一种循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术为一种循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置，包括井下管柱组合结构、增压泵、加热罐和控制部，井下管柱组合结构包括井筒，井筒内套设测试管柱，测试管柱的外壁上套设封隔器，封隔器、测试管柱的外壁和井筒的内壁之间构成环空部，井筒的内腔一端构成井底部，测试管柱的另一端构成井口部；加热罐的出口与增压泵的入口连通设置，增压泵的出口与井底部连通设置，井口部能与加热罐的一入口密封连通；井底部、环空部和井口部均连通设置温度采集单元和压强采集单元。该装置能够较为真实的模拟深井内压强和温度情况，能够较为准确地实验得出真实环境下测试管柱受力变形情况以及工况参数的变化对管柱强度的影响。

A Downhole Simulated Test Device for Testing Pipe String with Temperature and Pressure in Circulating Zone

The utility model relates to a downhole simulation experimental device for a circulating test string with temperature and pressure, which comprises a downhole pipe string combination structure, a booster pump, a heating tank and a control unit. The downhole pipe string combination structure comprises a wellbore, a test string is sleeved in the wellbore, a packer is sleeved on the outer wall of the test string, and an annulus is formed between the outer wall of the test string and the inner wall of the wellbore. One end of the inner cavity constitutes the bottom of the well and the other end of the test string constitutes the wellhead; the outlet of the heating tank is connected with the inlet of the booster pump; the outlet of the booster pump is connected with the bottom of the well; the wellhead can be sealed with the inlet of the heating tank; the temperature acquisition unit and the pressure acquisition unit are connected with the bottom of the well, the annulus and the wellhead. The device can simulate the pressure and temperature in deep wells more realistically, and can accurately test the stress and deformation of the pipe string under the real environment and the influence of the change of working parameters on the strength of the pipe string.

