CN116519048B - 一种水平井多相流温度计算模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平井多相流温度计算模拟试验装置，具备水平井段、螺杆升降机构和辅助检测设备，每组水平井段上均设置有若干个射流孔，射流孔上安装有插入式流量计，插入式流量计上安装有安装外筒，安装外筒前端设置有伸缩检测头，安装外筒和伸缩检测头均安装在辅助检测设备上，辅助检测设备驱动伸缩检测头沿水平井段横截面半径方向上移动，以调整伸缩检测头头部延伸至水平井段内部的位置。本发明基于实际水平井管道搭建出模拟实际水平井管道的水平井段，对水平井段中不同位置进行流量和温度的测量，并且对水平井段横截面半径方向上不同位置均进行测量，进一步扩大了测量范围，使得测量数据更加全面，减小了不同相层对应数值的测量误差。

Description

一种水平井多相流温度计算模拟试验装置

技术领域

本发明涉及油气井工程技术领域，具体涉及一种水平井多相流温度计算模拟试验装置。

背景技术

水平井广泛用于国内外油气田开发中，生产过程中受气体滑脱、管壁摩阻、气体非线性变化等影响，井筒流型变化多，压力、温度分布复杂，并且受经济、环境、施工条件和技术适应性等因素的影响，难以取得准确且长久的井底流体流动参数数据。

井内流体的流量和温度是目前油田开发过程中的一项重要参数，及时、准确的掌握油井流量对于掌握井下情况、制定生产计划、提高油井质量具有十分重要的意义，目前常用流量计和温度传感器对水平井内流体进行流量和温度测量，在水平井中油水通常呈分层形式流动，对固定位置的参数测量只能测量对应层的温度和流量，无法测量其他相层的温度和流量，导致测量误差较大。

另外，投产过程中，由于地层中压降、非均质性和底部含水等影响，水平井产出剖面的分布不均且差异大，相同层的参数可能无法反映整个水相、油相的整体参数数据，导致测量数值不全面，进一步增大了测量难度。

发明内容

为此，本发明提供一种水平井多相流温度计算模拟试验装置，有效的解决了现有技术中的测量位置固定使得无法测量其他相层的温度和流量以及无法获取对应相层整体的参数数据，导致测量误差大、测量难度高、测量数值不全面的问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：一种水平井多相流温度计算模拟试验装置，具备：

水平井段，设置为若干组，且相邻所述水平井段之间连通，每组所述水平井段上均设置有若干个射流孔，所述射流孔上安装有插入式流量计；

螺杆升降机构，安装在所述水平井段底部两端，所述水平井段底部形成有升降端台，所述螺杆升降机构连接正在所述升降端台上；

辅助检测设备，安装在所述水平井段上，所述插入式流量计上安装有安装外筒，所述安装外筒前端设置有伸缩检测头，所述安装外筒和所述伸缩检测头均安装在所述辅助检测设备上；

其中，所述伸缩检测头在所述辅助检测设备上的安装位置固定，所述辅助检测设备驱动所述伸缩检测头沿所述水平井段横截面半径方向上移动，以调整所述伸缩检测头头部延伸至所述水平井段内部的位置。

