CN110318730B - 高自由度多功能下井仪器试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高自由度多功能下井仪器试验台，包括圆形底座，圆形底座的中心设有底座中心孔，底座中心孔的上端口外周设有与底座中心孔共轴线的圆形导轨，圆形导轨的外周套装有可绕圆形导轨转动的圆筒，圆筒的内腔插接有试验油管，试验油管的通过油管支撑杆支撑在圆筒的内壁，油管支撑杆的轴线垂直于试验油管的中心线且沿圆筒的直径延伸，油管支撑杆的两端分别通过油管支撑杆轴承固定在圆筒壁上。试验油管的上端安装有测试滑轮，钢丝绳或电缆绕过测试滑轮与下井仪器相连；试验油管的下端安装有井下工具。该试验台可对井下井筒及井下工具的各种状态进行模拟，提供各类下井仪器在下井前进行地面试验，从而得以直观的观察到井下发生的各类状况。

Description

高自由度多功能下井仪器试验台

技术领域

本发明涉及一种油田分注井测试用的工具，尤其涉及一种高自由度多功能下井仪器试验台，可用于在地面模拟各类下井仪器在井下的状态和其与井下工具的配合状态，属于油井测试工具技术领域。

背景技术

油田分注井测试是油田注水工作的一项重要内容，是保障油田注好水、注够水的一种有效手段。随着油田分注井分注工艺日新月异的发展，用于井下进行分层注水的工具及测试仪器也呈现出多样化的发展趋势。目前油田用于分注的井下工具主要有常规偏心配水器、桥式偏心配水器、大斜度偏心配水器、防返吐偏心配水器、免投捞偏心配水器、集成式偏心配水器等，还有与之相配套的其他井下工具。针对不同的配水器使用的测试仪器也存在着不同，目前用于分注井测试的井下仪器主要有验封仪、投捞器、流量计等，甚至厂家的不同，相同功能的仪器尺寸也不尽相同。另外吊测工艺也由钢丝存储式吊测向电缆直读式吊测逐渐发展，致使分注井测试呈现出多元化、复杂化。

井下分注工具、测试仪器的多型化，测试工艺的多样化，造成了各类下井仪器与不同井下分注工具出现配合不顺的问题。井下情况复杂且不直观，井下的油管呈现多角度倾斜和多方位倾斜等，硬提存在钢丝、电缆拉断，人身伤害等一系列安全隐患，造成测试时下井仪器遇阻遇卡而落井，降低了测试成功率、增加了测试成本。

测试时在井下发生的各类状况都无法直接观察，只能凭经验去判断和解决。遇阻遇卡严重时主要依靠反洗工艺来解决，但此方法成本很高且多数情况只能解决当次问题，再次测试此井很可能再次遇阻遇卡，无法从根本上解决问题。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种高自由度多功能下井仪器试验台，可对井下井筒及井下工具的各种状态进行地面模拟，提供各类下井仪器在下井前进行地面试验，从而得以直观观察到井下发生的各类状况。

为解决以上技术问题，本发明的一种高自由度多功能下井仪器试验台，包括圆形底座，所述圆形底座的中心设有底座中心孔，所述底座中心孔的上端口外周设有与底座中心孔共轴线的圆形导轨，所述圆形导轨的外周套装有可绕圆形导轨转动的圆筒，所述圆筒的内腔插接有试验油管，所述试验油管的通过油管支撑杆支撑在圆筒的内壁，所述油管支撑杆的轴线垂直于试验油管的中心线且沿圆筒的直径延伸，所述油管支撑杆的两端分别通过油管支撑杆轴承固定在圆筒壁上。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：圆形底座固定在支架上，试验油管可以绕油管支撑杆的轴线转动，以改变试验油管的倾斜角度，模拟井下油管的实际倾角；底座中心孔和圆筒内腔提供试验油管的摆动空间。此外圆筒可以绕圆形导轨回转360°，以改变试验油管的方位角，模拟井下油管的实际方位角。如此试验油管可模拟出井下油管的实际倾角和方位角，供下井仪器在试验油管中下行，便于进行观察及分析，出现井下仪器遇阻遇卡时可以针对性地解决问题，提高测试成功率。