【技术实现步骤摘要】
一种循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置
本技术涉及石油与天然气工程
，尤其涉及一种循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置。
技术介绍
伴随着石油需求量的上升以及大多数油田的已开发情况，全球钻井、完井工艺不断向高压、高温和复杂的深部地层方向发展，以前埋藏较深难以动用的深层油气藏逐渐成为油田可采储量的重要增长点。因此高温高压井的测试成为油气田开发中最重要的环节之一。高温高压井的地层测试技术是一个世界石油勘探范围内的技术难题，不仅在国内属于高难技术，在国际上也没有成熟的经验。首先，超深、高温、高压井的测试由于条件限制，还没有形成一套完整有效的测试设计和施工模式与规范，地层测试工作仍是超深、高温、高压井勘探施工环节中的主要矛盾之一。测试管柱在井下受多种载荷的共同作用，在不同工况下，流体性质、流体排量及其它参数的变化，会改变井筒内的温度压强情况，进而影响管柱受力和应力分布，打破平衡状态。与地面管汇不同，井下管柱处于深部地层中，其受力与变形情况就不可能受到实时观测。其次，目前许多学者针对测试管柱进行了深入的研究，但所有的研究都只是停留在理论阶段，可靠性和安全性有待进一步论证，管柱井下状况只能通过井口压强、温度、流量等数据进行间接计算，一旦计算不准确，极有可能造成工具失效、管柱变形过大和管柱强度不足发生破坏等意外事故。在高温高压深井作业中，这种矛盾尤其明显，封隔器管柱的安全可靠性更受到挑战。因此，在地层测试之前进行相关的室内模拟实验是非常有必要的，由此，本专利技术人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置，通过分析不同条件下的管柱受力情况，将对校核管柱的安全性以及为管柱的合理配置和生产作业的顺利进行提供必要的理论依据。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置，该装置能够较为真实的模拟深井内压强和温度情况，能够较为准确地实验得出真实环境下测试管柱受力变形情况以及工况参数的变化对管柱强度的影响，通过分析不同条件下的测试管柱受力情况，将对测试管柱的安全性以及为管柱的合理配置和生产作业的顺利进行提供必要的理论依据。本技术的目的是这样实现的，一种循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置，包括井下管柱组合结构、增压泵、加热罐和控制部，所述井下管柱组合结构包括两端能密封的固定设置的井筒，所述井筒内套设有一端开口的测试管柱，所述测试管柱的外壁上轴向间隔套设能将所述测试管柱坐封于所述井筒内的封隔器，所述封隔器、所述测试管柱的外壁和所述井筒的内壁之间构成密封的环空部，所述井筒的内腔一端构成井底部，所述测试管柱的一端开口与所述井底部连通，所述测试管柱的另一端构成井口部；所述加热罐能存储且能加热循环流体，所述加热罐的出口与所述增压泵的入口连通设置，所述增压泵能调节增高循环流体的压力，所述增压泵的出口与所述井底部连通设置，所述井口部能与所述加热罐的一入口密封连通；所述井底部、所述环空部和所述井口部均连通设置温度采集单元和压强采集单元，所述温度采集单元、所述压强采集单元、所述增压泵和所述加热罐均与控制部电连接。在本技术的一较佳实施方式中，所述测试管柱的轴向长度能在活塞效应、鼓胀效应和温度效应共同作用下产生总轴向变形，ΔL＝ΔL1+ΔL2+ΔL3；其中，ΔL1为活塞效应引起的测试管柱的轴向变形，ΔL2为鼓胀效应引起的测试管柱的轴向变形，ΔL3为温度效应引起测试管柱的轴向变形，ΔL为测试管柱的总轴向变形。在本技术的一较佳实施方式中，井底部的压强和环空部的压强对测试管柱产生的轴向力为活塞力，活塞力的变化引起活塞效应，活塞效应引起的测试管柱的轴向变形为，其中，ΔPi为井底部的压强变化，ΔPo为环空部的压强变化，Ai为测试管柱的内横截面积，Ao为测试管柱的外横截面积，Ap为封隔器密封腔的横截面积，Atc为测试管柱的横截面积，L为测试管柱的长度，ΔF1为活塞力的变化，E为弹性模量，ΔL1为活塞效应引起的测试管柱的轴向变形。在本技术的一较佳实施方式中，测试管柱内流体流动产生压强变化，压强变化改变测试管柱的径向压强引起鼓胀效应，鼓胀效应引起的测试管柱的轴向变形为，其中，ΔPi为井底部的压强变化，ΔPo为环空部的压强变化，dti为测试管柱的内径，dto为测试管柱的外径，L为测试管柱的长度，μ为泊松比，E为弹性模量，ΔL2为鼓胀效应引起的测试管柱的轴向变形。在本技术的一较佳实施方式中，测试管柱内流体温度变化引起热胀冷缩的热效应，热胀冷缩的热效应为温度效应，温度效应引起的测试管柱的轴向变形为，ΔL3＝βLΔT；其中，ΔT为井底部温度、环空部温度和井口部温度的平均温度的变化，L为测试管柱的长度，β为热膨胀系数，ΔL3为温度效应引起测试管柱的轴向变形。在本技术的一较佳实施方式中，所述温度采集单元包括能检测井底部温度的第一温度计、能检测环空部温度的第二温度计和能检测井口部温度的第三温度计，所述压强采集单元包括能检测井底部压强的第一压力计、能检测环空部压强的第二压力计和能检测井口部压强的第三压力计；所述井筒上对应所述环空部的位置间隔设置电涡流位移传感器；所述第一压力计、所述第一温度计、所述第二压力计、所述第二温度计、所述第三压力计、所述第三温度计和所述电涡流位移传感器均与所述控制部电连接。在本技术的一较佳实施方式中，所述井筒上位于所述环空部的轴向两端分别设置一电涡流位移传感器，所述井筒上位于所述环空部的轴向中部至少设置一电涡流位移传感器。在本技术的一较佳实施方式中，所述控制部包括数据采集单元和控制单元，所述数据采集单元能采集所述第一压力计、所述第二压力计和所述第三压力计测量的压强值，所述数据采集单元能采集所述第一温度计、所述第二温度计和所述第三温度计测量的温度值，所述数据采集单元能采集所述电涡流位移传感器感应的位移数据；所述控制单元能控制所述增压泵的开闭和压强值，所述控制单元能控制所述加热罐的开闭和温度值。在本技术的一较佳实施方式中，所述循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置包括底座，所述底座上平行间隔设置多个能沿轴向固定支撑所述井筒的支座。在本技术的一较佳实施方式中，所述测试管柱的外壁上包覆有散热单元。由上所述，本技术的循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置具有如下有益效果：本技术的循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置中，加热罐、增压泵、井筒和测试管柱构成流体循环封闭系统，循环流体构成地层流体，加热罐实现循环流体的温度调节，增压泵实现循环流体的压力调控，为模拟实验提供压力温度条件，充分考虑地层流体的热损失，尽量真实地模拟实际工况，实验结果可信度高，能够较为准确地实验得出真实环境下测试管柱受力变形情况以及工况参数的变化对管柱强度的影响，通过分析不同条件下的测试管柱受力情况，将对测试管柱的安全性以及为管柱的合理配置和生产作业的顺利进行提供必要的理论依据；本技术的循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置中，温度采集单元和压强采集单元能实时检测对应部位的温度和压强，控制部智能控制该实验装置，能够精确得出各实验数据，准确性高。附图说明以下附图仅旨在于对本技术做示意性说明和解释，并不限定本技术的范围。其中：图1：为本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置，其特征在于，包括井下管柱组合结构、增压泵、加热罐和控制部，所述井下管柱组合结构包括两端能密封的固定设置的井筒，所述井筒内套设有一端开口的测试管柱，所述测试管柱的外壁上轴向间隔套设能将所述测试管柱坐封于所述井筒内的封隔器，所述封隔器、所述测试管柱的外壁和所述井筒的内壁之间构成密封的环空部，所述井筒的内腔一端构成井底部，所述测试管柱的一端开口与所述井底部连通，所述测试管柱的另一端构成井口部；所述加热罐能存储且能加热循环流体，所述加热罐的出口与所述增压泵的入口连通设置，所述增压泵能调节增高循环流体的压力，所述增压泵的出口与所述井底部连通设置，所述井口部能与所述加热罐的一入口密封连通；所述井底部、所述环空部和所述井口部均连通设置温度采集单元和压强采集单元，所述温度采集单元、所述压强采集单元、所述增压泵和所述加热罐均与控制部电连接。

