專利名稱:油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及油井設(shè)備領(lǐng)域,具體地指一種油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置。
技術(shù)背景[0002]目前,研究油、氣、水不同比例的三相混合液對井下作業(yè)工具的影響一直是一個難 題,其深入研究、實驗和檢測需要一套基礎(chǔ)的實驗、標(biāo)定裝置平臺及環(huán)境支持。油氣水三相 流環(huán)境模擬裝置既推動了油氣水三相流計量技術(shù)的發(fā)展,又解決了實際生產(chǎn)中遇到的難 題。其作用主要是研究油、氣、水在不同生產(chǎn)狀態(tài)下對井下作業(yè)工具的影響,即井筒內(nèi)流體 的流動狀態(tài)、溫度、壓力、粘度、持率、滑脫速度等多種因素與流量和井下作業(yè)工具的對應(yīng)關(guān) 系。由于不同油田的油井角度不同,本領(lǐng)域技術(shù)人員開發(fā)出了能夠模擬多種油井環(huán)境的模 擬裝置,但是,現(xiàn)有的模擬裝置在使用時需要大量的管路進行連通,且這種模擬裝置的內(nèi)部 空間有限,大量的管路太占空間,所以顯得捉襟見肘。同時,油井在建造過程中某些部位可 能因為某些原因?qū)е戮跓o法完全阻擋井壁外的石油,致使井壁以外的石油可能會從井壁 外滲漏到油井內(nèi),而現(xiàn)有的模擬裝置缺乏對這種情況的模擬。發(fā)明內(nèi)容[0003]本實用新型的目的就是要提供一種結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省管路、能夠模擬石油從井壁外 滲漏到油井內(nèi)的油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置。[0004]為實現(xiàn)上述目的,本實用新型所設(shè)計的一種油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置,包 括井架和垂直于井架的井架旋轉(zhuǎn)軸,所述井架旋轉(zhuǎn)軸兩端固定在井架基座上,所述井架兩 側(cè)沿其軸向固定有井筒,所述井架前端設(shè)有混合罐,所述混合罐的輸出端通過管道與井筒 的內(nèi)腔相連,所述井架后端設(shè)有液壓缸,所述液壓缸的兩端分別與井架和固定座鉸接相連, 所述旋轉(zhuǎn)軸呈中空結(jié)構(gòu),其一端向中間延伸設(shè)置有油管,其另一端向中間延伸設(shè)置有水管, 所述油管和水管互不相通;所述油管外側(cè)設(shè)有進油口,所述油管內(nèi)側(cè)設(shè)有出油口 ;所述水 管外側(cè)設(shè)有進水口,所述水管內(nèi)側(cè)設(shè)有出水口 ;所述進油口和進水口分別通過管狀固定耳 座與外界的輸入管相連,所述管狀固定耳座安裝在井架基座上;所述出油口和出水口分別 與混合罐的輸入端相連。[0005]作為優(yōu)選方案,所述井筒上設(shè)有混合器,所述混合器為包括內(nèi)筒和外筒的雙筒體 結(jié)構(gòu),所述內(nèi)筒與井筒的筒壁尺寸一致,所述外筒兩端與內(nèi)筒兩端之間設(shè)有環(huán)狀密封板,從 而在外筒與內(nèi)筒之間形成封閉腔室,所述封閉腔室中部設(shè)有將其分為上腔室和下腔室的環(huán) 形隔板,所述環(huán)形隔板設(shè)有斷口 ;所述上腔室的內(nèi)筒筒壁設(shè)有蜂窩狀通孔,所述下腔室的外 筒筒壁設(shè)有進油接頭和進水接頭,所述上腔室的外筒筒壁設(shè)有進氣接頭,所述進氣接頭出 口處設(shè)有消聲器。[0006]進一步地,所述井架底部設(shè)有夾軌器以及與夾軌器配合的導(dǎo)軌,所述夾軌器具有 位于導(dǎo)軌兩側(cè)的兩個軌夾,兩個軌夾頂部通過銷軸相連,兩個軌夾的一端設(shè)有固定板,所述 固定板與井架底部相連,所述軌夾底部前后兩端各設(shè)有兩個導(dǎo)輪,所述導(dǎo)輪與導(dǎo)軌側(cè)面相配合;所述導(dǎo)軌為一段圓弧。