CN105021513B - 一种全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统，其特征在于：它包括筛管、高压釜、蒸汽发生器、冷凝器、测量池、液体循环泵、储液罐、模拟液加热器、配液罐、控制阀和温度压力检测系统。筛管设置在高压釜内部。高压釜上端中部与蒸汽发生器的出口连接。高压釜下端中部与冷凝器连接，冷凝器与测量池连接。高压釜下端两侧与液体循环泵连接，液体循环泵依次与储液罐、模拟液加热器和配液罐连接。控制阀分别设置在蒸汽发生器出口、冷凝器入口、液体循环泵出口以及配液罐出口处。温度压力检测系统采集筛管内部、高压釜内部、蒸汽发生器出口的温度和压力信号以及模拟液加热器出口的温度信号，并发送到计算机进行处理。本发明可以广泛应用于稠油油田防砂领域中。

Description

一种全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统

技术领域

本发明涉及稠油油田防砂领域，特别是关于一种适用于室内评价的全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统。

背景技术

稠油是世界经济发展的重要资源，我国对稠油油藏的研究、开发和加工已日趋成熟，并已形成相当大的开采规模。目前，我国稠油油藏主要采用注蒸汽方式开采，由于疏松砂岩油藏层间层内的非均质性、渗透率的变化、原油性质的差异、不利的流度比、重力分离、井距和油藏倾斜等不利因素的影响，在热采过程中，大多数的疏松砂岩油藏都存在着不同程度的出砂现象，降低了开采效果。油层出砂后，地层砂随流体流入井底，一部分随井筒液体带到地面，另一部分下沉到井底，使井底砂柱逐渐增高，直至掩埋油层，堵塞油流通道，造成油井减产，甚至使油井停产。油层出砂严重时，会造成卡管柱的事故，特别是进行分层开采的油井，大量地层砂堆积在井下封隔器上部，会将井下封隔器连同管柱埋住，造成砂卡和拔断井下管柱等事故。随地层出砂量不断增大，套管外的地层空穴越来越大，到一定程度往往会导致突发性的地层坍塌。套管受坍塌地层砂岩团块的撞击和地层应力的变化作用，受力失去平衡而产生变形或损坏。这种情况严重时会导致油井报废。地层出砂时，油流中带砂，油流中的砂子在活塞与衬套间隙内增加了泵的磨损，甚至会把泵卡死。

由于地层本身的地质属性和开采方式的不同，在油气田的生产过程中，现场的防砂方式选择不一样，经过数据调研，目前最常见的机械防砂方式有：割缝衬管、绕丝筛管、砾石充填、优质筛管和其他多种新型防砂筛管。对于油田防砂成功的关键主要不仅在于防砂方式和参数的选择，筛管性能的好坏对防砂的质量、成本和油井的产量等都有很大的影响，在油田生产现场筛管长期使用过程中，由于地层流体的冲蚀引起筛管的防砂精度增大甚至掉块等现象而致使防砂失败常有发生，一旦筛管失效将导致油井整个防砂作业的失败。

筛管在高温高压蒸汽吞吐作业中的损坏形式主要表现是冲蚀磨损筛管失效，导致筛管冲蚀磨损失效的主要因素有生产压差、生产过程中的原油含砂浓度、含砂粒度分布以及高温高压导致的套管变形等因素造成的。由于现场使用的筛管具有其特定的形状及其组合方式，相对于不同完井方式来说，在砾石充填情况下，一般相配套使用的割缝筛管、绕丝筛管或优质筛管会在外层砾石的渗流保护下降低相对应的冲蚀，而在定向井、大位移井或者水平井中，当其砾石充填不均匀甚至筛管上表面未充填砾石的情况下，即与筛管独立完井的方式一样，让筛管直接面对含砂流体对其冲击。

