一种光纤振动监测井筒流态模拟实验装置及其实验方法与流程

1.本发明涉及光纤监测技术领域，更具体地说涉及一种光纤振动监测井筒流态模拟实验装置及其实验方法。


背景技术：

2.光纤监测技术从20世纪90年代开始起步，经过10多年的发展，逐步成熟，已在电力、隧道等火灾报警方面得到广泛应用。光纤监测技术因其具有耐高温、使用寿命长、实时连续监测等特点，非常适合油气井井下温度、压力实时监测。
3.目前国内对光纤监测技术的研究已经开展了一些，但在石油应用领域针对光纤监测技术的研究更多的在光纤测温领域的研究，针对光纤振动技术在石油领域的研究还相对较少，特别是不同井筒注入流态对光纤振动监测的影响分析研究。
4.针对在油气田开发过程中，主要针对注水开发、热采注热吞吐开发方式的需要，开发了一套模拟不同井筒注入状态条件下的光纤振动监测模拟装置，并对其使用方法进行了分析。在实验室条件下，对不同井筒注入状态而引起的光纤振动情况进行了模拟，该方法可有效的、直观的模拟注水开发、热采注热吞吐开发方式作业中井筒、特别是水平段的吸液剖面情况。


技术实现要素：

5.本发明克服了现有技术中的不足，针对注水开发、热采注热吞吐开发方式的需要，提供了一种光纤振动监测井筒流态模拟实验装置及其实验方法，本装置通过光纤振动井筒监测系统调节不同井筒位置的流体排出量，以达到在实验室内模拟井筒不同位置不同吸液量的现象，再跟进光纤振动监测数据对吸液剖面进行分析研究。
6.本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
7.一种光纤振动监测井筒流态模拟实验装置，包括气液高压注入系统、光纤振动井筒监测系统和数据采集系统，
8.所述气液高压注入系统包括氮气瓶组、气体增压泵、高压储气罐、液体增压泵、储液罐和气液混拌器，所述氮气瓶组与所述气体增压泵的进气口相连，所述气体增压泵的排气口通过高压气体输送管线与所述高压储气罐的进气口相连，所述高压储气罐的排气口与所述气液混拌器的气体入口相连，所述液体增压泵的进液口与所述储液罐的出液口相连，所述液体增压泵的出液口通过高压液体输送管线与所述气液混拌器的液体入口相连；
9.所述光纤振动井筒监测系统包括内模拟井筒、外模拟井筒、可调节支撑座、可控电子流量计、流体回收管和控制柜，在所述内模拟井筒的轴向均匀螺旋布置18个通孔，在所述内模拟井筒的左端设置有旁通结构，所述旁通结构通过气液混合输送管线与所述气液混拌器的气液出口相连，所述内模拟井筒套接在所述外模拟井筒内，所述内模拟井筒和所述外模拟井筒通过法兰扣进行密封连接，所述外模拟井筒的两端安置在所述可调节支撑座上，可调节支撑座的高度可调，以实现不同井斜角度井段的室内模拟，在所述外模拟井筒的轴
向均匀开设有19个排液孔，各个排液孔分别通过高压排液管路与所述液体回收管的进液口相连，所述液体回收管的出液口通过回液管路与所述储液罐的进液口相连，在所述高压排液管路上均设置所述可控电子流量计，所述可控电子流量计、所述气体增压泵和所述液体增压泵分别通过仪表控制线与所述控制柜相连，在所述外模拟井筒的出液口通过回压管线与所述储液罐的进液口相连；
10.所述数据采集系统包括终端显示器、光缆和光纤振动监测解调仪，所述光缆贯穿所述内模拟井筒，所述光缆的尾端自内模拟井筒的右端穿出，所述光缆的首端与所述光纤振动监测解调仪相连，所述光纤振动监测解调仪与所述终端显示器相连。
11.所述外模拟井筒的长度为1000mm，外径为114.3mm，内径为100.3mm，相邻的排液孔的间隔为0.5m，排液孔的孔径为6.35mm，排液孔在外模拟井筒的径向交叉对称分布。
12.所述内模拟井筒的长度为1100mm，外径为73mm，内径为62mm，在内模拟井筒0-1000mm的长度范围内，每间隔10mm开设一个通孔，通孔的孔径为3mm。
13.所述内模拟井筒的左端采用带光缆穿越孔的密封结构，所述内模拟井筒的右端采用丝堵密封，在所述丝堵上开设有光缆穿越孔，光缆通过光缆穿越孔穿入内模拟井筒。
14.在所述排液孔和所述可控电子流量计之间的高压排液管路上还设置有针阀。
15.在所述高压储气罐的排气口与所述气液混拌器的气体入口之间的管路上设置有气体质量流量计。
16.在所述高压储气罐上设置有压力表。
17.所述高压储气罐采用304不锈钢材质罐体，用于储集高压气体，避免因为气体增压泵输出的气体不稳定而影响实验效果，所述高压储气罐的耐压等级为最高实验压力的3倍。
18.所述储液罐上还设置有排空管线。
19.一种光纤振动监测井筒流态模拟实验方法，按照下述步骤进行：
20.步骤1，将气液高压注入系统、光纤振动井筒监测系统和数据采集系统进行连接，再根据井下实际井筒段的倾斜角度，对可调节支撑座进行高度调节，使内模拟井筒和外模拟井筒的整体倾斜角度与实际井筒段角度相同；
21.步骤2，根据实验方案设定的气液混和比例，设定气体流量和液体流量数值，再利用控制柜对液体增压泵和气体增压泵进行输出控制；
22.步骤3，再根据实验要求利用控制柜对可控电子流量计进行调节，以模拟出不同的吸液剖面现象，再通过光纤振动监测解调仪对不同振动数据进行解调，在终端显示器上进行呈现。
23.本发明的有益效果为：本发明提供的光纤振动监测井筒流态模拟实验装置，可以根据井筒注入流态的不同而分别进行室内模拟，通过分析不同流态对应的光纤振动监测数据，可以有效的模拟分析出井筒段的吸液剖面；本实验装置通过采用气液高压注入系统，调节不同气相、液相的流入比例，经过气液混拌器进行均匀混合，从而实现了不同气液比的井筒流态，也能够间接的模拟出不同蒸汽干度条件下的井筒状态；本实验装置利用可调节支撑座对模拟井筒的倾斜角度进行调节，可实现0-60
