CN1970992A - 复合射孔器动态测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种用于油气井复合射孔器的动态测试装置。它具有一个模拟靶体，该模拟靶体由筒体、安装在该筒体内腔的套管靶、水泥环和模拟靶组成，模拟靶外周与该筒体内壁间有一注入液体的第一空腔；一个置于模拟靶体上的容器，容器壁上设有与容器内腔相通的安装第一传感器和第二传感器的测压孔以及起爆线的引线孔；一个置于上述容器内的模拟复合射孔枪单元，该射孔枪单元的枪身与所述容器的内壁及上述套管靶间有一注入液体的第二空腔；上述安装第一传感器的测压孔通过一个保护套与射孔枪枪内相通，安装第二传感器的测压孔与上述注入液体的第二空腔相通。本发明可以在地面上测试复合射孔器的枪内和环空的压力－时间动态曲线。
Description
技术领域
本发明属于油气井测试技术领域，具体地说是一种复合射孔器的动态测试装置。
技术背景
复合射孔器(复合射孔枪)已经在油田应用多年，得到了油田的普遍认同。随着复合射孔技术的发展，特别是对火药性能研究、装药结构的优化以及枪、弹、药的匹配性能检测等都提出了更高的要求，因此，客观上急需一种对复合射孔器产品开发和产品验收能起指导作用的地面测试方法及装置。目前，复合射孔器井下压力-时间动态曲线(以下简称p-t曲线)的动态测试技术已在油田初步应用，其原理是：将压力传感器镶嵌固定在一个具有数据采集与存储功能的记忆棒上，并将记忆棒与射孔器相联接，获得的数据储存在记忆棒内，提枪后再将记忆棒安装在计算机上释放，取得井筒环空的p-t曲线。该技术的不足是：1)不能测出射孔枪枪内的p-t曲线，而枪内p-t曲线对射孔枪的设计具有重要的指导意义：2)由于仪器抗冲击性能差，所以测试的可靠性不能保证；3)受油、气井井筒空间的限制，物理存储器体积较小，可存储的空间小，采样频率低，采样点太少，难以捕捉到实际的压力峰值，引起压力峰值失真；4)受井筒温度的影响，测试零点漂移，不能真实反映射孔器的实际应用效果；5)检测工艺复杂、成本太高；6)在一组实验中，无法获得同一井筒的初始试验条件，试验结果可比性差；7)在研发产品、试制产品和定型前产品一般不能获得油田下井试验许可。因此，目前的这种井下测试技术无法对射孔枪的研制和设计进行指导，也无法对研制的射孔枪产品进行下井前的检验。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种可在地面进行的复合射孔器动态测试装置，该测试装置测试的可靠性高，不但可以测试复合射孔枪环空的压力-时间动态过程(即环空p-t曲线)，还可以同时测试射孔枪枪内的压力-时间动态过程。
解决上述问题的技术方案是：所提供的复合射孔器动态测试装置具有：
1)一个模拟靶体，它由简体、从该筒体内腔上端向下依次安装的套管靶、水泥环和模拟靶组成，模拟靶外周与该筒体内壁间有一注入液体的第一空腔；
2)一个置于模拟靶体上且内腔为圆筒形的容器，容器壁上设有与容器内腔相通的安装第一传感器的测压孔、安装第二传感器的测压孔和安装起爆线的引线孔，容器下部有放置上述套管靶的通孔；
3)一个置于上述容器内腔的模拟复合射孔枪单元，该射孔枪单元具有枪身、单发射孔弹和火药，复合射孔枪枪身与所述容器的内壁及上述套管靶间有一注入液体的第二空腔；
4)上述安装第一传感器的测压孔通过一个保护套与射孔枪枪内相通，安装第二传感器的测压孔与上述注入液体的第二空腔相通，所说的保护套上设有多个与测压孔相通的放射状排列的孔。
