一种多功能防砂筛网耐冲蚀性能评价装置的制作方法

本发明公开了一种多功能防砂筛网耐冲蚀性能评价装置。

背景技术：

在石油与天然气开采过程中，有一些井会出现石油和天然气在同一层的情况，在开采时，石油和天然气同时采出，也有开采期间开采的全部为石油或天然气，也有开采天然气过程中有地层水产出。在开采过程中地层一旦出砂，油气携带砂粒高速流动，高速流动下的砂粒棱角就像一把锋利的刀，对筛管和油管以及地面设施造成严重的伤害，一段时间后，将会导致筛管和油管以及地面设施发生破坏。现在对天然气的开采已经进入到深部地层和深水区域，其作业成本非常高，并且后期因出砂造成的破坏修井难度大，在深水区域由于作业环境非常恶劣，甚至无法修井，这将会对海洋环境造成严重的污染。而预防出砂的最好办法就是下防砂筛管来阻止地层砂粒侵入井筒，在油气田的生产过程中，对于油气田防砂成功的关键不仅在于防砂方式和参数的选择，筛管性能的好坏对防砂的质量、开采成本和产量等都有很大的影响，在生产现场筛管长期使用过程中，由于冲蚀引起筛管的挡砂精度增大甚至冲破筛管等现象而致使防砂失败常有发生，一旦筛管失效将导致油气井整个防砂作业的失败。在进行冲蚀研究时，产油、产气、产油气或产气水所对应的冲蚀情况是不同的，因而在研究过程中要针对每种情况而分别研究，现有的研究筛网冲蚀程度装置都针对油或气单种介质，并且研究油或气的冲蚀都是分别进行，实验时间长，效率低，能耗高。现在还没有一套装置能够同时研究油和气单种介质和油气水多种介质的冲蚀问题。因此，需要研制出一种能在室内进行多功能评价防砂筛网抗冲蚀程度实验装置。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种多功能防砂筛网耐冲蚀性能评价装置，该装置可以同时测试油、气单种介质和油、气、水多种介质防砂筛网的抗冲蚀程度，达到评价不同介质冲蚀条件下防砂筛网抗冲蚀性能的目的。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多功能防砂筛网耐冲蚀性能评价装置，其特征在于：它包括三测试短接、三固定台阶、九防砂筛网、九密封圈、六密封盖、六螺栓、三进口压力传感器、三出口压力传感器、三流量计、三加砂器、两数据采集卡、一计算机、三高压泵、三粒度分析仪、一气液混合器、一储油罐、一储气罐、一空气压缩机、一气液分离器、两泄压阀、四控制阀、一集砂罐、一集液罐、两排气口、两滤砂器、一抽油泵。

其中在测试短接1中固定台阶左侧依次装入第三密封圈9、第三防砂筛网6、第二密封圈8、第二防砂筛网5、第一密封圈7、第一防砂筛网4，然后将第一密封盖2、第二密封盖3装于第一测试短接1两端，将第一密封盖2上的第一螺栓11、第二螺栓12拧紧，使螺栓端部与第一防砂筛网4接触，并且在拧紧的过程中防砂筛网与密封圈接触后起到密封的作用。第二测试短接36、第三测试短接51的结构和防砂筛网、密封圈、密封盖与螺栓的连接方式与第一测试短接1相同。空气压缩机21连接到储气罐22，储气罐22连接到第一高压泵24，储油罐25连接到第二高压泵26，第一高压泵24与第二高压泵26都连接到气液混合器27，在气液混合器27与第一测试短接1之间的管线上连接有第一进口压力传感器13、第一流量计15和第一加砂器，在第一测试短接1与气液分离器28之间的管线上连接有第一出口压力传感器14，第一粒度分析仪20。进气管30连接到第二测试短接36，在进气管30到第二测试短接36之间连接有第一控制阀31、第二加砂器33、第二流量计34和第二进口压力传感器35，第二测试短接36的出口管40连接到集砂罐39，出口管上连接第二出口压力传感器37和第二粒度分析仪38。气液分离器28底部有一出口，出口与第三测试短接51之间连接有第一滤砂器43、第二控制阀44、第三高压泵46、第三加砂器48、第三流量计49和第三进口压力传感器50，第三测试短接51的出口管线连接到集液罐54，出口管线之间连接有第三出口压力传感器52和第三粒度分析仪53。集液罐54底部有一出口连接第二滤砂器56、第四控制阀57，第一滤砂器43与第二控制阀44之间为一三通连接，第三控制阀45所在管线连接到抽油泵58与第四控制阀57之间管线，抽油泵58连接到储油罐25。第一加砂器16、第一流量计15、第一进口压力传感器13、第一出口压力传感器14与第一粒度分析仪的数据采集线均连接到第一数据采集卡18，第二加砂器33，第二流量计34、第二进口压力传感器35、第二出口压力传感器37、第二粒度分析仪38、第三加砂器48、第三流量计49、第三进口压力传感器50、第三出口压力传感器52和第三粒度分析仪53的数据采集线均连接到第二数据采集卡42，第一数据采集卡和第二数据采集卡42均连接到计算机19，所采集的数据在计算机上实时存储与显示。

