一种带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置，包括用于模拟井筒的外管、用于模拟连续油管的内管、气液固注入系统和井筒监测系统，内管活动安装在外管并伸入至外管腔体内，伸入至外管内的内管末端安装有电动旋转头，气液固注入系统的第一出口与露出在外管之外的内管顶端连通连接，以向内管注入水流，气液固注入系统的第二出口与设置在外管末端的注入口连通连接，以向外管内腔注入气液固混合物，井筒监测系统用于观测内筒在外管腔体内模拟各种作业情况下的外管腔体内出砂量。本发明专利技术首次将连续油管的模拟结构加入井筒中，通过进行连续油管上提下放活动作业、旋转作业和冲砂作业，达到对不同井筒位置的携砂流动状态的实时精准监测。

【技术实现步骤摘要】
一种带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置及方法
本专利技术涉及井筒携砂能力模拟装置
，具体是一种带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置及方法。
技术介绍
在天然气水合物试采工程中，经常会将少量泥质和大量的小粒径地层砂带入生产井井筒中，为了防止地层砂堵塞或影响井筒正常试采作业，需要通过井筒携砂方式将地层砂从井筒内带至作业平台上，以防止生产井井筒内出现砂卡、砂堵或砂埋的现象，不影响人工举升结构的正常生产运作。但是在实际试采工程中，作业人员并无法直接观看到井筒内地层砂情况，从而无法判断井筒携砂能力，若携砂能力弱，仍有可能导致砂卡、砂堵等问题的发送。因此，有必要在实验室内实现模拟出井筒携砂能力，以便在实际试采工程中，设置满足携砂需求的试采作业井筒装置。在现有井筒携砂能力模拟实验装置，大多数是仅以直井井筒作为研究对象，只单纯对井筒进行不同气液比或流速下的携砂能力进行分析和对比。例如，公开号为CN109211516A和CN108894772A的中国专利技术申请，这些着重于注气或采气直井井筒以及排水采气过程的气水流态特征及压力分布规律，或者分析砂粒在井筒中的运移、沉降规律。这些现有技术中，几乎没有涉及到具有连续油管辅助井筒携砂作业的情况下的井筒携砂能力，因此，有必要模拟在连续油管作用下井筒的携砂能力，以便使得模拟结果能够更好指导实际生产作业。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置，其能够解决在连续油管辅助作用下井筒携砂能力模拟实验的问题。实现本专利技术的目的的技术方案为：一种带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置，包括用于模拟井筒的外管、用于模拟连续油管的内管、气液固注入系统和井筒监测系统，内管从外管顶端的第一入口沿外管轴向方向伸入至外管腔体内，并活动安装在外管上，使得内管可沿外管轴向方向自由移动以及在外管腔体内相对于外管自由旋转转动，外管和内管形状相适配，伸入至外管内的内管末端安装有电动旋转头，气液固注入系统的第一出口与露出在外管之外的内管顶端连通，以向内管注入水流，气液固注入系统的第二出口与设置在外管末端的注入口连通，以向外管内腔注入气液固混合物，井筒监测系统用于观测内筒在外管腔体内模拟各种作业情况下的外管腔体内出砂量，其中，模拟各种作业至少包括内管模拟上提下放、旋转和冲砂作业。进一步地，所述外管包括用于模拟水平井井筒的L型管体和用于模拟直井井筒的直线型管体。进一步地，还包括固定支撑装置，所述外管活动安装在固定支撑装置上，可调节外管的倾斜角度，以模拟井筒在不同倾斜角度情况下的携砂能力。进一步地，所述气液固注入系统包括用于存储地层砂的加砂罐、用于存储液态水的储液罐、用于存储气体的气瓶、泥浆泵、气液固混合器，气液固混合器用于将地层砂、液态水和气体混合成气液固混合物，加砂罐和储液罐的第一输出端分别通过一个管道汇合接入泥浆泵的输入端，储液罐的第二输出端通过另一个管道与内管连通连接，泥浆泵的输出端通过管道与气液固混合器的输入端连接，气瓶的输出端通过管道与气液固混合器的输入端连接。进一步地，在加砂罐和泥浆泵之间的管道、储液罐与泥浆泵之间的管道、储液罐与内管之间的管道、气瓶与气液固混合器之间的管道上均设置有单向阀，单向阀用于防止对应物体倒灌，在储液罐与泥浆泵之间的管道上设置有液流量计和温压传感器，用于分别测量输出到泥浆泵的水流流量和温压，在气瓶与气液固混合器之间的管道上设置有气流量计和温压传感器，在储液罐和内管之间的管道上设置有液流量计和泵，在泥浆泵与气液固混合器之间的管道上还安装有控制阀，控制阀用于控制泥浆泵输出到气液固混合器内的液固混合物量，气液固混合器与注入口之间的管道上设置有控制阀和温压传感器。