油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及油气领域，具体为油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量装置及测量方法。测试装置主体部分底部通过液体泵、精密液体流量计与辅助部分底部连接；气瓶、储气罐分别与辅助部分连接；测试装置主体部分安装有测温测压系统、显示和采集系统和温度控制系统。本发明专利技术提供的油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量装置及测量方法，具有耐高温、耐高压、耐腐蚀、结构简单、易于拆卸、密封效果好的特点。采用温度恒定、流体均匀加热，适合于耐高温流体。该装置适用于测量油气井井筒环空流体热膨胀系数，可简单有效的测量出在温度变化较大时的油气井井筒环空流体热膨胀系数，且测试的准确度较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气领域，具体为油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量装置及测量方法。
技术介绍
在高温高产油气井开采过程中，井筒温度升高较大，导致油气井井筒环空内流体热膨胀系数变化较大，从而影响环空压力，一方面会造成套管和油管的变形，甚至会造成管材损坏；另一方面会给套管和油管的密封性以及安全生产带来非常严重的影响。在测试和生产过程中，由于温度大幅度升高，使环空中液体的热膨胀系数升高，从而引起的环空压力上升，会导致内外层套管抗内压/外挤强度问题及油管的抗外挤强度的问题；同时，随着油气井井筒环空内压力升高，也会引起套管弯曲以及上顶井口的现象，甚至造成油气井泄露和损坏，从而造成严重的环境污染。因此，对油气井井筒环空流体热膨胀系数的研究尤为重要突出。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量装置及测量方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量装置，包括测试装置主体部分、辅助部分、气瓶、储气罐；测试装置主体部分底部通过液体泵、精密液体流量计与辅助部分底部连接；气瓶、储气罐分别与辅助部分连接；测试装置主体部分安装有测温测压系统、显示和采集系统和温度控制系统。测试装置主体部分包括耐腐蚀套管，耐腐蚀套管的底部有进液口，顶部密封并安装有出液口；进液口通过精密液体流量计和液体泵与辅助部分连接；出液口上安装有测量毛细管和精密气体流量计；耐腐蚀套管内安装有压力传感器；耐腐蚀套管中心轴线上安装有加热棒，耐腐蚀套管内还安置多个热电偶组，每个热电偶组包含两只热电偶，每个热电偶组的两只热电偶分别紧贴在耐腐蚀套管内壁和加热棒上；压力传感器、热电偶分别与控制装置连接。辅助部分包括除气溶气罐，除气溶气罐顶部连接有进气管和出气管，底部有排液口；进气管末端延伸到除气溶气罐内底部，进气管末端安装有多个进气孔；进气管顶部为进气口，进气口与气瓶连接；出气管顶部为出气口，出气口与储气罐连接；排液口与测试装置主体部分的进液口连接。在耐腐蚀套管内安置多组热电偶，热电偶分别安置在加热棒和耐腐蚀套管内壁上，采用直径为0.2mm的K型热电偶。热电偶与测温测压系统、显示和采集系统和温度控制系统连接，温度控制系统对里层套管进行实时测量采集数据，并通过通讯接口与电脑连接。在耐腐蚀里层套管内部放置压力传感器，用来检测温度效应产生的热膨胀压力；并安装测量毛细管，测量出由温度效应产生的热膨胀体积。耐腐蚀套管的进液口处安置精密液体流量计，测量出液体的进液量。耐腐蚀套管的测量毛细管上安置精密气体流量计，测量出气体的出气量。该油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量方法，过程为：首先在辅助部分的除气溶气罐里装入待测液体，通过通入不同的气体达到除氧或者溶解气体的目的，2h后将液体泵入耐腐蚀套管内，让测量毛细管的液面达到刻度线处，打开精密气体流量计和加热开关，然后当耐腐蚀套管内压力、温度和测量毛细管处液面高度稳定时，读出此时气体的出口和耐腐蚀套管内温度差，计算出在该温度下液体的热膨胀系数。具体的过程为：第一步，实验准备：测量测量毛细管的内径，在耐腐蚀套管内壁和加热棒上放置15组(每组2只)热电偶，检查热电偶分布情况及工作状况，以确保其均匀分布和正常工作；将配好的液体倒入除气溶气罐，利用硅胶密封罐口，再通入所需的气体，通入2h以上。第二步，测量耐腐蚀套管内温度与压力、流体膨胀体积及出口气体量：首先将除气溶气罐中流体泵入耐腐蚀套管内，液面达到测量毛细管的刻度线处，读出精密液体流量计读数及测量毛细管的液面高度，将精密气体流量计清零，打开加热开关，控制加热温度，待测量毛细管中液面及耐腐蚀套管内压力温度值稳定时，读取此时的温度值、测量毛细管中液面高度以及精密气体流量计所显示的出气量，从而可以计算得出该气体在某温度条件下的热膨胀系数：由于液面上升而增加的出气量：由于蒸发和挥发而增加的液体量：整个实验过程中的液体变化量：V＝V4+V3液体热膨胀系数：计算出溶解度α，其中L是液面上升的高度，ρL为液体的密度，d为测量毛细管的内径，V是整个实验过程中的液体变化量，V1是进入耐腐蚀套管的液体量，V2是从测量毛细管出来的气体量，V3是由于液面上升而增加的出气量，V4是由于蒸发和挥发而增加的液体量，ΔT是稳定后的温度变化值，ML是液体分子量。第三步，重复第二步骤，改变初始温度条件，或加热到不同的温度，测量多个温度下的
