一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置及实验方法，包括有蓄水池，蓄水池的下方设有底壳，两个带有推压板的液压缸分别设置在底壳的内侧壁，两个推压板之间设有模拟地层填充材料，模拟地层填充材料中设有测试管，测试管的一端设置在蓄水池内，测试管的另一端设置在底壳的外侧面,测试管的外表面设有应变片，蓄水池外设有储气罐，储气罐和测试管的另一端之间设有使两者连通在一起的输气管，蓄水池外设有第一水泵和第二水泵，第一水泵与蓄水池之间、第二水泵与蓄水池之间分别设有输水管。本发明专利技术的有益效果：测量海洋完井气井管柱所产生的振动和变形的数据，控制管柱的振动和变形，保证海洋油气输送工作的稳定和高效。

An experimental device and method for mechanical properties of marine completion gas production string

【技术实现步骤摘要】
一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置及实验方法
本专利技术涉及天然气开采
，具体涉及一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置及实验方法。
技术介绍
在传统的海洋油气开采技术中，海洋环境中的高产完井气井管柱是高速气体的流通通道，由于海底地层中的地应力环境复杂，同时也由于海洋环境中的洋流作用，海洋完井产气管柱会一定程度上导致自身发生振动和弯曲变形，在振动剧烈和弯曲过度时，容易导致海洋完井产气管柱断裂，不仅无法继续从海底的地层中输送油气，而且增加额外的维修成本，油气泄漏到海洋中导致环境污染，在开采海洋油气的过程中产生极大的负面影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置及实验方法，能够模拟海洋完井气井管柱输送油气的过程，测量海洋完井气井管柱在输送油气的过程中所产生的振动和变形的数据，便于工作人员合理改变海洋完井气井管柱的结构和约束、高速气体的流量，控制海洋完井气井管柱的振动和变形，保证海洋油气输送工作的稳定和高效。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置，包括有蓄水池，蓄水池的下方设有底壳，两个带有推压板的液压缸分别设置在底壳的内侧壁，两个推压板之间设有模拟地层填充材料，模拟地层填充材料中设有测试管，测试管的一端设置在蓄水池内，测试管的另一端设置在底壳的外侧面,测试管的外表面设有应变片，蓄水池外设有储气罐，储气罐和测试管的另一端之间设有使两者连通在一起的输气管，蓄水池外设有第一水泵和第二水泵，第一水泵与蓄水池之间、第二水泵与蓄水池之间分别设有输水管。进一步地，测试管设有第一测试部和第二测试部，第一测试部位于蓄水池中，第二测试部位于模拟地层填充材料中，蓄水池的底部设有第一密封接头，第二测试部的一端通过第一密封接头与第一测试部的一端相互连接，底壳的底部设有第二密封接头，第二测试部的另一端通过第二密封接头与输气管相互连接。进一步地，第一测试部的另一端与蓄水池之间设有固定器，第一测试部的一端与第一密封接头之间、第一测试部的另一端与固定器之间分别设有流体万向接头。进一步地，底壳内设有隔板，液压缸位于隔板的一侧，推压板和模拟地层填充材料位于隔板的另一侧。进一步地，模拟地层填充材料设有若干层，每层模拟地层填充材料的两侧对应于两个带有推压板的液压缸，上下相邻的两个带有推压板的液压缸之间设有液压缸固定架。进一步地，输气管上设有流量计，输气管上设有调节阀。进一步地，蓄水池外设有数据采集仪，数据采集仪与应变片之间设有电缆。一种实验方法，包括以下步骤：步骤一：启动数据采集仪，测试应变片和数据采集仪之间的通信情况，打开调节阀，使储气罐通过输气管往测试管输送气体，检验测试管和输气管的气密性，若是应变片和数据采集仪之间的通信情况、测试管和输气管的气密性都达到实验的标准要求，关闭数据采集仪和调节阀，执行步骤二，否则检查和修理实验装置。