水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分流模擬裝置的製作方法
2023-09-10 05:05:55
專利名稱：水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分流模擬裝置的製作方法
技術領域：
水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分流模擬裝置技術領域 一種水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分流模擬裝置，用 於水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分流的模擬試驗，屬於石油天然氣工 業壓裂酸化實驗設備的製造技術領域。
背景技術：
水平井是開發油氣田的一種有效手段，它可以顯著提高油氣 藏勘探開發的綜合效益。自1928年世界第一口水平井鑽成後，水平井迅速 發展，並且以每年600-1000 口水平井的速度增加，中國於1965年在四川 鑽成了第一口水平井，先後在各個油田開始了水平井技術的應用，水平井 中的衝砂洗井工藝及基質酸化工藝與直井中的工藝有很大的差別，不僅表 現在作業難度的增加，而且還制約著工藝技術措施的制定和施工作業後的 效果，主要是因為在一口水平井中同時存在直井段、造斜段、水平段三種 井筒，特別是在長水平井井筒條件下，重力與水平井筒方向的複雜關係影 響了水平井筒內介質的存在形式和流動運移規律，加上複雜的水平井段井 眼軌跡，需要射孔的孔眼數目多、射孔方位多變、孔眼分布的差異，以及 注液工藝、作業方式等都加大了水平井衝砂洗井和基質酸化的難度；而目 前水平井衝砂洗井和基質酸化工藝大多採用經驗的方法，也就是一邊觀察， 一邊摸索， 一邊改進，根據現場具體情況進行調整，沒有科學、定量的技 術，在這種情況下，就很難進行工藝技術優化；從技術文獻査詢情況看， 國外雖然對水平井技術的研究有較長的歷史，但是有關水平井井筒衝砂洗 井的技術文獻尚未見到，在關於水平井基質酸化的文獻中主要研究的是液 體置放技術，而且也取得了研究成果和應用效果，但是從實際運用來看， 其考慮的因素仍然較少、特別是與連續油管技術和水平井狀況的銜接不緊密。發明內容本實用新型的目的是針對現有技術的不足，根據相似性原 理，設計研製出能模擬開展水平井井筒內替液、衝砂、攜砂以及液體在水 平井段孔眼中的分流、排液等方面基礎性工作的水平井筒中連續管何友體 攜帶和孔眼分流模擬裝置。本實用新型是這樣實現的本實用新型包括實驗井筒、液體泵送機構、 數據採集機構和安全機構，其特徵是所述試驗井筒包括外管和內管，在 外管的頂端設置有半密封裝置，內管穿過半密封裝置設置在外管內；所述 液體泵送機構包括驅替泵、供液桶、進液管和出液管，驅替泵的一邊連接 供液桶，另一邊通過進液管與內管連接；數據採集機構包括採集器和處理 裝置，採集器通過電纜線組與處理裝置連接；所述安全機構由人梯、巻筒 和護欄構成。所述內管是透明的塑料管，外管為有機玻璃管，內管在外管中一直延伸到外管的尾端。所述內管纏繞在安全機構的巻筒上，並與進液管連接。在所述外管的上端設置有可拆卸的出液管，出液管連接到廢液處理池。所述採集器包括上部和尾部壓力傳感器、電子天平和攝像頭，上部和尾部壓力傳感器分別設置在半密封裝置上和射孔孔眼段。在外管的後端一米範圍內鑽有孔眼，孔眼的直徑為8mm，間距為100腿，孔眼方向為向上和向下30。。在外管後端的孔眼之前設置有回壓閥，在外管的尾端設置有排液管。 所述試驗井筒為L形狀，長四米，試驗井筒的外管與外管之間由連接
帽連接，在連接帽中設置有檔圈和密封圈； 本實用新型的理論依據是根據動力相似原理和幾何相似原理進行實驗裝置的設計，動力相似性 是進行模擬實驗設計的基礎，本實用新型的動力相似原理考慮剪切速率和 雷洛數兩個指標，本實驗裝置的設計中由於涉及到圓管內外液體與液體、 液體與固相顆粒之間的相互作用，因此將液體在管內的剪切速率作為主要 衡量參數模擬裝置圓管的內外徑和供液系統的流量，液體在管內的剪切速 率由下面的公式給浙""^這裡的T'為液體在管內的剪切速率，S—、 Q為管內液體流速，mL/min; d為管子的內徑，cm。