气井测试中油嘴选用装置与方法与流程

1.本发明属于石油工程领域，具体涉及一种气井测试中油嘴选用装置与方法。


背景技术：

2.气井测试是认识气藏、评估气田潜力所必须的手段，对气田的勘探和开发具有至关重要的作用。通过对单井、井组或区块进行测试作业，可获取气藏动态资料和压降特点，综合利用和分析试气、试井和试采资料，可进行产能评价，获得气藏开发特征、气藏稳产条件，确定单井控制储量和气田开发规模，确定气田的合理开发方案，对气田的开发具有一定的指导意义。
3.气井测试中，为了增加可采储量和优化开发效果，井口需要使用地面油嘴进行调产降压，保证后续的分离和存储工序顺利进行。天然气经过地面油嘴时压力和温度会同时降低，如果油嘴选用不合理，则很容易产生天然气水合物，轻则导致测试管线堵塞，延误测试作业，增加作业时间与成本；重则导致油嘴后部的各种设备受高压损坏，测试失败，甚至井的报废，后果严重。
4.在同一气井测试工况下，油嘴组合有多种，不同的油嘴组合，会对测试结果有很大的影响，为了确定与测试工况匹配的油嘴组合，现有技术主要是通过现场作业人员主观经验来实现，对人员要求高，人为因素影响大，但是却不能提供最匹配的油嘴组合，且在测试过程中当井口压力达到一定值时，需要关井、更换油嘴后才能继续进行作业，频繁更换油嘴不仅会增加生产费用，影响测试工作的进行而且会使有害物质泄漏致使危险事故发生。
5.因此，亟需一种气井测试中油嘴选用装置与方法，准确判断气井测试中地面油嘴的组合方式，有效提高气井测试效率，降低作业成本，改善测试效果，保证测试作业安全顺利进行。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种气井测试中油嘴选用装置，以解决现有技术中油嘴选用通过现场作业人员主观经验来实现，对人员要求高，人为因素影响大，但是却不能提供最匹配的油嘴组合的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
8.本发明提供的一种气井测试中油嘴选用装置，包括天然气供气系统、气井测试多工况模拟系统、油嘴多组合测试系统和控制装置；其中，
9.所述油嘴多组合测试系统包括通过管路并联设置的多种油嘴组合；
10.所述气井测试多工况模拟系统包括地面流动管路，所述油嘴多组合测试系统连接在所述地面流动管路上，所述地面流动管路的一端连接有测试管柱，所述测试管柱上连接有真空泵；所述地面流动管路的另一端连接有气液两相分离器；所述气液两相分离器的气体出口端连接有气体流动管路，所述气体流动管路上设有气体流量计b和气体组份测定装置b；所述气液两相分离器的液体出口端连接有液体流动管路，所述液体流动管路上连接有
液体流量计；
11.所述地面流动管路在所述油嘴多组合测试系统靠近测试管柱的一侧设有井口温度传感器一、井口压力传感器一和气体组份测定装置a，所述地面流动管路上在所述油嘴多组合测试系统靠近气液两相分离器的一侧设有井口温度传感器二和井口压力传感器二；
12.所述天然气供气系统的出气端与测试管柱连接，且所述天然气供气系统的供气管路上设有计量向测试管柱内注入天然气气体流量的气体流量计a；
13.所述气体流量计b、气体组份测定装置b、液体流量计、井口温度传感器一、井口压力传感器一、气体组份测定装置a、井口温度传感器二、井口压力传感器二和气体流量计a分别与控制装置电连接。
14.进一步的，所述多种油嘴组合包括一级油嘴组合、二级油嘴组合和三级油嘴组合。
15.进一步的，所述一级油嘴组合包括通过管路依次连接的一级开关a、一级油嘴和一级开关b；所述二级油嘴组合包括通过管路依次连接的二级开关a、二级油嘴和二级开关b；所述三级油嘴组合包括通过管路依次连接的三级开关a、三级油嘴和三级开关b；所述一级油嘴为一个油嘴；所述二级油嘴为两个油嘴，包括二级油嘴a和二级油嘴b；所述三级油嘴为三个油嘴，包括三级油嘴a、三级油嘴b和三级油嘴c；所述一级开关a、一级开关b、二级开关a、二级开关b、三级开关a和三级开关b均分别与控制装置电连接。
