CN202866796U - 油井油气水三相流环境模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油井油气水三相流环境模拟装置，包括井架、井架旋转轴、井架基座、井筒和混合罐，混合罐的输出端与井筒的内腔相连，井架后端设有液压缸，液压缸的两端分别与井架和固定座铰接相连，旋转轴呈中空结构，其一端向中间延伸设置有油管，其另一端向中间延伸设置有水管，油管和水管互不相通；油管外侧设有进油口，油管内侧设有出油口；水管外侧设有进水口，水管内侧设有出水口；进油口和进水口分别通过管状固定耳座与外界的输入管相连，管状固定耳座安装在井架基座上；出油口和出水口分别与混合罐的输入端相连。本实用新型结构简单、节省管路、能够模拟石油从井壁外渗漏到油井内的情况，可以广泛应用于油井模拟领域。

Description

油井油气水三相流环境模拟装置

技术领域

本实用新型涉及油井设备领域，具体地指一种油井油气水三相流环境模拟装置。

背景技术

目前，研究油、气、水不同比例的三相混合液对井下作业工具的影响一直是一个难题，其深入研究、实验和检测需要一套基础的实验、标定装置平台及环境支持。油气水三相流环境模拟装置既推动了油气水三相流计量技术的发展，又解决了实际生产中遇到的难题。其作用主要是研究油、气、水在不同生产状态下对井下作业工具的影响，即井筒内流体的流动状态、温度、压力、粘度、持率、滑脱速度等多种因素与流量和井下作业工具的对应关系。由于不同油田的油井角度不同，本领域技术人员开发出了能够模拟多种油井环境的模拟装置，但是，现有的模拟装置在使用时需要大量的管路进行连通，且这种模拟装置的内部空间有限，大量的管路太占空间，所以显得捉襟见肘。同时，油井在建造过程中某些部位可能因为某些原因导致井壁无法完全阻挡井壁外的石油，致使井壁以外的石油可能会从井壁外渗漏到油井内，而现有的模拟装置缺乏对这种情况的模拟。

发明内容

本实用新型的目的就是要提供一种结构简单、节省管路、能够模拟石油从井壁外渗漏到油井内的油井油气水三相流环境模拟装置。

为实现上述目的，本实用新型所设计的一种油井油气水三相流环境模拟装置，包括井架和垂直于井架的井架旋转轴，所述井架旋转轴两端固定在井架基座上，所述井架两侧沿其轴向固定有井筒，所述井架前端设有混合罐，所述混合罐的输出端通过管道与井筒的内腔相连，所述井架后端设有液压缸，所述液压缸的两端分别与井架和固定座铰接相连，所述旋转轴呈中空结构，其一端向中间延伸设置有油管，其另一端向中间延伸设置有水管，所述油管和水管互不相通；所述油管外侧设有进油口，所述油管内侧设有出油口；所述水管外侧设有进水口，所述水管内侧设有出水口；所述进油口和进水口分别通过管状固定耳座与外界的输入管相连，所述管状固定耳座安装在井架基座上；所述出油口和出水口分别与混合罐的输入端相连。

作为优选方案，所述井筒上设有混合器，所述混合器为包括内筒和外筒的双筒体结构，所述内筒与井筒的筒壁尺寸一致，所述外筒两端与内筒两端之间设有环状密封板，从而在外筒与内筒之间形成封闭腔室，所述封闭腔室中部设有将其分为上腔室和下腔室的环形隔板，所述环形隔板设有断口；所述上腔室的内筒筒壁设有蜂窝状通孔，所述下腔室的外筒筒壁设有进油接头和进水接头，所述上腔室的外筒筒壁设有进气接头，所述进气接头出口处设有消声器。

进一步地，所述井架底部设有夹轨器以及与夹轨器配合的导轨，所述夹轨器具有位于导轨两侧的两个轨夹，两个轨夹顶部通过销轴相连，两个轨夹的一端设有固定板，所述固定板与井架底部相连，所述轨夹底部前后两端各设有两个导轮，所述导轮与导轨侧面相配合；所述导轨为一段圆弧。