作为本发明的改进，所述试验油管的上端安装有测试滑轮，所述测试滑轮的绳槽与所述试验油管的轴线相切，钢丝绳或电缆绕过所述测试滑轮与位于试验油管中的下井仪器相连；所述试验油管的下端安装有井下工具。测试滑轮模拟实际测井时的天滑轮，用以通过钢丝绳或电缆下放或上提下井仪器，一方面可以观察下井仪器在试验油管中的顺畅情况，另一方面可以观察下井仪器与井下工具的配合情况，在地面解决下井仪器与井下工具的配合问题，在地面直观观察试验并研究井下仪器遇阻遇卡的原因机理并加以解决。还可以反复实验各类下井仪器在不同斜度和不同方位下的运行状态，为下井仪器参数的调整提供依据，更可以选择合适的下井仪器与井下工具。

作为本发明的进一步改进，所述井下工具为常规偏心配水器、桥式偏心配水器、大斜度偏心配水器、防返吐偏心配水器、免投捞偏心配水器或集成式偏心配水器，所述下井仪器为验封仪、投捞器或流量计。可以为不同的配水器选择合适的测试仪器，也可以鉴定不同厂家测试仪器的下井状态。

作为本发明的进一步改进，所述油管支撑杆的上方设有三角架，所述三角架位于竖直平面内且根部固定在试验油管壁上，所述三角架的自由端与液压缸的活塞杆顶部相铰接，所述液压缸的缸体底部铰接在缸体支撑杆的中部，所述缸体支撑杆平行于所述油管支撑杆且位于油管支撑杆的下方，所述缸体支撑杆的两端通过轴承支撑在所述圆筒的内壁。液压缸的活塞杆伸出，则通过三角架将试验油管向竖直的方向推起，直至试验油管和圆筒的轴线重合；液压缸的活塞杆缩回，则通过三角架将试验油管向水平方向拉低，以使试验油管呈现0°至90°之间的各种倾斜角度。

作为本发明的进一步改进，当试验油管处于垂直状态时，所述缸体支撑杆靠近试验油管，且缸体支撑杆与所述三角架位于试验油管的同一侧；所述圆筒的外壁顶部设有标志块。一方面试验油管处于垂直状态时，缸体支撑杆如果抵靠在试验油管的一侧，可以辅助对试验油管进行定位，以便确保试验油管的轴线与圆筒的轴线重合；另一方面缸体支撑杆靠近圆筒的轴线可以为液压缸的安装提供空间。圆筒外壁顶部的标志块可以辅助指示圆筒回转的角度。

作为本发明的进一步改进，所述圆筒的两侧分别设有上端开口的上腰形槽和下端开口的下腰形槽，所述上腰形槽和下腰形槽的轴线与试验油管中心线位于同一个竖直平面内，所述上腰形槽和下腰形槽的宽度大于试验油管的外径；所述圆形底座上设有沿半径延伸供试验油管通过的底座缺口，所述圆形导轨设有与底座缺口对应的导轨缺口。某些油井会呈现水平井状态，在圆筒的两侧分设上端开口的上腰形槽和下端开口的下腰形槽，当试验油管摆动至水平状态时，试验油管位于油管支撑杆以上的部位向下嵌入上腰形槽中，试验油管位于油管支撑杆以下的部位向上嵌入上腰形槽中，已确保试验油管能够模拟出井下水平油管的状态。圆形底座上的底座缺口和圆形导轨上的导轨缺口为试验油管向水平状态摆动提供避让空间。

作为本发明的进一步改进，所述试验油管由多根依次旋接而成，圆筒上端口以下的试验油管壁上设有多个观察孔或观察槽，所述观察孔或观察槽对称分布在试验油管的四周。试验油管由多根依次旋接而成，便于分解运输，且与井下油管的状态更相吻合，也方便根据实验环境选择不同的油管长度；沿试验油管的高度方向和圆周方向设置多个观察孔或观察槽，便于从多个角度直接观察到下井仪器的实际状态。当井下仪器遇阻遇卡时，可以反复观察遇阻遇卡的部位，以便准确找到卡阻的原因，可以针对性地解决问题，提高测试成功率。

