CN204177694U - 井口设备冲蚀模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种井口设备冲蚀模拟系统，该系统包括：四通管、钻杆、漏砂管、空气压缩机；四通管包括相连通的直通管和旁通管，直通管的上端开口由上堵头密封，下端开口由下堵头密封，下堵头内设有凹腔；所述钻杆设置在所述直通管内部，且上端开口与所述上堵头密封连接；所述上堵头上设有进砂孔和进气孔，进气孔和所述进砂孔都与钻杆的内部连通；所述漏砂管设置在所述钻杆内部，用于将砂粒导入所述凹腔；所述空气压缩机通过管路与所述钻杆内部连通，用于将空气导入所述凹腔。本实用新型中，完全模拟了井口设备被冲蚀的现场情景，获取的数据可以使研究人员更好的分析获得生产现场产生冲蚀的真实原因，对油田的现场生产更具有实际意义。

Description

井口设备冲蚀模拟系统

技术领域

本实用新型涉及石油勘探领域，尤其涉及一种井口设备冲蚀模拟系统。

背景技术

当前，气体欠平衡钻井技术发展十分迅速。具体地，气体欠平衡钻井过程中，会出现对井口设备冲蚀问题。

现有技术中，为了更好的研究气体欠平衡钻井过程中对井口设备的冲蚀问题，主要采用计算机仿真的方法来说明冲蚀原因。例如，通过计算机仿真研究气体钻井钻具内气体冲蚀机理，以及气体钻井中气体携岩对钻杆的冲蚀机理。

但是，采用现有技术这种计算机仿真的方法进行研究，与实际作业环境还是有一定的差异，并不能准确确定出为实际作业生产时对井口设备冲蚀的研究提供可靠的依据真实原因。

实用新型内容

本实用新型提供一种井口设备冲蚀模拟系统，用于为井口设备冲蚀的研究提供可靠的依据。

本实用新型第一方面提供一种井口设备冲蚀模拟系统，包括：四通管、钻杆、漏砂管、空气压缩机；

所述四通管包括相连通的直通管和旁通管，所述直通管的上端开口由上堵头密封，下端开口由下堵头密封，所述下堵头内设有凹腔；

所述钻杆为空心管体，设置在所述直通管内部，且所述钻杆的上端开口与所述上堵头密封连接；

所述上堵头上设有进砂孔和进气孔，所述进气孔和所述进砂孔都与所述钻杆的内部连通；

所述漏砂管设置在所述钻杆内部，且所述漏砂管的顶端穿设在所述进砂孔中，用于将砂粒导入所述凹腔；

所述空气压缩机通过管路与所述钻杆内部连通，用于将空气导入所述凹腔，其中，所述管路的一端与所述空气压缩机的出口密封连接，所述管路的另一端穿设在所述进气孔中，所述空气和所述砂粒在所述凹腔内混合后沿着所述直通管内壁和所述钻杆外壁之间的环空上升并从所述旁通管的开口排出。

如上所述，所述系统还包括：定量给料机和仪器控制柜；

所述仪器控制柜，与所述定量给料机连接，用于控制所述定量给料机单位时间内的砂粒流量；

定量给料机，用于按照所述仪器控制柜设定的砂粒流量，将砂粒通过所述漏砂管输入到所述凹腔中。

如上所述，所述钻杆底部开口的水平位置低于所述漏砂管底部开口的水平位置。

如上所述，所述旁通管的其中一个开口处设有压差变送器，所述压差变送器与皮托管连接；

所述压差变送器和所述皮托管测量获取所述旁通管开口处的气体流速。

如上所述，所述管路上设有用于调节气体流量的调压阀和用于干燥空气的油水分离器。

如上所述，所述系统还包括：箱体，所述箱体内置有格栅，所述格栅将所述箱体分隔为相互隔离的两部分；

所述四通管放置于所述格栅的上表面上，所述下堵头的下表面与所述格栅的上表面接触。

如上所述，所述格栅下的箱体部分的上表面面积大于下表面面积；

所述箱体的下表面上设有开口，所述开口上设有可开合的封闭装置。

本实用新型实提供的井口设备冲蚀模拟系统中，井口设备冲蚀模拟系统采用实体装置完全模拟了井口设备被冲蚀的现场情景，获取的数据可以使研究人员更好的分析获得生产现场产生冲蚀的真实原因，对油田的现场生产更具有实际意义。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的井口设备冲蚀模拟系统实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型提供的井口设备冲蚀模拟系统实施例二的结构示意图；