流体的热膨胀系数。第四步，使用不同流体做实验，计算出不同流体在除气后的热膨胀系数。第五步，使用不同流体、气体做实验，计算出流体在饱和了不同气体时的热膨胀系数。第六步，实验结束，记录实验结果。将耐腐蚀套管内的流体泵回除气溶气罐，清洗装置。本专利技术提供的油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量装置及测量方法，具有耐高温、耐高压、耐腐蚀、结构简单、易于拆卸、密封效果好的特点。采用温度恒定、流体均匀加热，适合于耐高温流体。采用热电偶、压力传感器、精密流量计采集数据，准确度较高。该装置适用于测量油气井井筒环空流体热膨胀系数，可简单有效的测量出在温度变化较大时的油气井井筒环空流体热膨胀系数，且测试的准确度较高。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的测试装置主体部分的结构示意图；图3为本专利技术的辅助部分结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量装置，包括测试装置主体部分1、辅助部分2、气瓶3、储气罐7；测试装置主体部分1底部通过液体泵8、精密液体流量计9与辅助部分2底部连接；气瓶3、储气罐7分别与辅助部分2连接；测试装置主体部分1安装有测温测压系统4、显示和采集系统5和温度控制系统6。测试装置主体部分1包括耐腐蚀套管12，耐腐蚀套管12的底部有进液口10，顶部密封并安装有出液口11；进液口10通过精密液体流量计9和液体泵8与辅助部分2连接；出液口11上安装有测量毛细管16和精密气体流量计17；耐腐蚀套管12内安装有压力传感器15；耐腐蚀套管12中心轴上安装有加热棒13，耐腐蚀套管12内还安置多个热电偶组，每个热电偶组包含两只热电偶14，每个热电偶组的两只热电偶14分别紧贴在耐腐蚀套管12内壁和加热棒13上；压力传感器15、热电偶14分别与控制装置连接。辅助部分2包括除气溶气罐18，除气溶气罐18顶部连接有进气管19和出气管20，底部有排液口24；进气管19末端延伸到除气溶气罐18内底部，进气管19末端安装有多个进气孔21；进气管19顶部为进气口22，进气口22与气瓶3连接；出气管20顶部为出气口23，出气口23与储气罐7连接；排液口24与测试装置主体部分1的进液口10连接。除气溶气罐18上端用活塞连接，活塞的连接处用硅胶密封；通过温度控制系统6来实现对管内流体的温度进行实时控制，对温度、压力的测试和采集由测温测压系统4及显示和采
集系统5完成，并通过RS232通讯接口与电脑连接。通过辅助部分2对流体进行除气、溶气处理，从而可以模拟实际井下工作环境的各种参数变化，探究不同井筒环空流体在除气或溶解不同气体后的热膨胀系数。为测量各参数值，可以设置相应的传感器并连接显示装置将传感器信号显示出来便于观察和记录，例如设置压力传感器15和热电偶14与显示和采集系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量装置，其特征在于：包括测试装置主体部分(1)、辅助部分(2)、气瓶(3)、储气罐(7)；测试装置主体部分(1)底部通过液体泵(8)、精密液体流量计(9)与辅助部分(2)底部连接；气瓶(3)、储气罐(7)分别与辅助部分(2)连接；测试装置主体部分(1)安装有测温测压系统(4)、显示和采集系统(5)和温度控制系统(6)。

【技术特征摘要】
1.油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量装置，其特征在于：包括测试装置主体部分(1)、辅助部分(2)、气瓶(3)、储气罐(7)；测试装置主体部分(1)底部通过液体泵(8)、精密液体流量计(9)与辅助部分(2)底部连接；气瓶(3)、储气罐(7)分别与辅助部分(2)连接；测试装置主体部分(1)安装有测温测压系统(4)、显示和采集系统(5)和温度控制系统(6)。2.根据权利要求1所述的油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量装置，其特征在于：所述的测试装置主体部分(1)包括耐腐蚀套管(12)，耐腐蚀套管(12)的底部有进液口(10)，顶部密封并安装有出液口(11)；进液口(10)通过精密液体流量计(9)和液体泵(8)与辅助部分(2)连接；出液口(11)上安装有测量毛细管(16)和精密气体流量计(17)；耐腐蚀套管(12)内安装有压力传感器(15)；耐腐蚀套管(12)中心轴线处安装加热棒(13)，耐腐蚀套管(12)内还安置多个热电偶组，每个热电偶组包含两只热电偶(14)，每个热电偶组的两只热电偶(14)分别紧贴在耐腐蚀套管(12)内壁和加热棒(13)上；压力传感器(15)、热电偶(14)分别与控制装置连接。3.根据权利要求2所述的油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量装置，其特征在于：所述的辅助部分(2)包括除气溶气罐(18)，除气溶气罐(18)顶部连接有进气管(19)和出气管(20)，底部有排液口(24)；进气管(19)末端延伸到除气溶气罐(18)内底部，进气管(19)末端安装有多个进气孔(21)；进气管(19)顶部为进气口(22)，进气口(22)与气瓶(3)连接；出气管(20)顶部为出气口(23)，出气口(23)与储气罐(7)连接；排液口(24)与测试装置主体部分(1)的进液口(10)连接。4.根据权利要求3所述的油气井井筒环空流体热膨胀系数的测量方法，其特征在于：首先在辅助部分(2)的除气溶气罐(18)里装入待测液体，通过通入不同的气体达到除氧或者溶解气体的目的，2h后将液体泵入耐腐蚀套管(12)内，让测量毛细管(16)的液面达到刻度线处，打开精密气体流...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智，周泽宇，李晶，刘志伟，钟显康，扈俊颖，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51