，与配水器下接头通过螺纹连接，另一端与回流管线焊接；环空管下部开有安装孔，与地层管线通过焊接装配，模拟注入水进入智能配水器经流量调节后进入地层的生产工艺，模拟井下注水环空射孔。

注入水进入智能配水器后一部分通过智能配水器注入到环空管中继而流入地层管线，另一部分沿智能配水器流道进入回流管线，依次经过回流压力计、第三高压球阀、第二高精度流量计；其中回流压力计用来测定注水压力，与回流管线上的压力计安装孔通过锥螺纹实现密封连接，第三高压球阀和第二高精度流量计均与回流管线通过法兰连接。

所述的地层管线中，地层管线与环空管焊接实现接口处的密封，环空管内的水流入地层管线，依次通过地层压力计、第三高精度流量计测得智能配水器的嘴后压力和注水流量；其中地层压力计与地层管线上的压力计安装孔通过锥螺纹实现密封连接，第三高精度流量计与地层管线通过法兰连接。

所述每个注水井环空模拟装置均通过管卡固定在立柱支架上，立柱支架直接焊接在底盘上，完成了层段配水管网系统的水平固定；同时，层段配水管网系统底部通过管托固定在底盘上，进而实现整个层段配水系统的垂直方向上的固定。

所述注水井环空模拟装置中，打开第一高压球阀和第三高压球阀，同时将第二高压球阀关闭，实现注水井环空模拟装置中配水器的并联工作状态；打开第一高压球阀和第二高压球阀，同时将第三高压球阀关闭，实现注水井环空模拟装置中配水器的串联工作状态。井下精细分注室内综合模拟装置进行多层段注水层注水工艺模拟实验时，智能配水器被安装在检测模拟装置的模拟井筒中，高压水流从聚合物罐流出，流经高压柱塞泵增加压力后进入层段配水管网系统，依次流经第一注水井环空模拟装置、第二注水井环空模拟装置、第三注水井环空模拟装置；所述具体进行单层段注水层注水工艺模拟实验时，智能配水器被安装在检测模拟装置的模拟井筒中，高压水流从聚合物罐流出，流经高压柱塞泵增加压力后进入层段配水管网系统，流经被测配水器所在注水井环空模拟装置。流入注水井环空模拟装置的注入水一部分流经配水器水嘴后流入废液管线进入废液箱；另外一部分未流经配水器水嘴的注入水通过2号管线进入聚合物罐内。

所述注水井环空模拟装置中的智能配水器水嘴可以通过天线与外部控制装置相连接，由电脑对配水器的水嘴进行调节，进行智能配水器调节实验。模拟装置能够改变管线内流量大小、压力大小并实时监控管线内的流量大小和水压压力。流经智能配水器水嘴高压水的压力、温度和流量参数由模拟装置数据采集系统传输到计算机，并绘制压力、流量数据曲线图。智能配水器检测模拟装置管线流程中的压力计和流量计均为标准传感器，检测数据为标准值。对比配水器上传的压力、流量信号和实验台测试获得的压力、流量信号，当配水器测得数据值误差在允许范围内，说明配水器合格，否则，说明配水器存在缺陷，需要检修。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

所述井下精细分注室内综合模拟装置主要由层段配水管网系统1、聚合物罐2、废液箱3、底盘4、高压柱塞泵5、控制台10、管托15和立柱支架16组成。

所述层段配水管网系统1由1号管线51、2号管线52、汇流管线53和三个注水井环空模拟装置组成，每个注水井环空模拟装置由进水管线12、模拟井筒6、回流管线13、模拟地层管线14等组成。所述注水井环空模拟装置主要由进水管线12、模拟井筒6、回流管线13、模拟地层管线14等组成。

其中，注入水进入进水管线12后依次经过第一高压球阀7和第一高精度流量计8，第一高压球阀7和第一高精度流量计8均与进水管线12通过法兰连接，第一高精度流量计8在实际工艺用于测量注入水实际流量。为方便拆卸，进水管线12与模拟井筒6之间通过过渡软管连接。

所述的模拟井筒6中包括环空管21、滑动密封接头22、滑动密封套管23、上连接法兰24、下连接法兰25、智能配水器26。上连接法兰24一侧与焊丝241通过焊接固定，焊丝底部设有一芯插孔29，一芯插头28通过螺纹连接和O型圈密封固定在一芯插孔29中，实验时一芯插头28一端朝外充当发射天线，另一端通过导线通向智能配水器26内部，从而实现智能配水器26与模拟井筒2外的数据通讯，模拟智能配水器井上井下的双向远程无线通讯；上连接法兰24另一侧与滑动密封接头22焊接，滑动密封接头22与滑动密封套管23采用轴孔间隙配合，滑动密封套管23与智能配水器26上接头通过螺纹连接；滑动密封接头22插接在滑动密封套管23，并且通过O型圈组27实现密封，其中滑动密封接头22可以在滑动密封套管23中直线往复移动，实现了智能配水器的柔性连接，避免了智能配水器在模拟井筒2中因水流冲击上下振动导致的螺纹损伤问题；下连接法兰25一端焊接有公扣接头251，与智能配水器26下接头通过螺纹连接，另一端与回流管线32焊接；环空管21下部开有安装孔211，与地层管线42通过焊接装配，模拟注入水进入智能配水器经流量调节后进入地层的生产工艺，模拟井下注水环空射孔。

注入水进入智能配水器26后一部分通过智能配水器26注入到环空管21中继而流入地层管线14，另一部分沿智能配水器26流道进入回流管线13，依次经过回流压力计31、第三高压球阀44、第二高精度流量计33；其中回流压力计31用来测定注水压力，与回流管线13上的压力计安装孔通过锥螺纹实现密封连接，第三高压球阀44和第二高精度流量计33均与回流管线13通过法兰连接。

