一种测试高产油气井完井管柱振动屈曲的实验装置的制作方法

本发明涉及流体力学和气井安全监测领域，是一种测试高产油气井完井管柱振动屈曲的实验装置。

背景技术：

高产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，管柱的振动问题是极其重要的研究内容。

技术实现要素：

本发明的目的在于油气井完井管柱在通过高速流体时剧烈振动，在达到某个临界产量时管柱发生屈曲，在此临界产量基础上，进一步开展高产气井完井管柱振动屈曲实验，通过屈曲实验获得不同产量下完井管柱发生屈曲时与尾管之间的接触力，以进一步研究完井管柱的振动屈曲磨损以验证理论模型。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种测试高产油气井完井管柱振动屈曲的实验装置，包括以下安装步骤：

s1、将空气压缩机（2），缓冲罐（3），合适量程的调压阀（4）连接好。将管柱（6）装入尾管模型（12）中，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、将微小压力传感器（14）按照整个管柱（6）长度分为一共6层，每层6个，相邻两层错位10度，均匀螺旋分布在整个管柱（6）上；

s3、用带螺纹的橡胶封隔器（13）将管柱（6）固定在有机玻璃尾管模型（12）正中，保证管柱（6）和尾管模型（12）之间在通过高速流体时也不会松动错位；

s4、将尾管模型（12）螺旋固定在固定装置（7）上。将液压杆（20）和固定装置（7）铰接，使可以通过液压杆（20）调节井身斜度；

s5、将摄像机固定杆（10）焊接在固定装置（7）上，在预定位置安装好摄像机（11）。

s6、将水泵（16）与水池（15）连接，水泵（16）另一端与管柱（6）连接，管柱（6）环路接到水池（15），构成液态流体回路；

s7、将调压阀（4），气压表（5），阀门（17）安装在气体支路管柱（6）上，将阀门（17），流速计（18）安装在液体支路管柱（6）上，用三通（21）将气体回流支路和液体回流支路的管柱（6）连接；

s8、用电缆（19）将电脑（1），空气压缩机（2），摄像机（11），微小压力传感器（14），水泵（16）连接起来，实现数据传输，指令传送；

s9、调节好摄像机（11）位置使之和管柱（6）上的六层应变片（10）所在的位置对应；

s10、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；

s11、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；

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种测试高产油气井完井管柱振动屈曲的实验装置，进行气态流体对完井管柱振动屈曲影响实验时，它包括以下实验步骤：

s1、开始实验，关闭液态流体回路上的两个阀门（17），打开气态流体回路上的阀门（17）。s2、启动空气压缩机（2），通过调压阀（4）将流速调整至实验设计的流速，待流速稳定后，启动微小压力传感器（14），采集管柱（6）上螺旋均匀分布的36个点的变形数据；

s3、采集10分钟以上的微小压力传感器（14）和摄像机（11）实验数据，关闭微小压力传感器（14），关闭摄像机（11），关闭空气压缩机（2）；

s4、清零相关数据。

s5、重复步骤（2），启动空气压缩机（2），通过调压阀（4）将流速调整至实验设计的新一组流速，待流速稳定后，启动微小压力传感器（14），采集管柱（6）上螺旋形分布的36个点的变形数据；依次进行下一组实验；

s6、进行实验数据处理，通过微小压力传感器（14）和摄像机（11）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、振幅以及管柱（6）各个点和尾管模型挤压，摩擦力的大小等。

进行液态流体对完井管柱振动屈曲影响实验时，它包括以下实验步骤：

s1、则打开液态流体回路上的两个阀门（17），关闭气态流体回路上的阀门（17）。

s2、启动水泵（16），调节阀门（17），观察流速计（18），将流速调整至实验设计的流速，待流速稳定后，启动微小压力传感器（14），采集管柱（6）上螺旋均匀分布的36个点的变形数据；

s3、采集10分钟以上的微小压力传感器（14）和摄像机（11）实验数据，关闭微小压力传感器（14），关闭摄像机（11），关闭空气压缩机（2）；

s4、、清零相关数据。

s5、重复步骤s2~s4，依次进行下一组实验；

若需要将井身斜度因素加入实验时，调节液压杆（20），使装置管道部分呈设定角度，然后分别重复液态流体和气态流体对完井管柱振动屈曲影响实验的步骤，得到井斜与流速的正交实验数据。进行实验数据处理，通过微小压力传感器（14）和摄像机（11）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、振幅以及管柱（6）各个点和尾管模型挤压，摩擦力的大小等。

所述管柱（6）有两条回路，通过开关阀门（17），将管柱（6）系统分为气态流体回路和液态流体回路。

所述液压杆（20）能使装置管道部分呈设定角度，得到井斜与流速的多组正交实验数据。

所述微小压力传感器（14）按照整个管柱（6）长度分为一共6层，每层6个，相邻两层错位10度，均匀螺旋分布在整个管柱（6）上。

所述固定装置（7）与摄像机固定杆（10）为焊接固定。

所述尾管模型（12）两端为镶合金端，焊接在固定装置（7）上；

本发明具有以下优点：

1、采用液压杆（20）能使装置管道部分呈设定角度，得到井斜与流速的多组正交实验数据，节省空间，便于安装。

2、管柱（6）有两条回路，通过开关阀门（17），将管柱（6）系统分为气态流体回路和液态流体回路，巧妙实用。

3、微小压力传感器（14）按照整个管柱（6）长度分为一共6层，每层6个，相邻两层错位10度，均匀螺旋分布在整个管柱（6）上，管柱（5）振动屈曲时，数据采集更充分更全面。

