CN206495665U - 一种天然气井工艺试验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于气井工艺试验技术领域，具体提供了一种天然气井工艺试验系统，包括空气压缩机、水罐、储气井、柱塞泵、气液混合精确控制注入系统、输入管汇、工艺试验井、节流管汇、自动分离计量系统、消声过滤循环利用系统、污水收集、井下多点参数直读测试解释系统和可视化监控操作集成系统，天然气井工艺试验系统解决了井下作业过程中的诱喷排液、排水采气、井下节流、气井修井等作业工艺一直因为缺乏必要的试验平台而无法实现参数优化与效果验证的问题，天然气井工艺试验系统可以进行气井全生命周期工艺模拟及工程试验，包括气井压后排液、低压气井诱喷排液、排水采气、井下节流、修井工艺等施工工艺验证性试验与作业参数优化，以及带压作业、连续油管作业工艺模拟与试验。
Description
技术领域
本实用新型属于气井工艺试验技术领域，具体涉及一种天然气井工艺试验系统。
背景技术
目前气井增产改造后返排率低，生产过程中井底积液，节流器、气举阀失效严重，已成为困扰气田生产的主要因素，井下作业过程中的诱喷排液、排水采气、井下节流、气井修井等作业工艺一直因为缺乏必要的的试验平台而无法实现参数优化与效果验证，技术多年踌躇不前，气井带压作业、连续油管作业等新工艺新技术直接上井试验存在较大风险。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种天然气井工艺试验系统，可以进行气井全生命周期工艺模拟及工程试验，包括气井压后排液、低压气井诱喷排液、排水采气、井下节流、修井工艺等施工工艺验证性试验与作业参数优化，以及带压作业、连续油管作业工艺模拟与试验。
为此，本实用新型提供了一种天然气井工艺试验系统，包括空气压缩机、水罐、储气井、柱塞泵、气液混合精确控制注入系统、输入管汇、工艺试验井、节流管汇、自动分离计量系统、消声过滤循环利用系统、污水收集、井下多点参数直读测试解释系统和可视化监控操作集成系统，所述空气压缩机连接储气井，水罐连接柱塞泵，储气井和柱塞泵连接气液混合精确控制注入系统，气液混合精确控制注入系统、输入管汇、工艺试验井、节流管汇、自动分离计量系统、消声过滤循环利用系统和污水收集依次串联连接，消声过滤循环利用系统连接水罐，储气井、柱塞泵、气液混合精确控制注入系统和井下多点参数直读测试解释系统分别与可视化监控操作集成系统连接。
所述的气液混合精确控制注入系统工作压力70MPa，注入流量为液量0～720m3/d，气量1000～100000N m3/d，混合比例为液量0～100％，气量0～100％，计量精度为液量0.5％，气量1％。
所述的工艺试验井为双层套管大斜度工艺试验井，工作压力为70Mpa，井筒为大斜度井，井深1700m，直井段1200m和斜井段500m，垂直井深1500m，斜度80°，斜井段平缓，采用73/4〞技术套管、51/2〞施工套管和27/8〞作业油管。
所述的消声过滤循环利用系统包括放空消声系统和过滤系统，放空消声系统与自动分离计量系统的气体出口连接，过滤系统的进口与自动分离计量系统的液体出口连接，过滤系统包括清水出口和污水出口，清水出口与水罐连接，污水出口与污水收集连接。
所述的井下多点参数直读测试解释系统包括井下测量短节、高速信号传输电缆和地面供电及数据采集控制存储系统，所述的井下测量短节、高速信号传输电缆和地面供电及数据采集控制存储系统依次串联连接，地面供电及数据采集控制存储系统和可视化监控操作集成系统连接。
所述的天然气井工艺试验系统还包括摄像头、视频编码器和网络变换机，摄像头、视频编码器、网络变换机和可视化监控操作集成系统依次串联连接。
所述的井下多点参数直读测试解释系统最高工作压力100MPa，最高工作温度150℃，压力测量范围0～100MPa，温度测量范围0～150℃；地面供电及数据采集控制存储系统单次连续工作30天以上。
