CN102140908A - 一种评测防砂筛管的防砂性能的装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种评测防砂筛管的防砂性能的装置、系统及方法，其中，装置包括：模拟井壁，用于模拟井眼围岩地层，其中放置待评测的防砂筛管；所述模拟井壁放置在缸体中，所述模拟井壁的外侧与模拟砂接触。本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置，可以模拟出防砂筛管在不同生产压差和地层砂天然气矿井的环境，以快速评测出在天然气矿井中不同规格的防砂筛管的防砂性能，优选出合适的防砂筛管，提高天然气矿井中防砂筛管的防砂效率。

Description

一种评测防砂筛管的防砂性能的装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及油气勘探技术，特别涉及一种评测防砂筛管的防砂性能的装置、系统及方法。

背景技术

在天然气的勘探和开发过程中，试井是油气勘探开发过程中不可缺少的手段，通过试井可以了解地层及天然气矿井的特性，确定油气层参数，试井对油气田开发方案的制定、油气藏动态预测等有着极其重要的作用。

随着石油天然气产业的发展，人们已经越来越多的向6000米以下深度的地层进行天然气矿藏的勘探与开发，但是在天然气开发过程中的试井阶段，超深探井储层发生不同程度的出砂现象，给试气工作带来以下危害：(1)地层砂随高压气体高速流动，经过防砂筛管如割缝筛管、测试管柱到达地面，不但使得防砂筛管的割缝被磨蚀变宽失去防砂能力，也加快了井下和地面管柱和设备的磨蚀，特别是井口防喷器如被刺穿易引起井喷；(2)产出的地层砂在井底沉淀而堵塞测试管柱，使得地面获得的气流变小；(3)大量出砂会使得测试管柱被卡在井下难以取出，且严重出砂还可能引起井壁垮塌。为解决高压超深气井试气中的出砂现象，采用现有的油气井出砂预测技术对高压超深探井进行了出砂分析，并在此基础上对试气工作方式和防砂筛管进行了优选研究，并没有取得好的效果，这也说明了高压超深气井出砂的复杂性，常规埋藏浅的疏松油气藏出砂分析方法与防砂优选技术已不能完全应用到高压超深气井中去。

由于高压超深气井测试防砂问题难以解决，阻碍了高压超深气藏的勘探开发进程，这进一步说明开展防砂筛管与合理工作制度的优选的重要性。而开展现场防砂筛管与工作制度的优选实验研究，不但成本高，而且风险大(可能引起井喷，还可能致使气井报废)，鉴于此，开发出能模拟井下条件进行防砂筛管和工作制度优选的室内实验装置，以此来进行高压超深气井防砂筛管防砂性能的评测和给合理工作制度的制定做指导，是高压超深气井试气工作顺利开展的保障。

发明内容

本发明的目的是提供一种评测防砂筛管的防砂性能的装置、系统及方法，用于解决现有技术中对高压超深气井出砂原因进行分析的问题。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种评测防砂筛管的防砂性能的装置，其中，包括：

模拟井壁，用于模拟井眼围岩地层，其中放置待评测的防砂筛管；所述模拟井壁放置在缸体中，所述模拟井壁的外侧与模拟砂接触。

其中，还包括：气压动力装置，通过输气管道与所述缸体连接，用于向所述缸体内提供模拟井下生产压差的气压；

测压系统，用于测量所述缸体中的测量点的压力；

气体流量计，安装在所述防砂筛管的排气管道上，用于测量从所述防砂筛管中排出的气体流量；

集砂桶，通过输气管道连接在所述待评测的防砂筛管与所述气体流量计之间，用于收集从所述待评测的防砂筛管中排出的所述模拟实验砂。

其中，所述集砂桶还包括：

重量计，用于称量所述集砂桶收集到的模拟实验砂的质量。

其中，所述测压系统包括至少两个压力传感器，用于测量所述缸体内壁处、所述模拟井壁的外壁处和/或所述防砂筛管的外壁处的气压。

其中，还包括：数据采集装置，用于采集并输出所述测压装置、气体流量计和/或重量计的测量结果。

其中，所述气压动力装置包括：空气压缩机和储气罐，所述空气压缩机连接有确保空气压缩机电机的电压稳定的稳压器，所述储气罐与所述缸体之间的输气管道上安装有确保气体压力在限定范围内的稳压阀。