目前对高温高压蒸汽吞吐时筛管的冲蚀与破坏评价方法多是凭经验，具有很大的局限性。同时在防砂方式的选择上主要考虑的是防砂初期的油气产量和出砂量，从未考虑在长远生产过程中筛管损坏及其损坏后的油气产量及出砂量。最优的防砂措施是既要考虑初期防砂成果，更重要的是考虑长远防砂的效应，提高筛管的长期使用寿命，提高防砂后的油井经济指标。要达到这个目的，不仅需要优选完井时的防砂方式及参数，更要考虑防砂管在生产过程中不同地层参数及生产条件下的使用寿命及生产效率。因此，需要研制出一种能在实验室内进行高温高压蒸汽吞吐条件下评价筛管防砂效果的模拟装置，用于评价筛管长期的防砂效果及寿命。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统，该系统可以最大限度的模拟现场防砂实际情况，对实验所获得的数据更准确，对现场筛管的选用也更有实际参考价值，可靠性较高。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统,其特征在于：它包括一筛管、一中空的高压釜、一蒸汽发生器、一冷凝器、一测量池、一液体循环泵、一储液罐、一模拟液加热器、一配液罐、若干控制阀和一温度压力检测系统；所述筛管设置在所述高压釜内部，且所述筛管与所述高压釜的中心轴线重合，所述筛管外壁与所述高压釜内壁之间的环空填充用于模拟地层的砂样；所述高压釜上端中部与所述蒸汽发生器的出口连接；所述高压釜下端中部与所述冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口与所述测量池连接；所述高压釜下端两侧与所述液体循环泵的出口连接，所述液体循环泵的入口依次与所述储液罐、模拟液加热器和配液罐连接；各所述控制阀分别设置在所述蒸汽发生器的出口处、冷凝器的入口处、液体循环泵的出口处以及配液罐的出口处；所述温度压力检测系统采集所述筛管内部、高压釜内部、蒸汽发生器出口的温度和压力信号以及所述模拟液加热器出口的温度信号，并发送到计算机进行处理。

所述高压釜包括高压釜体、高压釜体上盖和高压釜体下盖，所述高压釜体通过法兰与所述高压釜体上盖和高压釜体下盖密闭连接；所述高压釜体上盖的中心孔洞内插设有一用于注热过程的蒸汽注入阀；所述蒸汽注入阀外端通过管线与所述蒸汽发生器连接，所述蒸汽注入阀内端与设置在所述筛管内部的注蒸汽分流器的上端连接，所述注蒸汽分流器的下端悬空，与所述高压釜体下盖表面不接触；所述高压釜体下盖的中心孔洞内插设有一压差控制阀，所述压差控制阀外端通过管线与所述冷凝器的入口连接；所述高压釜体下盖的两侧边孔洞内分别插设有用于采液过程的蒸汽注入阀；两所述蒸汽注入阀外端分别通过管线与所述液体循环泵的出口连接，两所述蒸汽注入阀内端分别与设置在所述高压釜体下盖的蒸汽分流管下端连接，所述蒸汽分流管上端悬空，与所述高压釜体上盖下表面不接触。

所述温度压力检测系统包括若干温度传感器和压力传感器；第一温度传感器和第一压力传感器均设置在所述筛管内中部；第二温度传感器和第二、第三压力传感器均设置在所述高压釜与所述筛管的环空内一侧中部；第三、第四温度传感器均设置在所述高压釜与所述筛管的环空内另一侧中部，且所述第三温度传感器设置在环空上部，所述第四温度传感器设置在环空中部，用于检测上、下模拟地层的温度信号；第五温度传感器和第四压力传感器均设置在所述蒸汽发生器的出口处；第六温度传感器设置在所述模拟液加热器的出口处。

所述筛管与所述高压釜体上盖和高压釜体下盖之间分别设置有筛管上密封圈和筛管下密封圈。

所述筛管为圆形，采用现场实际使用的筛管。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用筛管和高压釜对稠油地层和井筒进行模拟，采用蒸汽发生器产生高温高压蒸汽，采用配液罐、模拟液加热器、储液罐和液体循环泵等产生与实际地层流体粘度相同的液体对模拟地层进行注液，在室内按照现场的作业条件对筛管的工作情况进行模拟，能够高效的对筛管做出科学的评价，也可以节省现场的实验费用和时间。2、本发明由于可以对不同时段测量池内液体进行实时检测，根据不同时段的出砂量大小、液体返出流量大小以及砂样粒度变化的对比，对筛管的使用寿命及生产效率进行评价，可以同时考虑到防砂初期以及随长远生产过程中筛管损坏及其损坏后的油气产量及出砂量。3、本发明由于采用现场实际使用的圆形筛管，与常规实验装置中采用筛管片不同，筛管片只是一片，其受加工等环节的影响，实验所获得的数据可能与实际该类型的筛管差别很大，本发明由于采用的筛管完全是现场实际应用的筛管，可以最大限度的模拟现场防砂实际情况，对实验所获得的数据更准确，对现场筛管的选用也更有实际参考价值。4、本发明由于高压釜内壁与筛管外币之间环空内设置有多个温度传感器和压力传感器，多个传感器可以作为备用传感器，极大的提高了本发明的可靠性。本发明可以广泛应用于稠油油田防砂领域中。

