CN113338907A - 一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置，包括模拟井筒、模拟钻柱驱动部件、风机、泵、储液罐；泵用于将储液罐中液体送入模拟井筒中，驱动部件用于驱动模拟钻柱在模拟井筒中旋转，风机用于将气体经模拟钻柱送入模拟井筒中，模拟井筒上部设置有出料管道，泵出入口经连通线连通，连通管的最高点高于泵入口和模拟钻柱的气体出口，模拟井筒中液位升高后液体能够自流进入泵入口；所述泵入口管线上、位于储液罐与连通线接口之间的管段上设有液体流量计，用于测量从储液罐到泵入口的液体流量。本装置模拟井筒底部水位恒定，井筒中气体携水量可以实时精确计量。

Description

一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，具体为一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置。
背景技术
气体钻井技术是一种新的高效的勘探开发致密砂岩气藏的钻井技术，它从根本上避免了钻井液钻井中由固、液相侵入引起的储层损害，有效保护了储层，提高单井产量。但在钻井过程中地下地层不断出水，容易发生钻头泥包、卡钻、井眼堵卡甚至堵塞环空导致爆炸等一系列问题，因此需要对气体钻井钻遇产层过程中的地层出水现象需要进行深入研究，探明气体携水规律。
目前已有研究地层出水的实验装置，如中国申请专利CN201621063192.1公开了一种模拟实验装置，该装置利用泵出口的流量计来计量地层出水量，但模拟钻柱与模拟井筒之间的环空具有储水功能，实验过程中环空中的水位在动态变化，因此，其测得的气体实时携带水量并不准确。
发明内容
为解决现有技术条件的不足，本发明提供了一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置，本装置模拟井筒底部水位恒定，气体携水量可以精确计量。具体方案如下：
一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置，包括
模拟井筒；
模拟钻柱，模拟钻柱一端插入模拟井筒中并于模拟井筒底部与模拟井筒转动连接、另一端伸出模拟井筒并与模拟井筒转动密封连接；
驱动部件，用于旋转模拟钻柱以模拟地层钻进过程；
风机，风机与所述模拟钻柱连通，用于向模拟钻柱内输入气体；
泵，其入口与储液罐连通、出口与模拟井筒连通，用于向模拟井筒中补充液体以模拟地层出水；
所述模拟井筒上部连通有出料管道，所述出料管道与所述储液罐连通，所述储液罐上部设有出气口，其特征在于，
所述泵出入口经连通线连通，所述连通管的最高点高于泵入口管线和模拟钻柱的气体出口，模拟井筒中液位升高后液体能够自流进入泵入口；所述泵入口管线上、位于储液罐与连通线接口之间的管段上设有液体流量计，用于测量从储液罐到泵入口的液体流量。
本发明在使用时，储液罐中的液体经泵进入模拟井筒中，风机将气体送入模拟井筒底部中，气体携带液体沿模拟井筒与模拟钻柱之间的环空上升最终经出料管道进入储液罐进行气液分离。泵出入口的连通管能够稳定模拟井筒中的液位，模拟井筒中液位升高后液体将溢流进入泵出口。此装置运行时需要注意，保持储液罐的液位不得高于连通管的最高点，否则模拟井筒中的水难以自流进入泵入口。
作为本发明的一种实施方式，所述连通管上设有液体调节器，用于调整模拟井筒中的液位。
进一步，所述液位调节器包括套筒、活塞环、移动管和压力平衡管；所述活塞环固定于套筒内并将套筒分为上下两部分，其中下部分经连通管与泵出口连通、上部分经连通管与泵出口连通，上部分还经压力平衡管与模拟井筒中的气相部分连通；移动管位于套筒内，其穿过活塞环并与活塞环滑动密封连接，移动管还配套设有升降部件，用于沿套筒轴线方向移动移动管；使用时，模拟井筒中的液体经连通管进入套筒下部分、经移动管进入套筒上部分、经连通管进入泵入口，移动管顶部为连通管流道的最高点。
本发明在运行时，由于气液混合物在模拟井筒与模拟钻柱之间的环形通道中流动会产生一定压降，因此环形通道底部压力比泵入口高，两者之间会存在一个压力差，而且流通面积越小则此压差越大，为了避免气体可能经连通管进入泵入口导致泵抽空损坏，在所述连通管上设有疏水阀，且疏水阀位于所述液体调节器与泵入口之间。
作为本发明的一种实施方式，本装置还包括控制器，所述风机出口管线设有气体流量计，所述控制器与所述气体流量计和所述液体流量计电连接，便于自动记录、计算。
进一步，所述风机和泵均采用变频电机，能够调整转速，便于调整实验过程中的地层水量和气体量。
本发明相比现有技术具有如下优点：
本装置模拟井筒底部水位恒定，井筒中气体携水量可以实时精确计量；同时增加液位调节器后还可以调整模拟井筒底部液位，模拟不同液位高度下气体的携水量。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明液位调节器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
在本发明的描述中，需指出的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置，包括模拟井筒1、模拟钻柱2、驱动部件3、风机4、泵5、储液罐6、出料管道7。
模拟井筒1采用透明材料制成，在模拟井筒1外设置有高分辨率摄像机8，用于拍摄模拟井筒内的图像；模拟钻柱2一端插入模拟井筒1中并于模拟井筒1底部与模拟井筒1转动连接、另一端伸出模拟井筒1并与模拟井筒1转动密封连接，从而在模拟井筒1与模拟钻柱2之间形成一个环形流道；驱动部件3用于旋转模拟钻柱2以模拟地层钻进过程；风机4与模拟钻柱2连通，用于向模拟钻柱2内输入气体，气体经模拟钻柱2送入模拟井筒1的底部；泵5的入口与储液罐6连通、出口与模拟井筒1底部连通，用于向模拟井筒1中补充液体以模拟地层出水；模拟井筒1上部连通有出料管道9，出料管道9与所述储液罐6连通，用于将气液混合物送入储液罐6中进行气液分离，分离后的液体循环进入泵继续使用，气体则经储液罐6上部的气体排放口排放。
泵5出、入口经连通管10连通，连通管10上还设有液体调节器11和疏水阀12，疏水阀12位于液位调节器11与泵5入口之间；液位调节器11用于调节井筒中的液位高度，具体调节原理后面将详细解释，模拟井筒1中的液位升高后将沿着连通管10自流进入泵5入口。
液位调节器11包括套筒111、活塞环112、移动管113和压力平衡管114；活塞环112固定于套筒111内并将套筒111分为上下两部分，其中下部分1111经连通管10与泵5出口连通、上部分1112经连通管10与泵5入口连通，上部分1112还经压力平衡管114与模拟井筒1中的气相部分连通，以维持压力一致；移动管113位于套筒111内，其穿过活塞环112并与活塞环112滑动密封连接，移动管113还配套设有升降部件115，用于沿套筒111轴线方向移动移动管113；使用时，模拟井筒中的液体经连通管进入套筒下部分、经移动管溢流进入套筒上部分、经连通管进入泵入口；连通管10、套筒的下部分1111、移动管113构成整个返流的连通通道，整个返流的连通通道的最高点为移动管113顶部，通过升降部件115调整移动管113的高度可以调整溢流液面的高度，模拟井筒1中的液位将与移动管113处的溢流液面保持一致，从而实现了对模拟井筒1中液位的调整。
风机4出口设有气体流量计，用于测量气体的流量；泵5入口管线上、位于储液罐6与连通管10之间的管段上设有液体流量计，用于计量储液罐6至泵5的流量，这个流量就是气体携水的流量。
为了方便记录，本装置还设置了控制器13，控制器13与气体流量计、液体流量计和摄像机8电连接，便于自动记录、计算。
此外，所述风机和泵均采用变频电机，能够调整转速，便于调整实验过程中的地层水量和气体量。
以上所述，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实施例揭露的技术范围内，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 (6)