16.进一步的，所述油嘴多组合测试系统与所述气液两相分离器之间的地面流动管路为透明管路；还包括摄像机，所述摄像机装设在所述透明管路的下侧，且所述摄像机与控制装置电连接。
17.进一步的，所述天然气供气系统包括通过供气管道顺次连接的气罐、增压泵、气体流量计a和进气阀；所述进气阀、增压泵分别与所述控制装置电连接。
18.进一步的，所述测试管柱上设有调节测试管柱温度的温控槽。
19.进一步的，所述气体流量计b与气液两相分离器的气体出口端的距离为0.5
‑
2.0m；所述气体组份测定装置b与气体流量计b的距离为0.3
‑
1.0m；所述液体流量计与气液两相分离器的液体出口端的距离为0.5
‑
2.0m。
20.进一步的，所述液体流动管路的尾端连接有储液罐；所述气体流动管路的尾端连接有燃烧臂。
21.本发明提供的应用上述的气井测试中油嘴选用装置进行油嘴选用的方法，包括下述步骤：
22.(1)利用真空泵将测试管柱内抽至真空状态，关闭真空泵；选择油嘴多组合测试系统中的其中一种油嘴组合进行第一种油嘴组合的测试；将进行油嘴组合的管路连通，并关闭其他油嘴组合的管路；
23.①
通过天然气供气系统向测试管柱内注入天然气并增压，通过井口压力传感器一监测测试管柱内压力大小，模拟气井测试过程中测试管柱压力场状况；
24.②
通过温控槽调整测试管柱内温度状况，通过井口温度传感器一监测测试管柱内的温度，模拟气井测试过程中测试管柱温度场状况；
25.③
利用气液两相分离器进行气液分离，分离后的气体通过气体出口端进入气体流动管路，然后燃烧，分离后的液体通过液体出口端进入液体流动管路，然后存储；
26.④
利用气体流量计a监测注入测试管柱内的气体流量；井口温度传感器一监测气
体流经油嘴组合前的温度；井口压力传感器一监测管柱内气体压力；气体组份测定装置a监测测试管柱内的气体组份；井口温度传感器二监测气体流经油嘴组合后的温度变化；井口压力传感器二监测气体流经油嘴组合后的压力变化；气体流量计b监测气体经气液分离器后进入气体流动管路的气体流量；气体组份测定装置b测试经气液分离器后进入气体流动管路的气体组份；液体流量计监测气体经气液分离器后进入液体流动管路的液体流量；
27.⑤
测试完成后，记录相关数据；将进行了测试的油嘴组合管路关闭；
28.(2)利用真空泵将测试管柱内抽至真空状态，关闭真空泵；打开第二种油嘴组合的管路，其他油嘴组合的管路处于关闭状态；按步骤(1)的方法重复进行第二种油嘴组合的测试；
29.(3)按步骤(2)的方法继续重复进行第三种油嘴组合的测试，直至最后一种油嘴组合测试完成；
30.(4)通过控制装置数据处理，计算出每一种油嘴组合生成水合物的体积，以生成水合物体积最小的油嘴组合方式为最佳油嘴组合方式。
31.进一步的，所述步骤(4)中，计算油嘴组合生成水合物体积的方法为：
32.①
由理想气体状态方程pv＝nrt将气体流量计a和气体流量计b在测试环境下测得的气体流量q
a
、q
b
，转化为标准状况下的气体流量q
a
、q
b
：
[0033][0034][0035]
式中，p
a
为井口压力传感器一测得的井口压力，pa；
[0036]
p0为标准大气压，pa；
[0037]
t
a
为井口温度传感器一测得的井口温度，k；
[0038]
t0为标准状况下温度，k；
[0039]
q
a
为气体流量计a在测试环境下测得的气体流量，m3/s；
[0040]
p
b
为井口压力传感器二测得的井口压力，pa；
[0041]
t
b
为温度传感器测得的井口温度，k；
[0042]
q
b
为气体流量计b在测试环境下测得的气体流量，m3/s；
[0043]
②
根据标准状况下气体流量q
a
、q
b
，计算出测试管柱内气体组份i在井口的体积v
ai
和实验完成后的体积v
bi
：
[0044]
v
ai
＝∫q
a
s
ai
dt；
[0045]
v
bi
＝∫q
b
s
bi
dt；
[0046]
式中，s
ai