附图说明

图1-装置整体结构图；

图2-管柱剖视图；

图3-管柱俯视图；

图4-管柱二维线框正视图；

图5-出口端细节图；

图6-尾管模型固定细节图；

图中：1-电脑，2-空气压缩机，3-缓冲罐，4-调压阀，5-气压表，6-管柱，7-固定装置，8-桁架，9-旋紧夹持器，10-摄像机固定杆，11-摄像机，12-尾管模型，13-封隔器，14-微小压力传感器，15-水池，16-水泵，17-阀门，18-流速计，19-电缆，20-液压杆，21-三通。

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1~5所示，一种测试高产油气井完井管柱振动屈曲的实验装置，包括电脑（1），空气压缩机（2），缓冲罐（3），调压阀（4），气压表（5），管柱（6），固定装置（7），桁架（8），旋紧夹持器（9），摄像机固定杆（10），摄像机（11），尾管模型（12），封隔器（13），微小压力传感器（14），水池（15），水泵（16），阀门（17），流速计（18），电缆（19），液压杆（20），三通（21）。空气压缩机（2）连接缓冲罐（3），调压阀（4），气压表（5），以及阀门（17），流速计（18）安装在管柱（6）上。固定装置（7）和桁架（8）为一体结构，桁架（8）上有旋紧夹持器（9），用以固定尾管模型（12）。摄像机固定杆（10）上安装摄像机（11），摄像机固定杆（10）焊接在固定装置（7）上。将带螺纹的橡胶封隔器（13）将管柱（6）固定在有机玻璃尾管模型（12）正中，保证管柱（6）和尾管模型（12）之间在通过高速气流时也不会松动错位。微小压力传感器（14），螺旋形分布在管柱（6）上。水池（15），水泵（16），阀门（17），流速计（18），管柱（6）组成液态流体回路。电缆（19）传输数据以及发出指令。液压杆（20）调节井身斜度。

如图1所示，一种测试高产油气井完井管柱振动屈曲的实验装置，进行气态流体对完井管柱振动屈曲影响实验时，它包括以下实验步骤:

s1、开始实验，关闭液态流体回路上的两个阀门（17），打开气态流体回路上的阀门（17）。s2、启动空气压缩机（2），通过调压阀（4）将流速调整至实验设计的流速，待流速稳定后，启动微小压力传感器（14），采集管柱（6）上螺旋均匀分布的36个点的变形数据；

s3、采集10分钟以上的微小压力传感器（14）和摄像机（11）实验数据，关闭微小压力传感器（14），关闭摄像机（11），关闭空气压缩机（2）；

s4、清零相关数据。

s5、重复步骤s2~s4，启动空气压缩机（2），通过调压阀（4）将流速调整至实验设计的新一组流速，待流速稳定后，启动微小压力传感器（14），采集管柱（6）上螺旋形分布的36个点的变形数据；依次进行下一组实验；

s6、打开液态流体回路上的两个阀门（17），关闭气态流体回路上的阀门（17）。

s7、启动水泵（16），调节阀门（17），观察流速计（18），将流速调整至实验设计的流速，待流速稳定后，启动微小压力传感器（14），采集管柱（6）上螺旋均匀分布的36个点的变形数据；

s8、采集10分钟以上的微小压力传感器（14）和摄像机（11）实验数据，关闭微小压力传感器（14），关闭摄像机（11），关闭空气压缩机（2）；

s9、清零相关数据。

s10、重复步骤s1，依次进行下一组实验；

s11、进行实验数据处理，通过微小压力传感器（14）和摄像机（11）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、振幅以及管柱（6）各个点和尾管模型挤压，摩擦力的大小等。

进行液态流体对完井管柱振动屈曲影响实验时，它包括以下实验步骤：

s1、则打开液态流体回路上的两个阀门（17），关闭气态流体回路上的阀门（17）。

s2、启动水泵（16），调节阀门（17），观察流速计（18），将流速调整至实验设计的流速，待流速稳定后，启动微小压力传感器（14），采集管柱（6）上螺旋均匀分布的36个点的变形数据；

s3、采集10分钟以上的微小压力传感器（14）和摄像机（11）实验数据，关闭微小压力传感器（14），关闭摄像机（11），关闭空气压缩机（2）；

s4、、清零相关数据。

s5、重复步骤s2~s4，依次进行下一组实验；

s11、进行实验数据处理，通过微小压力传感器（14）和摄像机（11）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、振幅以及管柱（6）各个点和尾管模型挤压，摩擦力的大小等。

当需要将井身斜度因素加入实验时，调节液压杆（20），使装置管道部分呈设定角度，然后分别重复液态流体和气态流体对完井管柱振动屈曲影响实验的步骤，得到多组井斜与流速的正交实验数据。

如图2图3图4所示，微小压力传感器（14）按照整个管柱（6）长度分为一共6层，每层6个，相邻两层错位10度，均匀螺旋分布在整个管柱（6）上，数据采集更充分。

如图5所示，管柱（6）系统分为气态流体回路和液态流体回路，进行气态流体对完井管柱振动屈曲影响实验时，关闭液态流体回路上的两个阀门（17），打开气态流体回路上的阀门（17），进行液态流体对完井管柱振动屈曲影响实验时，打开液态流体回路上的两个阀门（17），关闭气态流体回路上的阀门（17）。

如图6所示，桁架（8）与尾管模型（12）用与尾管模型（12）接触部分为橡胶的旋紧夹持器固定。