[发明专利]确定高速气流摩阻系数的试验装置和测试方法

说明书

本发明公开了一种确定高速气流摩阻系数的试验装置和测试方法，在测定注采管柱内气体流量、压力、温度、密度、管柱几何/力学参数和轴向应变的基础上，求解气‑壁间的摩阻系数，可模拟储气库井调峰过程中高速注采气工作状态，填补了现有注采管柱高速注采气工况下内壁摩阻系数无法精确检测的空白，可用于储气库注采管柱设计与选材优化分析；通过检测高速气流流经注采气管柱过程中管内壁的温度、流量、压力和轴向应变等信息确定管柱内壁摩阻系数，管内壁温度、流量、压力、轴向应变与摩阻系数的转化算法集成于数据采集分析系统中，试验方法简便易行。

技术领域

本发明属于采油工程技术，涉及一种确定高速气流摩阻系数的试验装置和测试方法。

背景技术

储气库井注采管柱摩阻力的存在对管柱设计及选材影响巨大，目前注采管柱摩阻力的确定主要通过现场估测或简单试验类比的方法得到，准确度不高。通过国内外大量文献及现场调研，针对储气库井注采管柱摩阻力的确定和研究成果较少，基于试验方法的注采管柱摩阻力的变化规律的研究尚未开展。为了准确预测储气库井注采管柱的摩阻力需先得到精确的摩阻系数，国外对注采管柱内部摩阻系数的确定方法主要通过单相流液体摩阻系数计算公式的基础上形成的，而国内尚缺乏符合我国注采工艺的管柱摩阻系数的预测方法及检测装置。

储气库井注采管柱摩阻系数检测的影响因素多，如何准确得到多因素共同影响下的储气库井注采管柱摩阻系数对管柱设计及选材技术的形成至关重要。

现有试验装置存在的主要问题：①以液体流经管柱的摩阻系数检测为主，缺少高速气体流经管体摩阻系数检测装置；②储气库井注采管柱高速气流流经管柱摩阻系数通过经验确定。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种确定高速气流摩阻系数的试验装置和测试方法，以解决储气库井注采管柱摩阻力无法准确计算的问题，该试验装置可用于高速气流下管柱内壁摩阻系数的精确测定，实现储气库井注采管柱设计与选材的优化。

本发明是通过以下技术方案来实现：

确定高速气流摩阻系数的试验装置，包括第一储气罐、第二储气罐、注采管柱和数据采集分析系统；第一储气罐和第二储气罐设置在注采管柱两端，第一储气罐上安装有入口节流阀和压缩泵，第一储气罐内气体经入口节流阀注入注采管柱内，第二储气罐上安装有出口节流阀，从注采管柱出来的气体经出口节流阀进入第二储气罐内；注采管柱上靠近第一储气罐一端和靠近第二储气罐一端均安装用于检测高速气流参数的气体流量计、压力传感器和温度传感器；围绕注采管柱周向等间距安装有若干个电阻应变片；压缩泵、入口节流阀、出口节流阀、电阻应变片、气体流量计、压力传感器和温度传感器均与数据采集分析系统连接。

进一步，围绕注采管柱周向间隔90°等距安装有4个电阻应变片。

进一步，第一储气罐和第二储气罐尺寸为8000mm×4000mm×4000mm；注采管柱长度为5000mm～9000mm。

进一步，所述压缩泵为螺杆泵。

进一步，气体流量计采用涡街气体流量计。

进一步，所述电阻应变片采用金属应变片。

一种试验装置确定高速气流摩阻系数的方法，包括以下步骤：

第一步、将规格匹配的压缩泵、入口节流阀、出口节流阀与第一储气罐、第二储气罐和注采管柱装配在一起，在注采管柱上安装气体流量计、压力传感器、温度传感器和电阻应变片，将压缩泵、入口节流阀、出口节流阀、电阻应变片、气体流量计、压力传感器和温度传感器均与数据采集分析系统连接；

第二部、通过压缩泵向第一储气罐内快速注气，控制入口节流阀和出口节流阀排量，使得气体流量计检测的流速趋于稳定，通过数据采集分析系统实时获取注采管柱内的温度和压力信息；

第三部、分析注采管柱轴向应变信息从而得到该工况下的注采管柱摩阻系数。