一种水平井柱塞静态密封性测试装置及方法

摘要

本发明公开了一种水平井柱塞静态密封性测试装置及方法，主要包括实验架、有机玻璃管、球阀、法兰、柱塞固定装置、柱塞、活扣不锈钢扎带、密封盖、进气口、气体流量计、储气罐、空气压缩机、液体流量计、水泵、水箱。调节实验架至所需角度，关闭所有球阀。打开水泵向有机玻璃管中注入一定量水。打开上端球阀，同时打开储气罐阀门向实验管段注入气体，记录漏失过程的完整时间，待柱塞上部液体全部漏失后停止注气，打开下端球阀测量总漏失量，即可得出总漏失速率。本发明可测量不同类型柱塞在不同井斜角、气量和液量条件下的漏失速率，为水平井柱塞漏失理论模型发展提供实验技术支撑，对优化水平井柱塞举升工艺具有重大现实意义。

说明书

技术领域

本发明涉及气藏柱塞举升排水采气技术领域，特别涉及一种水平井柱塞静态密封性测试装置及方法。

背景技术

天然气是一种优质、高效、清洁的化石能源，对我国经济发展和能源消费结构优化具有重要意义。然而随着气井生产的进行，地层水逐渐突破限制进入井筒，地层压力下降导致井筒中气流速降低。当气流速低于临界携液流速时，即气体无法提供足够的能量将井筒中的液体连续携带出井口，而地层水连续产出，井筒中积液现象慢慢形成。进一步增加气井对储层的回压，限制气井产能，甚至迫使气井完全停产。为了实现持续高效开采，必须对气井实施排水采气工艺措施。

工程中常用柱塞气举方法解决气井积液问题，即柱塞作为一种固体密封界面来分隔液体段塞和高压气体，增强气体对积液的携带能力，提高气体举升效率。目前水平井开采天然气众多，但柱塞气举排水采气工艺在水平井应用过程中，倾斜段由于柱塞重力作用紧靠油管下壁面，使得与油管上壁面形成较大间隙。即直井中的同心圆结构变成了在水平井中的偏心结构，增加举升过程中液体漏失量，降低举液效率。

现有柱塞基于理论分析和数值模拟结果，改变自身结构减少在偏心状态下的漏失量，但柱塞在井筒运移过程中，受气液两相流的影响，漏失过程复杂，导致理论漏失量与现场反馈对比相差较大。为此，需要建立相关的物理模拟实验装置，结合现场实际的柱塞运移特征，测量漏失量，为水平井柱塞漏失理论模型发展提供实验技术支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水平井柱塞静态密封性测试装置及方法，旨在结合柱塞在水平井中运移的真实情况，探究井斜角、气量和液量对柱塞漏失速率的影响，对比不同类型柱塞的密封效果，为水平井柱塞漏失理论模型发展提供实验技术支撑，对优化水平井柱塞举升排水采气工艺具有重大现实意义。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种水平井柱塞静态密封性测试装置，包括：实验架、有机玻璃管、球阀、法兰、柱塞固定装置、柱塞、活扣不锈钢扎带、密封盖、进气口、气体流量计、储气罐、空气压缩机、液体流量计、水泵、水箱；

其中实验架安装于滑轨上，可实现0～90°任意调节。

其中透明有机玻璃管固定于实验架上，可清晰观察实验现象。

其中球阀安装于有机玻璃管上，控制液体排放。

其中柱塞固定装置两端均与有机玻璃管通过法兰连接，便于拆卸更换柱塞。

其中柱塞位于柱塞固定装置内，装置上有限位孔，用活扣不锈钢扎带穿过限位孔固定柱塞。

其中密封盖与柱塞固定装置通过螺纹连接，防止气体和液体从限位孔漏失。

其中进气口位于柱塞固定装置下端有机玻璃管，便于实验注气。

其中空气压缩机、储气罐和气体流量计作为供气系统，可调节实验注气量。

其中水箱、水泵和液体流量计作为供水系统，可调节液柱初始高度。

本发明还公开了上述装置的工作方法，包括：调节实验架1达到实验所需角度，关闭球阀4和球阀12。打开水泵17向有机玻璃管2中注入一定量的水。打开球阀4，同时打开储气罐14阀门从进气口11向实验管段注入气体，记录整个漏失过程的时间，待柱塞7上部液体全部漏失后停止注气，打开球阀12测量总漏失液量，计算出总漏失速率。