进一步地，所述水平井段设置为十组，所述水平井段由井筒和连接法兰组成，所述井筒的内径为115mm，所述水平井段的总长为10米；

相邻所述井筒之间设置有连通筒，所述连通筒连接在相邻所述连接法兰之间。

进一步地，所述水平井段底部设置有支撑台，所述支撑台上设置有支撑座，所述支撑座上设置有支撑槽，所述井筒外壁与所述支撑槽契合；

所述升降端台滑动设置在所述支撑台底部。

进一步地，所述螺杆升降机构包括安装台、设置在所述安装台上的驱动座、设置在所述驱动座内的螺纹筒以及设置在所述驱动座内的驱动电机；

所述驱动电机带动所述螺纹筒转动，所述螺纹筒内螺纹连接有螺纹杆，所述升降端台底部设置有连接杆，所述螺纹杆上端转动连接在所述连接杆上；

所述支撑台侧边设置有限位板，所述限位板沿长度方向上设置有限位长槽，所述安装台上竖直设置有限位柱，所述限位柱穿过所述限位长槽。

进一步地，所述射流孔设置为六个，且相邻所述射流孔互成相位角为60°；

同一所述水平井段对应的所述射流孔设置在所述井筒上同一横截面位置上。

进一步地，所述辅助检测设备包括设置在所述井筒上的环槽、转动设置在所述环槽内的转动环以及设置在所述转动环上的弧槽；

所述环槽的宽度大于所述射流孔的直径，所述伸缩检测头穿过所述弧槽，所述弧槽与所述射流孔对应，且所述伸缩检测头的直径、所述弧槽的宽度与所述射流孔的内直径一致。

进一步地，所述转动环上设置有凸块，所述凸块靠近所述伸缩检测头一侧设置有第一斜面；

所述伸缩检测头外套设有安装筒，所述安装筒侧边设置有梯形块，所述梯形块侧边与所述第一斜面侧边契合。

进一步地，所述转动环上远离所述弧槽部分等间距设置有啮合齿，所述井筒外设置有驱动舱，所述驱动舱内设置有连接电机，所述连接电机的输出端连接有连接齿轮，所述连接齿轮与所述啮合齿啮合。

进一步地，所述井筒外设置有安装架，所述安装架上设置有螺纹座，所述安装外筒外壁至少部分设置有外螺纹，所述插入式流量计上设置有检测管，所述检测管与所述安装外筒连接；

所述检测管与所述安装外筒相互垂直。

进一步地，所述安装外筒套设在所述伸缩检测头端部，所述伸缩检测头端部设置有密封圈；

所述伸缩检测头外套设有缓冲圈，所述安装架上连接设置有第一伸缩筒，所述第一伸缩筒外套设有第二伸缩筒，所述第二伸缩筒端部连接在所述缓冲圈上，所述第一伸缩筒和所述第二伸缩筒内部通过连接弹簧连接；

所述伸缩检测头前端安装有温度传感器。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明提出了一种水平井多相流温度计算模拟试验装置，基于实际水平井管道搭建出模拟实际水平井管道的水平井段，在各个水平井段上设置插入式流量计和辅助检测设备，并且同一剖面上设置若干个插入式流量计，对水平井段中不同位置进行流量和温度的测量，并且通过辅助检测设备驱动伸缩检测头沿水平井段横截面半径方向上移动，以调整伸缩检测头头部延伸至水平井段内部的位置，以对水平井段横截面半径方向上不同位置均进行测量，进一步扩大了测量范围，使得测量数据更加全面，减小了不同相层对应数值的测量误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例提供的一种水平井多相流温度计算模拟试验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中的水平井段的结构示意图；

图3为本发明实施例中的水平井段的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例中的井筒的横截面结构示意图；

图5为本发明实施例中的辅助检测设备的结构示意图；

图6为本发明实施例中的伸缩检测头未调节时的结构示意图；

图7为本发明实施例中的伸缩检测头调节时的结构示意图；

图8为本发明实施例中的第一伸缩筒和第二伸缩筒的结构示意图。

图中的标号分别表示如下：

1-水平井段；2-螺杆升降机构；3-辅助检测设备；4-射流孔；5-插入式流量计；6-升降端台；7-安装外筒；8-伸缩检测头；9-温度传感器；

11-井筒；12-连接法兰；13-连通筒；14-支撑台；15-支撑座；16-支撑槽；

21-安装台；22-驱动座；23-螺纹筒；24-驱动电机；25-螺纹杆；26-连接杆；27-限位板；28-限位长槽；29-限位柱；

31-环槽；32-转动环；33-弧槽；34-凸块；35-第一斜面；36-安装筒；37-梯形块；38-啮合齿；39-驱动舱；310-连接电机；311-连接齿轮；312-安装架；313-螺纹座；314-检测管；315-缓冲圈；316-第一伸缩筒；317-第二伸缩筒；318-连接弹簧。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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所示，本发明提供了一种水平井多相流温度计算模拟试验装置，具备水平井段1、螺杆升降机构2、辅助检测设备3。

