球塞气举的实验装置及实验方法与流程

1.本发明涉及石油勘探开发技术领域，特别涉及气举采油领域中一种球塞气举的实验装置及实验方法。


背景技术：

2.气举采油是一种常用的采油方法之一。目前，应用连续气举排液方式油气井的举升效率通常较低，为进一步提高油气藏采收率的技术瓶颈。其核心问题是气举排液过程中液体滑脱损失严重，造成井底回压增高，需要增大注气量维持生产。
3.工程上，为减少液体滑脱损失可采用柱塞气举间歇生产方式，单个举升过程的举升效率有所提高，但举升间歇又降低了生产时效，同时伴有生产压力波动，给生产现场造成了工程制约。
4.另一种提高气举采收率的方法是采用球塞气举方式进行生产。球塞气举是一种新型高效的气举采油或井筒排液方式，可作为连续气举后期的接替工艺，提高举升效率。而近密度球塞技术是球塞气举的发展趋势，近密度球塞气举技术主要应用与气井产出液密度相同或相近的高分子球塞，通过地面球塞注入系统(油套环空或双管)注入井底气液界面下方的液相介质中；因球塞与产出液密度差值小(可达到《0.001g/cm3)，球塞将呈近悬浮状态随液相运动，在球塞表面黏附阻力的作用下进入举升管柱，从而在举升通道中近密度球塞作为气液两相间的固体界面，实现了举升管柱中稳定的段塞流状态，举升中可有效防止液体回落，明显降低气液相间的滑脱损失，降低了举升压力，提高其举升效率。但是，因为近密度球气举技术是一种新兴技术，影响球塞举升效率的因素并没有研究清楚，现场油气井油井举升、气井排液采气的工程中出现的很多问题，无法及时分析和处理。
5.鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复实验设计出一种球塞气举的实验装置及实验方法，以期解决现有技术存在的问题。