为气体组份测定装置a测得的气体i的组份，％；
[0047]
s
bi
为气体组份测定装置b测得实验完成后的气体i的组份，％；
[0048]
t为实验时间3600s(实验时间根据具体的水合物生成状况来进行选择)，s；
[0049]
③
根据气体组份i在井口的体积v
ai
和实验完成后的体积v
bi
，计算出生成水合物消耗掉的气体组份i的体积：
[0050]
v
i
＝v
ai
‑
v
bi
；
[0051]
④
根据消耗掉的气体组份i的体积，计算出在气井测试中选用一级油嘴生成水合物的体积v
h1
：
[0052][0053]
式中，ρ
i
表示气体i组份的密度，kg/m3；
[0054]
ρ
h
表示水合物的密度，kg/m3；
[0055]
x表示气体i组份水合物的摩尔百分比，％；
[0056]
m
i
表示气体i组份的摩尔质量，kg/mol；
[0057]
m
h
表示水合物的摩尔质量，kg/mol。
[0058]
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
[0059]
(1)本发明提供的气井测试中油嘴选用装置，安全可靠，能进行气井测试作业的全过程、多工况模拟；在测试过程中能够灵活变换油嘴组合的各种方式，满足工程要求；
[0060]
(2)本发明提供的气井测试中油嘴选用装置，选用方法科学，能够实时、全程对测试工况自动监测；能精确优选出与测试工况相匹配的最佳油嘴组合方式，对气井测试中油嘴组合方式的选用具有实际指导意义。
附图说明
[0061]
图1是本发明实施例1的结构示意图。
[0062]
图中：101、气罐；102、增压泵；103、气体流量计a；104、进气阀；105、真空泵；106、测试管柱；107、温控槽；108、流动头；109、地面流动管路；201、井口温度传感器一；202、井口压力传感器一；203、气体组份测定装置a；204、一级开关a；205、一级油嘴；206、一级开关b；207、二级开关a；208、二级油嘴a；209、二级油嘴b；301、二级开关b；302、三级开关a；303、三级油嘴a；304、三级油嘴b；305、三级油嘴c；306、三级开关b；308、井口温度传感器二；309、井口压力传感器二；401、摄像机；402、气液两相分离器；403、气体流动管路；404、气体流量计b；405、气体组份测定装置b；406、燃烧臂；407、液体流动管路；408、液体流量计；409、储液罐；501、数据传输线；502、计算机；503、油嘴多组合测试系统。
具体实施方式
[0063]
如图1所示：
[0064]
实施例1：
[0065]
本发明提供的一种气井测试中油嘴选用装置，包括天然气供气系统、气井测试多工况模拟系统、油嘴多组合测试系统503和控制装置；其中，
[0066]
所述油嘴多组合测试系统503包括通过管路并联设置的多种油嘴组合；
[0067]
所述气井测试多工况模拟系统包括地面流动管路109，所述油嘴多组合测试系统503连接在所述地面流动管路109上，所述地面流动管路109的一端连接有测试管柱106，所述测试管柱106上连接有真空泵105；所述地面流动管路109的另一端连接有气液两相分离器402；所述气液两相分离器402的气体出口端连接有气体流动管路403，所述气体流动管路403上设有气体流量计b404和气体组份测定装置b405；所述气液两相分离器402的液体出口端连接有液体流动管路407，所述液体流动管路407上连接有液体流量计408；
[0068]
所述地面流动管路109在所述油嘴多组合测试系统503靠近测试管柱106的一侧设有井口温度传感器一201、井口压力传感器一202和气体组份测定装置a203，所述地面流动管路109上在所述油嘴多组合测试系统503靠近气液两相分离器402的一侧设有井口温度传感器二308和井口压力传感器二309；
[0069]
所述天然气供气系统的出气端与测试管柱106连接，且所述天然气供气系统的供气管路上设有计量向测试管柱106内注入天然气气体流量的气体流量计a103；
