气井出砂检测实验装置的制作方法

本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种气井出砂检测实验装置。

背景技术：

含砂多相管流广泛的存在石油、化工、冶金等各个行业中，在线表征含砂多相管流中的砂粒信息对保证含砂管流安全、高效生产意义重大。由于多相管流流动规律复杂，尚有大量的科学问题有待深入研究并解决，而含砂管流中固相颗粒的可视化技术是加快基础科学问题解决进程的有效工具。

现有的含砂多相管流中固相颗粒的可视化系统主要包括聚焦光束反射测量仪和颗粒图像显微镜，然而这两种装备的价格非常的昂贵，且受光学原理限制，需要管道为透明介质。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种可以实现可视化，并可以对各种出砂信号进行校准、优化和规律性探索的气井出砂检测实验装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种气井出砂检测实验装置，包括可提供含砂气流的供气组件，与所述供气组件连接的管道，所述管道上设有至少一个筛网，所述筛网上设有多个可检测振动信号的第一检测件，多个所述第一检测件沿所述筛网的周向方向按预设间隔设置，还包括与多个所述第一检测件电性连接的执行器，以及与所述执行器电性连接的储存器，所述储存器内存有预设程序，该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：对多个所述第一检测件检测的信号中出砂信号的时域信号进行峭度分析和sd表征偏差分析，根据流速和粘度对计算出的峭度和sd表征偏差的计算值进行校验，将校验后的峭度和sd表征偏差的计算值与预设的版图进行比对，赋予砂粒尺寸系数和砂粒形状系数，根据尺寸系数和砂粒形状系数生成相应的三维图像。

作为本发明的进一步优化，该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：求取多个所述第一检测件检测的信号之间的交集频段，对该频段进行滤波从而得到出砂信号。

作为本发明的进一步优化，所述第一检测件为四个，相邻所述第一检测件与所述筛网中心的连接线呈90°夹角。

作为本发明的进一步优化，该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：对四个所述第一检测件检测的信号中出砂信号的时域信号进行rms谱分析，根据流速和粘度进行校验，计算出砂粒的质量和位置坐标。

作为本发明的进一步优化，该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：砂粒的质量m＝k·sa·sh·{[rms]²-(a0+a1·v+a2·v²+a3·v³)}^p-k,其中sa为砂粒尺寸系数，sh为砂粒形状系数k为含量校准因子，a0至a3为流速多项式拟合系数，v为流体平均速度，b为流体介质校准因子。

作为本发明的进一步优化，所述筛网为多个，多个所述筛网的目数沿流体移动方向依次增大。

作为本发明的进一步优化，所述第一检测件为对应于所述筛网设置的多组。

作为本发明的进一步优化，所述管道包括由透明材料制成的观察段，所述筛网设于所述观察段上，还包括设于所述筛网处的聚焦光束反射测量仪。

作为本发明的进一步优化，还包括与所述供气组件连接的第一弯管、第二弯管和第三弯管，以及分别设于所述第一弯管、第二弯管和第三弯管处的第二检测件。

作为本发明的进一步优化，还包括与所述供气组件连接的两个第四弯管，以及设于所述第四弯管处的第三检测件。

本发明所述的气井出砂检测实验装置，通过出砂信号的时域信号进行峭度分析和sd表征偏差分析，根据流速和粘度对计算出的峭度和sd表征偏差的计算值进行校验，将校验后的峭度和sd表征偏差的计算值与预设的版图进行比对，赋予砂粒尺寸系数和砂粒形状系数，根据尺寸系数和砂粒形状系数生成相应的三维图像，有效地实现了砂粒的可视化处理，同时，还可以根据需要选择相应目数的筛网，可以有选择性的进行处理。

附图说明

图1为本发明所述气井出砂检测实验装置的结构示意图一；

图2为本发明所述气井出砂检测实验装置的结构示意图二；

图3为本发明筛网处部分结构示意图；

图4为本发明中储存器中预设程序的流程图。

以上各图中，1、供气组件；11、空压机；12、储气罐；13、加砂器；2、管道；21、观察段；22、第一弯管；23、第二弯管；24、第三弯管；25、第四弯管；3、筛网；4、第一检测件；5、执行器；6、储存器；7、第二检测件；8、第三检测件；9、第一采集器；100、第二采集器；110、三通阀；120、聚焦光束反射测量仪；130、流量测量器。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参考图1-4，本发明提出一种气井出砂检测实验装置，包括可提供含砂气流的供气组件1，与所述供气组件1连接的管道2，所述管道2上设有至少一个筛网3，所述筛网3上设有多个可检测振动信号的第一检测件4，多个所述第一检测件4沿所述筛网3的周向方向按预设间隔设置，还包括与多个所述第一检测件4电性连接的执行器5，以及与所述执行器5电性连接的储存器6，所述储存器6内存有预设程序，该预设程序被所述执行器5执行时能够实现以下步骤：对多个所述第一检测件4检测的信号中出砂信号的时域信号进行峭度分析和sd表征偏差分析，根据流速和粘度对计算出的峭度和sd表征偏差的计算值进行校验，将校验后的峭度和sd表征偏差的计算值与预设版图进行比对，赋予砂粒尺寸系数和砂粒形状系数，根据尺寸系数和砂粒形状系数生成相应的三维图像。

本发明所述的气井出砂检测实验装置，通过对出砂信号的时域信号进行峭度分析和sd表征偏差分析，根据流速和粘度对计算出的峭度和sd表征偏差的计算值进行校验，将校验后的峭度和sd表征偏差的计算值与预设的版图进行比对，赋予砂粒尺寸系数和砂粒形状系数，根据尺寸系数和砂粒形状系数生成相应的三维图像，有效地实现了气井中砂粒的可视化处理，同时，还可以根据需要选择相应目数的筛网3，可以有选择性的进行处理。

