專利名稱：水平井筒中連續(xù)管液體攜帶和孔眼分流模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
水平井筒中連續(xù)管液體攜帶和孔眼分流模擬裝置技術(shù)領(lǐng)域 一種水平井筒中連續(xù)管液體攜帶和孔眼分流模擬裝置，用 于水平井筒中連續(xù)管液體攜帶和孔眼分流的模擬試驗，屬于石油天然氣工 業(yè)壓裂酸化實驗設(shè)備的制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水平井是開發(fā)油氣田的一種有效手段，它可以顯著提高油氣 藏勘探開發(fā)的綜合效益。自1928年世界第一口水平井鉆成后，水平井迅速 發(fā)展，并且以每年600-1000 口水平井的速度增加，中國于1965年在四川 鉆成了第一口水平井，先后在各個油田開始了水平井技術(shù)的應(yīng)用，水平井 中的沖砂洗井工藝及基質(zhì)酸化工藝與直井中的工藝有很大的差別，不僅表 現(xiàn)在作業(yè)難度的增加，而且還制約著工藝技術(shù)措施的制定和施工作業(yè)后的 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復(fù)雜關(guān)系影 響了水平井筒內(nèi)介質(zhì)的存在形式和流動運移規(guī)律，加上復(fù)雜的水平井段井 眼軌跡，需要射孔的孔眼數(shù)目多、射孔方位多變、孔眼分布的差異，以及 注液工藝、作業(yè)方式等都加大了水平井沖砂洗井和基質(zhì)酸化的難度；而目 前水平井沖砂洗井和基質(zhì)酸化工藝大多采用經(jīng)驗的方法，也就是一邊觀察， 一邊摸索， 一邊改進(jìn)，根據(jù)現(xiàn)場具體情況進(jìn)行調(diào)整，沒有科學(xué)、定量的技 術(shù)，在這種情況下，就很難進(jìn)行工藝技術(shù)優(yōu)化；從技術(shù)文獻(xiàn)査詢情況看， 國外雖然對水平井技術(shù)的研究有較長的歷史，但是有關(guān)水平井井筒沖砂洗 井的技術(shù)文獻(xiàn)尚未見到，在關(guān)于水平井基質(zhì)酸化的文獻(xiàn)中主要研究的是液 體置放技術(shù)，而且也取得了研究成果和應(yīng)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(xù)油管技術(shù)和水平井狀況的銜接不緊密。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，根據(jù)相似性原 理，設(shè)計研制出能模擬開展水平井井筒內(nèi)替液、沖砂、攜砂以及液體在水 平井段孔眼中的分流、排液等方面基礎(chǔ)性工作的水平井筒中連續(xù)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(xiàn)的本實用新型包括實驗井筒、液體泵送機構(gòu)、 數(shù)據(jù)采集機構(gòu)和安全機構(gòu)，其特征是所述試驗井筒包括外管和內(nèi)管，在 外管的頂端設(shè)置有半密封裝置，內(nèi)管穿過半密封裝置設(shè)置在外管內(nèi)；所述 液體泵送機構(gòu)包括驅(qū)替泵、供液桶、進(jìn)液管和出液管，驅(qū)替泵的一邊連接 供液桶，另一邊通過進(jìn)液管與內(nèi)管連接；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括采集器和處理 裝置，采集器通過電纜線組與處理裝置連接；所述安全機構(gòu)由人梯、巻筒 和護(hù)欄構(gòu)成。所述內(nèi)管是透明的塑料管，外管為有機玻璃管，內(nèi)管在外管中一直延伸到外管的尾端。所述內(nèi)管纏繞在安全機構(gòu)的巻筒上，并與進(jìn)液管連接。在所述外管的上端設(shè)置有可拆卸的出液管，出液管連接到廢液處理池。所述采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(shè)置在半密封裝置上和射孔孔眼段。在外管的后端一米范圍內(nèi)鉆有孔眼，孔眼的直徑為8mm，間距為100腿，孔眼方向為向上和向下30。。在外管后端的孔眼之前設(shè)置有回壓閥，在外管的尾端設(shè)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(shè)置有檔圈和密封圈； 本實用新型的理論依據(jù)是根據(jù)動力相似原理和幾何相似原理進(jìn)行實驗裝置的設(shè)計，動力相似性 是進(jìn)行模擬實驗設(shè)計的基礎(chǔ)，本實用新型的動力相似原理考慮剪切速率和 雷洛數(shù)兩個指標(biāo)，本實驗裝置的設(shè)計中由于涉及到圓管內(nèi)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(nèi)的剪切速率作為主要 衡量參數(shù)模擬裝置圓管的內(nèi)外徑和供液系統(tǒng)的流量，液體在管內(nèi)的剪切速 率由下面的公式給浙""^這里的T'為液體在管內(nèi)的剪切速率，S—、 Q為管內(nèi)液體流速，mL/min; d為管子的內(nèi)徑，cm。模擬對象為直徑139mm套管內(nèi)，38. lmm直徑連續(xù)油管在0.23m7min排量下在小曲率半徑水平井的作業(yè)。通過對模擬對象不 同排量下剪切速率的計算結(jié)果，根據(jù)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(shù)、有機玻璃管的承壓能力等限制，并選擇多種尺 寸的內(nèi)管，模擬更為復(fù)雜的實驗條件；同時根據(jù)液體在管內(nèi)的雷洛數(shù)判斷液體的流態(tài)對比，液體在管內(nèi)的雷 洛數(shù)由下面的公式給出A^=2.12xl04，這里的N&為雷洛數(shù)，無因次；Q為管內(nèi)液體流速，m7min;液體粘度， mPa.s;依靠雷洛數(shù)主要是判斷模擬和實際的液體流態(tài)是否一致，作為模擬 的另一個指標(biāo)；幾何相似原理主要用于設(shè)計孔眼的分布和水平段長度，孔眼大小的確定 為真實孔眼的泄流面積與井筒內(nèi)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(xiàn)穩(wěn)定的邊界影響、液體混合