模擬對象為直徑139mm套管內，38. lmm直徑連續油管在0.23m7min排量下在小曲率半徑水平井的作業。通過對模擬對象不 同排量下剪切速率的計算結果，根據剪切速率一致的要求，充分考慮目前 實驗用計量泵的性能參數、有機玻璃管的承壓能力等限制，並選擇多種尺 寸的內管，模擬更為複雜的實驗條件；同時根據液體在管內的雷洛數判斷液體的流態對比，液體在管內的雷 洛數由下面的公式給出A^=2.12xl04，這裡的N&為雷洛數，無因次；Q為管內液體流速，m7min;液體粘度， mPa.s;依靠雷洛數主要是判斷模擬和實際的液體流態是否一致，作為模擬 的另一個指標；幾何相似原理主要用於設計孔眼的分布和水平段長度，孔眼大小的確定 為真實孔眼的洩流面積與井筒內面積的比，孔密和射孔相位為實際的射孔 相位及孔密；水平段長度考慮實驗流速下出現穩定的邊界影響、液體混合
距離、砂粒流動運移距離；進行實驗時，先打開實驗井筒尾部排液管線，向實驗井筒的外管內置 入砂粒，然後關閉尾部排液管線，將實驗的內管從外管頂端設置的半密封 裝置插入，直到內管尾端處於指定位置，然後將井筒中灌滿清水，供液桶 中裝入足量的實驗用液，然後將由供液桶、驅替泵、進液管、實驗井筒、 出液管所組成的循環迴路置於可循環狀態，啟動驅替泵，向試驗井筒的內 管注液進行試驗；實驗時，將驅替泵設定為不同的轉速，這樣就會有不pl 的注液量，達到進行不同流量拖動內管的試驗，或者進行內管靜止的條件 下的試驗，通過觀察透明的外管，直至實驗井筒的外管中置入的砂粒完全 被帶出實驗井筒就完成了試驗，在試驗的過程中攝像頭觀察並記錄實驗的 全過程，採集處理裝置通過電纜線連接的上部壓力傳感器、尾部壓力傳感 器、電子天平記錄下實驗的壓力、流量等參數，用於對試驗的結果進行分 析，實驗完畢後打開實驗井筒外管尾部的排液管排出殘液。本實用新型的優點和有益效果是本實用新型的實驗裝置的承壓能力為0. 8MPa，最大液體排量為41L/min，實驗介質可採用清水、礦化水、有一 定粘度的非酸性液體，實驗溫度為常溫；壓力傳感器量程0-1. 5MPa，精度 0. 25%FS，能模擬的最大剪切速率為2328S-1,可以模擬139mm套管內，38. Iran 連續油管在0. 23m7min排量下在小曲率半徑水平井的實驗；還可以用於研 究運用連續油管進行水平井筒內的液體替換、沉砂攜帶以及酸化施工過程 中射孔孔眼液體分流規律等模擬研究，具有為水平井衝砂洗井和基質酸化 的最優化提供依據的特點。
圖1為本實用新型的局部剖視安裝結構示意圖。圖2為本實用新型圖1中序號12的放大剖視結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型包括實驗井筒、液體泵送機構、數據採集機構和安全機構，試驗井筒包括外管13和內管16，在外管13的頂端設置 有半密封裝置15,在外管13的後端鑽有孔眼10，內管16穿過半密封裝置 15設置在外管13內；液體泵送機構包括驅替泵3、供液桶2、進液管18和 出液管14，驅替泵3的一邊連接供液桶2，另一邊連接進液管18，並通過 進液管18與內管16連接；數據採集機構的上部壓力傳感器17設置在半密 封裝置15處，尾部壓力傳感器7設置在射孔孔眼10段，採集處理裝置21 通過電纜線組5與上部壓力傳感器17、尾部壓力傳感器7、電子天平6和 攝像頭8連接；內管16可以由透明塑料管構成，外管13為單根有機玻璃 管，外管之間由連接帽12相連接；內管16纏繞在巻筒19上，並與進液管 18連接；外管13的上端設置有可拆卸的出液管14，出液管直接連接到廢液處理池；在外管13後端的孔眼10之前設置有回壓閥11;內管16在外管 13中能一直延伸到外管13的尾端；外管13的尾端設置有排液管9;在外管13的後端一米範圍內鑽有孔眼10，孔眼的直徑為8ram，間距為lOOmm， 孔眼方向為向上和向下30。；外管13是固定在固定裝置4上的，外管13 為L形狀，長四米，外管13由連接帽12連接，在連接帽中設置有檔圈和 密封圈；實驗井筒具有三個主要模擬功能， 一是能模擬主要水平井井筒的井眼 狀態以及液體在連續油管入井後的流動狀態，二是模擬開展連續油管在水 平井井筒內替液、衝砂、攜砂模擬實驗，三是能進行液體在水平井段孔眼
