一种充气管道排水采气实验装置的制作方法

1.本发明涉及气田开发的定向井排水采气领域，具体涉及一种充气管道排水采气实验装置。


背景技术：

2.在天然气开发的过程中，当产气量不足时，气井中会产生积水，目前对于定向井排水采气的研究不如垂直井成熟，一个重要原因便是缺少合理的实验装置。
3.现有的几种实验装置中，都具有一定的局限性，具体如下：
4.第一种实验装置，包括上下两段模拟筒体，上段模拟筒体为固定段模拟筒体，固定段模拟筒体用于模拟定向井直井段,下段模拟筒体可调段模拟筒体，可调段模拟筒体用于模拟定向井定向段，两段模拟筒体通过柔性连接筒密封连接，固定段模拟筒体顶部的筒口连接有排泡管，可调段模拟筒体底部的筒口安装有直通式玻璃节门，所述直通式玻璃节；这个技术方案并不符合定向井井身结构特征，不能够为定向井的排水采气研究、工艺优化和现场作业提供可靠的理论依据,使用有较大的局限性。
5.第二种实验装置，包括上段模拟筒体和下段模拟筒体，还包括中段模拟筒体，所述上段模拟筒体为用于模拟定向井直井段油管和套管的双层筒体，所述中段模拟筒体为用于模拟定向井造斜段的可塑性模拟筒体，所述下段模拟筒体为用于模拟定向井产层段的单层筒体，上段模拟筒体、中段模拟筒体和下段模拟筒体依次密封连接；这个技术方案并没有模拟造斜段油管，调整造斜段套管倾角不方便，并没有装置用于控制油管居中。
6.第三种实验装置，实验主体管采用透明有机玻璃管，管段可拆卸更换不同管径玻璃管，可以通过改变支架的倾角来模拟定向井不同角度气－水两相携液临界气流速测试实验；该装置还存在较多缺点，其中较为明显的是没有区分油管与套管，与井筒差距较大。
7.综上所述，目前的实验装置均由刚性管来模拟套管、油管等井筒管道，存在两个主要弊端：一是长度有限的刚性井筒只能在平面内模拟直井、定向井、水平井，而实际井筒轴线是一条空间曲线，因此刚性实验井筒难以模拟实际井筒形态；二是刚性管道重量大，拆装不方便，需要长期占用实验室空间。


技术实现要素：

8.为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种充气管道排水采气实验装置，可以适应不同的井筒，并且拆装方便，节省空间。
9.本发明提供了一种充气管道排水采气实验装置，包括套管、油管、定向弯头和定位机构；
10.所述定向弯头、所述定位机构均设置在所述套管内，所述油管穿过所述定向弯头和所述定位机构，所述定位机构用于控制所述油管保持在所述套管的中心位置，所述定向弯头用于固定所述油管并且可以使得所述油管和所述套管转变方向；
11.所述套管与所述油管均为管壁可充气管道；
12.所述定位机构包括支撑座、移动圈、若干活动架和若干连接杆；
13.所述活动架与所述支撑座连接，所述移动圈与所述支撑座连接，所述连接杆连接所述活动架和所述移动圈；
14.所述油管穿过所述支撑座的内部。
15.进一步地，所述活动架包括滑动杆，所述滑动杆的两端分别设置有顶板和底座，所述顶板的侧端设置有凹槽，所述凹槽内设置有第一安装轴，所述顶板与所述底板均为弧形；
16.所述支撑座为环形管，所述支撑座的管壁上设置有若干个第一导向孔，所述滑动杆穿过所述第一导向孔，所述顶板与所述底座分别位于所述支撑座的内部和外部，所述支撑座的一端设置有若干轴向延伸的导向杆；
17.所述移动圈为环形圈，所述移动圈的外壁上设置有若干个连接座，所述移动圈靠近所述支撑座的一端设置有密封圈，所述连接座上设置有第二导向孔和第二安装轴，所述第二导向孔与所述导向杆滑动连接；
18.所述连接杆的两端分别设置有第一安装孔和第二安装孔，所述第一安装孔与所述第一安装轴转动连接，所述第二安装孔与所述第二安装轴转动连接；
19.所述油管充气后，所述油管的外壁顶推所述活动架沿径向移动，直至所述顶板与所述套管的内壁接触，所述活动架同时拉动所述移动圈朝向所述支撑座移动，直至将所述密封圈压紧变形，所述密封圈与所述油管构成紧密接触。