本发明实施例提供了一种评测防砂筛管的防砂性能的系统，其中，包括：评测防砂筛管的防砂性能的装置和防砂筛管；

所述评测防砂筛管的防砂性能的装置还包括：

模拟井壁，用于模拟井眼围岩地层，其中放置待评测的防砂筛管；所述模拟井壁放置在缸体中，所述模拟井壁的外侧与模拟实验砂接触。

其中，所述的评测防砂筛管的防砂性能的装置还包括：

气压动力装置，通过输气管道与所述缸体连接，用于向所述缸体内提供模拟生产压差的气压；

测压系统，用于测量所述缸体中的测量点的压力；

气体流量计，安装在所述防砂筛管的排气管道上，用于测量从所述防砂筛管中排出的气体流量；

集砂桶，通过输气管道连接在所述待评测的防砂筛管与所述气体流量计之间，用于收集从所述待评测的防砂筛管中排出的所述模拟实验砂。

其中，所述评测防砂筛管的防砂性能的装置还包括：

重量计，安装在所述集砂桶上，用于称量所述集砂桶收集的模拟实验砂的质量；

至少两个压力传感器，用于测量所述缸体内壁处、所述模拟井壁的外壁处和/或所述防砂筛管的外壁处的气压；

数据采集装置，用于采集并输出所述测压系统、气体流量计和/或重量计的测量结果；

空气压缩机和储气罐，所述空气压缩机之前应安装有确保空气压缩机电机电压稳定的稳压器，所述储气罐与所述缸体之间的输气管道上安装有确保气体压力在限定范围内的稳压阀。

本发明实施例提供了一种评测防砂筛管的防砂性能的方法，其中，包括：

气压装置向缸体中提供模拟井下生产压差的气压；

记录缸体内各测量点的压强、防砂筛管的气体流量、气流中带出的模拟砂的质量以及防砂筛管的损害状况；

根据上述评测结果，选取匹配的防砂筛管。

本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置，通过模拟井壁、缸体、气压动力装置、测压系统和气体流量计，可以模拟出防砂筛管在不同气压和地层砂的条件下的防砂性能，以快速评测出在天然气矿井中不同规格的防砂筛管的防砂性能，找出合适的防砂筛管，提高评测防砂筛管的防砂性能的效率。

附图说明

图1为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例二的结构示意图一；

图3为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例二的结构示意图二；

图4为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置中的模拟井壁结构示意图；

图5为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例二的流程图；

图6为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的系统具体实施例的结构示意图；

图7为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的方法具体实施例的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步地详细描述。

本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例一

图1为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例一的结构示意图。如图1所示，本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置包括：模拟井壁101、缸体102、气压动力装置103、测压系统104气体流量计105和集砂桶106。其中，模拟井壁101、缸体102均为圆筒形，上端都可以密封，模拟井壁101用于模拟天然气矿井中的岩壁，其中放置待评测的防砂筛管，缸体102用于放置模拟井壁101和模拟砂，模拟砂放置在缸体102和模拟井壁101之间，气压动力装置103通过输气管道与缸体102连接，用于向缸体102提供小于或等于6MPa的模拟天然气矿井生产压差的气压，以得到与真实深井中可以用相似原理进行还原的气压，测压系统104可以用于测量所述缸体中各个位置的压力，气体流量计105安装在与防砂筛管连通的出气管上，用于测量从防砂筛管中排出的气体流量，集砂桶106通过输气管道连接在待评测的防砂筛管与气体流量计105之间，用于收集从待评测的防砂筛管中排出的气体中的模拟砂。

本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置，通过模拟井壁、缸体、气压动力装置、测压系统和气体流量计，可以模拟出不同气压和地层砂的条件下的天然气矿井，以快速评测出在天然气矿井中不同规格的防砂筛管的防砂性能，找出合适的防砂筛管，提高评测防砂筛管的防砂性能的效率。

本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例二

图2为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例二的结构示意图一。如图2所示，在本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例一的基础上，本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置还包括：数据采集装置107，数据采集装置107用于采集并输出测压系统104、气体流量计105以及测量集砂桶106中的模拟砂重量的重量计的测量结果，数据采集装置107通常可以通过计算机来实现。

图3为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例二的结构示意图二。如图3所示，进一步的，在本发明实施例中，气压动力装置103中的空气压缩机自带的动力源可以采用电动机或汽油机等，空气压缩机1031压缩空气使获得高压的空气进入储气罐1032中，待储气罐中压力达到限定压力稳定值时可以向缸体中提供1-6MPa的气压，为防止电网的波动使空气压缩机电机的电压不稳定，在空气压缩机1031与电网之间安装稳压器108，以确保空气压缩机1031的电压稳定，在从储气罐1032向缸体102输入一定气压的气体时，为保持缸体102中的气压稳定，在储气罐和缸体102之间安装稳压阀109，以确保向缸体内提供的压力在限定范围内，限定范围为1-6MPa。