其中，水平井段1设置为若干组，且相邻水平井段1之间连通，每组水平井段1上均设置有若干个射流孔4，射流孔4上安装有插入式流量计5。

螺杆升降机构2安装在水平井段1底部两端，水平井段1底部形成有升降端台6，螺杆升降机构2连接正在升降端台6上。

辅助检测设备3安装在水平井段1上，插入式流量计5上安装有安装外筒7，安装外筒7前端设置有伸缩检测头8，安装外筒7和伸缩检测头8均安装在辅助检测设备3上。

其中，伸缩检测头8在辅助检测设备3上的安装位置固定，辅助检测设备3驱动伸缩检测头8沿水平井段1横截面半径方向上移动，以调整伸缩检测头8头部延伸至水平井段1内部的位置。

本发明中射流孔4用于安装插入式流量计5，射流孔4的分布决定插入式流量计5的大致测量位置，上述实施例中的伸缩检测头8是能够伸缩的，从而便于辅助检测设备3调节伸缩检测头8的前端位置，也扩大了伸缩检测头8的检测范围。

本发明提出了一种水平井多相流温度计算模拟试验装置，基于实际水平井管道搭建出模拟实际水平井管道的水平井段1，在各个水平井段1上设置插入式流量计5和辅助检测设备3，并且同一剖面上设置若干个插入式流量计5，对水平井段1中不同位置进行流量和温度的测量，并且通过辅助检测设备3驱动伸缩检测头8沿水平井段1横截面半径方向上移动，以调整伸缩检测头8头部延伸至水平井段1内部的位置，以对水平井段1横截面半径方向上不同位置均进行测量，进一步扩大了测量范围，使得测量数据更加全面，减小了不同相层对应数值的测量误差。

为了提高本发明的模拟精度，本发明还做以下设计，水平井段1设置为十组，水平井段1由井筒11和连接法兰12组成，井筒11的内径为115mm，水平井段1的总长为10米；相邻井筒11之间设置有连通筒13，连通筒13连接在相邻连接法兰12之间。

上述实施例中的井筒11、连接法兰12作为实际水平井的模拟装置，实现对水平井各个阶段以及各项因素对水平井内参数例如温度流量的影响，更直观的反映参数变化，并且在测量过程中测量精度不会受到真实环境的影响。

为了对水平井段1进行支撑，本发明还做以下设计，如图1、图2和图3所示，水平井段1底部设置有支撑台14，支撑台14上设置有支撑座15，支撑座15上设置有支撑槽16，井筒11外壁与支撑槽16契合，升降端台6滑动设置在支撑台14底部。

上述实施例中，支撑座15对水平井段1进行支撑，升降端台6能够升降，从而使得支撑台14能够升降到特定的高度位置，并且也可以使得两端的升降端台6的高度升降至不同位置，支撑台14调节至倾斜状态，使得水平井段1处于倾斜状态，由于实际的水平井存在竖直部分和水平部分，竖直部分和水平部分通过弯曲部分连接，为了模拟对应的弯曲部分，就需要使得随意的水平井段1处于倾斜状态，且越靠近竖直部分的水平井段1与水平面的夹角逐渐减小。

为了带动升降端台6进行升降，本发明设置了螺杆升降机构2，本发明的螺杆升降机构2采取以下优选实施例，如图1和图2所示，螺杆升降机构2包括安装台21、设置在安装台21上的驱动座22、设置在驱动座22内的螺纹筒23以及设置在驱动座22内的驱动电机24；驱动电机24带动螺纹筒23转动，螺纹筒23内螺纹连接有螺纹杆25，升降端台6底部设置有连接杆26，螺纹杆25上端转动连接在连接杆26上。