技术实现要素：

6.本发明提出一种球塞气举的实验装置及实验方法，可用来模拟球塞气举的系统举升效率，评价影响球塞举升效率的关键影响因素，为近密度球塞气举的工程设计提高理论设计依据。
7.为达到上述目的，本发明提出一种球塞气举的实验装置，其中，所述球塞气举的实验装置包括输入管柱、举升管柱和输出管柱，所述输出管柱设置在所述输入管柱上方，所述举升管柱设置在所述输入管柱和所述输出管柱之间，且所述举升管柱的两端分别与所述输入管柱和所述输出管柱能拆卸地密封连接，所述输入管柱上安装有投球机构，所述投球机构向所述输入管柱内投入球塞，所述输出管柱上安装有球塞收集机构，所述球塞收集机构回收举升后的所述球塞。
8.如上所述的球塞气举的实验装置，其中，所述输入管柱的一端与所述举升管柱相连接，所述输入管柱的另一端通过输水管线与水箱相连接。
9.如上所述的球塞气举的实验装置，其中，所述输水管线上还连通有气体注入管线，所述气体注入管线的一端与所述输水管线相连接，所述气体注入管线的另一端与气源相连接。
10.如上所述的球塞气举的实验装置，其中，所述气体注入管线上设置有气体流量计和注入气体压力传感器。
11.如上所述的球塞气举的实验装置，其中，所述输入管柱内还设置有单流阀，所述单流阀设置在所述投球机构和所述举升管柱之间。
12.如上所述的球塞气举的实验装置，其中，所述举升管柱的上下两端分别设置有球塞出口计时器和球塞入口计时器。
13.如上所述的球塞气举的实验装置，其中，所述举升管柱的上下两端分别设置有上压力传感器和下压力传感器。
14.如上所述的球塞气举的实验装置，其中，所述输出管柱的一端与所述举升管柱相连接，所述输出管柱的另一端安装有背压阀。
15.如上所述的球塞气举的实验装置，其中，所述背压阀外连接有液体流量计。
16.如上所述的球塞气举的实验装置，其中，所述球塞气举的实验装置还包括管柱支架，所述举升管柱能拆卸地安装在所述管柱支架上，所述管柱支架上设置有用于调整举升管柱倾斜角度的角度调节机构。
17.本发明还提出一种球塞气举的实验方法，使用如上所述的球塞气举的实验装置，其中，向所述输入管柱内注入水和气体，并使水和气体依次流经所述举升管柱和所述输出管柱，所述投球机构向所述输入管柱内投入球塞，所述球塞经由举升管柱举升至所述输出管柱，所述球塞收集机构将举升后的所述球塞收回，记录注入所述输入管柱的水的流量和压力、注入所述输入管柱的气体的流量和压力、由所述输出管柱流出的水的流量和压力。
18.与现有技术相比，本发明提出一种球塞气举的实验装置及实验方法具有如下特点和优点：
19.本发明提出的球塞气举的实验装置及实验方法，可用来模拟球塞气举的系统举升效率，评价影响球塞举升效率的关键影响因素，进而可以研究球塞气举工艺设计中的各影响因素对举升过程的影响，进而为球塞气举工程设计提高理论设计指导。
附图说明
20.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
21.图1为本发明提出的球塞气举的实验装置的结构示意图。
22.附图标记说明：
23.100、球塞气举的实验装置；
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10、输入管柱；
24.11、单流阀；
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20、举升管柱；
25.21、球塞入口计时器；
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22、球塞出口计时器；
26.23、下压力传感器；
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24、上压力传感器；
27.30、输出管柱；
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40、投球机构；
28.50、球塞回收机构；
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60、输水管线；
29.70、水箱；
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80、气体注入管线；
30.81、气体流量计；
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82、注入气体压力传感器；
31.90、背压阀；
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91、液体流量计。
具体实施方式
32.结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。
34.请参考图1，本发明提出一种球塞气举的实验装置100，该球塞气举的实验装置100包括输入管柱10、举升管柱20和输出管柱30，输出管柱30设置在输入管柱10上方，举升管柱20设置在输入管柱10和输出管柱30之间，且举升管柱20的两端分别与输入管柱10和输出管柱30能拆卸地密封连接，输入管柱10上安装有投球机构40，投球机构40向输入管柱10内投入球塞，输出管柱30上安装有球塞收集机构50，球塞收集机构50回收举升后的球塞。
35.本发明还提出了一种球塞气举的实验方法，使用如上所述的球塞气举的实验装置100，其中，向输入管柱10内注入液体和气体，并使液体和气体依次流经举升管柱20和输出管柱30，投球机构40向输入管柱10内投入球塞，球塞经由举升管柱20举升至输出管柱30，球塞收集机构50将举升后的球塞收回，记录注入输入管柱10的液体的流量和压力、注入输入管柱10的气体的流量和压力、及由输出管柱30流出的液体的流量和压力。
36.本发明提出的球塞气举的实验装置及实验方法，可用来模拟球塞气举的系统举升效率，评价影响球塞举升效率的关键影响因素，进而可以研究球塞气举工艺设计中的各影响因素对举升过程的影响，进而为球塞气举工程设计提高理论设计指导。
37.在本发明中，球塞为近密度球塞，其与气井产出液密度相同或相近。
38.在本发明中，投球机构40按照设定频率将球塞投入输入管道10中；投球机构40可以具有储球功能；投球操作完成后，输入管道10内的压力与投球机构40内的压力为两个独立的压力系统环境。
39.球塞收集机构50将输出管柱30中的球塞进行回收，从输出管柱中捕获；收球操作完成后，输出管柱30内的压力系统与球塞收球机构压力为两个独立的压力系统环境。
40.在本发明一个可选的实施方式中，输入管柱10的一端与举升管柱20相连接，输入管柱的另一端通过输水管线与水箱70相连接。
41.在该实施方式一个可选的例子中，水箱70为恒压水箱，以向输入管柱10提供恒压水流。水箱70内可以设置有水位计，以测量由恒压水箱70注入输入管柱10内的水量。
42.在该实施方式一个可选的例子中，输水管线上还连通有气体注入管线80，气体注入管线80的一端与输水管线相连接，气体注入管线80的另一端与气源相连接。通过哦气体
注入管线80可将气体注入输水管线中，再经由输水管县进入输入管柱中，对球塞进行气举。
43.在一个可选的例子中，气体注入管线80上设置有气体流量计81和注入气体压力传感器82。
44.在本发明一个可选的例子中，输入管柱10内还设置有单流阀11，单流阀11设置在投球机构40和举升管柱20之间。单流阀11能够保障举升管柱中气相、液相实验工作液的单向流动，已便于实验计量。
45.在本发明一个可选的例子中，举升管柱20的上下两端分别设置有球塞出口计时器22和球塞入口计时器21，以记录球塞经过举升管柱20的时间。
46.在本发明一个可选的例子中，举升管柱20的上下两端分别设置有上压力传感器24和下压力传感器23，以记录举升管柱20上下两端的压差。
47.在本发明一个可选的实施方式中，输出管柱30的一端与举升管柱20相连接，输出管柱30的另一端安装有背压阀90。通过背压阀90可设置实验装置出口端的实验压力，以考虑实验过程中压力因素对实验过程的影响。
48.在该实施例一个可选的例子中，背压阀90外连接有液体流量计91，以测量由输出管柱30流出的液体的流量。
49.在本发明一个可选的实施方式中，球塞气举的实验装置100还包括管柱支架(图中未示出)，举升管柱20能拆卸地安装在管柱支架上，管柱支架上设置有用于调整举升管柱20倾斜角度的角度调节机构。采用上述结构，实验时，举升管柱20可以是竖直设置也可以是倾斜设，以评价不同井斜角对球塞气举效率的影响。
50.在本发明一个可选的例子中，举升管柱20为透明的亚克力管柱，以便更好的观察球塞的举升情况。
51.在本发明一个可选的实施方式中，球塞气举的实验装置100还包括测量数据采集系统101，液体流量计91、气体流量计81、注入气体压力传感器82、球塞入口计时器21、球塞出口计时器22、下压力传感器23；上压力传感器24、投球机构30、球塞收集机构40均与测量数据采集系统101电连接，测量数据采集系统101收集各实验数据，并控制投球机构30、球塞收集机构40的运动。
52.在本发明中，举升管柱20的两端分别与输入管柱10和输出管柱能拆卸地连接，使得举升管柱20更加适于更换，可以使用不同内径、不同内壁面粗糙度、不同耐压等级的举升管柱进行实验，以评价上述因素对举升效率的影响。
53.在本发明中，还可以更换不同直径的球塞、不同表面粗糙度的球塞，也可以改变球塞的投球频率，以评价上述因素对举升效率的影响。
54.需要说明的是，可评价的球塞气举举升效率影响因素包括：近密度球塞的球塞密度、举升流体物性、球塞配合间隙、举升管柱粗糙度、球塞表面粗糙度、投球频率、气举压差、井斜角、注汽量变化、产液量变化等。可以设计为仅改变上述一种影响因素、而其它影响因素不变的形式进行实验，以进一步研究不同影响因素对气举的举升系统效率的影响，指导现场油气井油井举升、气井排液采气的工程设计与计算分，析为近密度球塞气举工程设计提高理论设计指导。
55.针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在
不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。