CN113049285A

CN113049285A - 一种可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置及方法

Info

Publication number: CN113049285A
Application number: CN202110342514.5A
Authority: CN
Inventors: 尹宜勇; 王国强; 朱文佳; 李航; 王通; 刘欢; 齐林山
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2041-03-30
Also published as: CN113049285B

Abstract

本发明公开了属于油气井工程技术领域的一种可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置及方法。该装置包括操作台、高压泵站和试验箱；通过启动操作台，控制高压泵站向试验箱中注入不同体系、不同密度、不同压力的水泥浆，在试验箱中安装电阻丝，通过防水耐高压电机带动信标移动。该装置可测试扶正器机械系统在高温高压液体中的变形、密封性能；测试扶正器电气系统在高温高压液体中的耐温和耐压性能以及在不同温度、不同压力、不同钻井液、不同水泥浆体系和不同运动条件下的传输性能；测试扶正器在某种固井工况下是否打开成功。本发明可以有效减少扶正器下井时的故障问题，提高固井质量，且方法简单，加工成本相对较低，降低了工程成本。

Description

一种可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置及方法

技术领域

本发明涉及油气井工程技术领域，尤其涉及一种可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置及方法。

背景技术

RFID技术因其优良的信号传输性能、广泛的终端设备、较小的体积在现代工程中应用广泛。结合RFID的石油固井设备，例如：RFID控制可变径扶正器、RFID控制振动固井装置，此类研发日渐兴起。目前传统的耐压测试设备只能测试其耐压时间，且被测设备无法移动，无法测试在高压下的RFID传输性能。因此，迫切需要一种能够测试RFID控制可变径扶正器在固井工况下机械性能及传输性能的装置及方法，以克服现有装置中的种种缺陷。

发明内容

本发明的目的是提出一种可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置及方法。

可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括操作台、高压泵站和试验箱；其中，操作台包括壳体、计算机、电子显示屏和开关；高压泵站包括油箱、差量式变量泵、滤油器、蓄能器、电机、液压缸、油管、接头、压力表和油位油温计；试验箱包括箱体、套管、套管支座、扶正器、1号电机、1号滑台、1号丝杠、2号电机、2号滑台、2号丝杠、3号电机、3号滑台、3号丝杠、电阻丝、信标和传感器。

所述扶正器包括阅读器、接收天线和扶正条；操作台用于开、关高压泵站，开、关电机，开、关阀件，监控系统信息以及计算传输性能；

所述高压泵站用于产生不同体系、不同密度和不同压力的液体，供试验箱使用；

所述试验箱用于测试扶正器机械系统在高温高压液体中的变形和密封性能；测试扶正器电气系统在高温高压液体中的耐温和耐压性能以及在不同温度、不同压力、不同钻井液、不同水泥浆体系和不同运动条件下的传输性能；测试扶正器在某种固井工况下是否打开成功。

可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置的测试方法，其特征在于，测试扶正器机械系统在高温高压液体中的变形和密封性能的具体步骤如下：

步骤A1：在试验箱中装入套管和扶正器机械系统，密封试验箱；

步骤A2：连接油管和电缆，启动操作台的计算机，计算机执行启动命令以启动高压泵站，高压泵站向试验箱中注入高压液体；

步骤A3：启动电阻丝加热试验箱内液体至特定温度；

步骤A4：取出扶正器机械系统，检测其变形量和密封性，记录扶正器机械部分出现明显变形的温度、时间和压力。

测试扶正器电气系统在高温高压液体中的耐温和耐压性能的具体步骤如下：

步骤B1：在试验箱中装入套管、扶正器电气系统和信标，密封好试验箱；

步骤B2：连接油管和电缆，启动操作台的计算机，计算机执行启动命令以启动高压泵站，高压泵站向试验箱中注入高压液体；

步骤B3：启动电阻丝加热试验箱内液体至特定温度，信标和扶正器电气系统中的阅读器建立通信连接；

步骤B4：当计算机监测到信标或阅读器信号消失或被高压液体破坏后，记录信号消失、破坏或失效的温度、时间和压力。

测试扶正器电气系统在不同温度、不同压力、不同钻井液、不同水泥浆体系和不同运动条件下的传输性能的具体步骤如下：

步骤C1：在套管中密封不同体系、不同密度的钻井液，将套管、扶正器和信标装入试验箱中并密封；

步骤C2：连接油管和电缆，启动操作台的计算机，计算机执行启动命令以启动高压泵站，高压泵站向试验箱中注入高压液体；

步骤C3：启动电阻丝加热试验箱内液体至特定温度；

步骤C4：启动试验箱中的1号电机，1号电机带动1号丝杠转动，1号丝杠带动1号滑台和信标靠近或远离扶正器；当扶正器中阅读器接收到信号或信号消失时，电机转动数据通过电性连接传输至计算机，计算机计算出传输距离，1号电机带动1号丝杠转动，1号丝杠带动1号滑台和信标进行位置调整；