上述实施例中，驱动电机24驱动带动螺纹筒23转动，在螺纹筒23的转动作用下，螺纹杆25逐渐上移，带动连接杆26逐渐上移，使得升降端台6跟随上移，从而实现对支撑台14的升降调节。

在支撑台14升降调节过程中，为了使得支撑台14不发生偏移，本发明还做以下设计，支撑台14侧边设置有限位板27，限位板27沿长度方向上设置有限位长槽28，安装台21上竖直设置有限位柱29，限位柱29穿过限位长槽28。

限位柱29与限位长槽28的相对移动过程中，需要保证限位柱29始终在限位长槽28内，在限位柱29的限位作用下，支撑台14升降或者发生倾斜都需要保证水平井段1始终在竖直平面上，以此保证所有的水平井段1相互连接过程中不发生偏移。

本发明中，射流孔4设置为六个，且相邻射流孔4互成相位角为60°；同一水平井段1对应的射流孔4设置在井筒11上同一横截面位置上。

不同水平井段1上均设置有六个射流孔4是为了在不同位置的水平井上均进行流量和温度测量，在一个水平井段1某个剖面上不同角度位置设置射流孔4是为了在水平井端1同一横截面内不同位置上进行流量和温度的测量。

在不同角度位置通过辅助检测设备3驱动伸缩检测头8沿水平井段1横截面半径方向上移动，以调整伸缩检测头8头部延伸至水平井段1内部的位置，以此进一步扩大测量范围，本发明的辅助检测设备3采取以下优选实施例，如图4、图5、图6和图7所示，辅助检测设备3包括设置在井筒11上的环槽31、转动设置在环槽31内的转动环32以及设置在转动环32上的弧槽33；环槽31的宽度大于射流孔4的直径，伸缩检测头8穿过弧槽33，弧槽33与射流孔4对应，且伸缩检测头8的直径、弧槽33的宽度与射流孔4的内直径一致。

上述实施例中，转动环32能够在环槽31内转动，伸缩检测头8则依次穿过弧槽33和射流孔4进入水平井段1内，进行测量，并且弧槽33的长度大于伸缩检测头8的直径，在转动环32转动的过程中，伸缩检测头8不会对弧槽33进行止挡。

为了使得转动环32转动过程能够带动伸缩检测头8能够进行伸缩运动，本发明做以下设计，如图5和图6所示，转动环32上设置有凸块34，凸块34靠近伸缩检测头8一侧设置有第一斜面35；伸缩检测头8外套设有安装筒36，安装筒36侧边设置有梯形块37，梯形块37侧边与第一斜面35侧边契合。

初始状态下，梯形块37还抵接在转动环32上，转动环32转动带动凸块34转动，第一斜面35顺时针转动，在第一斜面35的右移推动下，梯形块37逐渐上移，带动伸缩检测头8逐渐上移，使得伸缩检测头8头部检测位置逐渐远离井筒11内中心位置。

为了带动转动环32，本发明做以下设计，如图5所示，转动环32上远离弧槽33部分等间距设置有啮合齿38，井筒11外设置有驱动舱39，驱动舱39内设置有连接电机310，连接电机310的输出端连接有连接齿轮311，连接齿轮311与啮合齿38啮合。

连接电机310驱动带动连接齿轮311转动，在连接齿轮311的转动作用下带动啮合齿38顺时针转动，从而带动转动环32顺时针转动。

为了将安装外筒7进行安装，本发明还做以下设计，井筒11外设置有安装架312，安装架312上设置有螺纹座313，安装外筒7外壁至少部分设置有外螺纹，插入式流量计5上设置有检测管314，检测管314与安装外筒7连接；检测管314与安装外筒7相互垂直。