本发明的优点在于：

可测量柱塞在不同井斜角、气量和液量条件下的漏失速率，对比不同类型柱塞的密封性，为水平井柱塞漏失理论模型发展提供实验技术支撑，对优化水平井柱塞举升排水采气工艺具有重大现实意义。

附图说明

图1是本发明水平井柱塞静态密封性测试装置流程图。

图2是本发明柱塞固定装置结构示意图。

图3是本发明活扣不锈钢扎带结构示意图。

图4是本发明柱塞结构示意图。

图5是本发明柱塞固定于柱塞固定装置中结构示意图。

图中：1-实验架；2-有机玻璃管；3-液柱；4、12-球阀；5、10-法兰；6-柱塞固定装置；61-限位孔；7-柱塞；8-活扣不锈钢扎带；9-密封盖；11-进气口；13-气体流量计、14-储气罐、15-空气压缩机、16-液体流量计、17-水泵、18-水箱。

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，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至图5所示，一种水平井柱塞静态密封性测试装置，包括：实验架1、有机玻璃管2、球阀4/12、法兰5/10、柱塞固定装置6、限位孔61、柱塞7、活扣不锈钢扎带8、密封盖9、进气口11、气体流量计13、储气罐14、空气压缩机15、液体流量计16、水泵17、水箱18。

实验架1位于滑轨上，可实现0～90°任意调节；有机玻璃管2固定于实验架1上；球阀4位于有机玻璃管2末端；柱塞固定装置6两端通过法兰5和法兰10与有机玻璃管连接；活扣不锈钢扎带8穿过限位孔61将柱塞7捆绑固定；密封盖9与柱塞固定装置6通过螺纹连接；下端有机玻璃管上开设进气口11，末端连接球阀12；气体流量计13、储气罐14和空气压缩机15作为供气系统，从进气口11注气；液体流量计16、水泵17和水箱18作为供液系统，从有机玻璃管6上端注液。

上述装置的工作方法，包括：启动空气压缩机15，使储气罐14中充满气体。清空实验管线中的液体，关闭球阀4和球阀12，调节实验架1达到实验所需角度。利用水泵17将水从水箱18中抽出流经液体流量计16后进入有机玻璃管2，当液柱3高度达到设定值时关闭水泵17。打开球阀4，使液柱3向下回落，同时打开储气罐14阀门从进气口11向实验管段注入气体，在柱塞7与柱塞固定装置6的间隙中会发生气体逃窜和液体漏失，漏失的液体聚积在球阀12上端管道中，记录整个漏失过程。在柱塞8上部液体全部漏失后，关闭储气罐14阀门停止注气，打开球阀12测量总漏失量，并计算出总漏失速率。此外，更换不同类型柱塞8、调整实验架1的角度、调整注气量和液柱3高度，重复上述操作步骤得到不同条件下的漏失速率。

如图2至图5所示，固定柱塞的工作方法，包括：通过限位孔6，将活扣不锈钢扎带8的一端从外部伸进，用镊子伸进柱塞固定装置6夹住活扣不锈钢扎带8，使其从另一个限位孔穿出，即活扣不锈钢扎带8在柱塞固定装置6内形成一个空圈。调整活扣不锈钢扎带8为最松状态，放进柱塞7，收紧活扣不锈钢扎带8以固定柱塞7，最后拧上密封盖9。

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。