所述实验装置能够同时测量气液混合物、液体和气体流体的冲蚀实验，第一测试短接1可以测量气液混合物冲蚀实验，通过第一测试短接1的气液混合物经过气液分离器28后气体进入进气管30后对第二测试短接36中的防砂筛网进行气体冲蚀实验，通过第一测试短接1的气液混合物经过气液分离器28后的液体经过第三高压泵46加压后对第三测试短接51中的防砂筛网进行液体冲蚀实验，此实验中的液体可以是油也可以是水，可根据油田现场需要来决定实验液体种类。

所述实验装置能够根据需要来测定不同筛网层数冲蚀实验，三个测试短接中都可以进行 1-3层防砂筛网冲蚀实验，并且针对所测介质不同，3个测试短接中的防砂筛网层数可以不同。

所述实验装置在启动第二高压泵、第三高压泵而不启动第一高压泵，关闭第一控制阀而打开第二控制阀时可以同时在第一测试短接和第三测试短接中进行液体冲蚀实验，两个高压泵的排量、两个测试短接中的防砂筛网层数或防砂筛网挡砂精度都可以根据实验需要进行变化，因而该套实验装置就可以同时进行两组液体冲蚀实验。

所述实验装置在启动第一高压泵而不启动第二高压泵和第三高压泵，打开第一控制阀而关闭第二控制阀和第三控制阀时，可以同时在第一测试短接和第二测试短接中进行气体冲蚀实验，第一高压泵的排量、两个测试短接中的防砂筛网层数或防砂筛网挡砂精度都可以根据实验需要进行变化，因而该套实验装置就可以同时进行两组气体冲蚀实验。

所述三个测试短接为均为管状结构，测试短接本体长度均为50cm，第一测试短接内径为10cm，防砂筛网外径为9.5cm；第二测试短接的内径为5cm，防砂网外径为4.5cm；第三测试短接为6cm，测试网内径为5.5cm。

所述固定台阶10为测试短接的本体结构，固定台阶为一圆环，其内径要小于测试短接内径，固定台阶用来固定密封圈和防砂筛网在测试短接中的位置，当螺栓拧紧过程中防砂筛网和密封圈倚靠在固定台阶上而使密封圈逐渐压紧密封。

所述集砂罐39中要注入清水，且清水要没过出口管端部，使含砂气体能与水有充分的接触，使砂粒沉入水底。

所述第一滤砂器和第二滤砂器可以将含砂液体中的砂粒过滤出来，纯液体流出，从第一滤砂器中出来的纯液体可以经过第三高压泵加压后进行冲蚀实验，当第三测试短接不进行冲蚀实验时，当气液分离器28中的液体快要装满时，打开第三控制阀与抽油泵，将液体抽到储油罐25重复利用。从第二滤砂器中出来的纯液体经过抽油泵将集液罐54中的液体抽到储油罐25重复利用。

所述第一泄压阀23，当进行气液混合物冲蚀实验时关闭，空气压缩机提供的气体就会充入储气罐，当实验结束时，打开第一泄压阀，将储气罐中的气体排出。

所述第二泄压阀29，当进行气体冲蚀实验时，关闭第二泄压阀，气体就会进入进气管30进行气体冲蚀实验，当进行气液混合物冲蚀实验时打开第二泄压阀29，使气液分离器内部与大气连通，分离出的气体排出。

所述第一控制阀31，当进行气体冲蚀实验时打开，当不进行气体冲蚀实验时关闭。

所述第二控制阀44和第三控制阀46和第四控制阀57，当进行液体冲蚀实验时打开第二控制阀，关闭第三控制阀和第四控制阀，当集液罐54中的液体快满时，打开第四控制阀和抽油泵，将集液罐中的液体抽至储油罐25。当不进行液体冲蚀实验时，关闭第二控制阀、第三 控制阀和第四控制阀，当气液分离器28中的液体快满时，打开第三控制阀45和抽油泵58，将液体抽至储油罐。