步骤C5：启动2号电机和3号电机，分别带动相应的丝杠和滑台运动，并带动信标沿着2号丝杠和3号丝杠的轨道沿y轴方向行进，当扶正器中阅读器接收到信标发出的信号后，计算机记录行进速度和响应时间。

测试扶正器在某种固井工况下是否打开成功的具体步骤如下：

步骤D1：在套管中密封不同体系、不同密度的钻井液；将套管、扶正器和信标装入试验箱中并密封；

步骤D2：连接油管和电缆，启动操作台的计算机，计算机执行启动命令以启动高压泵站，高压泵站向试验箱中注入高压液体；

步骤D3：启动电阻丝加热试验箱内液体至特定温度；

步骤D4：启动试验箱中的1号电机，1号电机带动1号丝杠转动，1号丝杠带动1号滑台和信标进行位置调整；

步骤D5：启动2号电机和3号电机，分别带动相应的丝杠和滑台运动，并带动信标沿着2号丝杠和3号丝杠的轨道沿y轴方向行进，当扶正器中阅读器接收到信标发出的信号后，高压液体进入扶正器内部，扶正器的扶正条打开，当箱体内部传感器监测到扶正条发生径向位移时，视为在此工况下打开成功。

所述高压液体的压力范围为10MPa～160MPa。

所述特定温度的范围为80℃～200℃。

所述2号电机和3号电机为同步转动，2号滑台和3号滑台保持相对静止，并同步沿y轴行进，通过改变其运动速度，以测试扶正器在不同运动条件下的传输性能。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置及方法，可以有效对油气井的固井工况进行模拟并对扶正器的机械性能和传输性能进行测试，以便于后续固井现场工作的进行，有效减少扶正器下井时的故障问题，提高固井质量，且方法简单，加工成本相对较低，降低了工程成本。

附图说明

图1是测试RFID控制可变径扶正器在固井工况下机械性能及传输性能的装置方框图；

图2是测试RFID控制可变径扶正器在固井工况下机械性能及传输性能的装置结构示意图；

图中：Ⅰ-操作台、Ⅱ-高压泵站、Ⅲ-试验箱；

图3是试验箱的结构示意图；

图中：1-1号电机、2-1号丝杠、3-1号滑台、4-2号电机、5-2号丝杠、6-2号滑台、7-3号电机、8-3号丝杠、9-3号滑台、10-套管支座、11-套管、12-套管卡箍、13-扶正器、14-箱体、15-信标支座、16-信标、17-电阻丝。

具体实施方式

本发明提出一种可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置及方法，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

图1是测试RFID控制可变径扶正器在固井工况下机械性能及传输性能的装置方框图。该装置包括操作台Ⅰ、高压泵站Ⅱ和试验箱Ⅲ。

操作台Ⅰ和高压泵站Ⅱ通过电缆连接；

高压泵站Ⅱ和试验箱Ⅲ通过进油管路和出油管路连接；

试验箱Ⅲ和操作台Ⅰ通过电缆连接。

图2是测试RFID控制可变径扶正器在固井工况下机械性能及传输性能的装置结构示意图。该装置包括操作台Ⅰ、高压泵站Ⅱ和试验箱Ⅲ。

操作台Ⅰ用于开、关高压泵站Ⅱ，开、关电机，开、关各类阀件，监控系统信息，计算传输性能等；

高压泵站Ⅱ用于产生不同体系、不同密度、不同压力的液体，供试验箱Ⅲ使用；

试验箱Ⅲ用于测试扶正器机械系统在高温高压液体中的变形、密封性能；测试扶正器电气系统在高温高压液体中的耐温和耐压性能；测试扶正器电气系统在不同温度、不同压力、不同钻井液、不同水泥浆体系和不同运动条件下的传输性能；测试扶正器在某种固井工况下是否打开成功。

图3是试验箱Ⅲ的结构示意图。该试验箱包括1号电机1、1号丝杠2、1号滑台3、2号电机4、2号丝杠5、2号滑台6、3号电机7、3号丝杠8、3号滑台9、套管支座10、套管11、套管卡箍12、扶正器13、箱体14、信标支座15、信标16、电阻丝17、各类传感器等；