【技术特征摘要】
1.一种循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置，其特征在于，包括井下管柱组合结构、增压泵、加热罐和控制部，所述井下管柱组合结构包括两端能密封的固定设置的井筒，所述井筒内套设有一端开口的测试管柱，所述测试管柱的外壁上轴向间隔套设能将所述测试管柱坐封于所述井筒内的封隔器，所述封隔器、所述测试管柱的外壁和所述井筒的内壁之间构成密封的环空部，所述井筒的内腔一端构成井底部，所述测试管柱的一端开口与所述井底部连通，所述测试管柱的另一端构成井口部；所述加热罐能存储且能加热循环流体，所述加热罐的出口与所述增压泵的入口连通设置，所述增压泵能调节增高循环流体的压力，所述增压泵的出口与所述井底部连通设置，所述井口部能与所述加热罐的一入口密封连通；所述井底部、所述环空部和所述井口部均连通设置温度采集单元和压强采集单元，所述温度采集单元、所述压强采集单元、所述增压泵和所述加热罐均与控制部电连接。2.如权利要求1所述的循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置，其特征在于，所述测试管柱的轴向长度能在活塞效应、鼓胀效应和温度效应共同作用下产生总轴向变形，ΔL＝ΔL1+ΔL2+ΔL3；其中，ΔL1为活塞效应引起的测试管柱的轴向变形，ΔL2为鼓胀效应引起的测试管柱的轴向变形，ΔL3为温度效应引起测试管柱的轴向变形，ΔL为测试管柱的总轴向变形。3.如权利要求2所述的循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置，其特征在于，井底部的压强和环空部的压强对测试管柱产生的轴向力为活塞力，活塞力的变化引起活塞效应，活塞效应引起的测试管柱的轴向变形为，其中，ΔPi为井底部的压强变化，ΔPo为环空部的压强变化，Ai为测试管柱的内横截面积，Ao为测试管柱的外横截面积，Ap为封隔器密封腔的横截面积，Atc为测试管柱的横截面积，L为测试管柱的长度，ΔF1为活塞力的变化，E为弹性模量，ΔL1为活塞效应引起的测试管柱的轴向变形。4.如权利要求2所述的循环带温带压的测试管柱井下模拟实验装置，其特征在于，测试管柱内流体流动产生压强变化，压强变化改变测试管柱的径向压强引起鼓胀效应，鼓胀效应引起的测试管柱的轴向变形为，其中，ΔPi为井底部的压强变化，ΔPo为环空部的压强变化，dti为测试管柱的内径，...

【专利技术属性】
技术研发人员：石小磊，高德利，王宴滨，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11