所述第一加砂器、第二加砂器和第三加砂器分别对三个测试短接冲蚀实验进行加砂，保证同时进行的三组实验加砂互不影响，三个加砂器所加砂粒大小和加砂速率可以不同。

所述三个测试短接进口与出口均安装了压力传感器和流量计，保证每个压力和流量均为所对应的测试短接的真实压力和流量。

所述每个测试短接的入口管线端部距离第一防砂筛网距离为2cm，保证冲蚀效果。

所述第一粒度分析仪、第二粒度分析仪和第三粒度分析仪能够实时测量流体中的砂粒粒度，当所测砂粒粒度超过防砂筛网的挡砂精度时认为防砂筛网发生冲蚀破坏，破坏前的实验时间就是在所采集的进出口压力和流量条件下的抗冲蚀程度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是防砂筛网的俯视图

图中：第一测试短接1、第一密封盖2、第二密封盖3、第一防砂筛网4、第二防砂筛网5、第三防砂筛网6、第一密封圈7、第二密封圈8、第三密封圈9、固定台阶10、第一螺栓11、第二螺栓12、第一进口压力传感器13、第一出口压力传感器14、第一流量计15、第一加砂器16、第一加砂口17、第一数据采集卡18、计算机19、第一粒度分析仪20、空气压缩机21、储气罐22、第一泄压阀23、第一高压泵24、储油罐25、第二高压泵26、气液混合器27、气液分离器28、第二泄压阀29、进气管30、第一控制阀31、第二加砂口32、第二加砂器33、第二流量计34、第二进口压力传感器35、第二测试短接36、第二出口压力传感器37、第二粒度分析仪38、集砂罐39、出口管40、第一排气口41、第二数据采集卡42、第一滤砂器43、第二控制阀44、第三控制阀45、第三高压泵46、第三加砂口47、第三加砂器48、第三流量计49、第三进口压力传感器50、第三测试短接51、第三出口压力传感器52、第三粒度分析仪53、集液罐54、第二排气口55、第二滤砂器56、第四控制阀57、抽油泵58。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明的使用过程为：

1)装置安装过程，测试短接1中固定台阶左侧依次装入第三密封圈9、第三防砂筛网6、第二密封圈8、第二防砂筛网5、第一密封圈7、第一防砂筛网4，然后将第一密封盖2、第 二密封盖3装于第一测试短接1两端，将第一密封盖2上的第一螺栓11、第二螺栓12拧紧，使螺栓端部与第一防砂筛网4接触，并且在拧紧的过程中防砂筛网与密封圈接触后起到密封的作用。第二测试短接36、第三测试短接51的结构和防砂筛网、密封圈、密封盖与螺栓的连接方式与第一测试短接1相同。空气压缩机21连接到储气罐22，储气罐22连接到第一高压泵24，储油罐25连接到第二高压泵26，第一高压泵24与第二高压泵26都连接到气液混合器27，在气液混合器27与第一测试短接1之间的管线上连接有第一进口压力传感器13、第一流量计15和第一加砂器，在第一测试短接1与气液分离器28之间的管线上连接有第一出口压力传感器14，第一粒度分析仪20。进气管30连接到第二测试短接36，在进气管30到第二测试短接36之间连接有第一控制阀31、第二加砂器33、第二流量计34和第二进口压力传感器35，第二测试短接36的出口管40连接到集砂罐39，出口管上连接第二出口压力传感器37和第二粒度分析仪38。气液分离器28底部有一出口，出口与第三测试短接51之间连接有第一滤砂器43、第二控制阀44、第三高压泵46、第三加砂器48、第三流量计49和第三进口压力传感器50，第三测试短接51的出口管线连接到集液罐54，出口管线之间连接有第三出口压力传感器52和第三粒度分析仪53。集液罐54底部有一出口连接第二滤砂器56、第四控制阀57，第一滤砂器43与第二控制阀44之间为一三通连接，第三控制阀45所在管线连接到抽油泵58与第四控制阀57之间管线，抽油泵58连接到储油罐25。第一加砂器16、第一流量计15、第一进口压力传感器13、第一出口压力传感器14与第一粒度分析仪的数据采集线均连接到第一数据采集卡18，第二加砂器33，第二流量计34、第二进口压力传感器35、第二出口压力传感器37、第二粒度分析仪38、第三加砂器48、第三流量计49、第三进口压力传感器50、第三出口压力传感器52和第三粒度分析仪53的数据采集线均连接到第二数据采集卡42，第一数据采集卡和第二数据采集卡42均连接到计算机19，所采集的数据在计算机上实时存储与显示。