[0007]再進一部地,所述兩個軌夾底部中間設(shè)有雙向螺桿,所述雙向螺桿一端穿過兩個 軌夾底部,所述雙向螺桿另一端設(shè)有使軌夾與導(dǎo)軌松緊配合的手輪。[0008]更進一部地,所述井架頂部設(shè)有電動葫蘆,所述電動葫蘆上分別設(shè)有碳刷和光電 編碼器,電動葫蘆的吊繩由從內(nèi)向外依次布置的信號電纜、絕緣層和承載鋼纜組成。[0009]本實用新型的工作原理是這樣的將井架旋轉(zhuǎn)軸作為管路輸送液體,高效地利用 了井架旋轉(zhuǎn)軸,節(jié)省管路,大大減小了結(jié)構(gòu)體積。[0010]當(dāng)油和水分別從進油接頭和進水接頭進入到混合器下腔室時,油和水在下腔室流 動過程中充分混合,在壓力作用下通過斷口進入上腔室,并與從上腔室的進氣接頭進來的 空氣充分混勻,最后通過上腔室的內(nèi)筒筒壁的蜂窩狀通孔向井筒內(nèi)滲漏,以便更真實地模 擬油井中的滲漏。[0011]當(dāng)井架跟隨井架旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時,井架底部通過夾軌器和導(dǎo)軌配合,使井架在轉(zhuǎn)動 時能保持平穩(wěn)而不抖動;當(dāng)井架在工作人員所需的角度停止時,通過轉(zhuǎn)動手輪帶動雙向螺 桿轉(zhuǎn)動,使兩個軌夾在銷軸的導(dǎo)向下向中間運動從而夾緊導(dǎo)軌,以便保證在液壓缸失效的 情況下,井架仍然靜止,從而保證現(xiàn)場安全。[0012]電動葫蘆設(shè)有碳刷和光電編碼器,碳刷與由信號電纜、絕緣層和承載鋼纜組成的 吊繩連接,不僅可以帶動井下作業(yè)工具在井筒內(nèi)上下移動,同時光電編碼器可以反映井下 作業(yè)工具在井筒中的位置,而信號電纜將井下作業(yè)工具的信號傳遞到碳刷,通過碳刷將信 號顯在儀表柜上。[0013]本實用新型的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省管路,大大減小了結(jié)構(gòu)體積,能夠模擬石 油從井壁外滲漏到油井內(nèi)的情況,避免了井架在轉(zhuǎn)動時不穩(wěn)定的情況,并保證了現(xiàn)場安全, 能夠更準(zhǔn)確地知悉井下作業(yè)工具的情況。
[0014]圖1為一種油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖;[0015]圖2為圖1的左視結(jié)構(gòu)示意圖;[0016]圖3為圖1中旋轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)示意圖;[0017]圖4為圖1中旋轉(zhuǎn)軸的端部連接狀態(tài)示意圖;[0018]圖5為圖1中混合器的剖視結(jié)構(gòu)示意圖;[0019]圖6為圖5中的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖;[0020]圖7為圖5中隔板的俯視結(jié)構(gòu)不意圖;[0021]圖8為圖1中夾軌器和導(dǎo)軌配合的主視結(jié)構(gòu)示意圖;[0022]圖9為圖8的左視結(jié)構(gòu)不意圖;[0023]圖10為圖1中電動葫蘆的結(jié)構(gòu)示意圖;[0024]圖11為圖10中吊繩的橫截面放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0025]
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細(xì)描述[0026]參見圖1至圖4,本實用新型的油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置,包括井架1、井架旋轉(zhuǎn)軸2、井架基座3、井筒4、混合罐5、固定座6、液壓缸7、管狀固定耳座8、輸入管9、混合 器10、夾軌器11、導(dǎo)軌12、電動葫蘆13、吊繩14和O型圈15。[0027]所述井架基座3為兩個,均固定于井架I兩側(cè)。所述液壓缸7設(shè)于井架I后端,液 壓缸7兩端分別與井架I和固定座6鉸接相連,從而可使井架I受液壓缸7驅(qū)動繞井架基座 3旋轉(zhuǎn),進而可模擬0°、0°間任意角度的油井(圖中未示出)。