距離、砂粒流動運移距離；進(jìn)行實驗時，先打開實驗井筒尾部排液管線，向?qū)嶒灳驳耐夤軆?nèi)置 入砂粒，然后關(guān)閉尾部排液管線，將實驗的內(nèi)管從外管頂端設(shè)置的半密封 裝置插入，直到內(nèi)管尾端處于指定位置，然后將井筒中灌滿清水，供液桶 中裝入足量的實驗用液，然后將由供液桶、驅(qū)替泵、進(jìn)液管、實驗井筒、 出液管所組成的循環(huán)回路置于可循環(huán)狀態(tài)，啟動驅(qū)替泵，向試驗井筒的內(nèi) 管注液進(jìn)行試驗；實驗時，將驅(qū)替泵設(shè)定為不同的轉(zhuǎn)速，這樣就會有不pl 的注液量，達(dá)到進(jìn)行不同流量拖動內(nèi)管的試驗，或者進(jìn)行內(nèi)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并記錄實驗的 全過程，采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(shù)，用于對試驗的結(jié)果進(jìn)行分 析，實驗完畢后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(yōu)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(zhì)可采用清水、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(nèi)，38. Iran 連續(xù)油管在0. 23m7min排量下在小曲率半徑水平井的實驗；還可以用于研 究運用連續(xù)油管進(jìn)行水平井筒內(nèi)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(guī)律等模擬研究，具有為水平井沖砂洗井和基質(zhì)酸化 的最優(yōu)化提供依據(jù)的特點。


圖1為本實用新型的局部剖視安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型圖1中序號12的放大剖視結(jié)構(gòu)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(gòu)、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)和安全機構(gòu)，試驗井筒包括外管13和內(nèi)管16，在外管13的頂端設(shè)置 有半密封裝置15,在外管13的后端鉆有孔眼10，內(nèi)管16穿過半密封裝置 15設(shè)置在外管13內(nèi)；液體泵送機構(gòu)包括驅(qū)替泵3、供液桶2、進(jìn)液管18和 出液管14，驅(qū)替泵3的一邊連接供液桶2，另一邊連接進(jìn)液管18，并通過 進(jìn)液管18與內(nèi)管16連接；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)的上部壓力傳感器17設(shè)置在半密 封裝置15處，尾部壓力傳感器7設(shè)置在射孔孔眼10段，采集處理裝置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(nèi)管16可以由透明塑料管構(gòu)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(nèi)管16纏繞在巻筒19上，并與進(jìn)液管 18連接；外管13的上端設(shè)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后端的孔眼10之前設(shè)置有回壓閥11;內(nèi)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(shè)置有排液管9;在外管13的后端一米范圍內(nèi)鉆有孔眼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(shè)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(tài)以及液體在連續(xù)油管入井后的流動狀態(tài)，二是模擬開展連續(xù)油管在水 平井井筒內(nèi)替液、沖砂、攜砂模擬實驗，三是能進(jìn)行液體在水平井段孔眼