所述的储气井和柱塞泵的工作压力为70Mpa。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种天然气井工艺试验系统，包括空气压缩机、水罐、储气井、柱塞泵、气液混合精确控制注入系统、输入管汇、工艺试验井、节流管汇、自动分离计量系统、消声过滤循环利用系统、污水收集、井下多点参数直读测试解释系统和可视化监控操作集成系统，所述空气压缩机连接储气井，水罐连接柱塞泵，储气井和柱塞泵连接气液混合精确控制注入系统，气液混合精确控制注入系统、输入管汇、工艺试验井、节流管汇、自动分离计量系统、消声过滤循环利用系统和污水收集依次串联连接，消声过滤循环利用系统连接水罐，储气井、柱塞泵、气液混合精确控制注入系统和井下多点参数直读测试解释系统分别与可视化监控操作集成系统连接，因此，该天然气井工艺试验系统可以进行气井全生命周期工艺模拟及工程试验，包括气井压后排液、低压气井诱喷排液、排水采气、井下节流、修井工艺等施工工艺验证性试验与作业参数优化，以及带压作业、连续油管作业工艺模拟与试验。
附图说明
以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
图1为天然气井工艺试验系统的原理框图。
图2为可视化监控操作集成系统原理框图。
附图标记说明：101空气压缩机；102水罐；103储气井；104柱塞泵；105气液混合精确控制注入系统；106输入管汇；107工艺试验井；108节流管汇；109自动分离计量系统；110消声过滤循环利用系统；111污水收集；11011放空消声系统；1102过滤系统；11021清水出口；11022污水出口；2井下多点参数直读测试解释系统；3可视化监控操作集成系统；201井下温度压力多点测试短节；202高速信号传输电缆；203地面数据采集控制存储系统；20摄像头；204防爆摄像头；205高清摄像头；206视频编码器；207网络变换机。
具体实施方式
实施例1：
如图1和图2所示，一种天然气井工艺试验系统，包括空气压缩机101、水罐102、储气井103、柱塞泵104、气液混合精确控制注入系统105、输入管汇106、工艺试验井107、节流管汇108、自动分离计量系统109、消声过滤循环利用系统110、污水收集111、井下多点参数直读测试解释系统2和可视化监控操作集成系统3，所述空气压缩机101连接储气井103，水罐102连接柱塞泵104，储气井103和柱塞泵104连接气液混合精确控制注入系统105，气液混合精确控制注入系统105、输入管汇106、工艺试验井107、节流管汇108、自动分离计量系统109、消声过滤循环利用系统110和污水收集111依次串联连接，消声过滤循环利用系统110连接水罐102，储气井103、柱塞泵104、气液混合精确控制注入系统105和井下多点参数直读测试解释系统2分别与可视化监控操作集成系统3连接。所述的气液混合精确控制注入系统105、自动分离计量系统109、消声过滤循环利用系统110、井下多点参数直读测试解释系统2和可视化监控操作集成系统3均为现有技术。
模拟试验时，空气由空气压缩机101压缩后注入储气井103；水罐102的水流入柱塞泵104；储气井103的气体和柱塞泵104的液体注入气液混合精确控制注入系统105；均匀混合后，混合气液经输入管汇106注入工艺试验井107；107工艺试验井的返出气液经节流管汇108进入自动分离计量系统109；经自动分离计量系统109分离后气液进入消声过滤循环利用系统110；过滤后污水由污水收集111，过滤后清水流入水罐102。本实用新型的系统可以气井压后排液、低压气井诱喷排液、排水采气、井下节流、修井工艺等施工工艺验证性试验与作业参数优化，以及带压作业、连续油管作业工艺模拟与试验，提升工艺技术水平。
实施例2：
如图1所示，在实施例1的基础上，所述的气液混合精确控制注入系统105工作压力70MPa，注入流量为液量0～720m3/d，气量1000～100000N m3/d，混合比例为液量0～100％，气量0～100％，计量精度为液量0.5％，气量1％。有利于开展理论研究及接近工况条件下的工具性能评价及工艺模拟实验，能够缩工艺、工具、装备短研发进程。所述气液混合精确控制注入系统105用于试验井试验时，将气、液两相按照不同比例进行精确调配混合，注入工艺试验井中；所述气液混合精确控制注入系统105由输气管汇、输液管汇、气液混合装置、各控制阀与传感器等组成，为现有技术。
