CN112986037B - 一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置，包括高温高压釜、循环组件、动力组件、监测组件、三相加料组件和排沙组件；循环组件密封设置在高温高压釜内，循环组件包括由直管和弯头组成的循环回路，循环回路的水平段设有管柱，循环回路内部两侧均设有试样；动力组件包括设置在所述循环回路上的高温高压泵；监测组件包括用于检测循环回路的高温高压流量计和温度压力传感器；三相加料组件包括与循环回路连通的加料管，加料管分别连接有腐蚀气体罐、加砂器和液体罐。本发明能够较好模拟油井管材现场环境、耐高温、耐高压、耐腐蚀环境、操作方便、节约成本，并能够提供试样在出砂冲蚀情况下，模拟多因素影响出砂冲蚀。

Description

一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置
技术领域
本发明涉及材料试验技术领域，尤其涉及一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置。
背景技术
在目前油气井勘探开发中，尤其是高温高压油气井出砂导致管柱失效问题日益严重，很多失效的管柱处于冲蚀和腐蚀相互作用的工况下，而现有的装置难以模拟井筒高温高压环境出砂冲蚀的问题。为此，急需建立适用于高温高压工况的冲蚀实验装置和方法，研究高温高压出砂井筒工况条件对管材性能的影响作用机理，明确出砂粒径分布、出砂量、流速以及温度压力等因素对管材寿命的影响大小，保障出砂油气井管材服役寿命及其井筒完整性，因此模拟井地层出砂对油管柱冲蚀实验具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对以往模拟高温高压出砂冲蚀实验仪器的缺点，提供一种能够较好模拟油井管材现场环境、耐高温、耐高压、耐腐蚀环境、操作方便、节约成本，并能够提供试样在出砂冲蚀情况下，模拟多因素影响出砂冲蚀的实验装置。
为实现上述目的，本发明提供的一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置，包括：
高温高压釜；
循环组件，其密封设置在高温高压釜内，所述循环组件包括由直管和弯头组成的循环回路，所述循环回路的水平段设有管柱，所述循环回路内部两侧均设有试样；
动力组件，其包括设置在所述循环回路上的高温高压泵；
监测组件，其包括用于检测所述循环回路的高温高压流量计和温度压力传感器，所述温度压力传感器连接有PC端；
三相加料组件，其包括与循环回路连通的加料管，所述加料管分别连接有腐蚀气体罐、加砂器和液体罐。
进一步地，所述腐蚀气体罐配置有进气阀门，所述加砂器配置有进砂阀门，所述腐蚀气体罐和加砂器配置有进气固阀门，所述腐蚀气体罐和加砂器与进气固阀门之间配置有压缩机，所述液体罐配置有进液阀门，所述加料管上设有总阀门。
进一步地，所述高温高压釜为圆筒形罐体，所述高温高压釜采用耐腐蚀、抗高温高压的材质。
进一步地，所述高温高压釜外套设有加热套，所述高温高压釜上端设有与循环回路连通的排气口。
进一步地，所述试样安装在循环回路的左、右垂直段与弯头处；具体地，所述循环回路的管壁处开设圆形口，所述试样镶嵌于圆形口处，所述试样通过耐高温高压腐蚀的底座、螺栓和聚四氟乙烯密封圈固定在循环回路的管壁上。
进一步地，所述管柱通过金属法兰连接到循环回路中。
进一步地，所述加砂器配置有与加料管连通的筛管。
进一步地，所述循环回路设置有倒流防止器。
进一步地，所述弯头采用C276合金弯头，所述弯头与直管通过金属法兰连接。
进一步地，所述实验装置还包括排沙组件，所述排沙组件包括砂砾收集器，所述砂砾收集器与循环回路的排砂口连通，所述循环回路在排砂口处设有排砂阀门，所述砂砾收集器内设有过滤器，所述砂砾收集器的收集口连接有处理池。
与相关技术相比较，本发明提供的模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置具有如下有益效果：
（1）通过加砂器加入砂砾与注入的腐蚀气体可模拟气体携砂双相流，也可通过打开进液阀门注入液体模拟气液固三相流动，并利用高温高压泵使流体在釜体内循环流动，可通过高温高压流量计监测流动速率，形成高温高压动态的腐蚀环境；可模拟不同粒径的砂砾、不同流速、不同出砂量、不同冲蚀角度对试样的出砂冲蚀实验，并且还可以同时模拟垂直段与水平段的出砂冲蚀实验，克服了以往实验装置存在的不足和缺陷，在模拟高温高压动态工况下对油井管材的性能进行研究，测试结果更准确。
（2）本装置釜体及循环回路选用C276合金，内部机构均选用耐高温、耐高压、耐腐蚀的不锈钢材料，并且在循环回路和釜体的连接处采用聚四氟乙烯密封圈进行有效密封，操作简单，节约成本，密封效果好。
