CN111364947A - 一种柱塞排水采气模拟装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柱塞排水采气模拟装置及模拟方法。装置包括油管、套管、上堵头、套管堵头、捕捉器、柱塞、卡定器以及出水管，油管一端位于所述套管内，另一端设置有上堵头；套管具有一端开口，另一端封闭的中空结构且管壁透明，位于套管内的油管与套管之间形成有环空，套管的另一端端部管壁上开设有进液口和进气口；套管堵头设置在套管的开口内；捕捉器可能够捕捉柱塞；柱塞能够设置在油管内并能够在油管内上下运行；卡定器设置在套管的另一端，能够卡定柱塞；出水管设置在油管和套管的外侧。模拟方法能够根据上述装置对柱塞排水采气进行模拟。本发明的装置和方法能够优化柱塞排水采气工艺参数，提高柱塞排水采气工艺应用效果。

Description

一种柱塞排水采气模拟装置及模拟方法

技术领域

本发明属于油气开采技术领域，更具体地讲，涉及一种柱塞排水采气模拟装置及模拟方法。

背景技术

随着气田开采的持续进行，地层出水也逐渐增加，当气体携液能力小于地层产液能力后，如不及时将液体排出则会产生积液，导致气井产气量下降，直至停产。柱塞排水采气工艺以柱塞作为气液分隔界面，具有排液效率高、自动化程度高、安全环保且投入成本低等特点，是应用最为广泛的排水采气工艺之一。

目前，柱塞在气井中的运行规律，气体气量大小对柱塞的影响，气液比大小对柱塞影响以及柱塞运行中液体漏失状况认识不清，制约了柱塞工艺选择方式及应用效果。需要采用可视化物理模拟实验手段去探究柱塞在井筒中的运行情况，而现有的柱塞排水采气模拟实验很少，而且也没有考虑油套环空的影响，其实验结果与真实柱塞排水采气工艺区别较大，因此，针对性的开展可视化的、考虑油套环空影响的柱塞排水采气模拟实验研究具有相当重要的现实意义，可以在完善柱塞排采工艺理论，从而指导柱塞排水采气工艺参数优化设计。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够优化柱塞排水采气工艺的模拟方法。

为了实现上述目的，本发明的提供了一种柱塞排水采气模拟装置。所述装置包括油管、套管、上堵头、套管堵头、捕捉器、柱塞、卡定器以及出水管，其中，所述油管具有两端开口的中空结构且油管的管壁透明，所述油管的一端位于所述套管内，所述油管的另一端开口设置有能够封堵油管的上堵头；所述套管具有一端开口，另一端封闭的中空结构，所述套管的管壁透明，位于所述套管内的油管与所述套管之间形成有环空，套管的所述另一端端部管壁上开设有进液口和进气口；所述套管堵头设置在所述套管的开口处，用于封堵所述环空；所述捕捉器可拆卸的设置在油管的所述另一端，用于捕捉所述柱塞；所述柱塞能够设置在油管内并能够在油管内上下运行；所述卡定器设置在油管的所述一端，所述卡定器能够在所述柱塞运行到油管端部时将柱塞卡定；所述出水管设置在油管和套管的外侧，所述出水管的一端与油管所述的另一端连通，出水管的另一端设置有排液口。

本发明的另一方面提供了一种柱塞排水采气模拟方法。所述模拟方法可以包括以下步骤：向油管和环空注入预定量的液体和气体；将柱塞投入油管进行柱塞排水；其中，所述将柱塞投入油管进行柱塞排水包括：打开上堵头，将柱塞投入油管内并安装捕捉器，拧紧上堵头；通过进气口注入不同量的气体，记录注入气体与油管和环空内预定量液体的气液比，观察柱塞在油管内的运动及携液情况；改变注入气体量以使所述柱塞向上运动到油管开口，捕捉器捕捉柱塞，记录在不同注入气体量下，排水管每次排出的液体量；根据注入的不同气体量与对应的排水管排出的液体量，确定柱塞的携液效果以及临界携液气量；捕捉器释放柱塞，柱塞下落至卡定器位置，验证卡定器能否正常实现对柱塞的卡定；重复所述打开堵头，将柱塞投入油管内并安装捕捉器的步骤至验证卡定器能否正常实现对柱塞卡定的步骤，记录活塞的往复次数，论证柱塞运行周期。