安装外筒7螺纹安装在螺纹座313上，检测管314连接外部的插入式流量计5，检测管314、安装外筒7和伸缩检测头8内部均连通。

为了保证安装外筒7和伸缩检测头8之间的密封性，安装外筒7套设在伸缩检测头8端部，在伸缩检测头8端部设置有密封圈，密封圈与安装外筒7内部严密抵接。

为了使得伸缩检测头8在调节前端位置之后能够复位，本发明还做以下设计，如图5和图8所述，伸缩检测头8外套设有缓冲圈315，安装架312上连接设置有第一伸缩筒316，第一伸缩筒316外套设有第二伸缩筒317，第二伸缩筒317端部连接在缓冲圈315上，第一伸缩筒316和第二伸缩筒317内部通过连接弹簧318连接。

上述实施例中，伸缩检测头8上移的过程中，缓冲圈315跟随上移，安装架312的位置不变，安装架312和缓冲圈315之间的距离变小，第一伸缩筒316和第二伸缩筒317收缩，连接弹簧318受到挤压，在上述凸块34复位时，梯形块37和伸缩检测头8在连接弹簧318的弹力作用下也复位至初始位置。

为了对井筒11内温度进行测量，伸缩检测头8前端安装有温度传感器9。

综上所述，本发明的主要实施过程为：

将水平井段1安装在支撑槽16内，并将相邻井筒之间通过连通筒13连接，将伸缩检测头8穿过并安装在射流孔4，根据不同位置的水平井段1，调节水平井段1的高度和倾斜程度，驱动电机24驱动带动螺纹筒23转动，在螺纹筒23的转动作用下，螺纹杆25逐渐上移，带动连接杆26逐渐上移，使得升降端台6跟随上移，两端的升降端台6的高度升降至不同位置，支撑台14调节至倾斜状态，使得水平井段1处于倾斜状态；

安装好之后通过插入式流量计5和温度传感器9分别进行流量和温度的测量，并调整伸缩检测头8前端的检测位置，如图5所示，连接电机310驱动带动连接齿轮311转动，在连接齿轮311的转动作用下带动啮合齿38顺时针转动，从而带动转动环32顺时针转动，转动环32转动带动凸块34转动，第一斜面35顺时针转动，在第一斜面35的右移推动下，梯形块37逐渐上移，带动伸缩检测头8逐渐上移，使得伸缩检测头8头部检测位置逐渐远离井筒11内中心位置，伸缩检测头8头部位置不断移动的过程中实时监测对应剖面位置的流量和温度；

伸缩检测头8上移的过程中，缓冲圈315跟随上移，安装架312的位置不变，安装架312和缓冲圈315之间的距离变小，第一伸缩筒316和第二伸缩筒317收缩，连接弹簧318受到挤压，在凸块34复位时，梯形块37和伸缩检测头8在连接弹簧318的弹力作用下也复位至初始位置。

上述实施例中在不同水平井段、同一水平井段某一剖面不同角度及其不同半径位置采集的流量数据和温度数据均能够进行分析，以分析出不同剖面以及同一剖面的各种流体的流量和温度对应的变化趋势和流体状态。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (4)

1.一种水平井多相流温度计算模拟试验装置，其特征在于，具备：

水平井段（1），设置为若干组，所述水平井段（1）由井筒（11）和连接法兰（12）组成，相邻所述水平井段（1）之间连通，每组所述水平井段（1）上均设置有若干个射流孔（4），所述射流孔（4）上安装有插入式流量计（5）；

螺杆升降机构（2），安装在所述水平井段（1）底部两端，所述水平井段（1）底部形成有升降端台（6），所述螺杆升降机构（2）连接正在所述升降端台（6）上；

辅助检测设备（3），安装在所述水平井段（1）上，所述插入式流量计（5）上安装有安装外筒（7），所述安装外筒（7）前端设置有伸缩检测头（8），所述安装外筒（7）和所述伸缩检测头（8）均安装在所述辅助检测设备（3）上；

其中，所述伸缩检测头（8）在所述辅助检测设备（3）上的安装位置固定，所述辅助检测设备（3）驱动所述伸缩检测头（8）沿所述水平井段（1）横截面半径方向上移动，以调整所述伸缩检测头（8）头部延伸至所述水平井段（1）内部的位置；