作为本发明的进一步改进，所述油管支撑杆上安装有指示试验油管倾斜角度的倾角仪，所述圆形底座上标有指示试验油管方位角的方位刻度。倾角仪可以直接读出试验油管的倾斜角度，圆形底座上的方位刻度可以直接读出试验油管的方位角。

作为本发明的进一步改进，所述油管支撑杆位于所述圆筒高度方向的中部。有利于试验油管拥有最大的摆动角度。

作为本发明的进一步改进，圆筒的内径为1000mm，高度为400mm；试验油管外壁的半径为r，以油管支撑杆轴线与圆筒轴线的交叉点为坐标原点，液压缸下端的铰接点坐标为（x，y），当试验油管处于竖直状态时，三角架自由端的坐标为（a，b），则x＞r，a²+b²=450²，且

。可以使液压缸下端的铰接点与试验油管发生干涉，当液压缸的活塞杆伸长至最大状态时，可以避免与圆筒发生干涉；也可以保证液压缸的活塞杆在完全缩回时，可以将试验油管拉至水平状态，且作为液压缸选型的原则。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。

图1为本发明高自由度多功能下井仪器试验台的主视图。

图2为图1的剖视图。

图3为图2的局部放大图。

图4为图1的俯视放大图。

图5为图1的立体图。

图6为图5中圆筒部位的放大图。

图7图5中试验油管顶部的放大图。

图8为液压缸的选型计算图。

图中：1.圆形底座；1a.底座中心孔；1b.底座缺口；2.圆形导轨；3.圆筒；3a.上腰形槽；3b.下腰形槽；3c.标志块；4.试验油管；4a.观察孔；5.油管支撑杆；5a.油管支撑杆轴承；6.测试滑轮；7.井下工具；8.三角架；9.液压缸；10.缸体支撑杆。

具体实施方式

如图1至图7所示，本发明的高自由度多功能下井仪器试验台包括圆形底座1，圆形底座1的中心设有底座中心孔1a，底座中心孔1a的上端口外周设有与底座中心孔1a共轴线的圆形导轨2，圆形导轨2的外周套装有可绕圆形导轨2转动的圆筒3，圆筒3的内腔插接有试验油管4，试验油管4的通过油管支撑杆5支撑在圆筒3的内壁，油管支撑杆5的轴线垂直于试验油管4的中心线且沿圆筒3的直径延伸，油管支撑杆5的两端分别通过油管支撑杆轴承5a固定在圆筒壁上。

圆形底座1固定在支架上，试验油管4可以绕油管支撑杆5的轴线转动，以改变试验油管4的倾斜角度，模拟井下油管的实际倾角；底座中心孔1a和圆筒3内腔提供试验油管4的摆动空间。此外圆筒3可以绕圆形导轨2回转360°，以改变试验油管4的方位角，模拟井下油管的实际方位角。如此试验油管4可模拟出井下油管的实际倾角和方位角，供下井仪器在试验油管4中下行，便于进行观察及分析，出现井下仪器遇阻遇卡时可以针对性地解决问题，提高测试成功率。

试验油管4的上端安装有测试滑轮6，测试滑轮6的绳槽与试验油管4的轴线相切，钢丝绳或电缆绕过测试滑轮6与位于试验油管4中的下井仪器相连；试验油管4的下端安装有井下工具7。测试滑轮6模拟实际测井时的天滑轮，用以通过钢丝绳或电缆下放或上提下井仪器，一方面可以观察下井仪器在试验油管4中的顺畅情况，另一方面可以观察下井仪器与井下工具7的配合情况，在地面解决下井仪器与井下工具7的配合问题，在地面直观观察试验并研究井下仪器遇阻遇卡的原因机理并加以解决。还可以反复实验各类下井仪器在不同斜度和不同方位下的运行状态，为下井仪器参数的调整提供依据，更可以选择合适的下井仪器与井下工具7。