实施例3：
如图1所示，在实施例1－2的基础上，所述的工艺试验井107为双层套管大斜度工艺试验井，工作压力为70Mpa，井筒为大斜度井，井深1700m，直井段1200m和斜井段500m，垂直井深1500m，斜度80°，斜井段平缓，采用73/4〞技术套管、51/2〞施工套管和27/8〞作业油管。用73/4〞技术套管固井，试压合格后再下入51/2〞施工套管和27/8〞作业油管,井口采用KQ78/65-7011阀井口，模拟施工作业时由输入管汇控制从73/4〞大环空注气，节流管汇控制51/2〞套管小环空和作业油管内返出气液混合物；或者由输入管汇从51/2〞套管小环空和作业油管内注气，节流管汇控制从73/4〞大环空返出气液混合物；或者其他。
所述的储气井103和柱塞泵104的工作压力为70Mpa。所述储气井103的工作压力为70Mpa，井筒为直井，井深1060m，9〞5/8套管固井，27/8〞油管作为储气井完井管柱，井口安装开关阀及超压保护装置，井口采用KQ78/65-709阀井口，储存10-70MPa的气源。
所述空气压缩机101作为供气气源，排气压力0-35MPa，可人工设定；公称容积流量不低于5m3/min；主电机为三相异步电动机，380V，110KW；空气压缩机101安装自动控制系统，在储气井注入压缩气体达到预定(0-35MPa)压力后自动停泵。
所述柱塞泵104作为供液源，设计最高压力70MPa；最大排量30m3/h；
主电机为三相异步电动机，380V，95KW；三缸柱塞泵；数字化控制变频系统。
所述空气压缩机101、柱塞泵104、气液混合精确控制注入系统105均为整体撬装结构，撬装外形尺寸(长×宽×高)mm：大不于5000×2200×2300，操作简单方便，占地面积小。
所述空气压缩机101、柱塞泵104、气液混合精确控制注入系统105均具备远程、近程手动/自动控制系统，可对装置的各个参数进行控制、显示和操作，近程为操作柜控制，远程为计算机控制，系统响应控制命令时间小于1S,两套系统可同时工作。
所述自动分离计量系统109具备液位自动探测、气液分相流量数字计量和远传；系统压力及温度远传监控、高低压报警；双级泄压等功能；所述自动分离计量系统109内部液位高度可通过磁翻板液位计来感应，通过液位变送器将液位信号转换成4～20mA电信号，传送至控制终端后通过控制程序调节电动调节阀的开度，实现液体自动排放；
储气井103，工艺试验井107与所有装置的管路采用27/8〞外加厚油管连接，地下水泥沟道铺设。
本实用新型的系统工艺试验井为大斜度井，井深1700m，工艺试验井107、储气井103及系统配套设计工作压力为70Mpa，有利于开展理论研究及接近工况条件下的工具性能评价及工艺模拟实验，能够缩工艺、工具、装备短研发进程。
实施例4
如图1所示，在实施例1-3的基础上，所述的消声过滤循环利用系统110包括放空消声系统11011和过滤系统1102，放空消声系统11011与自动分离计量系统109的气体出口连接，过滤系统1102的进口与自动分离计量系统109的液体出口连接，过滤系统1102包括清水出口11021和污水出口11022，清水出口11021与水罐102连接，污水出口11022与污水收集111连接。所述消声过滤循环利用系统110用于试验井试验时，分别处理经两相分离器分离后的返出气液，液体过滤处理后循环利用，气体进行放空消声处理；所述消声过滤循环利用系统110为现有技术，由水泵、排污泵、立式吸吮式全自动自清洗过滤器、消声器、管路、闸阀门、电气系统、压力表、撬装底座等部分组成。所述消声过滤循环利用系统110过滤器过滤精度为10um，过滤流量不小于60m3/h，自动清洗；水泵流量为25m3/h；消声器排量80m3/min，消声器周边1米处噪声小于60db；撬装结构。结构简单，测量精确，噪声污染小，循环再生，绿色环保。