与现有技术相比，本发明的装置和方法有益效果包括：本发明的装置和方法能够解决柱塞排水采气工艺过程中，柱塞在气井中运行规律、不同产气量和产液量条件下对柱塞效果的影响以及柱塞运行过程中液体漏失状况认识不清的问题，能够指导柱塞排水采气工艺参数的优化设计，能够提供柱塞排水采气工艺的应用效果。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明一个示例性实施的柱塞排水采气模拟装置示意图。

附图标记说明：

1-油管，2-套管，3-上堵头，4-套管堵头，5-捕捉器，6-卡定器，7-出水管，8-油管转接，9-转接盘，10-套管转接，11-固定支架，12-底座，13-环空注入口，2a-进液口，2b-进气口，7a-排液口。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的柱塞排水采气模拟装置及模拟方法。

图1示出了本发明一个示例性实施的柱塞排水采气模拟装置示意图。其中，图(a)为柱塞排水采气模拟装置正视图，图(b)为柱塞排水采气模拟装置剖视图。

本发明的一方面提供了一种柱塞排水采气模拟装置。在本发明的柱塞排水采气模拟装置的一个示例性实施例中，如图1所示，所示模拟装置可以包括油管1、套管2、上堵头3、套管堵头4、捕捉器5、柱塞(未示出)、卡定器6以及出水管7。其中，

所示油管1和套管2可以竖直设置在地面上。所示油管1具有两端开口的中空结构。所示套管2具有一端开口，另一端封闭的中空结构。所示油管1的一端通过所述套管2的开口设置在所示套管2内。所述油管1另一端的开口设置有能够拆卸的上堵头3。所示上堵头3能够封堵所述油管。为了便于观察所述油管1和套管2内的柱塞运行情况，所述油管1和套管2的管壁可以设置为透明。由于油管1的一端位于所示套管2中，所述位于套管2中的油管外壁与套管的内壁之间形成有环空。如图1所示，在所述套管2的底部开设有进液口2a和进气口2b，能够分别向所述油管和套管内注入液体和气体。

所述套管堵头4可以设置在所述套管2的开口处。所述套管堵头4与所述套管开口适配。所述套管堵头4能够防止所述环空内的液体和气体从套管的开口流出。

所述捕捉器5可以可拆卸的设置在所述油管的上端开口处。所述捕捉器5能够在所述柱塞运行到油管上端后捕捉所述柱塞。

所述柱塞可以设置在所述油管1内。所述柱塞能够在油管沿油管的轴向上下运动。

所述卡定器6设置在所述油管1的底部。所述卡定器6能够在所述柱塞运行到油管底部时对柱塞进行卡定。

所述出水管7可以沿油管1和套管2的轴向方向设置在油管和套管的外侧。所述出水管7的一端与油管的上部相通，另一端设置为排液口7a。所述出水管7能够将所述油管和套管内的液体排出。

在本实施例中，所述油管1可以由多根相互连通的子油管连接构成。如图1(b)所示，所述装置还可以包括油管转接8、转接盘9、套管转接10以及固定支架11。所述油管转接8能够连接相邻两根子油管。设置所述油管转接8能够便于根据需求更换不同尺寸的油管。所述转接盘9可以设置在套管2的外侧，便于与所述固定支架11连接以固定所述套管和油管。所述套管转接10可以设置在底座12上。设置所述套管转接10能够便于根据气井完井的套管大小更换不同尺寸的套管。所述更换油管或者套管后，可以通过调节所述转接盘9的内径尺寸对油管进行固定和更换，并且可以结合调节套管转接实现对套管大小的调节和固定。所述底座12可以设置在套管的下部用于支撑所述装置。