图3为本实用新型提供的井口设备冲蚀模拟方法实施例一的流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型提供的井口设备冲蚀模拟系统实施例一的结构示意图，图2为本实用新型提供的井口设备冲蚀模拟系统实施例二的结构示意图。

如图1、图2所示，该系统包括：四通管1、钻杆2、漏砂管3以及空气压缩机4。具体地，

参照图2，四通管1包括相连通的直通管11和旁通管12，其中直通管11在竖直方向上具有上下两个开口：上端开口和下端开口；旁通管12在水平方向上具有左右两个开口。直通管11的上端开口由上堵头5密封，下端开口由下堵头6密封，其中，所述下堵头6内设有凹腔61。具体进行模拟实验时，该凹腔61可以用作混砂室。

上述钻杆2为空心管体，设置在直通管11内部，且钻杆的上端开口与上堵头5密封连接。

上述上堵头5上设有进砂孔51和进气孔52，上述进砂孔51和进气孔52都与钻杆2的内部连通。

漏砂管3设置在钻杆2的内部，且该漏砂管3的顶端穿设在上述进砂孔51中，用于将砂粒导入上述凹腔61。

上述空气压缩机4通过管路41与钻杆2内部连通，用于将空气导入上述凹腔61。具体地，管路41的一端与空气压缩机的出口密封连接，该管路41的另一端穿设在上述进气孔52中。空气压缩机4启动后，空气会顺着管路41流到钻杆2内，沿着钻杆2内壁与漏砂管3外壁之间的空隙一直流到凹腔61内。

实验时，空气和砂粒在凹腔61内混合后沿着上述直通管11的内壁和钻杆2外壁之间的环空上升并从旁通管12的开口排出。具体地，空气和砂粒混合后，砂粒会在气流的带动下上升。

具体实现过程中，采用本实施例提供的系统进行冲蚀模拟实验，按照预设的流量让空气和砂粒流入凹腔61内混合，混合后，砂粒在气流的带动下上升，并从旁通管12的开口排出，预设的时间段后，对四通管1的壁厚进行测量并记录数据，可以获取冲蚀对四通管壁造成的影响。

本实施例中，井口设备冲蚀模拟系统采用实体装置完全模拟了井口设备被冲蚀的现场情景，获取的数据可以使研究人员更好的分析获得生产现场产生冲蚀的真实原因，对油田的现场生产更具有实际意义。

参照图1，上述系统还包括：定量给料机7和仪器控制柜8，该仪器控制柜8与定量给料机7连接，用于控制该定量给料机7单位时间内的砂粒流量。同时仪器控制柜8也给定量给料机7提供电能。

定量给料机7，用于按照仪器控制柜8设定的砂粒流量，将砂粒通过漏砂管3输入到上述凹腔61中。具体地，上述漏砂管3的上端可以密封连接漏斗31，定量给料机7将砂粒导入漏斗31内，然后砂粒顺着漏砂管3导入到凹腔61内与空气进行混合。其中，漏斗31可以和漏砂管3通过螺纹连接。

具体地，通过上述仪器控制柜8预先设置好单位时间内砂粒的流出量，然后仪器控制柜8会根据预先设置的单位时间内砂粒的流出量对定量给料机7进行控制。更具体地，定量给料机7中设有电子称重天平和传送皮带，该电子称重天平会对单位时间内流出的砂粒进行称重并将重量反馈给仪器控制柜8，同时通过传送皮带将砂粒导入漏砂管3。仪器控制柜8将电子称重天平反馈的单位时间内流出砂粒的重量和预先设置的单位时间内砂粒的流出量进行比对，以比对结果作为依据调节定量给料机7中传送皮带的转速，从而控制单位时间内砂粒的流出量。

较优地，为了使砂粒和空气更好的混合，并通过旁通管12排出，如图2所示，上述钻杆2底部开口的水平位置低于漏砂管3底部开口的水平位置，即钻杆2的底部开口更接近于凹腔61的底部。优选地，钻杆2底部开口与漏砂管3底部开口的竖直距离大于或等于1.2厘米(cm)、小于或等于1.8cm，当然，并不以此为限，一般地，也可以采用1cm或2cm等。