[0070]
所述气体流量计b404、气体组份测定装置b405、液体流量计408、井口温度传感器一201、井口压力传感器一202、气体组份测定装置a203、井口温度传感器二308、井口压力传感器二309和气体流量计a103分别与控制装置电连接。
[0071]
本发明提供的气井测试中油嘴选用装置，安全可靠，能进行气井测试作业的全过程、多工况模拟；在测试过程中能够灵活变换油嘴组合的各种方式，满足工程要求；本发明提供的气井测试中油嘴选用装置和方法，选用方法科学，能够实时、全程对测试工况自动监测；能精确优选出与测试工况相匹配的最佳油嘴组合方式，对气井测试中油嘴组合方式的选用具有实际指导意义。
[0072]
作为可选的实施方式，所述多种油嘴组合包括一级油嘴组合、二级油嘴组合和三级油嘴组合。当然，油嘴组合的方式还可以根据需要再增加，并不限于本发明中公开的三种。
[0073]
作为可选的实施方式，所述一级油嘴组合包括通过管路依次连接的一级开关a204、一级油嘴205和一级开关b206；所述二级油嘴组合包括通过管路依次连接的二级开关a207、二级油嘴和二级开关b301；所述三级油嘴组合包括通过管路依次连接的三级开关a302、三级油嘴和三级开关b306；所述一级油嘴205为一个油嘴；所述二级油嘴为两个油嘴，包括二级油嘴a208和二级油嘴b209；所述三级油嘴为三个油嘴，包括三级油嘴a303、三级油嘴b304和三级油嘴c305；所述一级开关a204、一级开关b206、二级开关a207、二级开关b301、三级开关a302和三级开关b306均分别与控制装置电连接。
[0074]
作为可选的实施方式，所述油嘴多组合测试系统503与所述气液两相分离器402之间的地面流动管路109为透明管路；还包括摄像机401，所述摄像机401装设在所述透明管路的下侧，且所述摄像机401与控制装置电连接。所述透明管路采用能够承受至少10mpa压力的蓝宝石或者高强度玻璃制成的可视化管路；所有装置均满足工程作业要求。
[0075]
作为可选的实施方式，所述天然气供气系统包括通过供气管道顺次连接的气罐101、增压泵102、气体流量计a103和进气阀104；所述进气阀104、增压泵102分别与所述控制装置电连接。气罐101与增压泵102相连，用于向测试管柱106内注入实验天然气气体；增压泵102另一端与气体流量计a103连接，用于增压来自于天然气供气系统输出的天然气并调整测试管柱106内反应压力；气体流量计a103另一端与进气阀104连接，用于计量向测试管柱106内注入实验天然气气体流量；进气阀104另一端与测试管柱106连接，用于控制气罐101向测试管柱106内注入实验天然气气体；真空泵105与测试管柱106连接，用于测试管的预处理，利用真空泵105可将测试管柱106内抽至真空状态，防止实验天然气气体被空气污染；
[0076]
作为可选的实施方式，还包括流动头108，流动头108位于测试管柱106的顶端与测试管柱106通过螺纹连接；地面流动管路109的一端通过由壬接头与流动头108连接。
[0077]
作为可选的实施方式，所述测试管柱106上设有调节测试管柱106温度的温控槽107。温控槽107通过螺纹安装于测试管柱106上部，用于调节测试管柱106的温度使其模拟气井测试过程中测试管柱106内温度场分布。
[0078]
作为可选的实施方式，所述气体流量计b404与气液两相分离器402的气体出口端的距离为0.5
‑
2.0m(优选为1.0m)；所述气体组份测定装置b405与气体流量计b404的距离为0.3
‑
1.0m(优选为0.5m)；所述液体流量计408与气液两相分离器402的液体出口端的距离为0.5
‑
2.0m(优选为1.0m)。
[0079]
作为可选的实施方式，所述液体流动管路407的尾端连接有储液罐409；所述气体流动管路403的尾端连接有燃烧臂406。
[0080]
