一种适用于高气液比油井的有杆抽油系统实验装置及方法与流程

本发明属于有杆抽油系统领域，适用于模拟高气液比油井抽油，尤其涉及一种适用于高气液比油井的有杆抽油系统实验装置及方法。

背景技术：

石油作为现代工业的血液，其重要作用不言而喻，但随着开采的深入，国内许多油田进入了中后期，在采用衰竭式开发或注气开发时，部分具有低产液量、高气液比的特点，造成气液比高的原因主要有两种：一种是经过多年持续开发，地层压力的下降造成油层内脱气，井筒内气液比上升，出现了大批低压、高气油比井，如吐哈油田统计的753口抽油机采油井中气液比高于200m³/m³的井达到621口，中原文东油田486口井中108口存在着不同程度气体影响；另一种是低渗透油田针对水驱难以有效开发的难题，通常采用注气驱来提高采收率，当注入气体突破采油井后，井筒出现较高气液比，如大庆榆树林油田开展二氧化碳驱油试验气窜后，生产井气液比迅速提高，最高的井气液比达到789m³/m³。这些油田由于产液量低，气液比高，在抽汲时总是气液两相同时进泵，气体的进泵必然降低进入泵内的液体量，减小泵的充满系数，导致抽油泵泵效下降，严重时发生气锁，造成关井停产。如不采取有效的措施，必然导致采油系统效率降低，对油田开发投资的经济性产生较大影响。

国内外主要是从两个方面来处理机抽井含气量高导致泵效降低的问题：利用气锚阻止气体进泵和利用防气泵降低进泵气体的影响。

目前国内外现有研究应用中，对不同类型防气泵的泵效和气锚的分气效率均无定量描述，且适用的气液比界限未知；常规泵难以适应高气液比条件，气液混抽泵与防气泵如何评价等问题。

因此，必须摸清各类气锚和防气泵的适用气液比界限，以及各类防气泵耦合气锚使用的界限。

为此，本发明提供一种适用于高气液比油井的有杆抽油系统实验装置及方法，该套实验装置由动力供应及传递设备、气液供应设备、数据测控及采集设备和实验管柱及防气装置试样组成。该方法包括：在该实验中，空气压缩机将压缩后的空气输送至储气罐，从而保证整个实验系统的稳定供气；注气管线将储气罐与实验管柱底部相连，注液管线将柱塞式计量泵与实验管柱底部相连，两者通过气体涡轮流量计和液体涡轮流量计来调节注入管柱底部的实验气液比；直线抽油机带动防气泵做往复运动，将气液混合物吸入气锚进行气液分离，并抽汲到油管中；压力传感器、温度传感器和气体流量计采集测试数据，并由数据采集器记录、传输至计算机。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于高气液比油井的有杆抽油系统实验装置及方法，旨在必须摸清各类气锚和防气泵的适用气液比界限，以及各类防气泵耦合气锚使用的界限，最终得到各气锚、防气泵和气锚耦合防气泵的适用气液比界限，为高气液比油井生产提供更有效的指导。

本发明是这样实现的，一种适用于高气液比油井的有杆抽油系统实验装置及方法，该套实验装置由动力供应及传递设备、气液供应设备、数据测控及采集设备和实验管柱及防气装置组成。该方法包括：在该实验中，空气压缩机将压缩后的空气输送至储气罐，从而保证整个实验系统的稳定供气；注气管线将储气罐与实验管柱底部相连，注液管线将柱塞式计量泵与实验管柱底部相连，两者通过气体涡轮流量计和液体涡轮流量计来调节注入管柱底部的实验气液比；直线抽油机带动防气泵做往复运动，将气液混合物吸入气锚进行气液分离，并抽汲到油管中；压力传感器、温度传感器和气体流量计采集测试数据，并由数据采集器记录、传输至计算机，最终得到各气锚、防气泵和气锚耦合防气泵的适用气液比界限，为高气液比油井生产提供更有效的指导。

其中，动力供应及传递设备主要包括微型直线抽油机、抽油机控制柜、油芯钢丝绳、地轮、天轮、抽油杆、加重杆；为了给整个防气泵提供一个往复运动，研发了一台实验用微型直线抽油机，微型直线抽油机由一台三相交流电动机提供动力，驱动两级减速皮带轮运动，控制柜可通过参数设置面板设置冲程、冲次等基本参数、显示柱塞当前位置、运行时间等过程参数；通过手动/自动旋钮切换抽油机运动模式；通过手动控制按钮控制柱塞向上或向下运动；通过变频器上/断电按钮对变频器进行控制，地轮和天轮负责钢丝绳的转向，绕过地轮的钢丝绳与抽油机动力输出的钢丝绳相连接，抽油杆通过吊卡与绕过天轮的钢丝绳相连接，通过井口的盘根盒与油管头形成密封。

其中，气、液供应设备包括由柱塞计量泵和进水阀门组成供液系统，柱塞计量泵可通过调节冲程长度和改变电机频率控制流量，空气由一台bk系列喷油螺杆式空气压缩机供应，该压缩机最大排气压力0.8mpa，公称容积流量6m³/min。为了确保供气平稳，本发明为空气压缩机配套了储气罐，其最大工作压力为1.2mpa，容积为1500l。、

其中，数据测控及采集设备由无纸记录仪、涡轮流量计和液体涡轮流量计完成。压力、温度测试由压力、温度传感器完成，传感器上引出的电缆，将采集到的信号传输至数据采集器，测试的压力、温度、气体流量、液体流量等参数均通过采集器自动采集，再传输到计算机，便于对测试数据的分析和记录。