°
倾角的井筒状态。
附图说明
24.图1是本发明的结构示意图；
25.图中：1为氮气瓶组；2为气体增压泵；3为高压储气罐；4为液体增压泵；5为储液罐；6为控制柜；7为仪表控制线；8为高压气体输送管线；9为高压液体输送管线；10为气液混拌器；11为气体质量流量计；12为压力表；13为排空管线；14为回压管线；15为流体回收管；16为可控电子流量计；17为针阀；18为外模拟井筒；19为内模拟井筒；20为可调节支撑座；21为光缆；22为光缆振动监测解调仪；23为气液混合输送管线；24为高压排液管路；25为回液管路。
26.对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
27.下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
28.实施例一
29.一种光纤振动监测井筒流态模拟实验装置，包括气液高压注入系统、光纤振动井筒监测系统和数据采集系统，
30.气液高压注入系统包括氮气瓶组1、气体增压泵2、高压储气罐3、液体增压泵4、储液罐5和气液混拌器10，氮气瓶组1与气体增压泵2的进气口相连，气体增压泵2的排气口通过高压气体输送管线8与高压储气罐3的进气口相连，高压储气罐3的排气口与气液混拌器10的气体入口相连，液体增压泵4的进液口与储液罐5的出液口相连，液体增压泵4的出液口通过高压液体输送管线9与气液混拌器10的液体入口相连；
31.光纤振动井筒监测系统包括内模拟井筒19、外模拟井筒18、可调节支撑座20、可控电子流量计16、流体回收管15和控制柜6，在内模拟井筒19的轴向均匀螺旋布置18个通孔，在内模拟井筒19的左端设置有旁通结构，旁通结构通过气液混合输送管线23与气液混拌器10的气液出口相连，内模拟井筒19套接在外模拟井筒18内，内模拟井筒19和外模拟井筒18通过法兰扣进行密封连接，外模拟井筒18的两端安置在可调节支撑座20上，可调节支撑座20的高度可调，以实现不同井斜角度井段的室内模拟，在外模拟井筒18的轴向均匀开设有19个排液孔，各个排液孔分别通过高压排液管路24与液体回收管15的进液口相连，液体回收管15的出液口通过回液管路25与储液罐5的进液口相连，在高压排液管路24上均设置可控电子流量计16，可控电子流量计16、气体增压泵2和液体增压泵4分别通过仪表控制线7与控制柜6相连，在外模拟井筒18的出液口通过回压管线14与储液罐5的进液口相连；
32.数据采集系统包括终端显示器、光缆21和光纤振动监测解调仪22，光缆21贯穿内模拟井筒19，光缆21的尾端自内模拟井筒19的右端穿出，光缆21的首端与光纤振动监测解调仪22相连，光纤振动监测解调仪22与终端显示器相连。
33.实施例二
34.在实施例一的基础上，外模拟井筒18的长度为1000mm，外径为114.3mm，内径为100.3mm，为4-1/2”api油管尺寸，相邻的排液孔的间隔为0.5m，排液孔的孔径为6.35mm，排液孔在外模拟井筒18的径向交叉对称分布。
35.内模拟井筒19的长度为1100mm，外径为73mm，内径为62mm，为2-7/8”api油管尺寸，在内模拟井筒19的0-1000mm的长度范围内，每间隔10mm开设一个通孔，通孔的孔径为3mm；内模拟井筒19的右端设置有扶正模块。
36.内模拟井筒19的左端采用带光缆穿越孔的密封结构，内模拟井筒19的右端采用丝堵密封，在丝堵上开设有光缆穿越孔，光缆21通过光缆穿越孔穿入内模拟井筒19。
37.在排液孔和可控电子流量计16之间的高压排液管路24上还设置有针阀17。
38.实施例三
39.在实施例二的基础上，在高压储气罐3的排气口与气液混拌器10的气体入口之间的管路上设置有气体质量流量计11。
40.在高压储气罐3上设置有压力表12。
41.高压储气罐3采用304不锈钢材质罐体，其强度高、耐腐蚀，高压储气罐3用于储集高压气体，避免因为气体增压泵2输出的气体不稳定而影响实验效果，高压储气罐3的耐压等级为最高实验压力的3倍。
42.储液罐5上还设置有排空管线13。
43.实施例四
44.一种光纤振动监测井筒流态模拟实验方法，按照下述步骤进行：
45.步骤1，将气液高压注入系统、光纤振动井筒监测系统和数据采集系统进行连接，再根据井下实际井筒段的倾斜角度，对可调节支撑座进行高度调节，使内模拟井筒和外模拟井筒的整体倾斜角度与实际井筒段角度相同；
46.步骤2，根据实验方案设定的气液混和比例，设定气体流量和液体流量数值，再利用控制柜对液体增压泵和气体增压泵进行输出控制；
47.步骤3，再根据实验要求利用控制柜对可控电子流量计进行调节，以模拟出不同的吸液剖面现象，再通过光纤振动监测解调仪对不同振动数据进行解调，在终端显示器上进行呈现。
48.为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
49.而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
50.以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。