所述水平井段（1）底部设置有支撑台（14），所述支撑台（14）上设置有支撑座（15），所述支撑座（15）上设置有支撑槽（16），所述井筒（11）外壁与所述支撑槽（16）契合；

所述升降端台（6）滑动设置在所述支撑台（14）底部；

所述螺杆升降机构（2）包括安装台（21）、设置在所述安装台（21）上的驱动座（22）、设置在所述驱动座（22）内的螺纹筒（23）以及设置在所述驱动座（22）内的驱动电机（24）；

所述驱动电机（24）带动所述螺纹筒（23）转动，所述螺纹筒（23）内螺纹连接有螺纹杆（25），所述升降端台（6）底部设置有连接杆（26），所述螺纹杆（25）上端转动连接在所述连接杆（26）上；

所述支撑台（14）侧边设置有限位板（27），所述限位板（27）沿长度方向上设置有限位长槽（28），所述安装台（21）上竖直设置有限位柱（29），所述限位柱（29）穿过所述限位长槽（28）；

所述辅助检测设备（3）包括设置在所述井筒（11）上的环槽（31）、转动设置在所述环槽（31）内的转动环（32）以及设置在所述转动环（32）上的弧槽（33）；

所述环槽（31）的宽度大于所述射流孔（4）的直径，所述伸缩检测头（8）穿过所述弧槽（33），所述弧槽（33）与所述射流孔（4）对应，且所述伸缩检测头（8）的直径、所述弧槽（33）的宽度与所述射流孔（4）的内直径一致；

所述转动环（32）上设置有凸块（34），所述凸块（34）靠近所述伸缩检测头（8）一侧设置有第一斜面（35）；

所述伸缩检测头（8）外套设有安装筒（36），所述安装筒（36）侧边设置有梯形块（37），所述梯形块（37）侧边与所述第一斜面（35）侧边契合；

所述转动环（32）上远离所述弧槽（33）部分等间距设置有啮合齿（38），所述井筒（11）外设置有驱动舱（39），所述驱动舱（39）内设置有连接电机（310），所述连接电机（310）的输出端连接有连接齿轮（311），所述连接齿轮（311）与所述啮合齿（38）啮合；

所述井筒（11）外设置有安装架（312），所述安装外筒（7）套设在所述伸缩检测头（8）端部，所述伸缩检测头（8）端部设置有密封圈；

所述伸缩检测头（8）外套设有缓冲圈（315），所述安装架（312）上连接设置有第一伸缩筒（316），所述第一伸缩筒（316）外套设有第二伸缩筒（317），所述第二伸缩筒（317）端部连接在所述缓冲圈（315）上，所述第一伸缩筒（316）和所述第二伸缩筒（317）内部通过连接弹簧（318）连接；

所述伸缩检测头（8）前端安装有温度传感器（9）。

2.根据权利要求1所述的一种水平井多相流温度计算模拟试验装置，其特征在于，所述水平井段（1）设置为十组，所述井筒（11）的内径为115mm，所述水平井段（1）的总长为10米；

相邻所述井筒（11）之间设置有连通筒（13），所述连通筒（13）连接在相邻所述连接法兰（12）之间。

3.根据权利要求1所述的一种水平井多相流温度计算模拟试验装置，其特征在于，所述射流孔（4）设置为六个，且相邻所述射流孔（4）互成相位角为60°；

同一所述水平井段（1）对应的所述射流孔（4）设置在所述井筒（11）上同一横截面位置上。

4.根据权利要求1所述的一种水平井多相流温度计算模拟试验装置，其特征在于，所述安装架（312）上设置有螺纹座（313），所述安装外筒（7）外壁至少部分设置有外螺纹，所述插入式流量计（5）上设置有检测管（314），所述检测管（314）与所述安装外筒（7）连接；

所述检测管（314）与所述安装外筒（7）相互垂直。