一种测试高产气井完井管柱振动的实验装置和实验方法与流程

文档序号:15439151发布日期:2018-09-14 22:34

本发明涉及流体力学和气井安全监测领域,是一种测试高产气井完井管柱振动的实验装置和实验方法。



背景技术:

高产油气井完井管柱是高速气体流通的通道,由于储层供给,流量及压力变化,高产气井气流激励,频繁的开关井作业,在动载荷作用下,管柱发生剧烈振动,严重时甚至会发生油井损坏,油气井安全事故。因此管柱的振动问题是极其重要的研究内容。为了解动载荷作用下,完井管柱的力学性能,能否承受完井作业载荷强度,是否会产生疲劳损坏,本发明对管柱进行模拟实验。



技术实现要素:

一种测试高产气井完井管柱振动的实验装置和实验方法,其特征在于:包括空气压缩机(1),缓冲罐(2),调压阀(3),压力表(4),管柱(5),封隔器(6),固定装置(7),摄像机(8),电脑(9),应变片(10),尾管模型(11),电缆(12),旋紧夹持器(13)。

它包括由摄像机(8),电脑(9),应变片(10),电缆(12)组成的数据采集分析处理系统,由空气压缩机(1),缓冲罐(2),调压阀(3)组成的气流产生装置,由固定装置(7),封隔器(6),尾管模型(11),旋紧夹持器(13)组成的固定整体的结构,由压力表(4),管柱(5)组成的流通结构。

气流产生装置产生固定流速值的气流后,流向压力表(4),管柱(5)组成的流通结构,在管柱(5)两端的压力表(4)可以实时观测到管柱(5)内气压变化,在动载荷作用下,管柱(5)的振动引起应变片(10)产生不同的电流反馈,和摄像机(8)采集到的数据可以通过模态分析法,得到管柱(5)在气流通过时,各个点的振动频率、位移、振幅等。

所述封隔器(6)采用抗冲击效果好的特种橡胶材料,不易变形,抗疲劳性优良,呈内壁外壁都带有螺纹的环状结构。所述压力表(4)安装在管柱(5)首末各一个,监测管内气压大小。所述应变片(10)在管柱上分为四层,每层四个,相邻两层错位22.5度,使之均匀布在整个管柱上。所述尾管模型(11)采用有机玻璃,管柱(5)采用PE材料,尾管模型(11)内壁和管柱(5)外壁首末两端有和封隔器相对应的螺纹,用以固定结构。所述旋紧夹持器(13)在接触尾管模型(11)的地方带有橡胶保护层,减小尾管模型(11)振动引起管柱(5)振动导致的的实验误差。

所述封隔器(6)采用抗冲击效果好的特种橡胶材料,呈内壁外壁都带有螺纹的环状结构。

所述压力表(4)安装在管柱(5)首末各一个,监测管内气压大小。

所述应变片(10)在管柱上分为四层,每层四个,相邻两层错位22.5度,使之均匀布在整个管柱上。

所述尾管模型(11)采用有机玻璃,管柱(5)采用PE材料,尾管模型(11)内壁和管柱(5)外壁首末两端有和封隔器相对应的螺纹,用以固定结构。

所述旋紧夹持器(13)在接触尾管模型(11)的地方带有橡胶保护层,减小尾管模型(11)振动引起管柱(5)振动导致的的实验误差。

本发明的具体组装操作步骤如下:

S1:将固定装置(7)固定在水平面上,将固定装置(7)和尾管模型(11)用在接触尾管模型(11)的地方带有橡胶保护层的旋紧夹持器(13)固定好。

S2:将应变片(10)按照整个管柱(5)长度分为一共四层,每层四个,相邻两层错位22.5度,均匀螺旋分布在整个管柱(5)上。

S3:将管柱(5)放入尾管模型(11)中间,用带螺纹的橡胶封隔器(6)将管柱(5)固定在有机玻璃尾管模型(11)正中,保证管柱(5)和尾管模型(11)之间在通过高速气流时也不会松动错位。

S4:选择合适量程的调压阀(3),将空气压缩机(1)与缓冲罐(2)连接,将调压阀(3)连接在管柱(5)和缓冲罐中间,起到调节气流速度的作用。

S5:将压力表(4)安装在尾管模型(11)外的管柱(5)首末两端各一个,监测管内气压大小。

S6:将高速摄相机(8)安装在电脑(9)和尾管模型(11)中间的合适位置,调节好摄像头高度使之和管柱(5)上的四层应变片(10)所在的高度对应。

S7:用电缆(12)将四个高速摄相机(8)以及应变片(10)两端和电脑(9)连接。

S8:调节好试验环境光源位置,光源光线强弱,使之最有利于摄像机拍摄。

S9:检查整套装置,无遗漏则开机调试,使装置具备采集精确数据的作业状态。

S10:实验之前校准应变片,将数据清零,并启动摄像机,准备采集实验过程中的管柱变形;

S11:启动空气压缩机,通过调压阀将流速调整至实验设计的流速,待流速稳定后,启动应变片,采集管柱上螺旋均匀分布的16个点的变形数据;

S12:采集10分钟以上的应变片和摄像机实验数据,关闭应变片,关闭摄像机,关闭空压机;

S13:清零相关数据。

S14:重复步骤(2),启动空气压缩机,通过调压阀将流速调整至实验设计的新一组流速,待流速稳定后,启动应变片,采集管柱上螺旋形分布的16个点的变形数据;依次进行下一组实验;

S15:进行实验数据处理,通过应变片和摄像机采集的数据可以通过模态分析法得到各个点的振动频率、位移、振幅等。

本发明具有以下优点:

本发明中空气压缩机(1)产生高压气流,经缓冲罐(2)和调压阀(3),能精确输出某固定流速值的气体。

本发明管柱(5)两端有压力表(4),实时监测管内气压大小,以防缓冲罐(2)和调压阀(3)超载荷工作或者损坏后不能正常工作导致的安全事故。

本发明中管柱(5),尾管模型(11),封隔器(6),有配套螺纹,更牢固。

本发明管柱(5)外壁安装应变片(10)采集管柱(5)的微应变,和高速摄相机(8)配合进而模态分析测出管柱(5)的振动频率与变形,数据采集精确及时。

本发明应变片(10)在管柱上分为四层,每层四个,相邻两层错位22.5度,使之螺旋均匀布在整个管柱(5)上,管柱(5)振动时数据采集更充分更全面。

本发明结构简单实用,安装拆卸方便。

附图说明

图1-装置示意图;

图2-管柱俯视图;

图3-管柱二维线框正视图;

图4-装置固定示意图;

图中:1-空气压缩机,2-缓冲罐,3-调压阀,4-压力表,5-管柱,6-封隔器,7-固定装置,8-摄像机,9-电脑,10-应变片,11-尾管模型,12-电缆,13-旋紧夹持器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述,本发明的保护范围不局限于以下所述:

如图1~4所示,一种测试高产气井完井管柱振动的实验装置和实验方法,它包括由摄像机(8),电脑(9),应变片(10),电缆(12)组成的数据采集分析处理系统,由空气压缩机(1),缓冲罐(2),调压阀(3)组成的气流产生装置,由固定装置(7),封隔器(6),尾管模型(11),旋紧夹持器(13)组成的固定整体的结构,由压力表(4),管柱(5)组成的流通结构。

气流产生装置产生固定流速值的气流后,流向压力表(4),管柱(5)组成的流通结构,在管柱(5)两端的压力表(4)可以实时观测到管柱(5)内气压变化,在动载荷作用下,管柱(5)的振动引起应变片(10)产生不同的电流反馈,和摄像机(8)采集到的数据可以通过模态分析法,得到管柱(5)在气流通过时,各个点的振动频率、位移、振幅等。

所述封隔器(6)采用抗冲击效果好的特种橡胶材料,不易变形,抗疲劳性优良,呈内壁外壁都带有螺纹的环状结构。所述压力表(4)安装在管柱(5)首末各一个,监测管内气压大小。所述应变片(10)在管柱上分为四层,每层四个,相邻两层错位22.5度,使之均匀布在整个管柱上。所述尾管模型(11)采用有机玻璃,管柱(5)采用PE材料,尾管模型(11)内壁和管柱(5)外壁首末两端有和封隔器相对应的螺纹,用以固定结构。所述旋紧夹持器(13)在接触尾管模型(11)的地方带有橡胶保护层,减小尾管模型(11)振动引起管柱(5)振动导致的的实验误差。

如图1所示,一种用于实验室模拟测试高产气井完井管柱振动的实验装置有以下几个组装和安装操作步骤和实验方法:

S1:将固定装置(7)固定在水平面上,将固定装置(7)和尾管模型(11)用在接触尾管模型(11)的地方带有橡胶保护层的旋紧夹持器(13)固定好。

S2:将应变片(10)按照整个管柱(5)长度分为一共四层,每层四个,相邻两层错位22.5度,均匀螺旋分布在整个管柱(5)上。

S3:将管柱(5)放入尾管模型(11)中间,用带螺纹的橡胶封隔器(6)将管柱(5)固定在有机玻璃尾管模型(11)正中,保证管柱(5)和尾管模型(11)之间在通过高速气流时也不会松动错位。

S4:选择合适量程的调压阀(3),将空气压缩机(1)与缓冲罐(2)连接,将调压阀(3)连接在管柱(5)和缓冲罐中间,起到调节气流速度的作用。

S5:将压力表(4)安装在尾管模型(11)外的管柱(5)首末两端各一个,监测管内气压大小。

S6:将高速摄相机(8)安装在电脑(9)和尾管模型(11)中间的合适位置,调节好摄像头高度使之和管柱(5)上的四层应变片(10)所在的高度对应。

S7:用电缆(12)将四个高速摄相机(8)以及应变片(10)两端和电脑(9)连接。

S8:调节好试验环境光源位置,光源光线强弱,使之最有利于摄像机拍摄。

S9:检查整套装置,无遗漏则开机调试,使装置具备采集精确数据的作业状态。

S10:实验之前校准应变片,将数据清零,并启动摄像机,准备采集实验过程中的管柱变形;

S11:启动空气压缩机,通过调压阀将流速调整至实验设计的流速,待流速稳定后,启动应变片,采集管柱上螺旋均匀分布的16个点的变形数据;

S12:采集10分钟以上的应变片和摄像机实验数据,关闭应变片,关闭摄像机,关闭空压机;

S13:清零相关数据。

S14:重复步骤(2),启动空气压缩机,通过调压阀将流速调整至实验设计的新一组流速,待流速稳定后,启动应变片,采集管柱上螺旋形分布的16个点的变形数据;依次进行下一组实验;

S15:进行实验数据处理,通过应变片和摄像机采集的数据可以通过模态分析法得到各个点的振动频率、位移、振幅等。

如图2图3所示,整个管柱(5)长度分为一共四层,每层四个应变片,相邻两层错位22.5度,均匀螺旋分布在整个管柱(5)上。

如图4所示,将固定装置(7)和尾管模型(11)用在接触尾管模型(11)的地方带有橡胶保护层的旋紧夹持器(13)固定。

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