CN103397874A - 化学防砂固砂评价实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学防砂固砂评价实验装置。所述实验装置包括注入系统、填砂模型和数据采集与处理系统；注入系统包括气体调压系统和液体注入系统；气体调压系统包括相连通的气瓶、减压阀、储水罐、水柱和蠕动泵；液体注入系统包括至少1个活塞容器和与之相连接的平流泵；填砂模型包括筒体，筒体的两端分别设有左封头和右封头，筒体的侧壁上设有测点焊接接头；筒体的左封头端与蠕动泵和平流泵的液体出口相连通；筒体的右封头端与回压阀相连接，回压阀与回压泵和回压容器相连接。本发明把防砂固砂实验用固结体的制作、渗透率的测定、固结体固结质量评价联为一个整体，从而把室内实验的模拟过程与现场的施工工艺紧密结合。

Description

化学防砂固砂评价实验装置

技术领域

本发明涉及一种化学防砂固砂评价实验装置，可应用于石油、天然气勘探开发过程中化学防砂固砂技术的室内研究，属于石油开采领域中的模拟实验设备。

背景技术

目前，在疏松砂岩稠油油藏的开发过程中，埋藏较浅的疏松砂岩因为压实成岩作用差，储层胶结疏松，在钻井过程中，分枝井眼和主井眼连接处的井壁容易失稳，导致整个分枝井眼被埋，失去分枝井眼的作用。在开采过程中出砂严重导致砂堵。注水过程中，在注水压力作用下，疏松的砂粒向地层深部运移，导致地层损害，渗透率下降，注水压力升高；同时停注时，砂粒容易返吐。所以，对于稠油油藏开发，研究疏松砂岩防砂固砂技术就显得十分必要。

化学防砂固砂技术是利用化学药剂把疏松砂岩地层的砂砾或充填到地层的砂石胶结起来，稳定地层结构或形成具有一定强度和渗透率的人工井壁，从而固结地层流砂达到防止地层出砂的目的。化学防砂固砂技术以其工艺简单、井筒内不留机具等特点受到石油工作者的青睐。

迄今为止，对化学防砂固砂技术室内性能评价仪器还很少，室内实验一般采用拌砂法制作固结体，利用制作好的固结体进行性能评价，这种方法造成整个过程有中断，不连续性；不能模拟现场施工工艺，评价结果无法反应现场实际情况。

因此，在化学防砂固砂室内研究中需要一种结构简单、使用方便的仪器装置，能模拟现场施工工艺条件下注入防砂固砂剂、制作固结体、评价固结体性能，为科研和生产提供科学依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种化学防砂固砂评价实验装置。

本发明所提供的一种化学防砂固砂评价实验装置，它包括注入系统、填砂模型和数据采集与处理系统；

所述注入系统包括气体调压系统和液体注入系统；

所述气体调压系统包括相连通的气瓶、减压阀、储水罐、水柱和蠕动泵；所述液体注入系统包括至少1个活塞容器和与之相连接的平流泵；

所述填砂模型包括一筒体，所述筒体的内壁上设有胶套；所述筒体的两端分别设有左封头和右封头，所述筒体的侧壁上设有测点焊接接头，用以测定填砂管不同部位渗透率的测定；所述筒体的左封头端与所述蠕动泵和所述平流泵的液体出口相连通；所述筒体的右封头端与回压阀相连接，所述回压阀与回压泵和回压容器相连接；