再进一部地，所述两个轨夹底部中间设有双向螺杆，所述双向螺杆一端穿过两个轨夹底部，所述双向螺杆另一端设有使轨夹与导轨松紧配合的手轮。

更进一部地，所述井架顶部设有电动葫芦，所述电动葫芦上分别设有碳刷和光电编码器，电动葫芦的吊绳由从内向外依次布置的信号电缆、绝缘层和承载钢缆组成。

本实用新型的工作原理是这样的：将井架旋转轴作为管路输送液体，高效地利用了井架旋转轴，节省管路，大大减小了结构体积。

当油和水分别从进油接头和进水接头进入到混合器下腔室时，油和水在下腔室流动过程中充分混合，在压力作用下通过断口进入上腔室，并与从上腔室的进气接头进来的空气充分混匀，最后通过上腔室的内筒筒壁的蜂窝状通孔向井筒内渗漏，以便更真实地模拟油井中的渗漏。

当井架跟随井架旋转轴转动时，井架底部通过夹轨器和导轨配合，使井架在转动时能保持平稳而不抖动；当井架在工作人员所需的角度停止时，通过转动手轮带动双向螺杆转动，使两个轨夹在销轴的导向下向中间运动从而夹紧导轨，以便保证在液压缸失效的情况下，井架仍然静止，从而保证现场安全。

电动葫芦设有碳刷和光电编码器，碳刷与由信号电缆、绝缘层和承载钢缆组成的吊绳连接，不仅可以带动井下作业工具在井筒内上下移动，同时光电编码器可以反映井下作业工具在井筒中的位置，而信号电缆将井下作业工具的信号传递到碳刷，通过碳刷将信号显示在仪表柜上。

本实用新型的优点在于：结构简单、节省管路，大大减小了结构体积，能够模拟石油从井壁外渗漏到油井内的情况，避免了井架在转动时不稳定的情况，并保证了现场安全，能够更准确地知悉井下作业工具的情况。

附图说明

图1为一种油井油气水三相流环境模拟装置的主视结构示意图；

图2为图1的左视结构示意图；

图3为图1中旋转轴的结构示意图；

图4为图1中旋转轴的端部连接状态示意图；

图5为图1中混合器的剖视结构示意图；

图6为图5中的A-A剖视结构示意图；

图7为图5中隔板的俯视结构示意图；

图8为图1中夹轨器和导轨配合的主视结构示意图；

图9为图8的左视结构示意图；

图10为图1中电动葫芦的结构示意图；

图11为图10中吊绳的横截面放大结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

参见图1至图4，本实用新型的油井油气水三相流环境模拟装置，包括井架1、井架旋转轴2、井架基座3、井筒4、混合罐5、固定座6、液压缸7、管状固定耳座8、输入管9、混合器10、夹轨器11、导轨12、电动葫芦13、吊绳14和O型圈15。

所述井架基座3为两个，均固定于井架1两侧。所述液压缸7设于井架1后端，液压缸7两端分别与井架1和固定座6铰接相连，从而可使井架1受液压缸7驱动绕井架基座3旋转，进而可模拟0°~90°间任意角度的油井（图中未示出）。所述管状固定耳座8安装在井架基座3上，所述井架旋转轴2呈中空结构，与井架1相垂直，其一端向中间延伸设置有油管2.1，其另一端向中间延伸设置有水管2.2，所述油管2.1和水管2.2互不相通；所述油管2.1外侧设有进油口2.1.1，所述油管2.1内侧设有出油口2.1.2；所述水管2.2外侧设有进水口2.2.1，所述水管2.2内侧设有出水口2.2.2；所述进油口2.1.1和进水口2.2.1分别通过管状固定耳座8与外界的输入管9相连，在井架1的带动下井架旋转轴2可以相对于管状固定耳座8旋转，在本实施例中，管状固定耳座8与进油口2.1.1和进水口2.2.1相连的外壁上设有环槽8.1，所述O型圈15嵌入环槽8.1内，起密封作用。所述井筒4固定于井架1两侧沿井架1轴向固定，井筒4可随井架1一起旋转，在本实施例中，井筒4由透明的有机玻璃制成，以利于观察井筒4中流体的流形。所述混合罐5设于井架1前端，混合罐5的输出端通过管道（图中未示出）与井筒4的内腔相连，所述混合罐5设有输入端，所述出油口2.1.2和出水口2.2.2分别与混合罐5的输入端相连。当开始模拟油井油气水三相流环境时，油和水分别经过两端的进油口2.1.1和进水口2.2.1进入井架旋转轴2，然后通过出油口2.1.2和出水口2.2.2从输入端进入混合罐5，并与进入混合罐5的空气充分混匀，最后通过混合罐5的输出端进入井筒4的内腔。其中，将井架旋转轴2作为管路输送液体，高效地利用了井架旋转轴2，节省了管路，大大减小了结构体积。