附图说明
图1为本发明提供的一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置的结构示意图；
图2为试样的安装示意图。
图中标号：1-高温高压釜，2-进气阀门，3-加砂器，4-进砂阀门，5-筛管，6-压缩机，7-进气固阀门，8-进液阀门，9-总阀门，10-高温高压流量计，11-排气口，12-加热套，13-弯头，14-倒流防止器，15-高温高压泵，16-温度压力传感器，17-试样，18-循环回路，19-金属法兰，20-实验管柱，21-排砂口，22-排砂阀门，23-砂砾收集器，24-过滤器，25-收集口，26-处理池，27-PC端，28-底座，29-螺栓，30-组合式聚四氟乙烯密封圈。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图2所示，一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置，包括高温高压釜1、循环组件、动力组件、监测组件、三相加料组件和排沙组件。
高温高压釜1外套设有加热套12，高温高压釜1上端设有与循环回路18连通的排气口11。
循环组件密封设置在高温高压釜1内，循环组件包括由直管和弯头13组成的循环回路18，循环回路18的水平段设有试验管柱20，循环回路18内部两侧均设有试样17。
动力组件包括设置在循环回路18上的高温高压泵15。
监测组件包括用于检测循环回路18的高温高压流量计10和温度压力传感器16，温度压力传感器16连接有PC端27。
三相加料组件包括与循环回路18连通的加料管，加料管分别连接有腐蚀气体罐、加砂器3和液体罐；腐蚀气体罐配置有进气阀门2，加砂器3配置有进砂阀门4，腐蚀气体罐和加砂器3配置有进气固阀门7，腐蚀气体罐和加砂器3与进气固阀门7之间配置有压缩机6，液体罐配置有进液阀门8，加料管上设有总阀门9；具体地，图1中的A、B、C对应三个液体灌。
排沙组件包括砂砾收集器23，砂砾收集器23与循环回路18的排砂口21连通，循环回路18在排砂口21处设有排砂阀门22，砂砾收集器23内设有过滤器24，砂砾收集器23的收集口25连接有处理池26。本发明通过对砂砾收集器23中的砂砾进行称重收集，可模拟不同出砂量对试样的出砂冲蚀实验；通过过滤器24的的流体导入到处理池26中，以避免污染环境，保证实验可持续进行。
本发明可以模拟试样在高温高压腐蚀环境中出砂冲蚀的实验；高温高压釜1为圆筒形罐体，在罐体的内部密封连接循环回路18，通过带有活塞的加砂器3加入砂砾与注入的腐蚀气体可模拟气体携砂双相流，也可通过打开进液阀门8注入液体模拟气液固三相流动，并利用高温高压泵15使流体在高温高压釜1内循环流动，可通过高温高压流量计10监测流动速率，形成高温高压动态的腐蚀环境，并且通过温度压力传感器16连接PC端27监测温度与压力；在高温高压釜1的循环回路内部两侧装有试样17，分为左、右垂直段部分与弯头13处，可同时模拟不同材质试样的冲蚀实验；在水平段有金属法兰19连接的一段试验管柱20，可模拟井下大位移井水平段的冲蚀实验。
本实验可模拟腐蚀性气体环境如硫化氢、二氧化碳等，以及高矿化度水质，釜体采用耐腐蚀、高温高压性能较好的材质，并使用高温高压流量计监测循环回路，以方便记录冲蚀速率数据。
本发明在高温高压釜1的循环回路中安装的左、右垂直段部分与弯头13处的试样17，都是在管壁处开圆形口，并且将试样17镶嵌在圆形口处，保证试样17受冲蚀的圆弧面与管壁内侧平整光滑，试样17通过耐高温高压腐蚀的底座28、螺栓29和聚四氟乙烯密封圈30固定在循环回路18的管壁上，在保证密封的前提下可同时模拟不同材质的试样17在气体携砂双相流或气液固三相流腐蚀环境下的冲蚀实验。
在本实施例中，在循环回路18的水平段用于实验的实验管柱20通过金属法兰19连接到循环回路18中可模拟井下大位移井水平段的冲蚀实验。
本发明通过加砂器3连接的筛管5可自行调换（筛管不仅局限于此位置，也可放入加砂装置中），可以模拟不同粒径的砂砾对试样的出砂冲蚀实验。
在本实施例中，在循环回路中利用高温高压泵15使流体在高温高压釜1内循环流动，并且安装有倒流防止器14以保证朝一个方向流动，通过高温高压流量计10随时监测流动速率，可模拟不同流速下对试样的出砂冲蚀实验。
本发明通过采用不同弯度的弯头13，可模拟不同冲蚀角度对试样的出砂冲蚀实验。
本发明的使用方法：
（1）首先是准备阶段，根据井壁开口情况加工试样17按照图2进行组装到管壁上，根据实验要求组装水平段实验管柱20以及挑选合适的弯头13；
（2）选择适用的筛管5，通过带活塞的加砂器3加入砂砾，打开进砂阀门4；