1号电机1、1号丝杠2、1号滑台3用于在水平面内沿x轴方向运动；

2号电机4、2号丝杠5、2号滑台6、3号电机7、3号丝杠8、3号滑台9用于水平面内沿y轴方向进行同步运动；

套管支座10用于固定所述套管11；

套管11和所述套管卡箍12用于固定所述套管11，所述套管外安装扶正器13，所述套管11内部密封不同体系、不同密度的钻井液；

扶正器13用于模拟实验环境，其触发方式为RFID触发，内部安置有阅读器，其管体外布置有RFID天线，用于接收信标发出的信号；

信标支座15用于固定信标16；

信标16用于发射RFID信号；

电阻丝17用于加热试验箱Ⅲ内部液体温度，用于测试不同温度下的传输性能；

各类传感器用于测试传输距离、试验箱Ⅲ温度、压力等，监控试验箱Ⅲ的试验状态。

实施例1

如图2所示，测试RFID控制可变径扶正器在固井工况下机械性能及传输性能的装置，包括：操作台Ⅰ、高压泵站Ⅱ、试验箱Ⅲ。

操作台Ⅰ包括：壳体、计算机、电子显示屏、各类开关等；

高压泵站Ⅱ包括：油箱、差量式变量泵、滤油器、蓄能器、电机、液压缸、油管、接头、压力表、油位油温计等；

试验箱Ⅲ包括：1号电机1、1号丝杠2、1号滑台3、2号电机4、2号丝杠5、2号滑台6、3号电机7、3号丝杠8、3号滑台9、套管支座10、套管11、套管卡箍12、扶正器13、箱体14、信标支座15、信标16、电阻丝17、各类传感器等；

扶正器13中包括阅读器、接收天线、扶正条等；

操作台Ⅰ用于开、关高压泵站Ⅱ，开、关电机，开关各类阀件，监控系统信息，计算传输性能等；

试验箱Ⅲ用于测试扶正器13机械系统在高温高压液体中的变形、密封性能；测试扶正器13电气系统在高温高压液体中的耐温和耐压性能；测试扶正器13电气系统在不同温度、不同压力、不同钻井液、不同水泥浆体系和不同运动条件下的传输性能；测试扶正器13在某种固井工况下是否打开成功。

实施例2

如图2、3所示，测试RFID控制可变径扶正器在固井工况下机械性能及传输性能的方法，包括：测试扶正器13机械系统在高温高压液体中的变形、密封性能；测试扶正器13电气系统在高温高压液体中的耐温和耐压性能；测试扶正器13电气系统在不同温度、不同压力、不同钻井液、不同水泥浆体系和不同运动条件下的传输性能；测试扶正器13在某种固井工况下打开的成功率。

测试扶正器13机械系统在高温高压液体中的变形、密封性能，包括：在试验箱Ⅲ中装入套管11、扶正器13机械系统等，密封好试验箱Ⅲ；连接好油管和电缆；启动操作台Ⅰ的计算机；计算机执行启动命令，启动高压泵站Ⅱ；高压泵站Ⅱ向试验箱Ⅲ中注入高压液体；试验箱Ⅲ中保持特定压力；启动电阻丝17加热箱内液体至特定温度恒温；试验一段时间后，取出扶正器13机械系统，检测其变形量和密封性；记录扶正器13机械部分出现明显变形的温度、时间和压力，以测试扶正器13机械系统在高温高压液体中的变形、密封性能。

测试扶正器13电气系统在高温高压液体中的耐温和耐压性能，包括：在试验箱Ⅲ中装入套管11、扶正器13电气系统、信标16等，密封好试验箱Ⅲ；连接好油管和电缆；启动操作台Ⅰ的计算机；计算机执行启动命令，高压泵站Ⅱ启动；高压泵站Ⅱ向试验箱Ⅲ中注入高压液体；试验箱Ⅲ中保持特定压力；启动电阻丝17加热箱内液体至特定温度；信标16和扶正器13电气系统中的阅读器建立通信连接；试验一段时间，当计算机监测到信标16或阅读器信号消失或被高压液体破坏后；记录信号消失或破坏、失效的温度、时间和压力，以测试扶正器13电气系统在高温高压液体中的耐温和耐压性能。

测试扶正器13电气系统在不同温度、不同压力、不同钻井液、不同水泥浆体系和不同运动条件下的传输性能，包括：套管11中密封不同体系、不同密度的钻井液；在试验箱Ⅲ中装入套管11、扶正器13、信标16等，密封好试验箱Ⅲ；连接好油管和电缆；启动操作台Ⅰ的计算机；计算机执行启动命令，高压泵站Ⅱ启动；高压泵站Ⅱ向试验箱Ⅲ中注入高压液体；试验箱Ⅲ中保持高压力；启动电阻丝17加热箱内液体至特定温度；启动试验箱Ⅲ中的1号电机1，1号电机1带动1号丝杠2转动，1号丝杠2带动1号滑台3和信标16靠近或远离扶正器13；当扶正器13中阅读器接收到信号或信号消失时；电机转动数据通过电性连接传输至计算机；计算机计算出传输距离；1号电机1带动1号丝杠2转动，1号丝杠2带动1号滑台3和信标16调整至特定位置；启动2号和3号电机，带动相应丝杠和滑台运动；带动信标16沿着2号3号丝杠轨道沿y方向行进，当扶正器13中阅读器接收到信标16发出的信号后；计算机记录行进速度和响应时间；以测试扶正器13电气系统在不同运动条件下的传输性能。