所述管狀固定耳座8安裝 在井架基座3上,所述井架旋轉(zhuǎn)軸2呈中空結(jié)構(gòu),與井架I相垂直,其一端向中間延伸設(shè)置 有油管2. 1,其另一端向中間延伸設(shè)置有水管2. 2,所述油管2.1和水管2. 2互不相通;所述 油管2.1外側(cè)設(shè)有進油口 2.1. 1,所述油管2.1內(nèi)側(cè)設(shè)有出油口 2. 1.2 ;所述水管2. 2外側(cè) 設(shè)有進水口 2. 2.1,所述水管2. 2內(nèi)側(cè)設(shè)有出水口 2. 2. 2 ;所述進油口 2.1.1和進水口 2. 2.1 分別通過管狀固定耳座8與外界的輸入管9相連,在井架I的帶動下井架旋轉(zhuǎn)軸2可以相 對于管狀固定耳座8旋轉(zhuǎn),在本實施例中,管狀固定耳座8與進油口 2.1.1和進水口 2. 2.1 相連的外壁上設(shè)有環(huán)槽8.1,所述O型圈15嵌入環(huán)槽8.1內(nèi),起密封作用。所述井筒4固定 于井架I兩側(cè)沿井架I軸向固定,井筒4可隨井架I 一起旋轉(zhuǎn),在本實施例中,井筒4由透明 的有機玻璃制成,以利于觀察井筒4中流體的流形。所述混合罐5設(shè)于井架I前端,混合罐 5的輸出端通過管道(圖中未示出)與井筒4的內(nèi)腔相連,所述混合罐5設(shè)有輸入端,所述出 油口 2.1. 2和出水口 2. 2. 2分別與混合罐5的輸入端相連。當(dāng)開始模擬油井油氣水三相流 環(huán)境時,油和水分別經(jīng)過兩端的進油口 2.1.1和進水口 2. 2.1進入井架旋轉(zhuǎn)軸2,然后通過 出油口 2.1. 2和出水口 2. 2. 2從輸入端進入混合罐5,并與進入混合罐5的空氣充分混勻, 最后通過混合罐5的輸出端進入井筒4的內(nèi)腔。其中,將井架旋轉(zhuǎn)軸2作為管路輸送液體, 高效地利用了井架旋轉(zhuǎn)軸2,節(jié)省了管路,大大減小了結(jié)構(gòu)體積。[0028]所述井筒4上設(shè)有混合器10。參見圖5至圖7,所述混合器10為包括內(nèi)筒10.1 和外筒10. 2的雙筒體結(jié)構(gòu),所述內(nèi)筒10.1與井筒4筒壁的尺寸一致,所述外筒10. 2兩端 與內(nèi)筒10.1兩端之間設(shè)有環(huán)狀密封板10. 3,從而在外筒10. 2與內(nèi)筒10.1之間形成封閉腔 室10. 4,所述封閉腔室10. 4中部設(shè)有將其分為上腔室10. 4.1和下腔室10. 4. 2的環(huán)形隔板 10. 5,所述環(huán)形隔板10. 5設(shè)有連通上腔室10. 4.1和下腔室10. 4. 2的斷口 10. 5. 1,所述上 腔室10. 4.1的內(nèi)筒10.1筒壁設(shè)有蜂窩狀通孔10.1. 1,所述下腔室10. 4. 2的外筒10. 2筒 壁設(shè)有進油接頭10. 6和進水接頭10. 7,所述上腔室10. 4.1的外筒10. 2筒壁設(shè)有進氣接 頭10. 8,所述進氣接頭10. 8出口處設(shè)有消聲器10. 9,所述內(nèi)筒10.1兩個端部分別與相鄰 的井筒4筒壁通過法蘭連接。當(dāng)油和水分別通過外接管道(圖中未示出)由進油接頭10.6 和進水接頭10. 7進入到混合器10的下腔室10. 4. 2時,油和水在下腔室10. 4. 2流動過程 中充分混合,在壓力作用下通過斷口 10. 5.1進入上腔室10. 4.1,并與從上腔室10. 4.1的進 氣接頭10. 8進來的空氣充分混勻,最后通過上腔室10. 4.1的內(nèi)筒10.1筒壁的蜂窩狀通孔 10.1.1向井筒4內(nèi)滲漏,以便更真實地模擬油井中的滲漏。[0029]再參見圖1至圖2,所述夾軌器11設(shè)于井架I底部,夾軌器11與導(dǎo)軌12相配合。 參見圖8至圖9,所述夾軌器11具有位于導(dǎo)軌12兩側(cè)的兩個軌夾11.1,兩個軌夾11.1頂 部通過銷軸11. 2相連,在本實施例中,所述兩個軌夾11.1底部中間設(shè)有雙向螺桿11. 5,所 述雙向螺桿11. 5 一端穿過兩個軌夾11.1底部,雙向螺桿11. 5另一端設(shè)有手輪11. 