中的分流、排液等方面基礎性實驗；進行實驗時，先打開實驗井筒尾部排液管9，向實驗井筒的外管13內 置入砂粒，然後關閉尾部排液管9，將實驗的內管16從外管13頂端設置的 半密封裝置15插入，直到內管16的尾端處於指定位置，然後將井筒中灌 滿清水，供液桶2中裝入足量的實驗用液，然後將由供液桶2、驅替泵3、 進液管18、內管16、內管16和外管13的環形空間和出液管14所組成的 循環迴路置於可循環狀態，啟動驅替泵3，向試驗井筒的內管16注液進行 試驗；實驗時，將驅替泵3設定為不同的轉速，這樣就會有不同的注液量， 達到在不同的流量下拖動內管16的試驗，或者進行內管16在靜止的條件 下的試驗，通過觀察透明的外管13，直至外管13中置入的砂粒完全被帶出 外管13就完成了試驗，在試驗的過程中，攝像頭8觀察並記錄實驗的全過 程，採集處理裝置21通過電纜線組5連接的上部壓力傳感器17、尾部壓力 傳感器7、電子天平6記錄下實驗的壓力、流量等參數，用於對試驗的結果 進行分析，實驗完畢後打開實驗井筒外管13尾部的排液管9排出殘液；設 置的人梯1用於實驗人員在人梯上操作內管的上提動作。
權利要求1、一種水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分流模擬裝置，包括實驗井筒、液體泵送機構、數據採集機構和安全機構，其特徵是所述試驗井筒包括外管和內管，在外管的頂端設置有半密封裝置，內管穿過半密封裝置設置在外管內；所述液體泵送機構包括驅替泵、供液桶、進液管和出液管，驅替泵的一邊連接供液桶，另一邊通過進液管與內管連接；數據採集機構包括採集器和處理裝置，採集器通過電纜線組與處理裝置連接；所述安全機構由人梯、捲筒和護欄構成。
2、 根據權利要求1所述的水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特徵是所述內管是透明的塑料管，外管為有機玻璃 管，內管在外管中一直延伸到外管的尾端。
3、 根據權利要求1所述的水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特徵是所述內管纏繞在安全機構的巻筒上，並與進 液管連接。
4、 根據權利要求1所述的水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特徵是在所述外管的上端設置有可拆卸的出液管， 出液管連接到廢液處理池。
5、 根據權利要求1所述的水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特徵是所述採集器包括上部和尾部壓力傳感器、電 子天平和攝像頭，上部和尾部壓力傳感器分別設置在半密封裝置上和 射孔孔眼段。
6、 根據權利要求1所述的水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特徵是在外管的後端一米範圍內鑽有孔眼，孔眼的直徑為8mm，間距為100mm，孔眼方向為向上和向下30° 。
7、 根據權利要求1所述的水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特徵是在外管後端的孔眼之前設置有回壓閥，在外 管的尾端設置有排液管。
8、 根據權利要求1所述的水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特徵是所述試驗井筒為L形狀，長四米，試驗井筒 的外管與外管之間由連接帽連接，在連接帽中設置有檔圈和密封圈。
專利摘要一種水平井筒中連續管液體攜帶和孔眼分流模擬裝置，屬於石油天然氣工業壓裂酸化實驗設備的製造技術領域，包括實驗井筒、液體泵送機構、數據採集機構和安全機構，試驗井筒包括外管和內管，液體泵送機構包括驅替泵、供液桶、進液管和出液管；數據採集機構包括採集器和處理裝置，採集器通過電纜線組與處理裝置連接；安全機構由人梯、捲筒和護欄構成，本實用新型通過相似性原理，提供了一種能模擬開展水平井井筒內替液、衝砂、攜砂以及液體在水平井段孔眼中的分流、排液等方面的連續管液體攜帶和孔眼分流模擬裝置。
文檔編號E21B43/25GK201215008SQ20082006336
公開日2009年4月1日 申請日期2008年5月9日 優先權日2008年5月9日
發明者靜 劉, 劍 張, 賓 謝, 陸燈雲 申請人:中國石油集團川慶鑽探工程有限公司井下作業公司