CN101509840B - 一种检测防砂管性能的方法及其专用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内评价防砂管性能的方法及其专用装置。该装置包括密闭高压釜体、分流网和筒状支撑架；分流网为筒状，嵌套于高压釜体内；筒状支撑架位于高压釜体的轴心处，分流网和筒状支撑架的下端均与高压釜体的底面连接；高压釜体的侧壁上设有至少一个进油口，高压釜体下底面设有出油口，出油口位于筒状支撑架的侧壁内侧。该方法，是利用上述室内评价防砂管性能的装置评价待测防砂管的性能。该装置可以模拟油田的地层特征，进行有围压情况下的径向流动出砂规律评价试验，使地层的出砂特征更符合地层的条件。该评价方法成本低，可以替代昂贵的现场试验，便于获得规律，优选适合不同地层情况的防砂管类型及优化防砂参数，指导现场生产。

Description

一种检测防砂管性能的方法及其专用装置 

技术领域

本发明涉及一种评价防砂管性能的方法及其专用装置。 

背景技术

砂岩油藏，由于地层本身结构疏松，加上采取的注高温高压蒸汽的强采方式，致使在油田开发的同时就伴随着不同程度的出砂，随着开发的延续，出砂井日益增多，出砂情况也更趋复杂、加剧。油井出砂致使油井生产周期缩短，油井产量大减，甚至造成油井停产、报废，严重制约了油井潜能的充分发挥，同时也使开采设备、地面工艺情况迅速恶化，严重影响了油田的高效稳产。因此，对于出砂油藏，防砂是油气藏开采不可缺少的环节，对原油的稳定开采起着重要的作用。 

目前使用的防砂方法很多，每种防砂方法都有各自的特点及其适应性。对于弱固结砂岩油藏而言，防砂成功的关键是防砂方式的选择及防砂管参数的优化，这两方面的选择的不当是导致防砂失败及产能降低的主要原因。目前的防砂方法多是凭经验，具有很大的局限性。目前选择方法的误区是：只注重挡砂效果而忽略了经济上的考虑，即只考虑经济技术方面的因素，着眼于将砂挡住，而没有考虑防砂后产能的大小、防砂成本和经济效果。最优的防砂措施是应能成功地控制大部分地层砂，并且尽可能降低防砂管的堵塞程度，提高作业后的油井经济指标高。要达到这个目的，不仅需要优选完井时的防砂方式，更要优化防砂管的防砂参数。因此，需要研制出一种能在实验室内进行评价防砂管的装置，用于评价防砂工具的防砂效果、堵塞程度及对地层的适应性等。 

发明内容

本发明的目的是提供一种室内评价防砂管性能的方法及其专用装置。 

本发明所提供的室内评价防砂管性能的装置，包括密闭高压釜体3、分流网6和中空的筒状支撑架7；所述分流网6为筒状，嵌套于所述高压釜体3内，所述中空的筒状支撑架7位于所述高压釜体3的轴心处，所述分流网6和筒状支撑架7的下端均与所述高压釜体3的下底面连接；所述高压釜体的侧壁上设有至少一个进油口8，所述高压釜体3下底面设有出油口11，所述出油口11位于所述筒状支撑架7的侧壁内侧。该结构中以对密闭高压釜体3(高压釜体可以承受40Mpa的三向压力)施 加周向与垂直方向的三维应力，模拟油藏有效应力状况，使用时釜体内充满模拟储层砂，筒状支撑架7模拟井眼井壁支撑架，支撑地层砂在初始状况下不产生坍塌；分流网6使进油口8流进的油形成有效的均匀径向流动，模拟储层的有效泄油面积；这种结构能够模拟油田的地层特征，模拟地下流体的径向流动状态，可以形成稳定的压力漏斗梯度，进行有围压情况下的径向流动，比常见的直线流评价试验更接近真实的地下流动状况。 