20.进一步地，所述定向弯头包括第一换向组和与所述第一换向组铰接的第二换向组；
21.所述第一换向组和第二换向组均包括若干个支撑管、固定在所述支撑管的外壁的支撑杆和与所述支撑管的外壁滑动连接的螺杆；
22.所述油管穿过所述支撑管的内部；
23.所述支撑管的外壁上设置有轴向延伸的第三导向孔，所述螺杆穿过所述第三导向孔；
24.所述第一换向组的支撑杆与所述第二换向组的支撑杆铰接，所述第一换向组的螺杆与所述第二换向组的螺杆铰接；
25.在所述螺杆上设置有螺母，可通过旋转所述螺母使得所述第一换向组的螺杆与所述第二换向组的螺杆发生相对转动，从而使得所述第一换向组与所述第二换向组相对转动。
26.进一步地，所述第一换向组的端部和所述第二换向组的端部均设置有定位机构。
27.进一步地，所述套管包括第一套管和与所述第一套管连接的第二套管；
28.所述第一套管的上端设置有第一法兰盘，所述第一套管的下端设置有第二法兰盘，所述第二套管的上端设置有第三法兰盘，所述第二套管的下端设置有第四法兰盘，所述第二法兰盘与所述第三法兰盘通过螺栓连接；
29.所述第一套管的管壁上设置有穿透所述管壁的第一充气口，所述第一充气口用于为所述套管与所述油管之间的空隙充气。
30.进一步地，还包括井口密封盘，所述井口密封盘包括第五法兰盘、穿过所述第五法兰盘中心设置的排气管和设置在所述排气管下端部的第一连接部，所述第一连接部与所述油管密封连接；
31.所述第五法兰盘与所述第一法兰盘通过螺栓连接。
32.进一步地，所述油管包括第一油管和与所述第一油管连接的第二油管；
33.所述第一油管的上端设置有第二连接部，所述第一油管的下端设置有第三连接部，所述第二油管的上端设置有第四连接部，所述第二油管的下端设置有第五连接部；
34.所述第二连接部与所述第一连接部密封连接，所述三连接部与所述第四连接部密封连接。
35.进一步地，还包括井底部，所述井底部包括第六法兰盘、设置在所述第六法兰盘底部的第六连接部、穿过所述第六法兰盘中心设置的注气管和穿过所述第六法兰盘设置的注水管，所述注气管、所述注水管、所述油管、所述套管与所述油管之间的空隙通过所述第六连接部同时连通；
36.所述第六法兰盘与所述第四法兰盘通过螺栓连接，所述第六连接部与所述第五连接部密封连接。
37.进一步地，所述第二法兰盘与所述第三法兰盘之间、所述第五法兰盘与所述第一法兰盘之间、所述第六法兰盘与所述第四法兰盘之间均设置有密封圈。
38.进一步地，所述第二连接部与所述第一连接部之间、所述三连接部与所述第四连接部之间、所述第六连接部与所述第五连接部之间均采用螺纹连接，同时设置密封结构。
39.本发明的技术方案具有以下优点：
40.(1)设置有定向弯头，可以根据需要调整套管和油管的角度，从而可以模拟不同角度的定向井。
41.(2)套管和油管均为管壁可充气管道，便于安装和拆卸，在拆卸后，也可以节省存放空间。
42.(3)具有结构简单、成本较低的特点。
附图说明
43.图1为本发明实施例的充气管道排水采气实验装置的结构示意图；
44.图2为本发明实施例的充气管道排水采气实验装置的剖视图；
45.图3为本发明实施例的定位机构的结构示意图；
46.图4为本发明实施例的定位机构的结构示意图；
47.图5为本发明实施例的活动架的结构示意图；
48.图6为本发明实施例的移动圈的结构示意图；
49.图7为本发明实施例的支撑座的结构示意图；
50.图8为本发明实施例的连接杆的结构示意图；
51.图9为本发明实施例的定向弯头的结构示意图；
52.图10为本发明实施例的井底部的结构示意图；
53.图11为本发明实施例的充气管道排水采气实验装置的结构示意图。