图4为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置中的模拟井壁结构示意图。如图4所示，本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置中的模拟井壁为圆筒形，内径和高度分别为125mm和300mm，壁厚通常为10mm，模拟井壁的孔为圆形，直径为20mm，孔与孔的边缘之间的距离为17.5mm。

图5为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例二的流程图。如图5所示，本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例二的工作流程包括如下步骤：

步骤501、气压动力装置向缸体中提供模拟气压。

在本发明实施例中，缸体102的内径、壁厚和高度分别为450mm、20mm和480mm，防砂筛管的内径、壁厚通常分别为60-65mm和5.5mm，本发明实施例中选用的防砂筛管的高度通常与模拟井壁101的高度相同。模拟井壁101和缸体102之间填充满模拟实验砂，模拟实验砂根据天然气矿井中地层砂的尺寸和形状对市场上现有商品砂来匹配的，也可以直接使用天然气矿井中的地层砂，模拟井壁101中放置需要评测防砂性能的防砂筛管，其上端口通过密封胶片将模拟砂挡住，缸体102的顶盖周围粘贴密封片，使缸体102成密闭空间。

启动气压动力装置103中的动力源带动空气压缩机向缸体提供与气井中相等的气压，例如可以是4MPa，空气压缩机1031与之间的线路上安装的稳压器108可以减少电网波动导致的电机电压波动，稳压阀109可以使储气罐1032向缸体102输出的气压保持稳定。

步骤502、记录缸体内各位置的压强、气体流量、气流中带出的模拟砂的质量以及防砂筛管的损害状况。

测压系统104包括至少一个测压传感器来，在本发明实施例中，测压系统104包括3个测压传感器，分别测量缸体102的内壁处、模拟井壁101的外壁处和待评测的防砂筛管的外壁处的气压，得到在天然气矿层的整体气压为4MPa的情况下，防砂筛管周围的天然气矿层中不同位置的气压分布情况；测压传感器通过将气压转换为电压并传输给数据采集装置107，数据采集装置107可以为一台计算机，通过气体流量计105测量从防砂筛管中排出的气体流量，在气体流量计105和防砂筛管之间安装有集砂桶105，用于过滤和收集从防砂筛管排出的气流中的模拟砂，集砂桶105中的重量计称量出其中的模拟砂的质量。测压系统104、气体流量计105和集砂桶106中的重量计都可以与数据采集装置连接，用户端可以直接从计算机中获得测量结果，或者通过与计算机连接的打印机打印出测量结果。

在压强较高的条件下，由于高速气流携带的模拟砂将损害防砂筛管的，通过评测各种类型的防砂筛管，例如：割丝防砂筛管、绕丝防砂筛管和复合防砂筛管等，获取在不同气压以及不同尺寸、形状和质地的模拟砂的条件下，各种尺寸和规格的防砂筛管的受损害情况以及气流量和气流中携带出的模拟砂的质量等。获取上述测量值和防砂筛管的受损害情况，进入步骤403。

步骤503、根据上述评测结果，选取匹配的防砂筛管。

比较上述评测的割丝防砂筛管、绕丝防砂筛管和复合防砂筛管等类型的防砂筛管，根据气流量、气流中携带出的模拟砂的质量和防砂筛管的受损害情况，选取匹配的防砂筛管。选取匹配的防砂筛管的匹配原则包括气流量大、防砂性能好以及受损害较小等。对于不同气压以及不同尺寸、形状和质地的模拟砂的条件下，选择相匹配的防砂筛管的类型。

本发明实施例通过在评测防砂筛管的防砂性能的装置中模拟真实的天然气矿井的环境，以方便快速评测出在天然气矿井中不同规格的防砂筛管的防砂性能，找出匹配的防砂筛管，提高评测防砂筛管的防砂性能的效率。

本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的系统具体实施例

图6为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的系统具体实施例的结构示意图。如图6所示，本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的系统包括评测防砂筛管的防砂性能的装置和防砂筛管20。其中，评测防砂筛管的防砂性能的装置包括：模拟井壁101、缸体102、气压动力装置103、测压系统104气体流量计105和集砂桶106。其中，模拟井壁101用于放置待评测的防砂筛管，缸体102用于放置模拟井壁101和模拟砂，模拟砂放置在缸体102和模拟井壁101之间，气压动力装置103通过输气管道与缸体102连接，用于向缸体102提供小于或等于6MPa的气压，以得到与真实深井相同的气压，测压系统104可以用于测量所述缸体中各个位置的压力，气体流量计105安装在与防砂筛管连通的出气管上，用于测量从所述防砂筛管中排出的气体流量，集砂桶106通过输气管道连接在待评测的防砂筛管与气体流量计105之间，用于收集从待评测的防砂筛管中排出的气体中的模拟砂，防砂筛管20包括：割丝防砂筛管、绕丝防砂筛管和复合防砂筛管等。