2)进入冲蚀过程，打开空气压缩机21，关闭第一泄压阀23与第二泄压阀29，打开第一控制阀31与第二控制阀47，关闭第三控制阀45与第四控制阀57，第一数据采集卡18、计算机19、第一粒度分析仪20、第二粒度分析仪38和第三粒度分析仪53，将实验用的砂粒从第一加砂口、第二加砂口和第三加砂口加入，加砂速率打开第一高压泵24、第二高压泵26和第三高压泵46，根据实验要求，调节高压泵的排量。经过第一高压泵加压后的气体和第二高压泵加压后的液体进入气液混合器27，气体和液体充分混合后携带第一加砂器中的砂粒进入第一测试短接1，对防砂筛网进行冲蚀，第一流量计15和第一进口压力传感器13采集流量和第一测试短接1的进口压力，携带砂粒的气液混合物通过防砂筛网后进入气液分离器28，第一出口压力传感器14和第一粒度分析仪20采集出口压力和气液混合物中的砂粒粒度， 含砂气液混合物进入气液分离器28后，气体进入进气管30，气体携带第二加砂器33中的砂粒进入第二测试短接36，对第二测试短接36中的防砂筛网进行冲蚀，第二流量计34和第二进口压力传感器35采集气体流量和第二测试短接36的进口压力，携带砂粒的气体通过防砂筛网后进入集砂罐39，砂粒沉入集砂罐底部，气体从第一排气口41排出，第二出口压力传感器37和第二粒度分析仪38采集出口压力和气体中的砂粒粒径。在气液分离器28中分离出的含砂液体经过第一滤砂器43后，液体中的砂粒被过滤出，纯液体经过第三高压泵加压后携带第三加砂器48中的砂粒进入第三测试短接51，对第三测试短接51中的防砂筛网进行冲蚀，第三流量计49和第三进口压力传感器50采集液体流量和第三测试短接51的进口压力，携带砂粒的液体通过防砂筛网后进入集液罐54，集液罐54中液体增多，集液罐中的气体从第二排气口排出，当集液罐54中的液体快满时打开第四控制阀57和抽油泵58，将集砂罐54中的液体抽至储油罐25，第二滤砂器56过滤出集液罐54中出来的液体中的砂粒。若只进行纯气体冲蚀实验，该装置可以同时进行两组气体冲蚀实验，只需打开空气压缩机21、第一高压泵24、第一加砂器16、第一控制阀，关闭第一泄压阀23、第二泄压阀29、第二控制阀44和第三控制阀45，其它相应的流程与三组同时进行的实验相同。若只进行一组纯气体冲蚀实验，只需打开空气压缩机21、第一高压泵24、第一加砂器16和第二泄压阀29，关闭第一控制阀31、第二控制阀44和第三控制阀45，其它相应的流程与三组同时进行的实验相同。若进行两组纯液体冲蚀实验，只需打开第二高压泵26、第一加砂器16、第二泄压阀29、第三高压泵46、第二控制阀44和第四控制阀57，关闭第一控制阀31，当集液罐54中的液体快满时，打开抽油泵58将集液罐54中的液体抽至储油罐25，其它相应的流程与三组同时进行的实验相同。若只进行一组纯液体冲蚀实验，只需打开第二高压泵26、第一加砂器16、第二泄压阀29、第三控制阀45，关闭第一控制阀31、第二控制阀44、第四控制阀57，若气液分离器28中的液体快满时，打开抽油泵58，将气液分离器28中的液体抽至储油罐25，其它相应的流程与三组同时进行的实验相同。实验中的各个进口压力传感器、出口压力传感器、流量计和粒度分析仪所采集的数据均传递到数据采集卡，数据采集卡再将数据信号传递给计算机19，计算机19将会实时存储与显示所采集的数据。

3)在进行冲蚀实验的过程中，3个粒度分析仪若测得的砂粒粒度超过防砂筛管的挡砂精度时，即认为防砂筛网发生冲蚀破坏，破坏前的实验时间就是在相应流量、压力下的抗冲蚀程度。