所述进油口8与高压釜体3的下底面的距离小于所述分流网6和所述筒状支撑架7的高度。 

为了达到周向均匀加载的目的，所述高压釜体为圆筒型，所述进油口须位于高压釜体侧壁中部，并且沿周向均匀对称布置，四个方向(高压釜体同一高度的周线的四分点)各设一个进油口。 

所述筒状支撑架7的高度小于所述分流网6的高度。 

所述高压釜体3、所述筒状支撑架7和所述分流网6的垂直于地面的轴线重合。 

所述高压釜体的上底面为盖4，下底面为底座1，所述高压釜体的侧壁与其盖4和底座1之间用螺栓固定连接。所述盖4与所述高压釜体的侧壁之间用密封垫5密封。 

为了满足到达径向流动的目的，所述分流网6紧贴高压釜内壁，在不影响高压釜内部空间的前提下可设置多层，网孔大小以2-5mm为宜，网孔太小，影响压力传递，网孔太大，不能形成有效的径向流动。径向流动主要通过进油口及分流网来实现。 

所述筒状支撑架7设计目的为大致模拟裸眼井壁，防止在试验初期填充砂掩埋防砂管，其侧壁设有若干孔，孔均匀分布，孔径大小设置不影响油与砂自由通过。 

所述中空的筒状支撑架的大小使其可以装下待评价的防砂管。 

所述室内评价防砂管性能的装置还设有稳压供油系统12(施压及供油系统)、压力监测系统13及流量监测系统15。 

所述稳压供油系统12与所述进油口8连接，工作时，稳压供油系统12对所述进油口施加稳定的驱动压力，模拟油藏静压力形成生产压差，形成均匀径向流动。 

所述压力监测系统包括分别与在所述高压釜体内壁、筒状支撑架外壁和待测防砂管外壁在与进油口相同垂直高度的位置设置的测压点连接的压力传感器；即在所述高压釜体上设有测压点，测压点纵向上设置在高压釜体中部，横向上设置三个测压点，依次在高压釜体内壁，支撑架外壁，防砂管外壁，这三个测压点分别与一个压力传感器连接(具体可为在高压釜体侧壁设有可供压力传感器连接到所述测压点的测压孔2)，三个压力传感器测得的数据由与它们连接压力数据采集装置采集。该 压力监测系统主要为了测试这三个点的压降梯度，以此来评价防砂管的压降、环空的压降及地层砂的压降。 

上述流量监测系统与出油口连接，监测测试过程中油的流量。 

上述装置使用时，将防砂管置于筒状支撑架7内，在高压釜内充满模拟储层砂，固定好高压釜的盖4和底座1，利用稳压进油系统泵入一定压力的模拟稠油，模拟稠油从入油口按照一定压力进入高压釜，然后通过防砂管从出油口11流出。整个过程中监测入油口压力和监测环空堆积砂的压力，计算环空堆积砂的压降，评价环空堆积砂的渗透率，并监测出油口的流量、出砂量。 

本发明所提供的室内评价防砂管性能的方法，是利用上述室内评价防砂管性能的装置评价待测防砂管的性能。 

所述防砂管的性能为挡砂精度和/或对产能影响和/或抗堵塞能力。 

本发明的室内评价防砂管性能的装置的高压釜体内可充满模拟储层砂，施加三围应力模拟油藏有效应力状况；井壁支撑架模拟井眼，支撑地层砂在初始状况下不产生坍塌；分流网形成有效的均匀径向流动，模拟储层的有效泄油面积；稳压系统提供稳定的驱动压力，模拟油藏静压力形成生产压差，形成均匀径向流动；能够模拟油田的地层特征，模拟地下流体的径向流动状态，可以形成稳定的压力漏斗梯度，进行有围压情况下的径向流动，评价防砂管的防砂效果和产能变化，更真实准确可信。本发明的装置可以模拟油田的地层特征，进行有围压情况下的径向流动出砂规律评价试验，使地层的出砂特征更符合地层的条件。 