54.附图标记说明：套管1；第一套管11；第一法兰盘111；第二法兰盘112；第一充气口113；充气通道114；第二套管12；第三法兰盘121；第四法兰盘122；
55.油管2；第一油管21；第二连接部211；第三连接部212；第二油管22；第四连接部221；第五连接部222；
56.井口密封盘3；第五法兰盘31；排气管32；第一连接部33；
57.井底部4；第六法兰盘41；第六连接部42；注气管43；注水管44；
58.定向弯头5；第一换向组51；第二换向组52；支撑管53；支撑杆54；螺杆55；第三导向孔56；螺母57；
59.定位机构6；支撑座61；第一导向孔611；导向杆612；移动圈62；连接座621；第二导向孔622；第二安装轴623；密封圈624；活动架63；滑动杆631；顶板632；底座633；凹槽634；第一安装轴635；连接杆64；第一安装孔641；第二安装孔642；钢架7。
具体实施方式
60.为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种充气管道排水采气实验装置做进一步详细的描述。
61.如图1和图2所示，本实施例提供了一种充气管道排水采气实验装置，包括套管1、油管2、定向弯头5和定位机构6；
62.定向弯头5、定位机构6均设置在套管1内，油管2穿过定向弯头5和定位机构6，定位机构6用于控制油管2保持在套管1的中心位置，定向弯头5用于固定油管2并且可以使得油管2和套管1转变方向；
63.套管1与油管2均为管壁可充气管道。
64.进一步说明，套管1和油管2均为管壁可充气管道，套管1和油管2均包括内层和外层，内层与外层之间的夹层为充气通道114，向充气通道114内充气，使得套管1和油管2充气后管壁膨胀，变为管道，该设计具有便于安装的特点，拆卸后，也可以节省存放空间。
65.进一步说明，油管2穿过定向弯头5，通过定向弯头5可以控制油管2转换方向并且使得油管2固定在套管1的内部，不会随意移动，也可以固定套管1并使其转变方向，从而使其可以适应不同角度的定向井；定位机构6可以控制油管2保持在套管1的中心位置，并且当油管2充气后可以固定在定位机构6上，当油管2放气后自动放开。
66.如图3、图4所示，本实施例中，定位机构6包括支撑座61、移动圈62、若干活动架63和若干连接杆64；
67.活动架63与支撑座61连接，移动圈62与支撑座61连接，连接杆64连接活动架63和移动圈62；
68.油管2穿过支撑座61的内部；
69.进一步说明，油管2穿过支撑座61的内部，支撑座61和活动架63用于将油管2固定在支撑座61的中间，使得油管2不会在套管1的内部随意晃动，从而影响实验。
70.如图5所示，活动架63包括滑动杆631，滑动杆631的两端分别设置有顶板632和底座633，顶板632的侧端设置有凹槽634，凹槽634内设置有第一安装轴635，顶板632与底板均为弧形；
71.进一步说明，顶板632和底板设置为弧形，顶板632用于支撑套管1，弧形与套管1的内壁相契合，从而使得顶板632可以将套管1支撑起来，并且不会使得套管1改变原来的形状；底座633用于固定油管2，弧形与油管2的外壁、支撑座61的内壁相契合，从而使得底座633可以将油管2固定在支撑座61内，并且不会使得油管2改变原来的形状。
72.进一步说明，顶板632的弧度与底座633的弧度一致，从而可以保证油管2在套管1
的中心位置，不会出现偏离现象。
73.优选地，活动架63采用四个，分别安装在支撑座61的相对的上、下、左、右四个位置上，通过四个活动架63便可以将套管1支撑起来，并使其保持为圆筒的形状，三个活动架63可能会使得套管1保持为三角状，而五个活动架63会造成成本增加，因此四个活动架63是最优的选择。
74.进一步说明，活动架63安装在支撑座61时，靠近导向杆612的那一端设置有凹槽634，其中凹槽634的内部设置有垂直于滑动杆631的第一安装轴635，便于将第一安装轴635与连接杆64连接。