步骤二：底壳埋入到土地里，蓄水池和储气罐平整放置在土地的地面上；步骤三：启动第一水泵，利用第一水泵和输水管，往蓄水池内大量注水，在水面达到适合实验的高度之后，关闭第一水泵，停止注水；步骤四：启动带有推压板的液压缸，使液压缸通过推压板对模拟地层填充材料实施推压作用，且液压缸的推动力与实际井下水平地应力相等，模拟海底地层中的地应力环境；步骤五：同时启动第一水泵和第二水泵，第一水泵对蓄水池进行注水工作，第二水泵则对蓄水池进行抽水工作，第一水泵的注水速率和第二水泵的抽水速率保持相等，模拟海洋中的洋流效果；步骤六：打开调节阀，观察流量计，调整调节阀的开度大小使油气的流动压力和流量稳定在合适实验数值，模拟海洋高压产气；步骤七：启动数据采集仪，采集应变片的变形数据，根据实验设定的数据采集时间来持续收集应变片的变形数据，应变片的变形数据采集完毕之后，关闭调节阀；步骤八：根据在所述的步骤七中获取的应变片变形数据，通过模态分析法获得各个应变片所在点的位移和振幅，最终获取测试管的振动、变形等力学性能数据。进一步地，在所述的步骤八中，应变片的变形数据处理时采用的模态分析法具体如下：假设测试管作小变形运动，则在一定时间测试管的轴线在流向上的位移可用如下公式表示：其中，z表示为测试管的轴线坐标，t表示为实验时间，l表示为测试管的长度，w(z，t)表示为轴向上的位移，表示为模态振型，Pi(t)表示为模态权重，i表示为模态阶次，n表示为模态数量；由于测试管的运动为小变形运动，故测试管的曲率公式为：第一测试部可简化为简支梁，第一测试部位移的模态振型可表示为：将第一测试部位移的模态振型代入测试管的曲率公式中，则曲率可化为：曲率与应变有如下关系：其中，ε(t，z)表示为第一测试部流向表面应变，R表示为第一测试部的横截面半径；结合公式和公式可得到：其中，θi(z)表示为模态振型，ei(t)表示为模态权重。本专利技术的有益效果：本实验装置能够模拟实际海洋环境中的海洋完井产气管柱输送油气的过程，测试管模拟的是海洋完井产气管柱，由本实验装置所实现的实验方法能够测量海洋完井产气管柱在输送油气的过程中所产生的振动和变形的数据，工作人员可根据具体的振动和变形数据，合理和准确地改变海洋完井产气管柱的结构和约束、高速气体的流量，保证海洋油气输送工作的稳定和高效，本实验装置操作简单，测量数据准确，便于控制成本，对于实际作业场景安全可靠。附图说明图1是一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置的整体结构示意图。图2是一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置中测试管的剖视图。图3是模拟地层填充材料在带有推压板的液压缸的推压作用下的具体示意图。图4是在海洋完井产气管柱力学性能实验中测试管长度方向不同位置处的位移变化曲线图。图5是在海洋完井产气管柱力学性能实验中应变片的应变变化曲线图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行描述。如图1和图2所示，一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置，包括有蓄水池1，蓄水池1的下方设有底壳2，两个带有推压板3的液压缸4分别设置在底壳2的内侧壁，两个推压板3之间设有模拟地层填充材料5，模拟地层填充材料5中设有测试管6，测试管6的一端设置在蓄水池1内，测试管6的另一端设置在底壳2的外侧面,测试管6的外表面设有应变片7，蓄水池1外设有储气罐8，储气罐8和测试管6的另一端之间设有使两者连通在一起的输气管9，蓄水池1外设有第一水泵10和第二水泵11，第一水泵10与蓄水池1之间、第二水泵11与蓄水池1之间分别设有输水管12。在海洋完井产气管柱力学性能实验之前，工作人员需找到合适的土地25，蓄水池1、储气罐8、第一水泵10和第二水泵11均是平整地放置在土地25的表面上，底壳2是位于蓄水池1的下方，底壳2会嵌入到土地25内，两个带有推压板3的液压缸4分别设置在底壳2的内侧壁，两个推压板3之间设有模拟地层填充材料5，模拟地层填充材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置，包括有蓄水池(1)，其特征在于蓄水池(1)的下方设有底壳(2)，两个带有推压板(3)的液压缸(4)分别设置在底壳(2)的内侧壁，两个推压板(3)之间设有模拟地层填充材料(5)，模拟地层填充材料(5)中设有测试管(6)，测试管(6)的一端设置在蓄水池(1)内，测试管(6)的另一端设置在底壳(2)的外侧面,测试管(6)的外表面设有应变片(7)，蓄水池(1)外设有储气罐(8)，储气罐(8)和测试管(6)的另一端之间设有使两者连通在一起的输气管(9)，蓄水池(1)外设有第一水泵(10)和第二水泵(11)，第一水泵(10)与蓄水池(1)之间、第二水泵(11)与蓄水池(1)之间分别设有输水管(12)。/n