中的分流、排液等方面基礎(chǔ)性實驗；進(jìn)行實驗時，先打開實驗井筒尾部排液管9，向?qū)嶒灳驳耐夤?3內(nèi) 置入砂粒，然后關(guān)閉尾部排液管9，將實驗的內(nèi)管16從外管13頂端設(shè)置的 半密封裝置15插入，直到內(nèi)管16的尾端處于指定位置，然后將井筒中灌 滿清水，供液桶2中裝入足量的實驗用液，然后將由供液桶2、驅(qū)替泵3、 進(jìn)液管18、內(nèi)管16、內(nèi)管16和外管13的環(huán)形空間和出液管14所組成的 循環(huán)回路置于可循環(huán)狀態(tài)，啟動驅(qū)替泵3，向試驗井筒的內(nèi)管16注液進(jìn)行 試驗；實驗時，將驅(qū)替泵3設(shè)定為不同的轉(zhuǎn)速，這樣就會有不同的注液量， 達(dá)到在不同的流量下拖動內(nèi)管16的試驗，或者進(jìn)行內(nèi)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觀察并記錄實驗的全過 程，采集處理裝置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(shù)，用于對試驗的結(jié)果 進(jìn)行分析，實驗完畢后打開實驗井筒外管13尾部的排液管9排出殘液；設(shè) 置的人梯1用于實驗人員在人梯上操作內(nèi)管的上提動作。
權(quán)利要求1、一種水平井筒中連續(xù)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(gòu)、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)和安全機構(gòu)，其特征是所述試驗井筒包括外管和內(nèi)管，在外管的頂端設(shè)置有半密封裝置，內(nèi)管穿過半密封裝置設(shè)置在外管內(nèi)；所述液體泵送機構(gòu)包括驅(qū)替泵、供液桶、進(jìn)液管和出液管，驅(qū)替泵的一邊連接供液桶，另一邊通過進(jìn)液管與內(nèi)管連接；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括采集器和處理裝置，采集器通過電纜線組與處理裝置連接；所述安全機構(gòu)由人梯、卷筒和護(hù)欄構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井筒中連續(xù)管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特征是所述內(nèi)管是透明的塑料管，外管為有機玻璃 管，內(nèi)管在外管中一直延伸到外管的尾端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井筒中連續(xù)管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特征是所述內(nèi)管纏繞在安全機構(gòu)的巻筒上，并與進(jìn) 液管連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井筒中連續(xù)管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特征是在所述外管的上端設(shè)置有可拆卸的出液管， 出液管連接到廢液處理池。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井筒中連續(xù)管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特征是所述采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(shè)置在半密封裝置上和 射孔孔眼段。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井筒中連續(xù)管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特征是在外管的后端一米范圍內(nèi)鉆有孔眼，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(jù)權(quán)利要求1所述的水平井筒中連續(xù)管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特征是在外管后端的孔眼之前設(shè)置有回壓閥，在外 管的尾端設(shè)置有排液管。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井筒中連續(xù)管液體攜帶和孔眼分 流模擬裝置，其特征是所述試驗井筒為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(shè)置有檔圈和密封圈。
專利摘要一種水平井筒中連續(xù)管液體攜帶和孔眼分流模擬裝置，屬于石油天然氣工業(yè)壓裂酸化實驗設(shè)備的制造技術(shù)領(lǐng)域，包括實驗井筒、液體泵送機構(gòu)、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)和安全機構(gòu)，試驗井筒包括外管和內(nèi)管，液體泵送機構(gòu)包括驅(qū)替泵、供液桶、進(jìn)液管和出液管；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括采集器和處理裝置，采集器通過電纜線組與處理裝置連接；安全機構(gòu)由人梯、卷筒和護(hù)欄構(gòu)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(nèi)替液、沖砂、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(xù)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(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者靜 劉, 劍 張, 賓 謝, 陸燈云 申請人:中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司