75.如图7所示，本实施例中，支撑座61为环形管，支撑座61的管壁上设置有若干个第一导向孔611，滑动杆631穿过第一导向孔611，顶板632与底座633分别位于支撑座61的外部和内部，支撑座61的一端设置有若干轴向延伸的导向杆612。
76.进一步说明，支撑座61设置为环形管，滑动杆631穿过第一导向孔611，使得顶板632位于支撑座61的外部，底座633位于支撑座61的内部，并且可以与支撑座61的内壁相契合，通过滑动杆631可以使得活动架63可以在第一导向孔611内上下移动，当油管2充气时，底座633受到油管2撑起后的径向力，使得活动架63沿着第一导向孔611向上移动。
77.如图6所示，移动圈62为环形圈，移动圈62的外壁上设置有若干个连接座621，移动圈62靠近支撑座61的一端设置有密封圈624，连接座621上设置有第二导向孔622和第二安装轴623，第二导向孔622与导向杆612滑动连接。
78.优选地，连接座621和导向杆612均设置有四个，连接座621与导向杆612为位置与第一导向孔611的位置相对应。
79.如图8所示，连接杆64的两端分别设置有第一安装孔641和第二安装孔642，第一安装孔641与第一安装轴635转动连接，第二安装孔642与第二安装轴623转动连接；
80.进一步说明，第一安装轴635设置在顶板632的侧端的凹槽634内，第一安装孔641与第一安装轴635转动连接，连接杆64的端部会进入凹槽634的内部，连接杆64的宽度会小于凹槽634的宽度，便于连接杆64在第一安装轴635上转动；
81.第二安装轴623设置在连接座621的端部的开口处，第二安装孔642与第二安装轴623转动连接，连接杆64的另一个端部会进入开口的内部，连接杆64的宽度会小于开口的宽度，便于连接杆64在第二安装轴623上转动。
82.进一步说明，连接杆64用于将支撑座61与移动圈62连接起来，其中当滑动杆631沿着导向孔上下移动时，移动圈62会通过连接杆64带动移动圈62在导向杆612上移动，向靠近支撑座61或远离支撑座61的方向移动。
83.进一步说明，活动架63通过滑动杆631和第一导向孔611与支撑座61连接，移动圈62通过第二导向孔622和导向杆612与支撑座61滑动连接，连接杆64将活动架63与移动圈62连接，其中当底座633受到径向力时，活动架63沿着第一导向孔611的方向向外移动，此时连接杆64会拉动移动圈62沿着导向杆612逐渐向靠近支撑架的方向移动，使得密封圈624会压紧在移动圈62上。
84.油管2充气后，油管2的外壁顶推活动架63沿径向移动，直至顶板632与套管1的内壁接触，活动架63同时拉动移动圈62朝向支撑座61移动，直至将密封圈624压紧变形，密封圈624与油管2构成紧密接触，密封圈624被压紧变形后会卡在油管2上，从而实现油管2定点
防止在定位机构6上随意滑动。
85.如图9所示，本实施例中，定向弯头5包括第一换向组51和与第一换向组51铰接的第二换向组52；
86.第一换向组51和第二换向组52均包括若干个支撑管53、固定在支撑管53的外壁的支撑杆54和与支撑管53的外壁滑动连接的螺杆55；
87.油管2穿过支撑管53的内部；
88.进一步说明，第一换向组51与第二换向组52铰接，使得第一换向组51与第二换向组52之间可以转动，根据需要转动至预设的角度，从而可以控制套管1与油管2转变方向，以适应不同及角度的定向井。
89.支撑管53的外壁上设置有轴向延伸的第三导向孔56，螺杆55穿过第三导向孔56；
90.进一步说明，螺杆55穿过第三导向孔56，通过螺杆55上的螺母57可以调节第一换向组51和第二换向组52之间的角度。