所述的放空消声系统11011和过滤系统1102均为现有技术。
实施例5
如图2所示，在实施例1-4的基础上，所述的井下多点参数直读测试解释系统2包括井下测量短节201、高速信号传输电缆202和地面供电及数据采集控制存储系统203，所述的井下测量短节201、高速信号传输电缆202和地面供电及数据采集控制存储系统203依次串联连接，地面供电及数据采集控制存储系统203和可视化监控操作集成系统3连接。所述的井下多点参数直读测试解释系统2最高工作压力100MPa，最高工作温度150℃，压力测量范围0～100MPa，温度测量范围0～150℃；地面供电及数据采集控制存储系统203单次连续工作30天以上。所述井下多点参数直读测试解释系统2由10个井下测量短节201、高速信号传输电缆202、地面供电及数据采集控制存储系统203、实时数据采集、绘图及解释系统组成；井下多点参数直读测试解释系统2用于工艺试验井107试验时，通过在工艺试验井107内不同的深度安装多个全通径井下测量短节201，实时监测油管内，油管和套管间流体压力和温度值，可实现过程检测、评价和解释。所述的地面供电及数据采集控制存储系统203为现有技术。
实施例6
如图2所示，在实施例1-5的基础上，所述的天然气井工艺试验系统还包括摄像头20、视频编码器206和网络变换机207，摄像头20、视频编码器206、网络变换机207和可视化监控操作集成系统3依次串联连接。所述的摄像头20为防爆摄像头204和高清摄像头205，防爆摄像头204和高清摄像头205均为现有技术，可视化监控操作集成系统3可以测试、控制、显示空气压缩机101、井下温度压力多点测试短节201、高速信号传输电缆202、地面数据采集控制存储系统203、爆摄像头204、高清摄像头205、视频编码器206、网络变换机的工作状态和运行参数207；可视化监控操作集成系统3与各执行装备间控制信号的传输通道采用4〞以上钢管，地下暗道铺设；所述可视化监控操作集成系统3集装备控制、参数调节、信息监控、效果分析、观摩培训为一体，能对井口、装备、管汇、阀门等的情况、运行参数进行监测、控制、调节和数据实时采集、存储、分析，可以实时监控软件可以二维动画形式直观显示分离器的组成构件、各部分的实时工作状态、各部分的实时运行参数。模拟试验时，井下温度压力多点测试短节201的测试信号经高速信号传输电缆202和地面数据采集控制存储系统203传输到可视化监控操作集成系统3；防爆摄像头204和高清摄像头205将视频信号经视频编码器206和网络变换机207输到可视化监控操作集成系统3。高速信号传输电缆202为现有技术。
本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型的系统工艺试验井107为大斜度井，井深1700m，工艺试验井、储气井及系统配套设计工作压力为70Mpa，有利于开展理论研究及接近工况条件下的工具性能评价及工艺模拟实验，能够缩工艺、工具、装备短研发进程。
2.本实用新型的系统可以气井压后排液、低压气井诱喷排液、排水采气、井下节流、修井工艺等施工工艺验证性试验与作业参数优化，以及带压作业、连续油管作业工艺模拟与试验，提升工艺技术水平。
3.本实用新型的系统中可视化监控操作集成系统3集装备控制、参数调节、信息监控、效果分析、观摩培训为一体，能对井口、装备、管汇、阀门等的情况、运行参数进行监测、控制、调节和数据实时采集、存储、分析。
4.本实用新型的系统所有设备均为撬架结构，方便运输和安装。
5.本实用新型的系统中高压设备均具备远程、近程手动/自动控制系统，安全性高。
本实用新型的工作原理为：
模拟试验时，空气由空气压缩机101压缩后注入储气井103；水罐102的水流入柱塞泵104；储气井103的气体和柱塞泵104的液体注入气液混合精确控制注入系统105；均匀混合后，混合气液经输入管汇106注入工艺试验井107；107工艺试验井的返出气液经节流管汇108进入自动分离计量系统109；经自动分离计量系统109分离后气液进入消声过滤循环利用系统110；过滤后污水由污水收集111，过滤后清水流入水罐102。井下温度压力多点测试短节201的测试信号经高速信号传输电缆202和地面数据采集控制存储系统203传输到可视化监控操作集成系统3；防爆摄像头204和高清摄像头205将视频信号经视频编码器206和网络变换机207输到可视化监控操作集成系统3。