进一步地，还包括分离沉砂系统，分离沉砂系统包括三相分离器和沉砂罐，三相分离器的输入端与外管顶部的第一出口连通连接，三相分离器的第一输出端通过管道与气液固混合器连通连接，三相分离器的第二输出端通过管道与气液固混合器连通连接，三相分离器的第三输出端通过管道与沉砂罐连通连接，三相分离器用于将气液固混合物分别分离出气体、液态水和地层砂。进一步地，在第一输出端与气液固混合器之间的管道上安装有液流量计和温压传感器，在第二输出端与气液固混合器之间的管道上安装有气流量计和温压传感器。进一步地，在三相分离器与沉砂罐之间的管道上还安装有重力传感器，重力传感器用于实时测量出三相分离器分离出地层砂的重量，此地层砂的重量定量化表征井筒携砂能力。进一步地，所述井筒监测系统包括数据处理终端、若干三相流检测器和若干摄像机，摄像机包括移动高速摄像机和安装在固定位置的固定高速摄像机，固定高速摄像机用于对准外管某一位置进行拍摄，移动高度摄像机沿着外管轴向方向移动拍摄，各个三相流检测器沿着外管的轴向方向固定安装在外管腔体的内壁上，在外管的上中下段均至少各安装有一个三相流检测器，三相流检测器用于实时测量井筒各个位置处流过的气液固三相的比例值。一种利用所述带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置的实验方法，包括以下步骤：步骤1：向加砂罐加入地层砂、气瓶加入气体、储液罐加入液态水，并控制注入到液固混合器内的地层砂、气体和液态水量值和三者的比例；步骤2：气液固混合器将地层砂、气体和液态水充分搅拌后形成气液固混合物，并控制流量和流速经外管底部的注入口向外管腔体注入气液固混合物，以使得外管腔体内形成稳定的流型且外管顶端的第一出口无地层砂携出；步骤3：启动内管在外管腔体模拟各种作业，使得内管分别在外管腔体内分别进行上提下放、旋转和冲砂作业，并调节控制内管上提下放作业频率、旋转作业频率或冲砂作业液量和流速，循环上述作业一段时间，直至外管腔体内的第一出口不再有地层砂携出；步骤4：通过井筒观测系统观测外管循环携出地层砂量情况，进行带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验，并获得相关实验数据。本专利技术的有益效果为：本专利技术首次将连续油管的模拟结构加入井筒中，通过进行连续油管上提下放活动作业、旋转作业和冲砂作业，可以对同一实验条件下，单纯通过流速带动的井筒携砂能力和连续油管辅助的井筒携砂能力进行对比分析，得出更符合水合物试采工况的携砂规律分析和流动保障注水方案。首次将气液固三相混合物通过多点的注入口(即图中的多点注入口)注入至作为井筒的外管底部，用于模拟水合物试采井筒中实际的出砂情况。将三相流检测器安装在井筒内径管壁上，并分别安装在井筒顶部、中部和底部位置上，可以实时测量井筒中顶部、中部和底部位置上的瞬间流过的气液固三相的比例值，达到对不同井筒位置的携砂流动状态的实时精准监测。将重力传感器运用在沉砂罐的质量监测上，可以实时测量砂粒被携带出井筒的变化过程，为分析不同变量参数下井筒的携砂规律提供模拟实验支撑。相比于其他井筒携砂规律实验装置，本专利技术能够更为准确的模拟水合物试采过程中生产井井筒的真实情况，设计该实验装置不仅可以进行不同规格井筒在不同气液比、不同流速条件下的气液固三相流型和井筒携砂规律，而且可以对具有连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置，其特征在于，包括用于模拟井筒的外管、用于模拟连续油管的内管、气液固注入系统和井筒监测系统，内管从外管顶端的第一入口沿外管轴向方向伸入至外管腔体内，并活动安装在外管上，使得内管可沿外管轴向方向自由移动以及在外管腔体内相对于外管自由旋转转动，外管和内管形状相适配，伸入至外管内的内管末端安装有电动旋转头，/n气液固注入系统的第一出口与露出在外管之外的内管顶端连通，以向内管注入水流，气液固注入系统的第二出口与设置在外管末端的注入口连通，以向外管内腔注入气液固混合物，/n井筒监测系统用于观测内筒在外管腔体内模拟各种作业情况下的外管腔体内出砂量，其中，模拟各种作业至少包括内管模拟上提下放、旋转和冲砂作业。/n