可选地，为了使砂粒和空气更好的混合，上述钻杆2底部开口的水平位置低于所述直通管11下端开口的水平位置，其上述钻杆2底部开口与直通管11下端开口的竖直距离大于或等于2毫米(mm)、小于或等于7mm，优选地，一般将钻杆2底部开口与直通管11下端开口的竖直距离设为5mm。

继续参照图1，上述旁通管12的其中一个开口处设有压差变送器9，该压差变送器9与皮托管10连接，该压差变送器9与皮托管10用于测量获取上述旁通管12开口处的气体流速。具体地，从旁通管12开口处流出的气体依次流过皮托管10和压差变送器9，皮托管10测量获取旁通管12开口处的气体流速，由压差变送器9显示出来，进一步地，该压差变送器9根据实验需要调节气体流速，实现对砂粒返排速度的控制，其中，砂粒返排速度指砂粒进入凹腔后沿旁通管排出的速度。并且，通过调节，使气体流速达到实验所需的值。

该压差变送器9也可以和上述仪器控制柜8连接，上述测量获取的气体流速值可以同时显示到压差变送器9的显示屏上和仪器控制柜8的显示屏上，方便实验人员观察数据。

进一步地，在上述实施例的基础上，上述管路41上设有用于调节气体流量的调压阀42和用于干燥空气的油水分离器43。

具体地，实验人员根据上述压差变送器9以及皮托管10测量获取的气体流速值对调压阀42进行调节，以调整管路中的气体流量，以使旁通管12出口处的气体流量值达到实验需要。

可选地，在另一实施例中，调压阀42可以和仪器控制柜8连接，由仪器控制柜8来实现对调压阀42的调节，省去了研究人员的手动调节。

油水分离器43主要是过滤空气压缩机4输出空气中的水分，防止空气和砂粒混合后，造成砂粒结块，影响实验效果。

需要说明的是，上述空气压缩机4可以与电器开关控制柜44连接，由电器开关控制柜44来控制空气压缩机4的开关状态。

可选地，具体组装上述系统时，也可以将电器开关控制柜44和上述仪器控制柜8组装为一体，以对上述系统中各个部分进行控制，并记录和存储实验数据。

在上述实施例的基础上，上述系统还包括箱体14、该箱体14内设有格栅15，该格栅15将箱体14分隔为相互隔离的两部分。上述四通管1放置于格栅15上，具体地，上述下堵头6的下表面与格栅15的上表面接触。

格栅15下的箱体部分可以用于回收砂粒，即砂粒从旁通管12的开口处排出后通过格栅15落入箱体下部。可以将格栅15下的箱体设为漏斗状，即格栅下的箱体部分上表面的面积大于下表面的面积。

上述箱体14的下表面设有开口16，且该开口16上设有可开合的封闭装置17。打开封闭装置17后，箱体14中回收的砂粒就可以在重力作用下流出，方便砂粒的回收。

该封闭装置17可以设置为可推拉的隔板，即在开口处设置轨道，让隔板沿着轨道推拉以实现开合。当然，并不以此为限。

具体实验时，整个箱体14可以置于支架18上。

本实用新型实施例提供的系统体积较小，具体可以按照油田生产现场的实际装置成比例缩小，以方便安装在实验室中，从而使研究人员在实验室中就可以完成模拟实验，也降低了实验成本。通过上述系统进行实验，可以定性且定量的获取实验数据，所获取的实验数据对现场生产也具有更可靠的参考价值。

图3为本实用新型提供的井口设备冲蚀模拟方法实施例一的流程示意图，该方法由前述实施例中的系统完成，如图3所示，该方法包括：

S301、将砂粒和空气导入四通管的直通管底部所密封连接的下堵头的凹腔内。

具体地，砂粒由上述定量给料机在仪器控制柜的控制下，通过漏砂管输入到凹腔中。空气由空气压缩机提供，通过管路导入凹腔。

S302、该砂粒和空气在凹腔内混合后，沿着上述直通管内壁和钻杆外壁之间的环空上升，并从上述四通管的旁通管开口排出。

S303、经过预设时间段后，对上述四通管的壁厚进行测量，并将测量结果与四通管的原始壁厚进行比较。这样就可以获取冲蚀量，研究人员可以根据冲蚀量进行更为深入的分析，以对井口设备冲蚀进行研究。