【技术特征摘要】
1.一种海洋完井产气管柱力学性能实验装置，包括有蓄水池(1)，其特征在于蓄水池(1)的下方设有底壳(2)，两个带有推压板(3)的液压缸(4)分别设置在底壳(2)的内侧壁，两个推压板(3)之间设有模拟地层填充材料(5)，模拟地层填充材料(5)中设有测试管(6)，测试管(6)的一端设置在蓄水池(1)内，测试管(6)的另一端设置在底壳(2)的外侧面,测试管(6)的外表面设有应变片(7)，蓄水池(1)外设有储气罐(8)，储气罐(8)和测试管(6)的另一端之间设有使两者连通在一起的输气管(9)，蓄水池(1)外设有第一水泵(10)和第二水泵(11)，第一水泵(10)与蓄水池(1)之间、第二水泵(11)与蓄水池(1)之间分别设有输水管(12)。


2.根据权利要求1所述的海洋完井产气管柱力学性能实验装置，其特征在于测试管(6)设有第一测试部(13)和第二测试部(14)，第一测试部(13)位于蓄水池(1)中，第二测试部(14)位于模拟地层填充材料(5)中，蓄水池(1)的底部设有第一密封接头(15)，第二测试部(14)的一端通过第一密封接头(15)与第一测试部(13)的一端相互连接，底壳(2)的底部设有第二密封接头(16)，第二测试部(14)的另一端通过第二密封接头(16)与输气管(9)相互连接。


3.根据权利要求2所述的海洋完井产气管柱力学性能实验装置，其特征在于第一测试部(13)的另一端与蓄水池(1)之间设有固定器(17)，第一测试部(13)的一端与第一密封接头(15)之间、第一测试部(13)的另一端与固定器(18)之间分别设有流体万向接头(18)。


4.根据权利要求3所述的海洋完井产气管柱力学性能实验装置，其特征在于底壳(2)内设有隔板(19)，液压缸(4)位于隔板(19)的一侧，推压板(3)和模拟地层填充材料(5)位于隔板(19)的另一侧。


5.根据权利要求4所述的海洋完井产气管柱力学性能实验装置，其特征在于模拟地层填充材料(5)设有若干层，每层模拟地层填充材料(5)的两侧对应于两个带有推压板(3)的液压缸(4)，上下相邻的两个带有推压板(3)的液压缸(4)之间设有液压缸固定架(20)。


6.根据权利要求5所述的海洋完井产气管柱力学性能实验装置，其特征在于输气管(9)上设有流量计(21)，输气管(9)上设有调节阀(22)。


7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的海洋完井产气管柱力学性能实验装置，其特征在于蓄水池(1)外设有数据采集仪(23)，数据采集仪(23)与应变片(7)之间设有电缆(24)。


8.根据权利要求1-7任意一项所述的海洋完井产气管柱力学性能实验装置的实验方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：启动数据采集仪(23)，测试应变片(7)和数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李中，郭永宾，魏安超，王尔钧，黄亮，方达科，李炎军，何连，颜邦川，靳书凯，马磊，左锋，冯雪松，李祝军，徐靖，任松涛，张涛，张超，
申请(专利权)人：中国海洋石油集团有限公司，中海石油中国有限公司湛江分公司，
类型：发明
国别省市：北京;11