其中，实验测试管柱主要采用可视化的有机玻璃管材来模拟套管和油管，模拟套管尺寸为外径140mm，壁厚10mm，其最大承压0.4mpa，套管之间采用法兰连接；油管尺寸为外径74mm，壁厚6mm，为方便油管的拆卸，安装井下工具，油管之间的连接采用直螺纹接头连接；地面气液分离管柱主要由有机玻璃管材构成。防气泵抽汲的气液混合物经气液进口进入地面气液分离管柱，沿中心管抵达管柱底部，气液两相在重力的作用下分离，气相经顶部出气口输出到气体流量计来计量气体流量，液相经出液口输出到液体流量计来计量液体流量。

其中，防气装置主要包括各类防气泵和气锚实物，实验过程中可根据需要随意更换防气装置。

附图说明

图1是一种适用于高气液比油井的有杆抽油系统实验装置流程图；

1-液体流量泵，2-进液阀，3、25-液体流量计，4-空气压缩机，5-气罐，6-进气阀，7、24-气体流量计、8、11-压力计，9-防气装置，10-套管，11-抽油杆，12-油管，13-盘根盒，14-钢丝绳，15-天轮，16-直线电机，18-电源，19-控制柜，20-外管，21-中心管，22-出液阀，23-出气阀，26-无纸记录仪，27-高速摄像仪，28-井口装置，29-地面气液分离器，蓄水池-30，计算机31。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，图1是本发明一种适用于高气液比油井的有杆抽油系统实验装置流程图。

该套实验装置由动力供应及传递设备、气液供应设备、数据测控及采集设备和实验管柱及防气装置组成。该方法包括：在该实验中，空气压缩机将压缩后的空气输送至储气罐，从而保证整个实验系统的稳定供气；注气管线将储气罐与实验管柱底部相连，注液管线将柱塞式计量泵与实验管柱底部相连，两者通过气体涡轮流量计和液体涡轮流量计来调节注入管柱底部的实验气液比；直线抽油机带动防气泵做往复运动，将气液混合物吸入气锚进行气液分离，并抽汲到油管中；压力传感器、温度传感器和气体流量计采集测试数据，并由数据采集器记录、传输至计算机。

实验介质为空气和水，气体由空气压缩机提供，储存在储气罐，通过进气阀6和气体流量计7进入套管10，通过调节阀调节气体流量，气体流量由气体流量计通过电缆传送给无纸记录仪26，无纸记录仪记录气体流量。液体流量泵1将蓄水池30中的水泵送到套管10，通过液体流量计3计量水的流量，进液阀2调节液体流量，液体流量由液体流量计传送给无纸记录仪26。

气体和水进入套管环空，形成动液面，打开电源18，由控制柜19设置目标的冲程、冲次，控制直线电机16，通过钢丝绳14由天轮15带动抽油杆10经过盘根盒13做往复运动，给防气装置8提供抽吸力，气液进入防气装置后，经过上部油管12由井口装置28进入地面气液分离器29，其中气体由外管20连接出气阀23和气体流量计24排出，液体由中心管21连接出液阀22和液体流量计25排入蓄水池30，整个实验过程由高速摄像仪27记录，并存入计算机31。实验过程中的入口气、液流量分别由液体流量计3和气体流量计7测量，出后气、液流量分别由液体流量计23和气体流量计24测量，井底压力由压力计8测量，井口压力由压力计11测量；所有数据均由物质记录仪30记录，保存至计算机31。

安装气锚，可进行气锚分气效率模拟实验。

安装防气泵，可进行防气泵泵效模拟实验。

将防气泵和气锚耦合，可开展气锚耦合防气泵防气效果实验研究。

所述整个实验管柱均为可视有机玻璃管。压力传感器、温度传感器和气体流量计采集测试数据，并由数据采集器记录、传输至计算机。

本发明还提供一种适用于高气液比油井的有杆抽油系统实验方法，包括如下步骤：

(1)将防气装置安装到实验架中，打开压缩机输出阀门，使用压缩机将压缩空气输送至储气罐保存。

(2)为更好的观察实验现象，向水箱中注入红墨水；打开模拟井底的进液阀门，并根据液体流量计调节进液流量；打开模拟井底的进气阀门，并根据气体流量计调节进气流量，从而确定实验气液比。

(3)打开模拟井口的套管阀门、油管阀门，模拟井口。

(4)闭合微型直线抽油机开关，设定冲程、冲次，将控制柜上的手动/自动旋钮切换到自动状态。

(5)当测得的压力无异常的跳跃时，记录地面气液分离管柱液体流量计显示值、气体流量计显示值和模拟井底进气口气体流量计显示值。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

1)整个实验管柱为透明有机玻璃管，便于观察环空动液面位置，方便实验调至稳定状态，高速摄像仪可记录下不同气液比下，气锚的分气过程，以及气体进泵的情况；

2)各套管与人工井底之间采用法兰连接，可以任意更换人工井底位置，以敏感不同沉没度对泵效的影响；

3)为方便油管的拆卸，安装防气装置，油管之间的连接采用直螺纹接头连接；

4)地面气液分离管柱使得气液两相在重力的作用下分离，气相经顶部出气口输出到气体流量计来计量气体流量，液相经出液口输出到液体流量计来计量液体流量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。