在本实施例中，所述装置还可以包括计量筒。所述计量筒用于接收所述排水管排除的液体并对排出的液体量进行计量。可以用所述计量筒计量的液体量衡量柱塞的排水能力。

在本实施例中，所述装置还可以包括气体计量计和液体计量计。所述气体流量计可以用于计量从所述进气口注入的气体量。所述液体流量计可以用于计量从所述进液口注入的液体量。

在本实施例中，所述套管2的开口处还可以设置环空注入口13。当需要向环空注入液体时可以通过所述环空注入口13注入。

在本实施例中所述装置还可以包括套管直通14。所述套管可以包括多根相互连接且互通的子套管组成。所述相邻两根子套管之间可以用所述套管直通14连接。

在本实施例中，所述装置还可以包括进液阀和进气阀。所述进液阀能够打开或关闭所述进液口。所述进气阀能够打开或关闭所述进气口。

在本实施例中，所述装置还可以包括高压水泵和空气压缩机。所述高压水泵能够提供压力以使液体从进液口进入套管。所述空气压缩机能够提供动力以使气体从进气口进行套管。

在本实施例中，所述装置还可以包括压力表。所述压力表可以测量从所述进气口注入的气体压力。

在本实施例中，所述油管和套管可以采用PVC透明管。采用PVC透明管能够使油管和套管透明可见，便于观察内部的流动形态。

在本实施例中，所述套管可以由多根长度较短的子套管构成。每根子套管之间可以通过套管直通连接。

本发明的另一方面提供了一种柱塞排水采气模拟方法。在本发明的柱塞排水模拟方法的一个示例性实施例中，所述模拟方法可以采用以上所述的柱塞排水采气模拟装置进行模拟，所述模拟方法可以包括：

S01，将液体(水)和气体(空气)作为介质，通过所述套管底部设置的进气口和进液口分别注入预定量的气体和液体，保持油管及环空内有预定的液面高度和气体空间。所述液面高度和气体空间可以根据实际模拟的现场气井的产气及产水量进行确定。

S02，将柱塞投入油管进行柱塞排水模拟。

对于步骤S02，将柱塞投入油管进行柱塞排水模拟可以包括：

S0201，打开上堵头，将柱塞投入油管中，安装捕捉器后旋紧上堵头；

S0202，通过进气口注入不同量的气体，记录注入气体与步骤S01中油管和环空内预定量液体的气液比，观察柱塞在油管内的运动及携液情况；

S0203，改变注入气体量，使柱塞向上运行至油管上部开口，捕捉器捕捉柱塞，记录在不同注入气体量下，排水管每次排出的液体量；

S0204，根据不同注入的气体量与对应的排水管排出的液体量，确定柱塞的携液效果以及临界携液气量；

S0205，捕捉器释放柱塞，柱塞下落至卡定器位置，验证卡定器能否正常实现对柱塞的卡定；

S0206，重复所述步骤S0201至步骤S0205，实现柱塞往复运动，不断携液，记录往复次数，从而论证柱塞运行周期。

在本实施例中，所述柱塞可以为实心柱塞和分体式柱塞。当实心柱塞完成柱塞模拟排水后，可以对分体式柱塞进行模拟排水。

在本实施例中，所述模拟方法还可以包括在S02后优化柱塞尺寸。为了优化柱塞尺寸，需要观察柱塞在油管中携液效果及柱塞运行过程中液体的漏失情况。具体地，所述优化柱塞尺寸可以包括：

S0301，待所述柱塞下落到卡定器位置后，打开上堵头，加入显色物料，例如有色颜料；

S0302，重复所述将柱塞投入油管进行柱塞排水的步骤，确定柱塞能否正常运行以及是否有液体漏失；

S0303，调整柱塞尺寸，重复所述将柱塞投入油管进行柱塞排水的步骤，根据排水管排出的液体量，确定最佳柱塞尺寸。

以上，在所述调整柱塞尺寸的过程中，柱塞的径向尺寸可以按照1mm的差值进行增大或减少。

例如，通过本发明的装置进行模拟，先在油管内预留一定水和气，然后通过进气口和进液口以日产气量为0.1万方，日产水1方，水气比为10方/万方的量泵入气体和水，此时观察到柱塞不能实现向上携液运行。说明此状态下，由于水气比高或者柱塞质量偏大，柱塞无法实现工艺排水采气效果。后期通过不断调整气量，就能观察到该柱塞能适应性的临界产气量。保持水量不变提高泵入气量为0.35万方/天，此时柱塞开始上行(记录时间)，但是发现携液过程中，有液体从柱塞与油管间歇出漏失现象，部分液体携液至井口，从出水管进入计量桶，记录单次携液量，同时显示井口捕捉器捕捉柱塞，记录一次运行周期。通过上述现场说明在此生产状态下，柱塞工艺实现了排水采气效果，但由于柱塞直径偏小，造成有漏失，因此在该状态下应调整柱塞直径尺寸。

综上所述，本发明的装置和方法能够解决柱塞排水采气工艺过程中，柱塞在气井中运行规律、不同产气量和产液量条件下对柱塞效果的影响以及柱塞运行过程中液体漏失状况认识不清的问题，能够指导柱塞排水采气工艺参数的优化设计，能够提供柱塞排水采气工艺的应用效果。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种柱塞排水采气模拟装置，其特征在于，所述装置包括油管、套管、上堵头、套管堵头、捕捉器、柱塞、卡定器以及出水管，其中，