进一步的，在本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置还包括：数据采集装置107，通常可以通过计算机来实现，用于采集并输出测压系统104、气体流量计105以及测量集砂桶106中的模拟砂重量的重量计的测量结果；其中的气压动力装置103中空气压缩机自带的动力源可以采用电动机或汽油机等，空气压缩机1031压缩空气并进入储气罐1032可以向缸体中提供1-6MPa的气体，为防止电网的波动使空气压缩机电机的电压不稳定，可以在动力源1031之前安装稳压器108，在从储气罐1032向缸体102输入一定气压的气体时，为保持缸体102中的气压稳定，在储气罐和缸体102之间安装稳压阀109。

本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的系统通过模拟真实的天然气矿井的环境来评测各种类型、尺寸和规格的防砂筛管的防砂性能，以方便快速评测出不同规格的防砂筛管的防砂性能，提高评测防砂筛管的防砂性能的效率和准确性，找出匹配的防砂筛管。

本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的方法具体实施例

图7为本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的方法具体实施例的流程图。如图6所示，本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的方法具体实施例的工作步骤包括如下：

步骤701、气压动力装置向缸体中提供模拟天然气矿井的气压。

在本发明实施例中，以本发明实施例评测防砂筛管的防砂性能的装置具体实施例一或具体实施例二为例来介绍方法的技术方案，其中模拟井壁101的内径、壁厚和高度分别为125mm、10mm和300mm，缸体102的内径、壁厚和高度分别为450mm、20mm和480mm，防砂筛管的内径、壁厚通常分别为60-65mm和5.5mm，本发明实施例中选用的防砂筛管的高度通常与模拟井壁101的高度相同。模拟井壁101和缸体102之间填充满模拟砂，模拟砂根据天然气矿井中地层砂的尺寸和形状来制造的，也可以直接使用天然气矿井中的地层砂，模拟井壁101中放置需要评测防砂性能的防砂筛管，其上端口通过密封胶片将模拟砂挡住，缸体102的顶盖周围粘贴密封片，使缸体102成密闭空间。

启动气压动力装置103中的空气压缩机电机，经过压缩后具有一定压力的气体被存储在储气罐1032中，当储气罐中压力达到所需压力时，向缸体提供所评测时的气压，例如可以是4MPa，空气压缩机1031之前的稳压器108可以减少电网波动导致的空气压缩机电机电压波动，稳压阀109可以使储气罐1032向缸体102输出的气压保持稳定。

步骤702、记录缸体内各位置的压强、防砂筛管的气体流量、该气流中带出的模拟砂的质量以及防砂筛管的损害状况。

测压系统104包括至少一个测压传感器来，在本发明实施例中，测压系统104包括3个测压传感器，分别测量缸体102的内壁处、模拟井壁101的外壁处和待评测的防砂筛管的外壁处的气压，得到在天然气矿层的整体气压为4MPa的情况下，防砂筛管周围的天然气矿层中不同位置的气压分布情况；测压传感器通过将气压转换为电压并传输给数据采集装置107，数据采集装置107可以为一台计算机，通过气体流量计105测量从防砂筛管中排出的气体流量，在气体流量计105和防砂筛管之间安装有集砂桶105，用于过滤和收集从防砂筛管排出的气流中的模拟砂，集砂桶105中的重量计称量出其中的模拟砂的质量。测压装置104、气体流量计105和集砂桶106中的重量计都可以与数据采集装置连接，用户端可以直接从计算机中获得测量结果，或者通过与计算机连接的打印机打印出测量结果。

在压强较高的条件下，由于高速气流携带的模拟砂将损害防砂筛管的，通过评测各种类型的防砂筛管，例如：割丝防砂筛管、绕丝防砂筛管和复合防砂筛管等，获取在不同气压以及不同尺寸、形状和质地的模拟砂的条件下，各种尺寸和规格的防砂筛管的受损害情况以及气流量和气流中携带出的模拟砂的质量等。获取上述测量值和防砂筛管的受损害情况，进入步骤603。