91.第一换向组51的支撑杆54与第二换向组52的支撑杆54铰接，第一换向组51的螺杆55与第二换向组52的螺杆55铰接。
92.进一步说明，第一换向组51与第二换向组52之间的支撑杆54通过轴连接，第一换向组51与第二换向组52之间的螺杆55也通过轴连接，可以使得第一换向组51与第二换向组52之间便于转动。
93.在螺杆55上设置有螺母57，可通过旋转螺母57使得第一换向组51的螺杆55与第二换向组52的螺杆55发生相对转动，从而使得第一换向组51与第二换向组52相对转动。
94.进一步说明，当顺时针拧动螺母57时，螺杆55在导向孔中向外滑动，第一换向组51与第二换向组52之间的角度逐渐减小；当逆时针拧动螺母57时，螺杆55在导向孔中向内滑动，第一换向组51与第二换向组52之间的角度逐渐变化，通过拧动螺母57，从而实现调节第一换向组51与第二换向组52之间的角度，从而改变套管1和油管2的方向，实现转向。
95.本实施例中，第一换向组51的端部和第二换向组52的端部均设置有定位机构6。
96.进一步说明，第一换向组51的端部与第二换向组52的端部均设置有定位机构6，该定位机构6与上述的定位机构6为相同结构，用于支撑套管1和固定油管2使用。
97.本实施例中，套管1包括第一套管11和与第一套管11连接的第二套管12；
98.第一套管11的上端设置有第一法兰盘111，第一套管11的下端设置有第二法兰盘112，第二套管12的上端设置有第三法兰盘121，第二套管12的下端设置有第四法兰盘122，第二法兰盘112与第三法兰盘121通过螺栓连接；
99.第一套管11的管壁上设置有穿透管壁的第一充气口113，第一充气口113用于为套管与油管2之间的空隙充气。
100.进一步说明，第一法兰盘111、第二法兰盘112、第三法兰盘121和第四法兰盘122上均设置有四个通孔，其位置相对应，便于第二法兰盘112与第三法兰盘121通过螺栓将第一套管11与第二套管12连接在一起。
101.进一步说明，第一套管11为双层管壁结构，其中双层管壁之间为充气通道114，充气通道114之间设置有充气口，通过充气口向充气通道114内充气，待气体充满充气管道之后，第一套管11便会被气体撑起，成为一个管道。
102.进一步说明，第二套管12也为双层管壁结构，在第二套管12的外壁上设置有相同
的充气口，为第二套管12充气。
103.进一步说明，第一套管11上设置有穿透管壁的第一充气口113，使用空气压缩机第一充气管向套管1与油管2之间的空隙注气，由于油管2和套管1底部联通，注入气体将携带液体从井口喷出，从而模拟排水采气过程。
104.本实施例中，还包括井口密封盘3，井口密封盘3包括第五法兰盘31、穿过第五法兰盘31中心设置的排气管32和设置在排气管32下端部的第一连接部33，第一连接部33与油管2密封连接；
105.第五法兰盘31与第一法兰盘111通过螺栓连接。
106.进一步说明，第五法兰盘31上设置有四个通孔，其位置与第一法兰盘111上的通孔的位置相对应，螺栓穿过通孔，将井口密封盘3与第一法兰盘111连接。
107.进一步说明，第一连接部33与第一油管21的第二连接部211密封连接，使得第一油管21与排气管32联通，便于水和气通过油管2和排气管32一起排出。
108.本实施例中，油管2包括第一油管21和与第一油管21连接的第二油管22；
109.第一油管21的上端设置有第二连接部211，第一油管21的下端设置有第三连接部212，第二油管22的上端设置有第四连接部221，第二油管22的下端设置有第五连接部222；
110.第二连接部211与第一连接部33密封连接，第三连接部212与第四连接部221密封连接。