所述油管具有两端开口的中空结构且油管的管壁透明，所述油管的一端位于所述套管内，所述油管的另一端开口设置有能够封堵油管的上堵头；

所述套管具有一端开口，另一端封闭的中空结构，所述套管的管壁透明，位于所述套管内的油管与所述套管之间形成有环空，套管的所述另一端端部管壁上开设有进液口和进气口；

所述套管堵头设置在所述套管的开口处，用于封堵所述环空；

所述捕捉器可拆卸的设置在油管的所述另一端，用于捕捉所述柱塞；

所述柱塞能够设置在油管内并能够在油管内上下运行；

所述卡定器设置在油管的所述一端，所述卡定器能够在所述柱塞运行到油管端部时将柱塞卡定；

所述出水管设置在油管和套管的外侧，所述出水管的一端与油管所述的另一端连通，出水管的另一端设置有排液口。

2.根据权利要求1所述的柱塞排水采气模拟装置，其特征在于，所述装置还包括底座和套管转接，所述底座设置在所述套管的另一端端部，用于固定所述套管，所述套管转接设置在所述底座的上部，所述套管转接与套管连接，能够根据所需套管尺寸更换套管。

3.根据权利要求1所述的柱塞排水采气模拟装置，其特征在于，所述装置还包括计量筒，所述计量筒用于盛装并计量所述排水管排出的液体。

4.根据权利要求1所述的柱塞排水采气模拟装置，其特征在于，所述装置还包括气体流量计和液体流量计，所述气体流量计用于计量从所述进气口注入的气体量，所述液体流量计用于计量从所述进液口注入的液体量。

5.根据权利要求1所述的柱塞排水采气模拟装置，其特征在于，所述装置还包括与进液口适配的进液阀以及与进气口适配的进气阀，所述进液阀能够打开和关闭所述进液口，所述进气阀能够打开和关闭所述进气口。

6.根据权利要求1所述的柱塞排水采气模拟装置，其特征在于，所述装置还包括转接盘和固定支架，所述转接盘设置在套管外侧，所述转接盘与所述固定支架连接，所述固定支架用于固定所述模拟装置。

7.一种根据权利要求1所述的柱塞排水采气模拟装置的模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括以下步骤：

向油管和环空注入预定量的液体和气体；

将柱塞投入油管进行柱塞排水；其中，

所述将柱塞投入油管进行柱塞排水包括：

打开上堵头，将柱塞投入油管内并安装捕捉器，拧紧上堵头；

通过进气口注入不同量的气体，记录注入气体与油管和环空内预定量液体的气液比，观察柱塞在油管内的运动及携液情况；

改变注入气体量以使所述柱塞向上运动到油管开口，捕捉器捕捉柱塞，记录在不同注入气体量下，排水管每次排出的液体量；

根据注入的不同气体量与对应的排水管排出的液体量，确定柱塞的携液效果以及临界携液气量；

捕捉器释放柱塞，柱塞下落至卡定器位置，验证卡定器能否正常实现对柱塞的卡定；

重复所述打开堵头，将柱塞投入油管内并安装捕捉器的步骤至验证卡定器能否正常实现对柱塞卡定的步骤，记录活塞的往复次数，论证柱塞运行周期。

8.根据权利要求7所述的模拟方法，其特征在于，所述模拟方法还包括在所述将柱塞投入油管进行柱塞排水后向油管内加入预定计量的显色物料，重复将柱塞投入油管进行柱塞排水的步骤，观察柱塞在油管中的携液效果以及柱塞在运行过程中的液体漏失情况，确定最佳柱塞尺寸。

9.根据权利要求8所述的模拟方法，其特征在于，所述确定最佳柱塞尺寸包括：

待所述柱塞下落到卡定器位置后，打开上堵头，加入显色物料；

重复所述将柱塞投入油管进行柱塞排水的步骤，确定柱塞能否正常运行以及是否有液体漏失；

调整柱塞尺寸，重复所述将柱塞投入油管进行柱塞排水的步骤，根据排水管排出的液体量，确定最佳柱塞尺寸。

10.根据权利要求7所述的模拟方法，其特征在于，所述柱塞为实心柱塞或分体式柱塞。

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