6,所述 手輪11. 6可使軌夾11.1與導(dǎo)軌12能松緊配合從而防止井架I松動。兩個軌夾11.1的一 端設(shè)有固定板11. 3,所述固定板11. 3與井架I底部相連,所述兩個軌夾11.1底部前后兩端各設(shè)有兩個導(dǎo)輪11. 4,所述導(dǎo)輪11. 4與導(dǎo)軌12側(cè)面相配合。所述導(dǎo)軌12為一段圓弧,其 一端高于另外一端,在本實施例中,所述導(dǎo)軌12為1/4圓弧。當(dāng)井架I跟隨旋轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動 時,井架I底部通過夾軌器11和導(dǎo)軌12配合,使井架I在轉(zhuǎn)動時能保持平穩(wěn)而不抖動。當(dāng) 井架I停在工作人員所需的角度時,盡管液壓缸7也有自鎖功能,仍需要通過轉(zhuǎn)動手輪11. 6 帶動雙向螺桿11. 5轉(zhuǎn)動,使兩個軌夾11.1在銷軸11. 2的導(dǎo)向下向中間運動從而夾緊導(dǎo)軌 12,以便保證在液壓缸7失效的情況下,井架I仍然靜止,從而保證現(xiàn)場安全。[0030]再參見圖1至圖2,所述電動葫蘆13設(shè)于井架I頂部。參見圖10,所述電動葫蘆 13上分別設(shè)有碳刷13.1和光電編碼器13. 2。參見圖11,所述電動葫蘆13的吊繩14由從 內(nèi)向外依次布置的信號電纜14.1、絕緣層14. 2和承載鋼纜14. 3組成。所述吊繩14與碳 刷13.1相連。吊繩14可以帶動井下作業(yè)工具(圖中未示出)在井筒4內(nèi)上下移動,同時光 電編碼器13. 2可以反映井下作業(yè)工具在井筒4中的位置,而信號電纜14.1將井下作業(yè)工 具的信號傳遞到碳刷13. 1,通過碳刷13.1將信號顯示在儀表柜(圖中未示出)上。
權(quán)利要求1.一種油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置,包括井架(I)和垂直于井架(I)的井架旋轉(zhuǎn)軸(2 ),所述井架旋轉(zhuǎn)軸(2 )兩端固定在井架基座(3 )上,所述井架(I)兩側(cè)沿其軸向固定有井筒(4),所述井架(I)前端設(shè)有混合罐(5),所述混合罐(5)的輸出端通過管道與井筒(4) 的內(nèi)腔相連,所述井架(I)后端設(shè)有液壓缸(7),所述液壓缸(7)的兩端分別與井架(I)和固定座(6)鉸接相連,其特征在于所述旋轉(zhuǎn)軸(2)呈中空結(jié)構(gòu),其一端向中間延伸設(shè)置有油管(2. 1),其另一端向中間延伸設(shè)置有水管(2. 2),所述油管(2.1)和水管(2. 2)互不相通; 所述油管(2.1)外側(cè)設(shè)有進油口(2.1. 1),所述油管(2.1)內(nèi)側(cè)設(shè)有出油口(2. 1.2);所述水管(2. 2)外側(cè)設(shè)有進水口(2. 2.1 ),所述水管(2. 2)內(nèi)側(cè)設(shè)有出水口(2. 2. 2);所述進油口 (2.1.1)和進水口(2. 2.1)分別通過管狀固定耳座(8)與外界的輸入管(9)相連,所述管狀固定耳座(8)安裝在井架基座(3)上;所述出油口(2.1. 2)和出水口(2. 2. 2)分別與混合罐(5)的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置,其特征在于所述井筒(4) 上設(shè)有混合器(10),所述混合器(10)為包括內(nèi)筒(10.1)和外筒(10. 2)的雙筒體結(jié)構(gòu),所述內(nèi)筒(10.1)與井筒(4)的筒壁尺寸一致,所述外筒(10. 2)兩端與內(nèi)筒(10.1)兩端之間設(shè)有環(huán)狀密封板(10. 3),從而在外筒(10. 2)與內(nèi)筒(10.1)之間形成封閉腔室(10. 4),所述封閉腔室(10. 4)中部設(shè)有將其分為上腔室(10. 4.1)和下腔室(10. 4.2)的環(huán)形隔板(10. 5), 所述環(huán)形隔板(10. 5)設(shè)有斷口(10. 5.1);所述上腔室(10. 4.1)的內(nèi)筒(10.1)筒壁設(shè)有蜂窩狀通孔(10.1.1),所述下腔室(10. 