附图说明

图1是本发明结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括一筛管1、一中空的高压釜2、一蒸汽发生器3、一冷凝器4、一测量池5、一液体循环泵6、一储液罐7、一模拟液加热器8、一配液罐9、控制阀10～13和一温度压力检测系统14。其中，筛管1设置在高压釜2内部，且筛管1与高压釜2的中心轴线重合，筛管1外壁与高压釜2内壁之间的环空填充用于模拟地层的砂样。高压釜2上端中部与蒸汽发生器3的出口连接。高压釜2下端中部与冷凝器4的入口连接，冷凝器4的出口与测量池5连接。高压釜2下端两侧与液体循环泵6的出口连接，液体循环泵6的入口依次与储液罐7、模拟液加热器8和配液罐9连接。控制阀10～13分别设置在蒸汽发生器3的出口处、冷凝器4的入口处、液体循环泵6的出口处以及配液罐9的出口处。温度压力检测系统14采集筛管1内部、高压釜2内部、蒸汽发生器3出口的温度和压力信号以及模拟液加热器8出口的温度信号，并发送到计算机15进行处理。

上述实施例中，高压釜2包括高压釜体20、高压釜体上盖21和高压釜体下盖22，高压釜体20通过法兰与高压釜体上盖21和高压釜体下盖22密闭连接。其中，高压釜体上盖21的中心孔洞内插设有一用于注热过程的蒸汽注入阀23。蒸汽注入阀23外端通过管线与蒸汽发生器3连接，蒸汽注入阀23内端与设置在筛管1内部的注蒸汽分流器24的上端连接，注蒸汽分流器24的下端悬空，与高压釜体下盖22表面不接触。高压釜体下盖22的中心孔洞内插设有一压差控制阀25，压差控制阀25外端通过管线与冷凝器4的入口连接。高压釜体下盖22的两侧边孔洞内分别插设有用于采液过程的蒸汽注入阀26、27。两蒸汽注入阀26、27外端分别通过管线与液体循环泵6的出口连接，两蒸汽注入阀26、27内端分别与设置在高压釜体下盖22上的蒸汽分流管28下端连接，蒸汽分流管28上端悬空，与高压釜体上盖21下表面不接触。

上述各实施例中，温度压力检测系统14包括温度传感器140～145和压力传感器146～149。其中，温度传感器140和压力传感器146均设置在筛管1内中部，用于检测筛管1内的温度和压力信号，也即模拟井筒内的温度和压力信号。温度传感器141和压力传感器147、148均设置在高压釜2与筛管1的环空内一侧中部，用于检测模拟地层的温度和压力信号，压力传感器146与压力传感器147、148之间的压降即为生产过程中的生产压差。温度传感器142、143均设置在高压釜2与筛管1的环空内另一侧中部，且温度传感器142设置在环空上部，温度传感器143设置在环空中部，用于检测上、下模拟地层的温度信号。温度传感器144和压力传感器149均设置在蒸汽发生器3的出口处，用于检测蒸汽发生器3出口处蒸汽的温度和压力信号。温度传感器145设置在模拟液加热器8的出口处，用于检测模拟液加热器8内液体的加热温度。

上述各实施例中，筛管1与高压釜体上盖21和高压釜体下盖22之间分别设置有筛管上密封圈100和筛管下密封圈101。

上述各实施例中，筛管1为圆形，采用现场实际使用的筛管，例如采用筛管直径为5-1/2"。

本发明的使用过程为：

1)将筛管1放入高压釜体20内部后，在高压釜体20内壁与筛管1之间的环空内充满与测试油田储层一致的砂样作为模拟地层，然后通过法兰将高压釜体上盖21与高压釜体20紧固连接，完成准备工作。

2)进入注热过程：打开控制阀10，并将控制阀11～13关闭。调节蒸汽发生器3，待蒸汽发生器3内的蒸汽达到预先设计的温度和压力之后，打开蒸汽发生器，使得高温高压蒸汽通过蒸汽注入阀23经注蒸汽分流器24进入筛管1中，并经筛管1中筛网的孔隙进入到模拟地层中，对模拟地层进行润湿加热加压。调节蒸汽发生器3对高温高压蒸汽的注入速率进行调节，直到温度传感器140～143、压力传感器146～148检测的筛管1内部以及环空内部模拟地层中的温度和压力信号达到预期设定值时，也即高温高压蒸汽达到预期设定的注入量时，停止注入。

3)注入完毕后，关闭控制阀10，同时关闭蒸汽发生器3，进行闷井，使高温高压蒸汽在模拟地层中充分扩散。

4)达到闷井时间后，打开控制阀11进行放压，也即对现场作业中的开井程序进行模拟。此阶段中，包括一部分砂样在内的高温高压流体经冷凝器4冷凝后流入到测量池5中，当冷凝器4出口处没有液体流出时，则说明放压过程结束。