（3）打开进气阀门2，打开压缩机6，打开进气固阀门7，使气体携砂进入高温高压釜1内，模拟气体携砂进入高温高压釜1内（可根据实验要求打开进液阀门8注入液体模拟三相流），后打开流体总阀门9；
（4）观察高温高压流量计10，确保流体能够流入密封冲蚀循环回路18，并有足够的余量充满密封冲蚀循环回路18时，关闭所有流体总阀门9；
（5）对高温高压釜1进行加压加热，通过温度压力传感器16连接PC端27达到实验所要求的温度压力后，打开高温高压泵15开关，使内部流体流动起来，开始模拟实验；
（6）实验结束后，等待高温冷却，打开排砂阀门22排除釜内流体，开始砂砾收集，并保证流体导入到处理池中，清洗高温高压釜1待下次实验；
（7）根据实验要求，可调整筛管模拟不同粒径的砂砾、调节高温高压泵16的动力模拟不同流速、通过对砂砾收集器23中砂砾称重收集模拟不同出砂量以及调整不同弯度的弯头13模拟冲蚀角度对试样的出砂冲蚀实验，并且记录相关数据。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置，其特征在于，包括：
高温高压釜(1)；
循环组件，其密封设置在高温高压釜(1)内，所述循环组件包括由直管和弯头组成的循环回路(18)，所述循环回路(18)的水平段设有管柱(20)，所述循环回路(18)内部两侧均设有试样(17)；所述试样(17)安装在循环回路(18)的左、右垂直段与弯头(13)处；所述循环回路(18)的管壁处开设圆形口，所述试样(17)镶嵌于圆形口处，所述试样(17)通过耐高温高压腐蚀的底座(28)、螺栓(29)和聚四氟乙烯密封圈(30)固定在循环回路(18)的管壁上；
动力组件，其包括设置在所述循环回路(18)上的高温高压泵(15)；
监测组件，其包括用于检测所述循环回路(18)的高温高压流量计(10)和温度压力传感器(16)，所述温度压力传感器(16)连接有PC端(27)；
三相加料组件，其包括与所述循环回路(18)连通的加料管，所述加料管分别连接有腐蚀气体罐、加砂器(3)和液体罐。
2.根据权利要求1所述的一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置，其特征在于，所述腐蚀气体罐配置有进气阀门(2)，所述加砂器(3)配置有进砂阀门(4)，所述腐蚀气体罐和加砂器(3)配置有进气固阀门(7)，所述腐蚀气体罐和加砂器(3)与进气固阀门(7)之间配置有压缩机(6)，所述液体罐配置有进液阀门(8)，所述加料管上设有总阀门(9)。
3.根据权利要求1所述的一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置，其特征在于，所述高温高压釜(1)为圆筒形罐体，所述高温高压釜(1)采用耐腐蚀、抗高温高压的材质。
4.根据权利要求1所述的一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置，其特征在于，所述高温高压釜(1)外套设有加热套(12)，所述高温高压釜(1)上端设有与循环回路(18)连通的排气口(11)。
5.根据权利要求1所述的一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置，其特征在于，所述管柱(20)通过金属法兰(19)连接到循环回路(18)中。
6.根据权利要求1所述的一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置，其特征在于，所述加砂器(3)配置有与加料管连通的筛管(5)。
7.根据权利要求1所述的一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置，其特征在于，所述循环回路(18)设置有倒流防止器(14)。
8.根据权利要求1所述的一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置，其特征在于，所述弯头(13)采用C276合金弯头，所述弯头(13)与直管通过金属法兰(19)连接。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种模拟地层出砂对油管柱冲蚀实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括排沙组件，所述排沙组件包括砂砾收集器(23)，所述砂砾收集器(23)与循环回路的排砂口(21)连通，所述循环回路(18)在排砂口(21)处设有排砂阀门(22)，所述砂砾收集器(23)内设有过滤器(24)，所述砂砾收集器的收集口(25)连接有处理池(26)。
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