本发明的方法使用上述防砂管评价装置能够模拟储层粒度分布特性，可对特定区域的地层进行防砂管性能评价试验，该功能目前在国内外均为首创，评价角度从理论研究上升到工程运用的阶段。本发明的方法能对裸眼下筛管完井、砾石充填完井、射孔完井以及膨胀式筛管完井等进行全尺寸防砂管防砂效果及产能变化进行评价。该评价方法成本低，可以替代昂贵的现场试验，便于获得规律。通过该评价装置及评价方法可优选适合不同地层情况的的防砂管类型及优化防砂参数，指导现场生产。 

本发明的方法能够根据不同储层的压力特性设定试验生产压差，并根据防砂效果及产能要求适时调整压力参数，评价结果更接近生产实际，能实时监测不同防砂管的压力-流量-出砂量的流动规律及其对应特征，作出产能、出砂量等随不同防砂管及防砂参数的变化图版，为现场的完井防砂方案选择及防砂参数设计提供可信的基础数据支持，建立不同油田的防砂方案设计方法，并可直接运用到现场生产，具有很好的实际意义。 

附图说明

图1为防砂管室内评价装置主视图(垂向剖视图) 

图2为防砂管室内评价装置俯视图 

图3为防砂管室内评价装置连接和流程示意图 

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，为本发明的室内评价防砂管性能的装置。它包括密闭高压釜体3、分流网6和中空的筒状支撑架7； 

其中，高压釜体3为圆筒状，分流网6为筒状，嵌套于高压釜体3内，中空的筒状支撑架7嵌套于分流网6内侧；高压釜体3、筒状支撑架7和分流网6的垂直于地面的中轴线重合。分流网6和所述筒状支撑架7的高度；筒状支撑架7的高度小于分流网6的高度。 

高压釜体的侧壁上设有四个进油口8，进油口位于高压釜体侧壁中部，并且沿周向均匀对称布置，即位于高压釜体同一高度的周线的四分点上。这样可以达到周向均匀加载的目的。 

高压釜体3下底面设有出油口11，出油口11位于筒状支撑架7的中轴线上。 

高压釜体3的上底面为盖4，下底面为底座1，高压釜体3的侧壁与其盖4和底座1之间用螺栓固定连接。盖4与高压釜体3的侧壁之间用密封垫5密封。 

分流网6为分流网设计为了满足到达径向流动的目的，所做位置必须紧贴高压釜内壁，在不影响高压釜内部空间的前提下可设置多层，网孔大小以2-5mm为宜，网孔太小，影响压力传递，网孔太大，不能形成有效的径向流动。 

中空的筒状支撑架的大小使其可以装下油田常用的全尺寸防砂管，设计为大致模拟裸眼井壁，防止在试验初期填充砂掩埋防砂管，该支撑架孔径大小应不影响油与砂自由通过。 

高压釜体3的底座1上设有于待测防砂管横截面相适应的密封圈10，密封圈10设置的目的是为了防止油及砂不经过防砂管体的流动通道而直接从防砂管的端面经过。 

上述结构中以对密闭高压釜体3(高压釜体可以承受40Mpa的三向压力)施加三围应力(通过三个方向的供油泵施加周向与垂直方向的三维应力)模拟油藏有效应力状况，使用时釜体内充满模拟储层砂，筒状支撑架7模拟井眼井壁支撑架，支撑地层砂在初始状况下不产生坍塌；分流网6使进油口8流进的油形成有效的均匀径向流动，模拟储层的有效泄油面积；这种结构能够模拟油田的地层特征，模拟地下 流体的径向流动状态，可以形成稳定的压力漏斗梯度，进行有围压(围压是通过供油泵及循环系统来实现的)情况下的径向流动，比常见的直线流评价试验更接近真实的地下流动状况。 

室内评价防砂管性能的装置还设有稳压供油装置12(施压及供油)、压力监测装置13及流量监测装置15。 

稳压供油装置12可以按照设定的压力稳压输入模拟油的，稳压供油装置与进油口8连接，这样使所述进油口施加稳定的驱动压力，模拟油藏静压力形成生产压差，形成均匀径向流动。 