气井测试时，天然气供气系统提供的实验气体经过测试管柱106提供的流动通道到达地面流动管路109(井口)处，借助流动头108进入地面流动管路109，通过油嘴组合调节至设定的产量，继续经过地面流动管路109，进入气液两相分离器402进行气液分离，分离得到的气体通过气体流动管路403到达燃烧臂406进行充分燃烧；分离得到的液体，通过液体流动管路407到达储液罐409，并存储。
[0081]
在本实施例中，所述控制装置为计算机502；所述气体流量计b404、气体组份测定装置b405、液体流量计408、井口温度传感器一201、井口压力传感器一202、气体组份测定装置a203、井口温度传感器二308、井口压力传感器二309和气体流量计a103监测到的数据均通过数据传输线501传输到计算机502，摄像机401通过数据传输线501和计算机502连接，将录制实时传输到计算机502。数据自动监测、采集及处理系统数据处理响应时间小于0.1s，通过实时监测温度、压力、液体流量、气体流量、气体组份参数，为水合物生成判断奠定基础。
[0082]
实施例2：
[0083]
本发明提供的应用上述实施例1的气井测试中油嘴选用装置进行油嘴选用的方法，包括下述步骤
[0084]
(1)测试开始前，检查测试管柱106与其他装置连接并检查管线连接处密封情况；利用真空泵105将测试管柱106内抽至真空状态，关闭真空泵105；进行一级油嘴组合的测试；打开一级开关a204与一级开关b206，将一级油嘴组合的管路连通，并关闭二级油嘴组合和三级油嘴组合的管路；
[0085]
①
打开进气阀104和增压泵102通过天然气供气系统向测试管柱106内注入天然气并增压，通过井口压力传感器一202监测测试管柱106内压力大小，模拟气井测试过程中测试管柱106压力场状况；
[0086]
②
利用温控槽107调整测试管柱106内温度状况，通过井口温度传感器一201监测测试管柱106内的温度，模拟气井测试过程中测试管柱106温度场状况；
[0087]
③
利用摄像机401对地面流动管路109进行水合物生成拍摄记录，根据拍摄的影像观察水合物层的生长情况；
[0088]
④
利用气液两相分离器402进行气液分离，分离后的气体通过气体出口端进入与气体流动管路403连接的燃烧臂406燃烧，分离后的液体通过液体出口端进入与液体流动管路407连接的储液罐409存储；
[0089]
⑤
利用气体流量计a103监测注入测试管柱106内的气体流量；井口温度传感器一
201监测气体流经油嘴组合前的温度，并为温控槽107提供温度参考；井口压力传感器一202监测管柱内气体压力，并为增压泵102提供压力参考；气体组份测定装置a203监测测试管柱106内的气体组份；井口温度传感器二308监测气体流经油嘴组合后的温度变化；井口压力传感器二309监测气体流经油嘴组合后的压力变化；气体流量计b404监测气体经气液分离器后进入气体流动管路403的气体流量；气体组份测定装置b405测试经气液分离器后进入气体流动管路403的气体组份；液体流量计408监测气体经气液分离器后进入液体流动管路407的液体流量；所有监测参数同时将采集到的数据传输至计算机502，以便于针对水合物生长情况进行量化分析；
[0090]
⑤
测试完成后，记录相关数据；将一级油嘴组合的管路关闭；
[0091]
(2)利用真空泵105将测试管柱106内抽至真空状态，关闭真空泵105；打开二级油嘴组合的管路，一级油嘴组合和三级油嘴组合的管路处于关闭状态；按步骤1的方法重复进行二级油嘴组合的测试；
[0092]
(3)重复进行三级油嘴组合的测试；
[0093]
(4)通过数据采集系统计量气相流量、组份变化，结合管路内的温度、压力数值，计算出生成水合物生长过程中气相的消耗量，对水合物的生长过程进行深入量化研究，通过计算机502数据实时处理，计算一级油嘴组合、二级油嘴组合和三级油嘴组合生成的水合物体积；计算一级油嘴组合、二级油嘴组合和三级油嘴组合生成水合物体积的方法为：