以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构及系统属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (7)
1.一种天然气井工艺试验系统，其特征在于：包括空气压缩机(101)、水罐(102)、储气井(103)、柱塞泵(104)、气液混合精确控制注入系统(105)、输入管汇(106)、工艺试验井(107)、节流管汇(108)、自动分离计量系统(109)、消声过滤循环利用系统(110)、污水收集(111)、井下多点参数直读测试解释系统(2)和可视化监控操作集成系统(3)，所述空气压缩机(101)连接储气井(103)，水罐(102)连接柱塞泵(104)，储气井(103)和柱塞泵(104)连接气液混合精确控制注入系统(105)，气液混合精确控制注入系统(105)、输入管汇(106)、工艺试验井(107)、节流管汇(108)、自动分离计量系统(109)、消声过滤循环利用系统(110)和污水收集(111)依次串联连接，消声过滤循环利用系统(110)连接水罐(102)，储气井(103)、柱塞泵(104)、气液混合精确控制注入系统(105)和井下多点参数直读测试解释系统(2)分别与可视化监控操作集成系统(3)连接。
2.如权利要求1所述的天然气井工艺试验系统，其特征在于：所述的气液混合精确控制注入系统(105)工作压力70MPa，注入流量为液量0～720m3/d，气量1000～100000N m3/d，混合比例为液量0～100％，气量0～100％，计量精度为液量0.5％，气量1％。
3.如权利要求1所述的天然气井工艺试验系统，其特征在于：所述的工艺试验井(107)为双层套管大斜度工艺试验井，工作压力为70Mpa，井筒为大斜度井，井深1700m，直井段1200m和斜井段500m，垂直井深1500m，斜度80°，斜井段平缓，采用73/4〞技术套管、51/2〞施工套管和27/8〞作业油管。
4.如权利要求1所述的天然气井工艺试验系统，其特征在于：所述的消声过滤循环利用系统(110)包括放空消声系统(11011)和过滤系统(1102)，放空消声系统(11011)与自动分离计量系统(109)的气体出口连接，过滤系统(1102)的进口与自动分离计量系统(109)的液体出口连接，过滤系统(1102)包括清水出口(11021)和污水出口(11022)，清水出口(11021)与水罐(102)连接，污水出口(11022)与污水收集(111)连接。
5.如权利要求1所述的天然气井工艺试验系统，其特征在于：所述的井下多点参数直读测试解释系统(2)包括井下测量短节(201)、高速信号传输电缆(202)和地面供电及数据采集控制存储系统(203)，所述的井下测量短节(201)、高速信号传输电缆(202)和地面供电及数据采集控制存储系统(203)依次串联连接，地面供电及数据采集控制存储系统(203)和可视化监控操作集成系统(3)连接。
6.如权利要求1所述的天然气井工艺试验系统，其特征在于：所述的天然气井工艺试验系统还包括摄像头(20)、视频编码器(206)和网络变换机(207)，摄像头(20)、视频编码器(206)、网络变换机(207)和可视化监控操作集成系统(3)依次串联连接。
7.如权利要求5所述的天然气井工艺试验系统，其特征在于：所述的井下多点参数直读测试解释系统(2)最高工作压力100MPa，最高工作温度150℃，压力测量范围0～100MPa，温度测量范围0～150℃；地面供电及数据采集控制存储系统(203)单次连续工作30天以上，所述的储气井(103)和柱塞泵(104)的工作压力为70Mpa。
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