【技术特征摘要】
1.一种带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置，其特征在于，包括用于模拟井筒的外管、用于模拟连续油管的内管、气液固注入系统和井筒监测系统，内管从外管顶端的第一入口沿外管轴向方向伸入至外管腔体内，并活动安装在外管上，使得内管可沿外管轴向方向自由移动以及在外管腔体内相对于外管自由旋转转动，外管和内管形状相适配，伸入至外管内的内管末端安装有电动旋转头，
气液固注入系统的第一出口与露出在外管之外的内管顶端连通，以向内管注入水流，气液固注入系统的第二出口与设置在外管末端的注入口连通，以向外管内腔注入气液固混合物，
井筒监测系统用于观测内筒在外管腔体内模拟各种作业情况下的外管腔体内出砂量，其中，模拟各种作业至少包括内管模拟上提下放、旋转和冲砂作业。


2.根据权利要求1所述的带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置，其特征在于，所述外管包括用于模拟水平井井筒的L型管体和用于模拟直井井筒的直线型管体。


3.根据权利要求2所述的带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置，其特征在于，还包括固定支撑装置，所述外管活动安装在固定支撑装置上，可调节外管的倾斜角度，以模拟井筒在不同倾斜角度情况下的携砂能力。


4.根据权利要求3所述的带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置，其特征在于，所述气液固注入系统包括用于存储地层砂的加砂罐、用于存储液态水的储液罐、用于存储气体的气瓶、泥浆泵、气液固混合器，气液固混合器用于将地层砂、液态水和气体混合成气液固混合物，加砂罐和储液罐的第一输出端分别通过一个管道汇合接入泥浆泵的输入端，储液罐的第二输出端通过另一个管道与内管连通连接，泥浆泵的输出端通过管道与气液固混合器的输入端连接，气瓶的输出端通过管道与气液固混合器的输入端连接。


5.根据权利要求4所述的带有连续油管的井筒携砂能力模拟实验装置，其特征在于，在加砂罐和泥浆泵之间的管道、储液罐与泥浆泵之间的管道、储液罐与内管之间的管道、气瓶与气液固混合器之间的管道上均设置有单向阀，单向阀用于防止对应物体倒灌，
在储液罐与泥浆泵之间的管道上设置有液流量计和温压传感器，用于分别测量输出到泥浆泵的水流流量和温压，在气瓶与气液固混合器之间的管道上设置有气流量计和温压传感器，在储液罐和内管之间的管道上设置有液流量计和泵，在泥浆泵与气液固混合器之间的管道上还安装有控制阀，控制阀用于控制泥浆泵输出到气液固混合器内的液固混合物量，气液固混合器与注入口之间的管道上设置有控制阀和温压传感器。

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【专利技术属性】
技术研发人员：欧芬兰，申凯翔，黎晓舟，于彦江，王通，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局，
类型：发明
国别省市：广东;44