测试扶正器13在某种固井工况下是否打开成功，包括：套管11中密封不同体系、不同密度的钻井液；在试验箱Ⅲ中装入套管11、扶正器13、信标16等，密封好试验箱Ⅲ；连接好油管和电缆；启动操作台Ⅰ的计算机；计算机执行启动命令，高压泵站Ⅱ启动；高压泵站Ⅱ向试验箱Ⅲ中注入高压液体；试验箱Ⅲ中保持高压力；启动电阻丝17加热箱内液体至特定温度；启动试验箱Ⅲ中的1号电机1，1号电机1带动1号丝杠2转动，1号丝杠2带动1号滑台3和信标16调整至特定位置；启动2号和3号电机，带动相应丝杠和滑台运动；带动信标16沿着2号3号丝杠轨道沿y方向行进，当扶正器13中阅读器接收到信标16发出的信号后，高压液体进入扶正器13内部，扶正器13扶正条打开，当箱体内部传感器监测到扶正条发生明显径向位移时，视为在此工况下打开成功；以测试扶正器13在某种固井工况下是否打开成功。

高压液体为不同体系、不同密度、不同压力的水泥浆，其体系、密度、压力均可改变，其压力范围为10-160MPa，以测试在不同水泥浆条件下扶正器13的机械性能和传输性能。

套管11两端密封，套管11中密封不同体系、不同密度的钻井液，以测试在不同钻井液条件下扶正器13的机械性能和传输性能。

试验箱Ⅲ内部环周布置有电阻丝17，用于对高压液体加热，加热范围在80-200℃，以测试在不同温度条件下扶正器13的机械性能和传输性能。

2号电机和3号电机为同步转动，2号滑台和3号滑台保持相对静止，同步沿y轴行进，通过改变其运动速度，以测试扶正器13在不同运动条件下的传输性能。

试验箱Ⅲ中布置有各类传感器，包括但不限于温度、压力、距离传感器，用于对试验箱Ⅲ环境的监测。

通过本发明实施例所提供的测试扶正器13在固井工况下机械性能及传输性能的装置及方法，可以有效对油气井的固井工况进行模拟并对扶正器13的机械性能和传输性能进行测试，以便于后续固井现场工作的进行，有效减少扶正器13下井时的故障问题，提高固井质量，且方法简单，加工成本相对较低，降低了工程成本。

以上实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括操作台、高压泵站和试验箱；其中，操作台包括壳体、计算机、电子显示屏和开关；高压泵站包括油箱、差量式变量泵、滤油器、蓄能器、电机、液压缸、油管、接头、压力表和油位油温计；试验箱包括箱体、套管、套管支座、扶正器、1号电机、1号滑台、1号丝杠、2号电机、2号滑台、2号丝杠、3号电机、3号滑台、3号丝杠、电阻丝、信标和传感器。

2.根据权利要求1所述的可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置，其特征在于，所述扶正器包括阅读器、接收天线和扶正条；操作台用于开、关高压泵站，开、关电机，开、关阀件，监控系统信息以及计算传输性能；

3.一种权利要求2所述的可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置的测试方法，其特征在于，测试扶正器机械系统在高温高压液体中的变形和密封性能的具体步骤如下：

步骤A3：启动电阻丝加热试验箱内液体至特定温度；

4.一种权利要求2所述的可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置的测试方法，其特征在于，测试扶正器电气系统在高温高压液体中的耐温和耐压性能的具体步骤如下：

5.一种权利要求2所述的可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置的测试方法，其特征在于，测试扶正器电气系统在不同温度、不同压力、不同钻井液、不同水泥浆体系和不同运动条件下的传输性能的具体步骤如下：

步骤C3：启动电阻丝加热试验箱内液体至特定温度；

6.一种权利要求2所述的可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置的测试方法，其特征在于，测试扶正器在某种固井工况下是否打开成功的具体步骤如下：

步骤D3：启动电阻丝加热试验箱内液体至特定温度；

7.根据权利要求3、4、5或6所述的可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置的测试方法，其特征在于，所述高压液体的压力范围为10MPa～160MPa。

8.根据权利要求3、4、5或6所述的可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置的测试方法，其特征在于，所述特定温度的范围为80℃～200℃。

9.根据权利要求5或6所述的可变径扶正器的机械和传输性能的测试装置的测试方法，其特征在于，所述2号电机和3号电机为同步转动，2号滑台和3号滑台保持相对静止，并同步沿y轴行进，通过改变其运动速度，以测试扶正器在不同运动条件下的传输性能。