所述井筒4上设有混合器10。参见图5至图7，所述混合器10为包括内筒10.1和外筒10.2的双筒体结构，所述内筒10.1与井筒4筒壁的尺寸一致，所述外筒10.2两端与内筒10.1两端之间设有环状密封板10.3，从而在外筒10.2与内筒10.1之间形成封闭腔室10.4，所述封闭腔室10.4中部设有将其分为上腔室10.4.1和下腔室10.4.2的环形隔板10.5，所述环形隔板10.5设有连通上腔室10.4.1和下腔室10.4.2的断口10.5.1，所述上腔室10.4.1的内筒10.1筒壁设有蜂窝状通孔10.1.1，所述下腔室10.4.2的外筒10.2筒壁设有进油接头10.6和进水接头10.7，所述上腔室10.4.1的外筒10.2筒壁设有进气接头10.8，所述进气接头10.8出口处设有消声器10.9，所述内筒10.1两个端部分别与相邻的井筒4筒壁通过法兰连接。当油和水分别通过外接管道（图中未示出）由进油接头10.6和进水接头10.7进入到混合器10的下腔室10.4.2时，油和水在下腔室10.4.2流动过程中充分混合，在压力作用下通过断口10.5.1进入上腔室10.4.1，并与从上腔室10.4.1的进气接头10.8进来的空气充分混匀，最后通过上腔室10.4.1的内筒10.1筒壁的蜂窝状通孔10.1.1向井筒4内渗漏，以便更真实地模拟油井中的渗漏。

再参见图1至图2，所述夹轨器11设于井架1底部，夹轨器11与导轨12相配合。参见图8至图9，所述夹轨器11具有位于导轨12两侧的两个轨夹11.1，两个轨夹11.1顶部通过销轴11.2相连，在本实施例中，所述两个轨夹11.1底部中间设有双向螺杆11.5，所述双向螺杆11.5一端穿过两个轨夹11.1底部，双向螺杆11.5另一端设有手轮11.6，所述手轮11.6可使轨夹11.1与导轨12能松紧配合从而防止井架1松动。两个轨夹11.1的一端设有固定板11.3，所述固定板11.3与井架1底部相连，所述两个轨夹11.1底部前后两端各设有两个导轮11.4，所述导轮11.4与导轨12侧面相配合。所述导轨12为一段圆弧，其一端高于另外一端，在本实施例中，所述导轨12为1/4圆弧。当井架1跟随旋转轴2转动时，井架1底部通过夹轨器11和导轨12配合，使井架1在转动时能保持平稳而不抖动。当井架1停在工作人员所需的角度时，尽管液压缸7也有自锁功能，仍需要通过转动手轮11.6带动双向螺杆11.5转动，使两个轨夹11.1在销轴11.2的导向下向中间运动从而夹紧导轨12，以便保证在液压缸7失效的情况下，井架1仍然静止，从而保证现场安全。

再参见图1至图2，所述电动葫芦13设于井架1顶部。参见图10，所述电动葫芦13上分别设有碳刷13.1和光电编码器13.2。参见图11，所述电动葫芦13的吊绳14由从内向外依次布置的信号电缆14.1、绝缘层14.2和承载钢缆14.3组成。所述吊绳14与碳刷13.1相连。吊绳14可以带动井下作业工具（图中未示出）在井筒4内上下移动，同时光电编码器13.2可以反映井下作业工具在井筒4中的位置，而信号电缆14.1将井下作业工具的信号传递到碳刷13.1，通过碳刷13.1将信号显示在仪表柜（图中未示出）上。

Claims (7)