需要说明的是，所述供气组件1用于提供含砂的气体即可，可根据需要选用相应的设备或接口，本实施例中，是以室内实验为例，所述供气组件1包括空压机11，与所述空压机11连接的储气罐12，以及与所述储气罐12连接的加砂器13，根据需要调整所述储气罐12的气压以及砂粒的含量，从而调整气体的流量和含砂量，所述空压机11根据所述储气罐12的气压选择供气或者停止，所述储存器6中的预设版图可根据经验设置，也可根据室内实验制作，即单独进行砂粒碰撞试验信号的计算分析，然后根据实验砂粒的尺寸和形状与计算值制作相应的版图，所述第一检测件4为加速度传感器，根据需要选择振动传感器或者声音传感器。

上述计算过程中，峭度采用如下计算公式进行计算：sd表征偏差计算如下：

砂粒的时域信号fi的标准偏差可以表示为：

式中，平均振动信号可以表示为:

式中，n为时域信号的长度。

需要说明的是，本实施例中，所述第一检测件4通过第一采集器9与所述执行器5电性连接，从而实现多通道的采集，此外，还可以通过连接放大器、滤波器实现信号的放大和初步滤波等功能，此外，该计算过程中的流速和粘度可通过流量测量器130进行检测，并将该数据实时的传给所述执行器5。

继续参考图4，该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：求取多个所述第一检测件4检测的信号之间的交集频段，对该频段进行滤波从而得到出砂信号，此处进行操作时，所述执行器5会将多个所述第一检测件4检测的信号转为频域信号，随后对比选取多个所述第一检测件4检测的信号中的交集频段，随后进行带通滤波的方式进行过滤去噪，将提取出出砂特征信号。

参考图3，本实施例中，所述第一检测件4为四个，相邻所述第一检测件4与所述筛网3中心的连接线呈90°夹角，即如图3所示，四个所述第一检测件4成十字对置的排布方式设于所述筛网3的周边上，通过如卡箍、螺栓等形式固定在所述筛网3上，构成坐标系的形式，上述设置使得该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：对四个所述第一检测件4检测的信号中出砂信号的时域信号进行rms谱分析，根据流速和粘度进行校验，计算出砂粒的质量和位置坐标，计算过程如下：

对四个所述第一检测件4检测信号中提取的出砂特征信号的时域信号进行rms谱分析，参考图3，四个所述第一检测件4因为为十字相对设置，其构成平面坐标系，以上端的所述第一检测件4为1号，沿顺时针依次为2号、3号和4号其rms-xg,rms-yg分别如下：rms-x1＝0，rms-y1＞0；rms-x2＜0,rms-y2＝0；rms-x3＝0，rms-y3＜0；rms-x4＞0,rms-y4＝0，然后以流速、粘度为基础校验因子：

砂粒的质量m＝k·sa·sh·{[rms]²-(a0+a1·v+a2·v²+a3·v³)}^p-k,其中k为含量校准因子，a0至a3为流速多项式拟合系数，v为流体平均速度，b为流体介质校准因子；

砂粒的位置坐标为(xg,yg)，其中，

参考图1，所述筛网3为多个，多个所述筛网3的目数沿流体移动方向依次增大，所述第一检测件4为对应于所述筛网3设置的多组，从而可以根据需要分级别的测量砂粒的数量和大小，更加易于分别测量，并可以将计算的结果与筛网3的孔隙大小进行比对，本实施例中，所述筛网3为7个，7个筛网3的目数由左至右分别是：80目、100目、150目、170目、200目、250目、325目，在对100目的筛网3上的信号进行计算和检测时，其尺寸必然满足小于80目的筛网3的孔隙大小，通过上述方式进行验证，有效保证了计算异常的情况发生。

进一步的，所述管道2包括由透明材料制成的观察段21，所述筛网3设于所述观察段21上，还包括设于所述筛网3处的聚焦光束反射测量仪120，通过所述聚焦光束反射测量仪120的测量并与计算结果进行比对，从而可以保证计算结果的准确性并及时进行调整。

进一步参考图2，还包括与所述供气组件1连接的第一弯管22、第二弯管23和第三弯管24，以及分别设于所述第一弯管22、第二弯管23和第三弯管24处的第二检测件7，所述第二检测件7，上述设置可以对不同类型弯头处的出砂信号对比，为不同类型弯头处的传感器安装方式提供支撑，此外，还包括与所述供气组件1连接的两个第四弯管25，以及设于所述第四弯管25处的第三检测件8，上述设置可为出砂量检测模型提供必要的校准系数，最终提高混合出砂量的检测精度。

参考图3，本实施例中，所述第一弯管22、第二弯管23和第三弯管24依次顺序连接，所述第一弯管22为90度弯管，所述第二弯管23为t型弯管，所述第三弯管24为直角弯管；两个所述第四弯管25顺次连接，所述供气组件1通过三通阀110分别与所述第一弯管22和所述第四弯管25连通，所述观察段21通过三通阀110分别与所述第三弯管24和所述第四弯管25连通，从而实现选择性的将所述第一弯管22、第二弯管23、第三弯管24和第四弯管25连通来进行不同工况的验证和校准，或将第四弯管25与所述观察段21连通，在出砂信号提取时进行进一步校准。

需要说明的是，所述第二检测件7和所述第三检测件8通过第二采集器100与所述执行器5连接，从而实现多通道信号的采集与信号的计算。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。