高压釜体上设有测压点，测压点纵向上设置在高压釜体中部(与进油口的垂直高度相同)，横向上设置三个测压点，依次在高压釜体3内壁，支撑架7外壁，防砂管9外壁，主要为了测试这三个点的压降梯度，以此来评价防砂管的压降、环空的压降及地层砂的压降。压力监测系统13由进口压力传感器、环空外压传感器、环空压力传感器和用于收集这些传感器的输出压力数据的压力数据采集装置14组成；其中，进口压力传感器与高压釜体内壁与进油口8相同垂直高度的位置设置的测压点连接，其测试的是模拟油进口压力；环空外压传感器与支撑架外壁设置的测压点连接，测定支撑架外壁处压力，环空压力传感器与防砂管外壁设置的测压点连接，测定防砂管外壁压力。在高压釜体侧壁设有可供压力传感器连接到所述测压点的测压孔2，具体可为测压孔通过管线与内部的测压点连接，压力传感器可通过测压孔和管线连接到内部测压点。用防砂管外壁连接的传感器压力与大气压的差值模拟防砂管的压降，用支撑架外壁压力传感器测试压力与防砂管外壁传感器测试压力的差值模拟环空堆积砂压差，进口压力传感器测试压力支撑架外壁压力传感器测试压力的差值为地层砂的压降。 

上述流量监测系统15与出油口11连接，监测测试过程中油的流量。 

如图3所示，上述装置使用时，将防砂管9置于筒状支撑架7内，并与底座1通过密封圈10密封连接，在高压釜内充满模拟储层砂，固定好高压釜的盖4和底座1，利用稳压进油系统泵入一定压力的模拟稠油，模拟稠油从入油口按照一定压力进入高压釜体3内，然后通过防砂管从出油口11流出。整个过程中稳压供油装置12可以控制入油口压力，监控环空堆积砂的压力，计算环空堆积砂的压降，评价环空堆积砂的渗透率；压力监测系统13测试高压釜体内壁，支撑架外壁，防砂管外壁这三个点的压降梯度，以此来评价防砂管的压降、环空的压降及地层砂的压降，流量监测系统15监测出油口的流量，同时还可检测出砂量，以及出砂的粒度。可事先不装防砂管，先在高压釜内充满模拟储层砂，固定好高压釜后将模拟油稳压泵入，检 测流量、出砂量，以及出砂的粒度。通过安装防砂管前后的压力、产能(流量)、出砂量、出砂的粒度等数据比较，评价防砂管的挡砂精度、对产能影响、抗堵塞状况性能。 

因此，利用上述室内评价防砂管性能的装置可评价待测防砂管的性能，即挡砂精度和/或对产能影响和/或抗堵塞能力。 

上述装置既可用于评价防砂管防砂后的产能变化，又可用于评价防砂管对储层砂粒的过滤精度，能直观、适时了解不同防砂管的压力-流量-出砂量的流动规律及其特征。其优点是：一是直接采用油田常用的全尺寸防砂管，测试结果更有代表性；二是根据不同的地层物性特征和生产措施要求(压力和流量)适时调整试验参数，根据储层特性优化防砂参数，评价结果更有利于接近生产实际；三是能适时了解不同防砂管的压力-流量-出砂量的变化规律及其特征，针对油田特性对不同防砂管进行适应性评价，优选防砂管。 

防砂管性能评价试验流程如下：一、按油田实际地层砂样粒度分布配比相近的实验用砂填充入高压釜体3的筒状支撑架7和分流网6之间，并用不同粘度的机械油模拟稠油作为流体介质；二、将注入管线连接到压力控制系统(即稳压供油装置，具有自动控制补偿系统)，以设置的恒定压力模拟地层实际生产压差作为驱动压力注入机械油；三、测量实验过程中的流量、防砂管压差(防砂管外壁的传感器压力与大气压的差值)、环空堆积砂压差(支撑架外壁压力传感器测试压力与防砂管外壁传感器测试压力的差值)、从防砂管出来的砂重参数。四、通过防砂管的压差来评价防砂管在实验中的堵塞程度，通过流量及相对应的压力变化来评价防砂管的产能，通过出砂量的测定来评价防砂管的挡砂性能，通过对产出砂做激光粒度分析来评价防砂管的挡砂精度，最终达到优选防砂管类型及优化防砂管参数的目的。 