上述第一传感器用于测量射孔枪的枪内p-t曲线，第二传感器用于测量射孔枪的环空p-t曲线，套管靶模拟油井套管，水泥环模拟油井的水泥井壁，模拟靶用于模拟岩层，第一空腔注入高压液体后用于模拟岩层的受压状态，第二空腔注入高压液体后用于模拟射孔枪入井后其枪身外的环空状态。
上述的保护套用于保护传感器，否则，射孔弹爆炸后所形成的高速运动的残片会损伤传感器。
本发明是通过复合射孔器单元在模拟测试装置内的测试，在地面上获得围压和液体介质条件下复合射孔器单元枪内及环空动态压力变化过程，具有可重复使用、操作简单、试验成本低、测试结果准确、可靠等特点，不仅可用于复合射孔产品的机理研究、产品研发、产品验收和产品的优化设计，还可对无枪身射孔器、常规射孔器及高能气体压裂药柱进行地面p-t曲线测试。
附图说明
图1是本发明一个实施例的整体结构简图。
图2是图1中复合射孔枪单元的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的内容加以详细说明。
如图1所示：测试装置主要由模拟靶体1、复合射孔枪单元2和置于模拟靶体顶端的耐高压容器3三部分组成，数据处理采用现有成熟的技术，通过安装在测试装置上的压力传感器获得信号，经过采集、信号放大和计算机获得复合射孔器枪内和环空的p-t动态曲线。
耐高压容器3由壳体4、右端盖5和左端盖6组成。左、右端盖上设有通孔，两端盖与壳体3内孔采用螺纹连接，其接合面设有密封件。壳体4的外表可为圆柱形或棱柱形，本实例为八棱柱形，其上设有安装第二传感器(环空压传感器)的测压孔7、丝堵8和射孔枪的定位螺钉10，旋下丝堵8可以向壳体4与射孔枪枪身间的环空空腔(即前述的第二空腔)9灌注液体，也可以省去丝堵8，利用定位螺钉10的螺孔灌注液体。
模拟靶体1具有一个坐落在下定位块11上的筒体12，筒体内从上向下依次装有套管靶13、水泥环14和模拟靶15。为了便于安装和更换，套管靶13、水泥环14和模拟靶15均装在一个套筒16内，套筒16又插入壳体4下部的通孔内，套筒16与筒体12间有一环形空腔(即前述的第一空腔)17。为保证安全，在模拟靶15的下端还设置了一个钢靶18。模拟靶体1的筒体12上还设有向第一空腔17注入液体介质的注液阀19和对上述空腔实施卸压的卸压阀20；为了在测试完后能快速及时卸压，在第一空腔17内设有一个与卸压阀连接的导流管21，该导流管21的端口位于第一空腔17的上端部位，且导流管21端口部最好设置一个多孔筛管22。模拟靶体1与耐高压容器的壳体4之间采用高压密封联结，模拟靶的材料可以是砂岩、混凝土、沙石等，注入环空的介质可以是水或油。
如图2所示：模拟复合射孔枪单元2相当于一个单发射孔枪，它的圆筒状枪身31两端分别由测压端盖32和起爆端盖33封堵，测压端盖32和起爆端盖33又分别卡在耐高压容器3的左、右端盖的凹槽里并密封。测压端盖32设有安装第一传感器(枪内压传感器)的测压孔34，测压孔34的右端装有保护套35，保护套上设有多个放射状排列的孔36，这样就避免了射孔弹37爆炸时产生的碎片撞击传感器。起爆端盖33上设有安装起爆线的引线孔38，起爆线与装填在射孔弹37弹尾槽内的雷管连接，再用锥形堵39和密封垫40封堵引线孔38。射孔弹37装在弹架上，其弹尾正对枪身上的堵片41，射孔弹的外周装有火药42。枪身31右端还设有定位槽43，射孔枪装入耐高压容器3后，将定位螺钉10旋入定位槽43，确保射孔枪位置正确。