111.进一步说明，第一油管21的上端与井口密封盘3连接，通过第一连接部33与第二连接部211将第一油管21与井口密封盘3密封连接；第一油管21的下端与第二油管22的上端连接，通过第三连接部212与第四连接部221将第一油管21和第二油管22连接在一起；其中井口密封盘3、第一油管21和第二油管22为密封连接，防止水或者气通过连接部之间的缝隙渗出。
112.进一步说明，采用多段油管2连接和多段套管1连接，可以任意连接多节，更方便调整管道长度。
113.如图10所示，本实施例中，还包括井底部4，井底部4包括第六法兰盘41、设置在第六法兰盘41底部的第六连接部42、穿过第六法兰盘41中心设置的注气管43和穿过第六法兰盘41设置的注水管44，注气管43、注水管44、油管2、套管1与油管2之间的空隙通过第六连接部42同时连通；
114.第六法兰盘41与第四法兰盘122通过螺栓连接，第六连接部42与第五连接部222密封连接。
115.进一步说明，第六连接部42与第六法兰盘41之间通过三个支架连接，使得第六法兰盘41与第六连接部42之间为连通状态；在实验装置工作时，在井底部4设置的有注气管43和注水管44，注气管43模拟气井采气，注水管44用于注水，模拟气井积水，使用空气压缩机从第一充气口113向套管1与油管2之间的空隙注气，由于油管2套管1底部联通，注入气体将携带液体从井口喷出，从而模拟排水采气过程。
116.进一步说明，井底部4与第二油管22的下端连接，通过第六连接部42与第五连接部222将井底部4与第二油管22连接在一起；井底部4与第二套管12的下端连接，通过第六法兰盘41与第四法兰盘122将井底部4与第二套管12连接在一起。
117.本实施例中，第二法兰盘112与第三法兰盘121之间、第五法兰盘31与第一法兰盘
111之间、第六法兰盘41与第四法兰盘122之间均设置有密封圈624。
118.进一步说明，设置密封圈624，用于将相连接的套管1密封，防止在连接处出现水或气渗出的现象。
119.本实施例中，第二连接部211与第一连接部33之间、三连接部与第四连接部221之间、第六连接部42与第五连接部222之间均采用螺纹连接，同时设置密封结构。
120.进一步说明，密封结构优先采用生料带，将其缠在螺纹与螺纹孔的连接处，从而实现密封。
121.如图11所示进一步说明，实验装置还包括钢架7，套管1、油管2、定向弯头5和定位机构6均安装在钢架7上。
122.实验装置的安装、拆卸及实验过程
123.安装过程
124.首先将第一油管21的第二连接部211与井口密封盘3上的第一连接部33连接，将定向弯头5和定位机构6组装好，拧动定向弯头5上的螺母57，将定向弯头5调整至所需要的角度，将定位机构6装入未充气的第一套管11中，将未充气的第一油管21穿过定向弯头5和定位机构6，向第一套管11、第一油管21充气，此时定位机构6定点抱死会将第一油管21固定，将第二油管22分别与第一油管21和井底部4连接，向第二油管22充气，将第二套管12与第一套管11通过法兰连接，将第二套管12套在第二油管22的外面，向第二套管12充气，将第二套管12与井底部4的法兰连接，完成安装。
125.拆卸过程
126.将第一套管11和第二套管12放气，将二者之间的法兰拆开，将第一油管21与第二油管22之间的接箍拧开，将第一套管11与井口密封盘3之间的法兰拆开，取下第一管，将第一油管21和第二油管22放气，依次取下定向弯头5和定位机构6，完成拆卸。
127.实验过程
128.实验过程中从注气管43注气模拟井底产气，从注水管44注水模拟井底产水，当井中积水时，从第一充气口113注气，模拟排水采气，最后将水和气一起从排气管32排出。
129.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
130.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。