[發明專利]確定高速氣流摩阻系數的試驗裝置和測試方法

有效

• 申請號: 201611227891.X
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106840961B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 王建軍;楊尚諭;薛承文;李方坡;付太森
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 強宏超

本發明公開了一種確定高速氣流摩阻系數的試驗裝置和測試方法，在測定注采管柱內氣體流量、壓力、溫度、密度、管柱幾何/力學參數和軸向應變的基礎上，求解氣?壁間的摩阻系數，可模擬儲氣庫井調峰過程中高速注采氣工作狀態，填補了現有注采管柱高速注采氣工況下內壁摩阻系數無法精確檢測的空白，可用于儲氣庫注采管柱設計與選材優化分析；通過檢測高速氣流流經注采氣管柱過程中管內壁的溫度、流量、壓力和軸向應變等信息確定管柱內壁摩阻系數，管內壁溫度、流量、壓力、軸向應變與摩阻系數的轉化算法集成于數據采集分析系統中，試驗方法簡便易行。

技術領域

本發明屬于采油工程技術，涉及一種確定高速氣流摩阻系數的試驗裝置和測試方法。

背景技術

儲氣庫井注采管柱摩阻力的存在對管柱設計及選材影響巨大，目前注采管柱摩阻力的確定主要通過現場估測或簡單試驗類比的方法得到，準確度不高。通過國內外大量文獻及現場調研，針對儲氣庫井注采管柱摩阻力的確定和研究成果較少，基于試驗方法的注采管柱摩阻力的變化規律的研究尚未開展。為了準確預測儲氣庫井注采管柱的摩阻力需先得到精確的摩阻系數，國外對注采管柱內部摩阻系數的確定方法主要通過單相流液體摩阻系數計算公式的基礎上形成的，而國內尚缺乏符合我國注采工藝的管柱摩阻系數的預測方法及檢測裝置。

儲氣庫井注采管柱摩阻系數檢測的影響因素多，如何準確得到多因素共同影響下的儲氣庫井注采管柱摩阻系數對管柱設計及選材技術的形成至關重要。

現有試驗裝置存在的主要問題：①以液體流經管柱的摩阻系數檢測為主，缺少高速氣體流經管體摩阻系數檢測裝置；②儲氣庫井注采管柱高速氣流流經管柱摩阻系數通過經驗確定。

發明內容

針對現有技術不足，本發明提供一種確定高速氣流摩阻系數的試驗裝置和測試方法，以解決儲氣庫井注采管柱摩阻力無法準確計算的問題，該試驗裝置可用于高速氣流下管柱內壁摩阻系數的精確測定，實現儲氣庫井注采管柱設計與選材的優化。

本發明是通過以下技術方案來實現：

確定高速氣流摩阻系數的試驗裝置，包括第一儲氣罐、第二儲氣罐、注采管柱和數據采集分析系統；第一儲氣罐和第二儲氣罐設置在注采管柱兩端，第一儲氣罐上安裝有入口節流閥和壓縮泵，第一儲氣罐內氣體經入口節流閥注入注采管柱內，第二儲氣罐上安裝有出口節流閥，從注采管柱出來的氣體經出口節流閥進入第二儲氣罐內；注采管柱上靠近第一儲氣罐一端和靠近第二儲氣罐一端均安裝用于檢測高速氣流參數的氣體流量計、壓力傳感器和溫度傳感器；圍繞注采管柱周向等間距安裝有若干個電阻應變片；壓縮泵、入口節流閥、出口節流閥、電阻應變片、氣體流量計、壓力傳感器和溫度傳感器均與數據采集分析系統連接。

進一步，圍繞注采管柱周向間隔90°等距安裝有4個電阻應變片。

進一步，第一儲氣罐和第二儲氣罐尺寸為8000mm×4000mm×4000mm；注采管柱長度為5000mm～9000mm。

進一步，所述壓縮泵為螺桿泵。

進一步，氣體流量計采用渦街氣體流量計。

進一步，所述電阻應變片采用金屬應變片。

一種試驗裝置確定高速氣流摩阻系數的方法，包括以下步驟：

第一步、將規格匹配的壓縮泵、入口節流閥、出口節流閥與第一儲氣罐、第二儲氣罐和注采管柱裝配在一起，在注采管柱上安裝氣體流量計、壓力傳感器、溫度傳感器和電阻應變片，將壓縮泵、入口節流閥、出口節流閥、電阻應變片、氣體流量計、壓力傳感器和溫度傳感器均與數據采集分析系統連接；

第二部、通過壓縮泵向第一儲氣罐內快速注氣，控制入口節流閥和出口節流閥排量，使得氣體流量計檢測的流速趨于穩定，通過數據采集分析系統實時獲取注采管柱內的溫度和壓力信息；

第三部、分析注采管柱軸向應變信息從而得到該工況下的注采管柱摩阻系數。