油气资源作为世界上最主要的化石能源, 对人类的发展和进步起着至关重要的作用。我国作为发展中国家, 对油气资源有着高度的依赖。近年来, 随着经济的发展我国油气资源开采技术得到了快速的发展, 井下工具也经历了多次更新换代。井下工具试验装置作为模拟现场工况, 对工业性试验样机进行实验室试验的有效方法, 为我国油气开采技术的发展提供了极大的帮助。
井下工具试验装置需要在实验室对井下条件进行模拟, 由于井下工作条件比较复杂多变, 因而井下工具实验室试验对井下工具实验装置也有较高的要求, 这些要求包括:
井下工具试验需要模拟井下复杂的地层压力以及各种应力, 试验装置为了能够更好的模拟井下条件, 因此对试验装置的设计和建造有很高的要求, 其中最基础的一点要求就是要在安全可靠的前提下实现对井下环境的模拟, 因此, 实验装置在设计时必须时刻把装置的质量放在第一位, 确保井下实验装置的可靠性。
井下设备实验室试验装置系统复杂, 设计和建造成本都很高, 因此在进行设计时我们要尽可能方便装卸、方便维修, 以提升实验装置的使用寿命和实用性。
油气开采过程中, 井下的工作条件复杂多变, 为了实现对复杂的井下环境的模拟, 在进行井下试验装置设计时, 一定把握好灵活性原则, 尽量使井下实验装置实现模块化, 给井下设备试验装置提供升级改造的空间, 以满足不同井下设备的试验要求。
井下工具在制造过程中, 需要进行大量的系统试验, 为了方便试验的高效、快速开展, 我们在井下工具试验装置设计时应尽量采取成熟的结构, 力求简单实用。
加载系统是井下设备实验室试验中最常用的一类设备, 通过加载设备我们能够模拟出设备在井下所受到的各种拉力、压力、扭力等受力情况, 从而为井下设备的设计和应用提供数据参考。目前加载系统试验装置主要是由一台多功能试验机和辅助设备组成, 能够将现场的拉力、压力和扭力等荷载集中在一起, 对设备进行测试。一般加载系统包括拉压加载机构、旋转加载机构、井口夹紧装置、倾斜机构等构成。拉压加载机构是通过液缸带动动力水龙头上下移动实现对试验设备的拉压加载。旋转加载相当于钻机上的动力水龙头, 这个动力水龙头是双向的, 可以承受双向力。井口夹紧装置是在试验机底座上设计特殊的夹紧装置卡住井口, 并承受试验荷载的返利, 并使试验机底座处仅承受试验装置的重力。倾斜机构可以将多功能试验机架设计成可倾斜0~90°的夹角, 从而模拟井下工具的受力环境。
试验井口系统通常利用套管头和四通, 设计成3层管柱密封系统, 实现试验液体的2个密封循环通道, 从而满足不同设备的试验需求。采用试验井口系统的不同组合, 我们能够实现对管内、管壁的密封性进行试验, 套管头和四通一般采用法兰相连接, 端面用垫环密封, 采用套管头加变径的方法实现各种需要的循环通道, 实现对井口的测试。
管柱是油气开采的重要机构, 也被称为井身, 是放置井下工具的空间, 因此管柱与井口的密封测试对于保证油井的安全十分重要。为了实现对井口与管柱密封的测试, 我们在井口上设计特殊的旋转密封装置, 并在试验管柱的上不用连接光杆实现密封, 保证管柱旋转时试验介质始终处于密封的状态, 为了模拟井下工具的实际工作环境, 我们还会对井身的直径、长度、倾斜度等参数进行试验。
实现对井下循环系统的试验, 我们首先要分析井下循环系统的工作原理。一般来说, 井下循环系统循环程序如下 (图一) 所示。
分析好井下循环系统的流程, 我们就要进行泵和循环管线的选择, 为了满足试验中不同流量和泵压, 可以选组合泵。循环管线要尽量减少弯头和变径, 并保证直井足够大, 降低泵的功率消耗。为了保证试验所需的各种流量, 泵的驱动可以选择变频电机。
在实验室井下装置模拟设备的基础上增加一些辅助设备, 我们还能够完成钻井、完井、采油等多种工况下的工具试验。比如说利用井下试验装置能够模拟地层倾斜, 并通过装置的环境模拟倾斜直至水平状态下工具的工作状况和钻采工艺, 进行钻井液携带岩屑设宴、管柱下入和起出试验等。除此之外, 利用加温装备, 还能够模拟地层高温状态, 甚至模拟完井的工作状况。井下工况模拟应用广泛, 还能够模拟开采技术试验、分层开采试验、落物打捞试验等, 并利用各种演示模拟出人工井底或井壁, 供模拟钻头工作状况、模拟取芯等工作。
综上所述, 井下工具试验装置是一套系统的、复杂的、功能多样的装置, 我们在进行井下工具试验装置的设计和建造时一定要考虑好井下工具在工作时面临的各种工作环境, 并以可靠、可维护、灵活、实用为原则进行设计, 只有这样, 才能够实现对井下环境的有效模拟, 为我国油气田开采技术的发展提供助力。
摘要：井下工具试验装置是油气田开采井下设备制造实验室工作模拟的基础设备, 通过井下工具试验装置的利用, 我们能够有效的模拟出井下工具的井下工作环境, 为井下工具的改进和应用提供帮助。本文针对井下工具试验装置的设计进行分析, 为井下工具试验装置的设计和建设提供参考资料。
关键词：井下工具,试验装置,设计分析
[1] 尚春民, 张东梅, 张心明, 范景峰.井下工具水浸试验系统研究[J].石油机械.2012 (07) .
[2] 杨宇, 王佳.水平井井下工具模拟试验装置液压系统设计方案分析[J].湖南农机.2012 (03) .
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