[0094]
①
由理想气体状态方程pv＝nrt将气体流量计a103和气体流量计b404在测试环境下测得的气体流量q
a
、q
b
，转化为标准状况下的气体流量q
a
、q
b
：
[0095][0096][0097]
式中，p
a
为井口压力传感器一202测得的井口压力，pa；
[0098]
p0为标准大气压，pa；
[0099]
t
a
为井口温度传感器一201测得的井口温度，k；
[0100]
t0为标准状况下温度，k；
[0101]
q
a
为气体流量计a103在测试环境下测得的气体流量，m3/s；
[0102]
p
b
为井口压力传感器二309测得的井口压力，pa；
[0103]
t
b
为温度传感器测得的井口温度，k；
[0104]
q
b
为气体流量计b404在测试环境下测得的气体流量，m3/s；
[0105]
②
根据标准状况下气体流量q
a
、q
b
，计算出测试管柱106内气体组份i在井口的体积v
ai
和实验完成后的体积v
bi
：
[0106]
v
ai
＝∫q
a
s
ai
dt；
[0107]
v
bi
＝∫q
b
s
bi
dt；
[0108]
式中，s
ai
为气体组份测定装置a203测得的气体i的组份，％；
[0109]
s
bi
为气体组份测定装置b 405测得实验完成后的气体i的组份，％；
[0110]
t为实验时间3600s，s；
[0111]
③
根据气体组份i在井口的体积v
ai
和实验完成后的体积v
bi
，计算出生成水合物消
耗掉的气体组份i的体积：
[0112]
v
i
＝v
ai
‑
v
bi
；
[0113]
④
根据消耗掉的气体组份i的体积，计算出在气井测试中选用的一级油嘴组合生成水合物的体积v
h1
：
[0114][0115]
式中，ρ
i
表示气体i组份的密度，kg/m3；
[0116]
ρ
h
表示水合物的密度，kg/m3；
[0117]
x表示气体i组份水合物的摩尔百分比，％；
[0118]
m
i
表示气体i组份的摩尔质量，kg/mol；
[0119]
m
h
表示水合物的摩尔质量，kg/mol；
[0120]
重复上述步骤
①‑④
，计算出在气井测试中选用的二级油嘴组合生成水合物的体积v
h2；
；
[0121]
重复上述步骤
①‑④
，计算出在气井测试中选用的三级油嘴组合生成水合物的体积v
h3
；
[0122]
比较选用的一级油嘴组合、二级油嘴组合和三级油嘴组合进行气井测试时分别生成的水合物体积v
h1
、v
h2
、v
h3
，根据比较结果优选生成水合物体积最小的油嘴组合方式为最佳油嘴组合方式。

技术特征：
1.一种气井测试中油嘴选用装置，其特征在于：包括天然气供气系统、气井测试多工况模拟系统、油嘴多组合测试系统(503)和控制装置；其中，所述油嘴多组合测试系统(503)包括通过管路并联设置的多种油嘴组合；所述气井测试多工况模拟系统包括地面流动管路(109)，所述油嘴多组合测试系统(503)连接在所述地面流动管路(109)上，所述地面流动管路(109)的一端连接有测试管柱(106)，所述测试管柱(106)上连接有真空泵(105)；所述地面流动管路(109)的另一端连接有气液两相分离器(402)；所述气液两相分离器(402)的气体出口端连接有气体流动管路(403)，所述气体流动管路(403)上设有气体流量计b(404)和气体组份测定装置b(405)；所述气液两相分离器(402)的液体出口端连接有液体流动管路(407)，所述液体流动管路(407)上连接有液体流量计(408)；所述地面流动管路(109)在所述油嘴多组合测试系统(503)靠近测试管柱(106)的一侧设有井口温度传感器一(201)、井口压力传感器一(202)和气体组份测定装置a(203)，所述地面流动管路(109)上在所述油嘴多组合测试系统(503)靠近气液两相分离器(402)的一侧设有井口温度传感器二(308)和井口压力传感器二(309)；所述天然气供气系统的出气端与测试管柱(106)连接，且所述天然气供气系统的供气管路上设有计量向测试管柱(106)内注入天然气气体流量的气体流量计a(103)；所述气体流量计b(404)、气体组份测定装置b(405)、液体流量计(408)、井口温度传感器一(201)、井口压力传感器一(202)、气体组份测定装置a(203)、井口温度传感器二(308)、井口压力传感器二(309)和气体流量计a(103)分别与控制装置电连接。