所述的地层管线14中，地层管线14与环空管21焊接实现接口处的密封，环空管21内的水流入地层管线14，依次通过地层压力计41、第三高精度流量计43测得智能配水器26的嘴后压力和注水流量；其中地层压力计41与地层管线14上的压力计安装孔通过锥螺纹实现密封连接，第三高精度流量计43与地层管线14通过法兰连接。

所述每个注水井环空模拟装置均通过管卡17固定在立柱支架16上，立柱支架16直接焊接在底盘4上，完成了层段配水管网系统1的水平固定；同时，层段配水管网系统1底部通过管托15固定在底盘4上，进而实现整个层段配水系统1的垂直方向上的固定。

具体应用时，打开第一高压球阀7和第三高压球阀44，同时将第二高压球阀34关闭，实现注水井环空模拟装置中智能配水器26的并联工作状态；打开第一高压球阀7和第二高压球阀34，同时将第三高压球阀44关闭，实现注水井环空模拟装置中配水器的串联工作状态。井下精细分注室内综合模拟装置进行多层段注水层注水工艺模拟实验时，智能配水器26被安装在检测模拟装置的模拟井筒6中，高压水流从聚合物罐2流出，流经高压柱塞泵5增加压力后进入层段配水管网系统1，依次流经第一注水井环空模拟装置18、第二注水井环空模拟装置19、第三注水井环空模拟装置20；所述具体进行单层段注水层注水工艺模拟实验时，智能配水器26被安装在检测模拟装置的模拟井筒6中，高压水流从聚合物罐2流出，流经高压柱塞泵5增加压力后进入层段配水管网系统1，流经被测配水器所在注水井环空模拟装置。流入注水井环空模拟装置的注入水一部分流经配水器水嘴后流入2号线52进入废液箱3；另外一部分未流经配水器水嘴的注入水通过1号线51 进入聚合物罐2内。

所述注水井环空模拟装置中的智能配水器水嘴可以通过天线与外部控制装置相连接，由电脑对配水器的水嘴进行调节，进行智能配水器调节实验。智能无线配水器可以采用申请号为2019112691465的自发电式智能无线配水器，也可以采用申请号为2019112691889的井下充电式智能配水器。模拟装置能够改变管线内流量大小、压力大小并实时监控管线内的流量大小和水压压力。流经智能配水器水嘴高压水的压力和流量参数由模拟装置数据采集系统传输到计算机，并绘制压力、流量数据曲线图。智能配水器检测模拟装置管线流程中的压力计和流量计均为标准传感器，检测数据为标准值。对比配水器上传的压力、流量信号和实验台测试获得的压力、流量信号，当配水器测得数据值误差在允许范围内，说明配水器合格，否则，说明配水器存在缺陷，需要检修。

Claims (1)

1.一种井下精细分注室内综合模拟装置，包括聚合物罐、废液箱、底盘、高压柱塞泵以及控制台，其特征在于：

所述模拟装置还包括层段配水管网系统、管托和立柱支架；所述层段配水管网系统包括1号管线、2号管线、汇流管线和三个注水井环空模拟装置；

其中，每个注水井环空模拟装置包括进水管线、模拟井筒、回流管线以及模拟地层管线；

在进水管线的入口后依次通过法兰连接有第一高压球阀和第一高精度流量计，所述第一高精度流量计用于测量注入水流量；进水管线与模拟井筒之间通过过渡软管连接；

所述模拟井筒中包括环空管、滑动密封接头、滑动密封套管、上连接法兰、下连接法兰以及智能配水器；上连接法兰一侧与焊丝通过焊接固定，焊丝底部设有一芯插孔，一芯插头通过螺纹连接和O型圈密封固定在一芯插孔中；一芯插头的一端作为发射天线，另一端通过导线通向智能配水器内部，以实现智能配水器与模拟井筒外的数据通讯；上连接法兰另一侧与滑动密封接头焊接，滑动密封接头与滑动密封套管采用轴孔间隙配合，滑动密封套管与智能配水器上接头通过螺纹连接；滑动密封接头插接在滑动密封套管中，并且通过O型圈组实现密封，其中滑动密封接头可以在滑动密封套管中直线往复移动，以避免所述智能配水器在模拟井筒中因水流冲击上下振动导致的螺纹损伤；下连接法兰一端焊接有公扣接头，所述公扣接头与智能配水器下接头通过螺纹连接，下连接法兰的另一端与回流管线焊接；环空管下部开有安装孔，与模拟地层管线通过焊接装配；

注入水进入智能配水器的两个液流输出端分别连接到环空管和回流管线；环空管的液流出口与模拟地层管线相连通；回流管线上依次接入回流压力计、第三高压球阀和第二高精度流量计；其中，回流压力计用来测定注水压力，与回流管线上的压力计安装孔通过锥螺纹实现密封连接，第三高压球阀和第二高精度流量计均与回流管线通过法兰连接；

所述模拟地层管线中，模拟地层管线与环空管焊接实现接口处的密封，环空管内的水流入模拟地层管线，依次通过地层压力计、第三高精度流量计测得智能配水器的嘴后压力和注水流量；地层压力计与模拟地层管线上的压力计安装孔通过锥螺纹实现密封连接，第三高精度流量计与模拟地层管线通过法兰连接；

所述每个注水井环空模拟装置均通过管卡固定在立柱支架上，立柱支架直接焊接在底盘上，完成了层段配水管网系统的水平固定；层段配水管网系统底部通过管托固定在底盘上，进而实现整个层段配水系统的垂直方向上的固定。

Images