1.一种油井油气水三相流环境模拟装置，包括井架（1）和垂直于井架（1）的井架旋转轴（2），所述井架旋转轴（2）两端固定在井架基座（3）上，所述井架（1）两侧沿其轴向固定有井筒（4），所述井架（1）前端设有混合罐（5），所述混合罐（5）的输出端通过管道与井筒（4）的内腔相连，所述井架（1）后端设有液压缸（7），所述液压缸（7）的两端分别与井架（1）和固定座（6）铰接相连，其特征在于：所述旋转轴（2）呈中空结构，其一端向中间延伸设置有油管（2.1），其另一端向中间延伸设置有水管（2.2），所述油管（2.1）和水管（2.2）互不相通；所述油管（2.1）外侧设有进油口（2.1.1），所述油管（2.1）内侧设有出油口（2.1.2）；所述水管（2.2）外侧设有进水口（2.2.1），所述水管（2.2）内侧设有出水口（2.2.2）；所述进油口（2.1.1）和进水口（2.2.1）分别通过管状固定耳座（8）与外界的输入管（9）相连，所述管状固定耳座（8）安装在井架基座（3）上；所述出油口（2.1.2）和出水口（2.2.2）分别与混合罐（5）的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的油井油气水三相流环境模拟装置，其特征在于：所述井筒（4）上设有混合器（10），所述混合器（10）为包括内筒（10.1）和外筒（10.2）的双筒体结构，所述内筒（10.1）与井筒（4）的筒壁尺寸一致，所述外筒（10.2）两端与内筒（10.1）两端之间设有环状密封板（10.3），从而在外筒（10.2）与内筒（10.1）之间形成封闭腔室（10.4），所述封闭腔室（10.4）中部设有将其分为上腔室（10.4.1）和下腔室（10.4.2）的环形隔板（10.5），所述环形隔板（10.5）设有断口（10.5.1）；所述上腔室（10.4.1）的内筒（10.1）筒壁设有蜂窝状通孔（10.1.1），所述下腔室（10.4.2）的外筒（10.2）筒壁设有进油接头（10.6）和进水接头（10.7），所述上腔室（10.4.1）的外筒（10.2）筒壁设有进气接头（10.8），所述进气接头（10.8）出口处设有消声器（10.9）。

3.根据权利要求1或2所述的油井油气水三相流环境模拟装置，其特征在于：所述井架（1）底部设有夹轨器（11）以及与夹轨器（11）配合的导轨（12），所述夹轨器（11）具有位于导轨（12）两侧的轨夹（11.1），两个轨夹（11.1）顶部通过销轴（11.2）相连，两个轨夹（11.1）的一端设有固定板（11.3），所述固定板（11.3）与井架（1）底部相连，所述轨夹（11.1）底部前后两端各设有两个导轮（11.4），所述导轮（11.4）与导轨（12）侧面相配合；所述导轨（12）为一段圆弧。

4.根据权利要求3所述的油井油气水三相流环境模拟装置，其特征在于：所述两个轨夹（11.1）底部中间设有双向螺杆（11.5），所述双向螺杆（11.5）一端穿过两个轨夹（11.1）底部，所述双向螺杆（11.5）另一端设有使轨夹（11.1）与导轨（12）松紧配合的手轮（11.6）。

5.根据权利要求1或2所述的油井油气水三相流环境模拟装置，其特征在于：所述井架（1）顶部设有电动葫芦（13），所述电动葫芦（13）上分别设有碳刷（13.1）和光电编码器（13.2），所述电动葫芦（13）的吊绳（14）由从内向外依次布置的信号电缆（14.1）、绝缘层（14.2）和承载钢缆（14.3）组成。

6.根据权利要求3所述的油井油气水三相流环境模拟装置，其特征在于：所述井架（1）顶部设有电动葫芦（13），所述电动葫芦（13）上分别设有碳刷（13.1）和光电编码器（13.2），所述电动葫芦（13）的吊绳（14）由从内向外依次布置的信号电缆（14.1）、绝缘层（14.2）和承载钢缆（14.3）组成。

7.根据权利要求4所述的油井油气水三相流环境模拟装置，其特征在于：所述井架（1）顶部设有电动葫芦（13），所述电动葫芦（13）上分别设有碳刷（13.1）和光电编码器（13.2），所述电动葫芦（13）的吊绳（14）由从内向外依次布置的信号电缆（14.1）、绝缘层（14.2）和承载钢缆（14.3）组成。

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