井下工具7为常规偏心配水器、桥式偏心配水器、大斜度偏心配水器、防返吐偏心配水器、免投捞偏心配水器或集成式偏心配水器，下井仪器为验封仪、投捞器或流量计。可以为不同的配水器选择合适的测试仪器，也可以鉴定不同厂家测试仪器的下井状态。

油管支撑杆5的上方设有三角架8，三角架8位于竖直平面内且根部固定在试验油管壁上，三角架8的自由端与液压缸9的活塞杆顶部相铰接，液压缸9的缸体底部铰接在缸体支撑杆10的中部，缸体支撑杆10平行于油管支撑杆5且位于油管支撑杆5的下方，缸体支撑杆10的两端通过轴承支撑在圆筒3的内壁。液压缸9的活塞杆伸出，则通过三角架8将试验油管4向竖直的方向推起，直至试验油管4和圆筒3的轴线重合；液压缸9的活塞杆缩回，则通过三角架8将试验油管4向水平方向拉低，以使试验油管4呈现0°至90°之间的各种倾斜角度。

当试验油管4处于垂直状态时，缸体支撑杆10靠近试验油管4，且缸体支撑杆10与三角架8位于试验油管4的同一侧；圆筒3的外壁顶部设有标志块3c。一方面试验油管4处于垂直状态时，缸体支撑杆10如果抵靠在试验油管4的一侧，可以辅助对试验油管4进行定位，以便确保试验油管4的轴线与圆筒3的轴线重合；另一方面缸体支撑杆10靠近圆筒3的轴线可以为液压缸9的安装提供空间。圆筒3外壁顶部的标志块3c可以辅助指示圆筒3回转的角度。

圆筒3的两侧分别设有上端开口的上腰形槽3a和下端开口的下腰形槽3b，上腰形槽3a和下腰形槽3b的轴线与试验油管中心线位于同一个竖直平面内，上腰形槽3a和下腰形槽3b的宽度大于试验油管4的外径；圆形底座1上设有沿半径延伸供试验油管4通过的底座缺口1b，圆形导轨2设有与底座缺口1b对应的导轨缺口。某些油井会呈现水平井状态，在圆筒3的两侧分设上端开口的上腰形槽3a和下端开口的下腰形槽3b，当试验油管4摆动至水平状态时，试验油管4位于油管支撑杆5以上的部位向下嵌入上腰形槽3a中，试验油管4位于油管支撑杆5以下的部位向上嵌入上腰形槽3a中，已确保试验油管4能够模拟出井下水平油管的状态。圆形底座1上的底座缺口1b和圆形导轨2上的导轨缺口为试验油管4向水平状态摆动提供避让空间。

试验油管4由多根依次旋接而成，圆筒上端口以下的试验油管壁上设有多个观察孔4a或观察槽，观察孔4a或观察槽对称分布在试验油管4的四周。试验油管4由多根依次旋接而成，便于分解运输，且与井下油管的状态更相吻合，也方便根据实验环境选择不同的油管长度；沿试验油管4的高度方向和圆周方向设置多个观察孔4a或观察槽，便于从多个角度直接观察到下井仪器的实际状态。当井下仪器遇阻遇卡时，可以反复观察遇阻遇卡的部位，以便准确找到卡阻的原因，可以针对性地解决问题，提高测试成功率。

油管支撑杆5上安装有指示试验油管倾斜角度的倾角仪，圆形底座1上标有指示试验油管方位角的方位刻度。倾角仪可以直接读出试验油管4的倾斜角度，圆形底座1上的方位刻度可以直接读出试验油管4的方位角。

油管支撑杆5位于圆筒3高度方向的中部，有利于试验油管4拥有最大的摆动角度。

如图8所示，圆筒3的内径为1000mm，高度为400mm；试验油管外壁的半径为r，以油管支撑杆轴线与圆筒轴线的交叉点为坐标原点，液压缸9下端的铰接点坐标为（x，y），当试验油管4处于竖直状态时，三角架8自由端的坐标为（a，b），此时液压缸9的活塞杆伸长至最长，液压缸9的总长度为