具体实验过程中，经过预设时间段后，停止实验，将四通管的测量部位(例如旁通管)切开，并对其内壁进行定量打磨，之后在显微镜下观察剩余壁厚，以确定预设时间段内的冲蚀量。具体地，冲蚀量等于原始壁厚减去定量打磨厚度、再减去当前壁厚。

举例说明，表1为一次具体实验所确定的实验条件，

表1

项目	数据
		四通管材料	45#钢
测量部位	旁通管内壁
		含砂量	0.1％
温度(℃)	20
		气体流速(m/s)	50
试验时间(h)	6/24

具体地，上述仪器控制柜根据预设的含沙量确定单位时间内的砂粒流量。

表2为在表1所示的实验条件下，经过6小时后，获取的实验数据，

表2

表3为在表1所示的实验条件下，经过24小时后，获取的实验数据，

表3

具体地，对水平放置的旁通管内壁不同位置分别进行测量，表2中“12点”表示上述旁通管顶部位置的内壁，“3点”和“9点”表示上述旁通管水平位置的内壁，“6点”表示上述旁通管底部位置。

本实施例中，通过将空气和砂粒在凹腔内混合后，从四通管的旁通管排出，进而测量四通管壁厚，并和原始壁厚进行比较，获取实验过程中，四通管壁的损耗，从而分析井口设备冲蚀原理。这种采用实体模拟的方式获取的实验数据更加具有参考价值，对油田的现场生产更具有实际意义。

进一步地，上述将砂粒和空气导入四通管的直通管底部所密封连接的下堵头的凹腔内，具体可以为：按照预设气体流量将空气导入上述四通管底部所密封连接的下堵头的凹腔内，并按照预设砂粒流量将砂粒导入上述四通管的直通管底部所密封连接的下堵头的凹腔内。

优选地，将空气导入四通管底部所密封连接的下堵头的凹腔内的过程中，将空气进行干燥。

该方法实施例由前述系统执行，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种井口设备冲蚀模拟系统，其特征在于，包括：四通管、钻杆、漏砂管、空气压缩机；

所述四通管包括相连通的直通管和旁通管，所述直通管的上端开口由上堵头密封，下端开口由下堵头密封，所述下堵头内设有凹腔；

所述钻杆为空心管体，设置在所述直通管内部，且所述钻杆的上端开口与所述上堵头密封连接；

所述上堵头上设有进砂孔和进气孔，所述进气孔和所述进砂孔都与所述钻杆的内部连通；

所述漏砂管设置在所述钻杆内部，且所述漏砂管的顶端穿设在所述进砂孔中，用于将砂粒导入所述凹腔；

所述空气压缩机通过管路与所述钻杆内部连通，用于将空气导入所述凹腔，其中，所述管路的一端与所述空气压缩机的出口密封连接，所述管路的另一端穿设在所述进气孔中，所述空气和所述砂粒在所述凹腔内混合后沿着所述直通管内壁和所述钻杆外壁之间的环空上升并从所述旁通管的开口排出。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：定量给料机和仪器控制柜；

所述仪器控制柜，与所述定量给料机连接，用于控制所述定量给料机单位时间内的砂粒流量；

定量给料机，用于按照所述仪器控制柜设定的砂粒流量，将砂粒通过所述漏砂管输入到所述凹腔中。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述钻杆底部开口的水平位置低于所述漏砂管底部开口的水平位置。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述旁通管的其中一个开口处设有压差变送器，所述压差变送器与皮托管连接；

所述压差变送器和所述皮托管测量获取所述旁通管开口处的气体流速。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管路上设有用于调节气体流量的调压阀和用于干燥空气的油水分离器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：箱体，所述箱体内置有格栅，所述格栅将所述箱体分隔为相互隔离的两部分；

所述四通管放置于所述格栅的上表面上，所述下堵头的下表面与所述格栅的上表面接触。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述格栅下的箱体部分的上表面面积大于下表面面积；

所述箱体的下表面上设有开口，所述开口上设有可开合的封闭装置。