测试时在壳体4的测压孔7内安装测环空压力的传感器，在测压孔34内安装测枪内压力的传感器，通过壳体4上的堵丝8的螺孔给第二空腔9灌满水，按照地层围压和井筒初试压力可分别对第一空腔和第二空腔设定不同的压力参数，也可对该两个空腔设定同一个压力参数。对于同一个压力参数的设置可通过注液阀19向第一空腔17注入高压水，当堵丝8的螺孔溢出水时(对于同一压力参数设置，套筒16与壳体4之间无需加装密封，高压水会经它们间的微小缝隙进入第二空腔9)，拧紧堵丝8，继续加压直至到达设定压力；对于不同的压力参数设置可对第一空腔和第二空腔分别加压(套筒16与壳体4之间需要加装密封)；待系统处于触发状态后点火起爆。射孔弹在枪内爆炸后形成沿枪身径向和轴向传播的多道强正冲击波和反射波，测量枪内压力的传感器首先接收到枪内轴向传播的第一道正冲击波，而测量环空压传感器则首先接收到沿径向透射到环空液体介质中的第一道正冲击波。传感器所接收到的这两道正冲击波将是整个测量过程中压力峰值最高、作用时间相对较短的部分。由于枪内结构、环空围压及液体介质的影响，在第一道正冲击波之后，将产生多道相互叠加并逐渐衰减的入射波和反射波，这些波也被传感器所接收。由于射孔弹爆炸生成的爆轰产物迅速膨胀，在枪内形成了高温高压动态环境，加上冲击波以及高速运动弹壳残片的冲击作用，枪内火药被快速破碎并点燃，以毫秒级的速度形成短时持续的高温高压气体，该高温高压气体的动态过程被枪内压传感器接收；通过枪身泄压孔和射孔孔眼向环空液体介质施加的高压动态过程被环空压传感器接收，从而获得复合射孔枪的枪内和环空的p-t曲线。
本测试装置中壳体4内腔测试位置的直径可以是5.5′、7′或9′套管的内径。
Claims (6)
1、一种复合射孔器动态测试装置，其特征是具有：
1)一个模拟靶体(1)，它由筒体(12)、从该筒体内腔上端向下依次安装的套管靶(13)、水泥环(14)和模拟靶(15)组成，模拟靶(5)外周与该筒体(12)内壁间有一注入液体的第一空腔(17)；
2)一个置于模拟靶体(1)上且内腔为圆筒形的容器(3)，容器壁上设有与容器内腔相通的安装第一传感器的测压孔(34)、安装第二传感器的测压孔(7)和安装起爆线的引线孔(38)，容器(3)下部有放置上述套管靶(13)的通孔；
3)一个置于上述容器(3)内腔的模拟复合射孔枪单元(2)，该射孔枪单元具有枪身(31)、单发射孔弹(37)和火药(42)，复合射孔枪枪身(31)与所述容器的内壁及上述套管靶间有一注入液体的第二空腔(9)；
4)上述安装第一传感器的测压孔(34)通过一个保护套(35)与射孔枪枪内相通，安装第二传感器的测压孔(7)与上述注入液体的第二空腔(9)相通，所说的保护套上设有多个与测压孔相通的放射状排列的孔(36)。
2、根据权利要求1所述的动态测试装置，其特征是所说的模拟靶体(1)的筒体(12)上设有向第一空腔(17)注入液体介质的注液阀(19)和卸压阀(20)。
3、根据权利要求2所述的动态测试装置，其特征是在所说的第一空腔(17)内设有一个与卸压阀(20)连接的导流管(21)，该导流管(21)的端口位于第一空腔(17)的上端部位。
4、根据权利要求3所述的动态测试装置，其特征是所说的导流管(21)端口部设有一个多孔筛管(22)。
5、根据权利要求1至4中任一项所述的动态测试装置，其特征是在模拟靶(15)的下端设有一个钢靶(18)。
6、根据权利要求5所述的动态测试装置，其特征是壳体(4)内腔测试位置的直径是5.5′、7′或9′套管的内径。
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