模拟油的粘度根据不同油田原油粘度来定，储层砂的粒度根据不同油田储层砂的粒度测试曲线来配。 

通过测试从防砂管出来的油中含砂量来评价防砂管的防砂效果；通过对产出砂的粒度进行粒度分析来评价防砂管的防砂精度；对通过防砂管的流量进行测试来评价该类型防砂管的产能变化；通过测试防砂管的内外压降来评价防砂管的堵塞程度。 

现利用上述防砂管评价装置对三种常用防砂管进行性能测试，并将测试条件及结果表述如下： 

试验条件： 

防砂管类型及防砂参数：金属网筛管250μm、金属纤维筛管250μm、割缝筛管250μm)

试验模拟油粘度：200mpa.s 

模拟地层砂粒度中值：170um 

模拟生产压差：2.5Mpa 

测试结果： 

防砂管类型  及参数	防砂管过流系数(初期)	防砂管过流系数  (稳定后)	油中含砂千分比	产出砂粒度中值um
					金属网筛管  250μm	10.9	0.16	0.064	260
金属纤维筛  管250μm	4.2	0.0255	0.014	200
					割缝筛管  250μm	2.8	0.2	0.08	300

从三种常用防砂管的评价试验来看，防砂初期金属网布防砂管过流能力最高，而从长期来看，割缝管抗堵塞能力最强；从防砂效果来看，金属纤维的防砂效果最好，并且防砂精度最高。因此可根据现场的实际情况来选用合理的防砂管来进行防砂。 

Claims (7)

1.一种室内检测防砂管性能的装置，其特征在于：它包括密闭高压釜体(3)、分流网(6)和中空的筒状支撑架(7)；所述分流网(6)为筒状，嵌套于所述高压釜体内；所述筒状支撑架位于所述高压釜体的轴心处，所述分流网和筒状支撑架的下端均与所述高压釜体的下底面连接；所述高压釜体的侧壁上设有至少一个进油口(8)，所述高压釜体下底面设有出油口(11)，所述出油口位于所述筒状支撑架的侧壁内侧；

所述分流网紧贴高压釜体内壁，其层数为至少一层，网孔大小为2-5mm；

所述筒状支撑架的侧壁均匀设有可使油和砂自由通过的若干孔或网格；所述中空的筒状支撑架的大小使其可以装下待检测的防砂管；

所述室内检测防砂管性能的装置还设有稳压供油系统(12)、压力监测系统(13)及流量监测系统(15)；所述稳压供油系统与所述进油口连接，所述压力监测系统包括分别与在所述高压釜体内壁、筒状支撑架外壁和待测防砂管外壁在与进油口相同垂直高度的位置设置的测压点连接的压力传感器；所述流量监测系统与出油口连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述进油口为至少四个，均匀分布于所述高压釜体的同一高度位置侧壁的四周。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述进油口与高压釜体的下底面的距离小于所述分流网和所述筒状支撑架的高度，所述筒状支撑架的高度小于所述分流网的高度。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述进油口设置于所述高压釜体侧壁中部，所述高压釜体为圆筒型。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述高压釜体、所述筒状支撑架和所述分流网的垂直于地面的轴线重合，所述出油口设与所述轴线上。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述高压釜体的上底面为盖(4)，下底面为底座(1)，所述高压釜体的侧壁与其盖和底座之间用螺栓固定连接。

7.一种室内检测防砂管性能的方法，是利用权利要求1-6中任意一项所述的室内检测防砂管性能的装置检测待测防砂管的性能。