所述数据采集与处理系统包括压力传感器和压差传感器；所述压力传感器设于所述筒体的入口管路上，所述压差传感器与所述筒体的两端相连接。

上述的评价实验装置中，所述筒体可为对开式筒体；

所述对开式筒体通过对开式焊接法兰相连接。

上述的评价实验装置中，所述筒体可为卡箍式半开结构。

上述的评价实验装置中，所述减压阀与所述储水罐之间依次设有定值器和稳压阀，其作用是在测定填砂管渗透率时稳定入口端压力。

上述的评价实验装置中，所述活塞容器和所述填砂模型设于恒温箱内，以保证模拟地层条件下防砂固砂剂的注入和固化。

上述的评价实验装置中，所述液体注入系统包括4个并联的所述活塞容器。

上述的评价实验装置中，所述实验装置还包括计量天平，所述计量天平设于所述填砂模型的右封头端，用于在线实时测定液体流经所述填砂模型的量。

本发明实验装置包括至少一台计算机，置于计算机内的数据采集板和运行在计算机上的数据处理软件，计算机通过数据采集板的多路采集口分别与压力传感器、差压传感器、温度传感器（设于恒温箱内）和计量天平的输出连接；计算机上的数据处理软件根据计量天平采集的数据，计算出填砂模型的渗透率。计算机还可以实现人机对话，控制泵的运行，压力换向阀的换向等。

本发明具有如下有益效果：

（1）本发明填补了国内防砂固砂室内评价模拟仪器的空白。

（2）本发明的评价实验装置把防砂固砂实验用固结体的制作、渗透率的测定、固结体固结质量评价联为一个整体，从而把室内实验的模拟过程与现场的施工工艺紧密结合。

附图说明

图1为本发明实验装置中的填砂模型的结构示意图。

图2为本发明实验装置的结构示意图。

图中各标记如下：

1左封头、2对开式焊接法兰、3内衬胶套、4对开式筒体、5测点焊接接头、6测点接头、7右封头、8减压阀、9定值器、10稳压阀、11储水罐、12水柱、13蠕动泵、14平流泵Ⅰ、15平流泵Ⅱ、16活塞容器Ⅰ、17活塞容器Ⅱ、18活塞容器Ⅲ、19活塞容器Ⅳ、20压力传感器（5MPa）、21压力传感器（0.5MPa）、22差压传感器、23填砂模型Ⅰ、24填砂模型Ⅱ、25回压阀、26回压泵、27回压容器、28计量天平。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供的评价实验装置中的填砂模型包括一个对开式筒体4，其为卡箍式半开结构，且其通过对开式焊接法兰2进行连接。在该对开式筒体4的内壁上设有内衬胶套3，该内衬胶套3内刷高温胶，可用于防止边界串流。对开式筒体4的两端分别设有左封头1和右封头7，其侧壁上设有测点焊接接头5和测点接头6。

如图2所示，本发明提供的评价实验装置包括注入系统、填砂模型Ⅰ23、填砂模型Ⅱ24和数据采集与处理系统；其中，注入系统包括气体调压系统和液体注入系统；气体调压系统包括相连通的气瓶、减压阀8、定值器9、稳压阀10、储水罐11、水柱12和蠕动泵13，主要用于低压微压驱动液体注入岩心；液体注入系统包括4个并联的活塞容器（分别标记为活塞容器Ⅰ16、活塞容器Ⅱ17、活塞容器Ⅲ18和活塞容器Ⅳ19）和与之相连接的平流泵Ⅰ14和平流泵Ⅱ15，活塞容器用于存放防砂固砂剂及其配套处理液样品，平流泵用于提供流体的连续无脉冲驱替，能恒速、恒压工作。其中，填砂模型Ⅰ23和填砂模型Ⅱ24的左封头端均与蠕动泵13、平流泵Ⅰ14和平流泵Ⅱ15的液体出口相连通；而填砂模型Ⅰ23和填砂模型Ⅱ24的右封头端与回压阀25相连接，该回压阀25与回压泵26和回压容器27相连接，且在填砂模型Ⅰ23和填砂模型Ⅱ24的右封头端（出口端）设有计量天平28，用于在线实时测定液体流经所述填砂模型的量。

本发明中的数据采集与处理系统包括压力传感器20和21和压差传感器22，其中压力传感器20和21设于填砂模型Ⅰ23和填砂模型Ⅱ24的入口管路上，压差传感器22与对开式筒体4的两端相连接，用以测量对开式筒体4两端的压力差。