4. 2)的外筒(10. 2)筒壁設(shè)有進油接頭(10. 6)和進水接頭(10. 7),所述上腔室(10. 4.1)的外筒(10. 2)筒壁設(shè)有進氣接頭(10. 8),所述進氣接頭 (10. 8)出口處設(shè)有消聲器(10. 9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置,其特征在于所述井架(I)底部設(shè)有夾軌器(11)以及與夾軌器(11)配合的導(dǎo)軌(12 ),所述夾軌器(11)具有位于導(dǎo)軌(12)兩側(cè)的軌夾(11. 1),兩個軌夾(11.1)頂部通過銷軸(11. 2)相連,兩個軌夾(11.1) 的一端設(shè)有固定板(11. 3),所述固定板(11. 3)與井架(I)底部相連,所述軌夾(11.1)底部前后兩端各設(shè)有兩個導(dǎo)輪(11. 4),所述導(dǎo)輪(11. 4)與導(dǎo)軌(12)側(cè)面相配合;所述導(dǎo)軌(12) 為一段圓弧。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置,其特征在于所述兩個軌夾(11.1)底部中間設(shè)有雙向螺桿(11. 5),所述雙向螺桿(11. 5)—端穿過兩個軌夾(11.1) 底部,所述雙向螺桿(11. 5)另一端設(shè)有使軌夾(11.1)與導(dǎo)軌(12)松緊配合的手輪(11. 6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置,其特征在于所述井架(I)頂部設(shè)有電動葫蘆(13),所述電動葫蘆(13)上分別設(shè)有碳刷(13.1)和光電編碼器(13.2),所述電動葫蘆(13)的吊繩(14)由從內(nèi)向外依次布置的信號電纜(14.1)、絕緣層(14.2)和承載鋼纜(14.3)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置,其特征在于所述井架(I) 頂部設(shè)有電動葫蘆(13),所述電動葫蘆(13)上分別設(shè)有碳刷(13.1)和光電編碼器(13. 2), 所述電動葫蘆(13)的吊繩(14)由從內(nèi)向外依次布置的信號電纜(14.1)、絕緣層(14. 2)和承載鋼纜(14. 3)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置,其特征在于所述井架(I) 頂部設(shè)有電動葫蘆(13),所述電動葫蘆(13)上分別設(shè)有碳刷(13.1)和光電編碼器(13. 2),所述電 動葫蘆(13)的吊繩(14)由從內(nèi)向外依次布置的信號電纜(14.1)、絕緣層(14. 2)和承載鋼纜(14. 3)組成。
專利摘要本實用新型公開了一種油井油氣水三相流環(huán)境模擬裝置,包括井架、井架旋轉(zhuǎn)軸、井架基座、井筒和混合罐,混合罐的輸出端與井筒的內(nèi)腔相連,井架后端設(shè)有液壓缸,液壓缸的兩端分別與井架和固定座鉸接相連,旋轉(zhuǎn)軸呈中空結(jié)構(gòu),其一端向中間延伸設(shè)置有油管,其另一端向中間延伸設(shè)置有水管,油管和水管互不相通;油管外側(cè)設(shè)有進油口,油管內(nèi)側(cè)設(shè)有出油口;水管外側(cè)設(shè)有進水口,水管內(nèi)側(cè)設(shè)有出水口;進油口和進水口分別通過管狀固定耳座與外界的輸入管相連,管狀固定耳座安裝在井架基座上;出油口和出水口分別與混合罐的輸入端相連。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省管路、能夠模擬石油從井壁外滲漏到油井內(nèi)的情況,可以廣泛應(yīng)用于油井模擬領(lǐng)域。
文檔編號E21B47/10GK202866796SQ20122048783
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者胡火焰, 羅家璘, 曾嶸, 劉豐, 劉剛, 戴青, 齊軍, 唐順杰, 蔡天舒, 何彬, 王軍, 尚波, 傅捷 申請人:武漢海王機電工程技術(shù)公司