2.根据权利要求1所述的气井测试中油嘴选用装置，其特征在于：所述多种油嘴组合包括一级油嘴组合、二级油嘴组合和三级油嘴组合。3.根据权利要求2所述的气井测试中油嘴选用装置，其特征在于：所述一级油嘴组合包括通过管路依次连接的一级开关a(204)、一级油嘴(205)和一级开关b(206)；所述二级油嘴组合包括通过管路依次连接的二级开关a(207)、二级油嘴和二级开关b(301)；所述三级油嘴组合包括通过管路依次连接的三级开关a(302)、三级油嘴和三级开关b(306)；所述一级油嘴(205)为一个油嘴；所述二级油嘴为两个油嘴，包括二级油嘴a(208)和二级油嘴b(209)；所述三级油嘴为三个油嘴，包括三级油嘴a(303)、三级油嘴b(304)和三级油嘴c(305)；所述一级开关a(204)、一级开关b(206)、二级开关a(207)、二级开关b(301)、三级开关a(302)和三级开关b(306)均分别与控制装置电连接。4.根据权利要求1所述的气井测试中油嘴选用装置，其特征在于：所述油嘴多组合测试系统(503)与所述气液两相分离器(402)之间的地面流动管路(109)为透明管路；还包括摄像机(401)，所述摄像机(401)装设在所述透明管路的下侧，且所述摄像机(401)与控制装置电连接。5.根据权利要求1所述的气井测试中油嘴选用装置，其特征在于：所述天然气供气系统包括通过供气管道顺次连接的气罐(101)、增压泵(102)、气体流量计a(103)和进气阀(104)；所述进气阀(104)、增压泵(102)分别与所述控制装置电连接。6.根据权利要求1所述的气井测试中油嘴选用装置，其特征在于：所述测试管柱(106)上设有调节测试管柱(106)温度的温控槽(107)。7.根据权利要求1所述的气井测试中油嘴选用装置，其特征在于：所述气体流量计b
(404)与气液两相分离器(402)的气体出口端的距离为0.5
‑
2.0m；所述气体组份测定装置b(405)与气体流量计b(404)的距离为0.3
‑
1.0m；所述液体流量计(408)与气液两相分离器(402)的液体出口端的距离为0.5
‑
2.0m。8.根据权利要求1所述的气井测试中油嘴选用装置，其特征在于：所述液体流动管路(407)的尾端连接有储液罐(409)；所述气体流动管路(403)的尾端连接有燃烧臂(406)。9.应用权利要求1
‑
8中任意一项所述的气井测试中油嘴选用装置进行油嘴选用的方法，其特征在于：包括下述步骤(1)利用真空泵(105)将测试管柱(106)内抽至真空状态，关闭真空泵(105)；选择油嘴多组合测试系统(503)中的其中一种油嘴组合进行第一种油嘴组合的测试；将进行油嘴组合的管路连通，并关闭其他油嘴组合的管路；
①
通过天然气供气系统向测试管柱(106)内注入天然气并增压，并通过井口压力传感器一(202)监测测试管柱(106)内压力大小，模拟气井测试过程中测试管柱(106)压力场状况；
②
通过温控槽(107)调整测试管柱(106)内温度状况，通过井口温度传感器一(201)监测测试管柱(106)内的温度，模拟气井测试过程中测试管柱(106)温度场状况；
③
利用气液两相分离器(402)进行气液分离，分离后的气体通过气体出口端进入气体流动管路(403)，然后燃烧，分离后的液体通过液体出口端进入液体流动管路，然后存储；
④