。

x＞r，可以使液压缸9下端的铰接点与试验油管4发生干涉。a²+b²=450²，当液压缸9的活塞杆伸长至最大状态时，可以避免与圆筒3发生干涉。

当试验油管4处于水平状态时，三角架自由端的坐标变为（b，-a），此时液压缸9的活塞杆缩至最短，即完全缩进液压缸9的缸体中，液压缸9的总长度为

。

液压缸9的缸体要能容纳整个活塞杆，必须满足

，以此作为液压缸9选型的原则。

试验油管外壁的半径为r为36.5mm，根据以上原则，可计算得到x=55，y=-180；a=270，b=360；并选定液压缸9的伸长行程为300mm。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。

Claims (6)

1.一种高自由度多功能下井仪器试验台，包括圆形底座，其特征在于：所述圆形底座的中心设有底座中心孔，所述底座中心孔的上端口外周设有与底座中心孔共轴线的圆形导轨，所述圆形导轨的外周套装有绕圆形导轨转动的圆筒，所述圆筒的内腔插接有试验油管，所述试验油管的通过油管支撑杆支撑在圆筒的内壁，所述油管支撑杆的轴线垂直于试验油管的中心线且沿圆筒的直径延伸，所述油管支撑杆的两端分别通过油管支撑杆轴承固定在圆筒壁上；

所述试验油管的上端安装有测试滑轮，所述测试滑轮的绳槽与所述试验油管的轴线相切，钢丝绳或电缆绕过所述测试滑轮与位于试验油管中的下井仪器相连；所述试验油管的下端安装有井下工具；

所述油管支撑杆的上方设有三角架，所述三角架位于竖直平面内且根部固定在试验油管壁上，所述三角架的自由端与液压缸的活塞杆顶部相铰接，所述液压缸的缸体底部铰接在缸体支撑杆的中部，所述缸体支撑杆平行于所述油管支撑杆且位于油管支撑杆的下方，所述缸体支撑杆的两端通过轴承支撑在所述圆筒的内壁；

当试验油管处于垂直状态时，所述缸体支撑杆靠近试验油管，且缸体支撑杆与所述三角架位于试验油管的同一侧；所述圆筒的外壁顶部设有标志块；

所述圆筒的两侧分别设有上端开口的上腰形槽和下端开口的下腰形槽，所述上腰形槽和下腰形槽的轴线与试验油管中心线位于同一个竖直平面内，所述上腰形槽和下腰形槽的宽度大于试验油管的外径；所述圆形底座上设有沿半径延伸供试验油管通过的底座缺口，所述圆形导轨设有与底座缺口对应的导轨缺口。

2.根据权利要求1所述的高自由度多功能下井仪器试验台，其特征在于：井下工具为常规偏心配水器、桥式偏心配水器、大斜度偏心配水器、防返吐偏心配水器、免投捞偏心配水器或集成式偏心配水器，所述下井仪器为验封仪、投捞器或流量计。

3.根据权利要求1或2所述的高自由度多功能下井仪器试验台，其特征在于：所述试验油管由多根依次旋接而成，圆筒上端口以下的试验油管壁上设有多个观察孔或观察槽，所述观察孔或观察槽对称分布在试验油管的四周。

4.根据权利要求1或2所述的高自由度多功能下井仪器试验台，其特征在于：所述油管支撑杆上安装有指示试验油管倾斜角度的倾角仪，所述圆形底座上标有指示试验油管方位角的方位刻度。

5.根据权利要求1所述的高自由度多功能下井仪器试验台，其特征在于：所述油管支撑杆位于所述圆筒高度方向的中部。

6.根据权利要求5所述的高自由度多功能下井仪器试验台，其特征在于：圆筒的内径为1000mm，高度为400mm；试验油管外壁的半径为r，以油管支撑杆轴线与圆筒轴线的交叉点为坐标原点，液压缸下端的铰接点坐标为（x，y），当试验油管处于竖直状态时，三角架自由端的坐标为（a，b），则x＞r，a²+b²=450²，且

。

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