步骤703、根据上述评测结果，选取匹配的防砂筛管。

比较上述评测的割丝防砂筛管、绕丝防砂筛管和复合防砂筛管等类型的防砂筛管，根据气流量、气流中携带出的模拟砂的质量和防砂筛管的受损害情况，选取匹配的防砂筛管。选取匹配的防砂筛管的匹配原则包括气流量大、防砂性能好以及受损害较小等。对于不同气压以及不同尺寸、形状和质地的模拟砂的条件下，选择相匹配的防砂筛管的类型。

本发明实施例通过在评测防砂筛管的防砂性能的装置中准确地模拟出真实的天然气矿井的环境，以方便快速评测出在天然气矿井中不同规格的防砂筛管的防砂性能，提高评测防砂筛管的防砂性能的效率和准确性，找出匹配的防砂筛管。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种评测防砂筛管的防砂性能的装置，其特征在于，还包括：

模拟井壁，用于模拟井眼围岩地层，其中放置待评测的防砂筛管；所述模拟井壁放置在缸体中，所述模拟井壁的外侧与模拟砂接触。

2.根据权利要求1所述的评测防砂筛管的防砂性能的装置，其特征在于，还包括：

气压动力装置，通过输气管道与所述缸体连接，用于向所述缸体内提供模拟井下生产压差的气压；

测压系统，用于测量所述缸体中的测量点的压力；

气体流量计，安装在所述防砂筛管的排气管道上，用于测量从所述防砂筛管中排出的气体流量；

集砂桶，通过输气管道连接在所述待评测的防砂筛管与所述气体流量计之间，用于收集从所述待评测的防砂筛管中排出的所述模拟实验砂。

3.根据权利要求2所述的评测防砂筛管的防砂性能的装置，其特征在于，所述集砂桶还包括：

重量计，用于称量所述集砂桶收集到的模拟实验砂的质量。

4.根据权利要求2所述的评测防砂筛管的防砂性能的装置，其特征在于，

所述测压系统包括至少两个压力传感器，用于测量所述缸体内壁处、所述模拟井壁的外壁处和/或所述防砂筛管的外壁处的气压。

5.根据权利要求3所述的评测防砂筛管的防砂性能的装置，其特征在于还包括：

数据采集装置，用于采集并输出所述测压装置、气体流量计和/或重量计的测量结果。

6.根据权利要求2所述的评测防砂筛管的防砂性能的装置，其特征在于，所述气压动力装置包括：

空气压缩机和储气罐，所述空气压缩机连接有确保空气压缩机电机的电压稳定的稳压器，所述储气罐与所述缸体之间的输气管道上安装有确保气体压力在限定范围内的稳压阀。

7.一种评测防砂筛管的防砂性能的系统，其特征在于包括：评测防砂筛管的防砂性能的装置和防砂筛管；

所述评测防砂筛管的防砂性能的装置还包括：

模拟井壁，用于模拟井眼围岩地层，其中放置待评测的防砂筛管；所述模拟井壁放置在缸体中，所述模拟井壁的外侧与模拟实验砂接触。

8.根据权利要求7所述的评测防砂筛管的防砂性能的系统，其特征在于，所述评测防砂筛管的防砂性能的装置还包括：

气压动力装置，通过输气管道与所述缸体连接，用于向所述缸体内提供模拟生产压差的气压；

测压系统，用于测量所述缸体中的测量点的压力；

气体流量计，安装在所述防砂筛管的排气管道上，用于测量从所述防砂筛管中排出的气体流量；

集砂桶，通过输气管道连接在所述待评测的防砂筛管与所述气体流量计之间，用于收集从所述待评测的防砂筛管中排出的所述模拟实验砂。

9.根据权利要求7所述的评测防砂筛管的防砂性能的系统，其特征在于，所述评测防砂筛管的防砂性能的装置还包括：

重量计，安装在所述集砂桶上，用于称量所述集砂桶收集的模拟实验砂的质量；

至少两个压力传感器，用于测量所述缸体内壁处、所述模拟井壁的外壁处和/或所述防砂筛管的外壁处的气压；

数据采集装置，用于采集并输出所述测压系统、气体流量计和/或重量计的测量结果；

空气压缩机和储气罐，所述空气压缩机之前应安装有确保空气压缩机电机电压稳定的稳压器，所述储气罐与所述缸体之间的输气管道上安装有确保气体压力在限定范围内的稳压阀。

10.一种评测防砂筛管的防砂性能的方法，其特征在于包括：

气压装置向缸体中提供模拟井下生产压差的气压；

记录缸体内各测量点的压强、防砂筛管的气体流量、气流中带出的模拟砂的质量以及防砂筛管的损害状况；

根据上述评测结果，选取匹配的防砂筛管。

Images