利用气体流量计a(103)监测注入测试管柱(106)内的气体流量；井口温度传感器一(201)监测气体流经油嘴组合前的温度；井口压力传感器一(202)监测管柱内气体压力；气体组份测定装置a(203)监测测试管柱(106)内的气体组份；井口温度传感器二(308)监测气体流经油嘴组合后的温度变化；井口压力传感器二(309)监测气体流经油嘴组合后的压力变化；气体流量计b(404)监测气体经气液分离器后进入气体流动管路(403)的气体流量；气体组份测定装置b(405)测试经气液分离器后进入气体流动管路(403)的气体组份；液体流量计(408)监测气体经气液分离器后进入液体流动管路(407)的液体流量；
⑤
测试完成后，记录相关数据；将进行了测试的油嘴组合管路关闭；(2)利用真空泵(105)将测试管柱(106)内抽至真空状态，关闭真空泵(105)；打开第二种油嘴组合的管路，其他油嘴组合的管路处于关闭状态；按步骤(1)的方法重复进行第二种油嘴组合的测试；(3)按步骤(2)的方法继续重复进行第三种油嘴组合的测试，直至最后一种油嘴组合测试完成；(4)通过控制装置数据处理，计算出每一种油嘴组合生成水合物的体积，以生成水合物体积最小的油嘴组合方式为最佳油嘴组合方式。10.根据权利要求9所述的进行油嘴选用的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，计算油嘴组合生成水合物体积的方法为：
①
由理想气体状态方程pv＝nrt将气体流量计a(103)和气体流量计b(404)在测试环境下测得的气体流量q
a
、q
b
，转化为标准状况下的气体流量q
a
、q
b
：
式中，p
a
为井口压力传感器一(202)测得的井口压力，pa；p0为标准大气压，pa；t
a
为井口温度传感器一(201)测得的井口温度，k；t0为标准状况下温度，k；q
a
为气体流量计a(103)在测试环境下测得的气体流量，m3/s；p
b
为井口压力传感器二(309)测得的井口压力，pa；t
b
为温度传感器测得的井口温度，k；q
b
为气体流量计b(404)在测试环境下测得的气体流量，m3/s；
②
根据标准状况下气体流量q
a
、q
b
，计算出测试管柱(106)内气体组份i在井口的体积v
ai
和实验完成后的体积v
bi
：v
ai
＝∫q
a
s
ai
dt；v
bi
＝∫q
b
s
bi
dt；式中，s
ai
为气体组份测定装置a(203)测得的气体i的组份，％；s
bi
为气体组份测定装置b(405)测得实验完成后的气体i的组份，％；t为实验时间，s；
③
根据气体组份i在井口的体积v
ai
和实验完成后的体积v
bi
，计算出生成水合物消耗掉的气体组份i的体积：v
i
＝v
ai
‑
v
bi
；
④
根据消耗掉的气体组份i的体积，计算出在气井测试中选用一级油嘴(205)生成水合物的体积v
h1
：式中，ρ
i
表示气体i组份的密度，kg/m3；ρ
h
表示水合物的密度，kg/m3；x表示气体i组份水合物的摩尔百分比，％；m
i
表示气体i组份的摩尔质量，kg/mol；m
h
表示水合物的摩尔质量，kg/mol。
技术总结
本发明公开了一种气井测试中油嘴选用装置与方法。所述装置包括天然气供气系统、气井测试多工况模拟系统、油嘴多组合测试系统（503）和控制装置；其中，所述油嘴多组合测试系统（503）包括通过管路并联设置的多种油嘴组合；所述气井测试多工况模拟系统包括地面流动管路（109），所述油嘴多组合测试系统（503）连接在所述地面流动管路（109）上。本发明的安全可靠，能进行气井测试作业的全过程、多工况模拟；在测试过程中能够灵活变换油嘴组合的各种方式，满足工程要求；能精确优选出与测试工况相匹配的最佳油嘴组合方式，对气井测试中油嘴组合方式的选用具有实际指导意义。合方式的选用具有实际指导意义。合方式的选用具有实际指导意义。


技术研发人员：魏纳 白睿玲 张耀 赵金洲 孙万通 李海涛
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2021.03.25
技术公布日：2021/6/29