本发明评价实验装置中，活塞容器Ⅰ16、活塞容器Ⅱ17、活塞容器Ⅲ18、活塞容器Ⅳ19、填砂模型Ⅰ23和填砂模型Ⅱ24均设于恒温箱（图中未示）内，以保证模拟地层条件下防砂固砂剂的注入和固化，且在恒温箱内设有温度传感器，用以测量恒温箱内的温度。

在进行模拟实验时，在填砂模型Ⅰ23和填砂模型Ⅱ24内的内衬胶套3中填满模拟砂，连接对开式筒体4，连接对开式焊接法兰2，旋紧左封头1和右封头7，待组装完毕后左端连接到活塞容器（16、17、18、19），右端连接到回压阀25，进行防砂固砂剂及其配套处理液的注入实验。固结体完全固化后拆卸填砂管，取出固结体进行抗压强度的测试。

如图2所示，本发明中，通过液体注入系统可以实现对填砂模型固化前后所填砂渗透率的测定。在实际实验中，活塞容器Ⅰ16装入测渗透率用流体，连接平流泵Ⅰ14，测定填砂模型Ⅰ23中填入模拟砂的原始渗透率；活塞容器Ⅱ17中装入防砂固砂剂，连接泵14或连接气驱系统，把防砂固砂剂注入填砂模型Ⅰ23中，待填砂模型中模拟砂完全固化后，测定填砂模型Ⅰ23中填入模拟砂固化后的渗透率，通过前后模拟砂的渗透率变化来表征防砂固砂剂的性能。

填砂管模拟砂的渗透率计算公式如下：

$K=\frac{{10}^{-1}\mathrm{Q\μL}}{\mathrm{\ΔPA}}$

K——填砂管模拟砂渗透率，D；

Q——液体流量，mL/s；

μ——流体粘度，mPa.s；

L——填砂管长度，cm；

A——填砂管内截面积，cm²；

△P——填砂管两端压差，Mpa。

如图2所示，本发明中，连接平流泵Ⅱ15和填砂模型Ⅰ23，可以模拟在大排量液流冲刷下固结体的出砂量。具体实验为，连接平流泵Ⅱ15和填砂模型Ⅰ23，调节平流泵Ⅱ15的流量变化，使其液流通过固化好的填砂管，收集冲出的模拟砂量，计算固化后的模拟砂出砂量。

以上所述之实施方式为本发明的实施案例之一，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、构造及原理所做的等效变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种化学防砂固砂评价实验装置，其特征在于：所述实验装置包括注入系统、填砂模型和数据采集与处理系统；

所述注入系统包括气体调压系统和液体注入系统；

所述气体调压系统包括相连通的气瓶、减压阀、储水罐、水柱和蠕动泵；所述液体注入系统包括至少1个活塞容器和与之相连接的平流泵；

所述填砂模型包括一筒体，所述筒体的内壁上设有胶套；所述筒体的两端分别设有左封头和右封头，所述筒体的侧壁上设有测点焊接接头；所述筒体的左封头端与所述蠕动泵和所述平流泵的液体出口相连通；所述筒体的右封头端与回压阀相连接，所述回压阀与回压泵和回压容器相连接；

所述数据采集与处理系统包括压力传感器和压差传感器；所述压力传感器设于所述筒体的入口管路上，所述压差传感器与所述筒体的两端相连接。

2.根据权利要求1所述的评价实验装置，其特征在于：所述筒体为对开式筒体；所述对开式筒体通过对开式焊接法兰相连接。

3.根据权利要求2所述的评价实验装置，其特征在于：所述筒体为卡箍式半开结构。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的评价实验装置，其特征在于：所述减压阀与所述储水罐之间依次设有定值器和稳压阀。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的评价实验装置，其特征在于：所述活塞容器和所述填砂模型设于恒温箱内。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的评价实验装置，其特征在于：所述液体注入系统包括4个并联的所述活塞容器。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的评价实验装置，其特征在于：所述实验装置还包括计量天平，所述计量天平设于所述填砂模型的右封头端。

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