1.一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置，包括
模拟井筒；
模拟钻柱，模拟钻柱一端插入模拟井筒中并于模拟井筒底部与模拟井筒转动连接、另一端伸出模拟井筒并与模拟井筒转动密封连接；
驱动部件，用于旋转模拟钻柱以模拟地层钻进过程；
风机，风机与所述模拟钻柱连通，用于向模拟钻柱内输入气体；
泵，其入口与储液罐连通、出口与模拟井筒连通，用于向模拟井筒中补充液体以模拟地层出水；
所述模拟井筒上部连通有出料管道，所述出料管道与所述储液罐连通，所述储液罐上部设有出气口，其特征在于，
所述泵出、入口经连通管连通，所述连通管的最高点泵入口管线和模拟钻柱的气体出口，模拟井筒中液位升高后液体能够经连通管自流进入泵入口；
所述泵入口管线上、位于储液罐与连通管接口之间的管段上设有液体流量计，用于测量从储液罐到泵入口的液体流量。
2.根据权利要求1所述的一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置，其特征在于，所述连通管上设有液体调节器，用于调整模拟井筒中的液位。
3.根据权利要求2所述的一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置，其特征在于，所述液位调节器包括套筒、活塞环、移动管和压力平衡管；所述活塞环固定于套筒内并将套筒分为上下两部分，其中下部分经连通管与泵出口连通、上部分经连通管与泵入口连通，上部分还经压力平衡管与模拟井筒中的气相部分连通；移动管位于套筒内，其穿过活塞环并与活塞环滑动密封连接，移动管还配套设有升降部件，用于沿套筒轴线方向升降移动管；使用时，所述连通管、套筒下部分、移动管、连通管构成整个返流的连通通道，整个返流的连通通道的最高点为移动管顶部。
4.根据权利要求3所述的一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置，其特征在于，所述连通管上设有疏水阀，且疏水阀位于所述液体调节器与所述泵入口之间。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括控制器，所述风机出口管线设有气体流量计，所述控制器与所述气体流量计、所述液体流量计电连接。
6.根据权利要求5所述的一种气体钻井地层出水气体携水模拟实验装置，其特征在于，所述风机和泵均采用变频电机，能够调整转速，便于调整实验过程中的地层水量和气体量。
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