5)放压过程结束后，关闭控制阀11，开始注入流体进入注液过程。打开控制阀13，此时配液罐9中的液体由配液罐9下部进入模拟液加热器8中。调整模拟液加热器8的加热温度至设定温度，使得模拟液加热器8内的液体加热后与实际地层流体粘度相同。当模拟液加热器8的温度达到设定温度后，液体流入储液罐7中，打开控制阀12、控制阀11，并开启液体循环泵6，液体循环泵6将从储液罐7流入的液体加压到所需压力后，泵入两蒸汽分流管28内。液体经蒸汽分流管28进入模拟地层中，然后通过筛管1中的筛网孔隙进入筛管1中，再通过控制阀11进入冷凝器4冷凝，最后流入到测量池5内。此时，压力传感器146～148检测到的筛管内部以及模拟地层中的压降信号，也即生产压差，通过调节控制阀11的开度可以对生产压差进行控制。

6)对测量池5中的液体进行实时监测，得到不同时段的测量出砂量、液体返出流量以及砂样的粒度变化。根据不同时段的出砂量大小、液体返出流量大小以及砂样粒度变化的对比，便可以对不同挡砂精度的筛管的优劣进行比较。同时，随着实验的进行，当发现某一点模拟地层压力突然降低，且出砂量突然增大，则可认为筛管失效，通过计算就可以确定筛管的使用寿命。

例如，在刚开始的一段时间液体含砂量平稳，模拟地层中的压力平稳，而突然有一点模拟地层中的压力降低，并且可以很明显的观察到返出液体中的含砂量迅速增加，则可认为筛管失效，通过流速、流量、时间等参数可以计算出筛管的使用寿命。另外，返出的液体进入测量池后沉淀，砂粒沉于池底，等到实验结束后沉淀一段时间，上部液体可以抽到配液罐循环使用。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统,其特征在于：它包括一筛管、一中空的高压釜、一蒸汽发生器、一冷凝器、一测量池、一液体循环泵、一储液罐、一模拟液加热器、一配液罐、若干控制阀和一温度压力检测系统；

所述筛管设置在所述高压釜内部，且所述筛管与所述高压釜的中心轴线重合，所述筛管外壁与所述高压釜内壁之间的环空填充用于模拟地层的砂样；所述高压釜上端中部与所述蒸汽发生器的出口连接；所述高压釜下端中部与所述冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口与所述测量池连接；所述高压釜下端两侧与所述液体循环泵的出口连接，所述液体循环泵的入口依次与所述储液罐、模拟液加热器和配液罐连接；各所述控制阀分别设置在所述蒸汽发生器的出口处、冷凝器的入口处、液体循环泵的出口处以及配液罐的出口处；所述温度压力检测系统采集所述筛管内部、高压釜内部、蒸汽发生器出口的温度和压力信号以及所述模拟液加热器出口的温度信号，并发送到计算机进行处理；

所述高压釜包括高压釜体、高压釜体上盖和高压釜体下盖，所述高压釜体通过法兰与所述高压釜体上盖和高压釜体下盖密闭连接；

所述高压釜体上盖的中心孔洞内插设有一用于注热过程的蒸汽注入阀；所述蒸汽注入阀外端通过管线与所述蒸汽发生器连接，所述蒸汽注入阀内端与设置在所述筛管内部的注蒸汽分流器的上端连接，所述注蒸汽分流器的下端悬空，与所述高压釜体下盖表面不接触；

所述高压釜体下盖的中心孔洞内插设有一压差控制阀，所述压差控制阀外端通过管线与所述冷凝器的入口连接；所述高压釜体下盖的两侧边孔洞内分别插设有用于采液过程的蒸汽注入阀；两所述蒸汽注入阀外端分别通过管线与所述液体循环泵的出口连接，两所述蒸汽注入阀内端分别与设置在所述高压釜体下盖的蒸汽分流管下端连接，所述蒸汽分流管上端悬空，与所述高压釜体上盖下表面不接触。

2.如权利要求1所述的一种全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统，其特征在于：所述温度压力检测系统包括若干温度传感器和压力传感器；第一温度传感器和第一压力传感器均设置在所述筛管内中部；第二温度传感器和第二、第三压力传感器均设置在所述高压釜与所述筛管的环空内一侧中部；第三、第四温度传感器均设置在所述高压釜与所述筛管的环空内另一侧中部，且所述第三温度传感器设置在环空上部，所述第四温度传感器设置在环空中部，用于检测上、下模拟地层的温度信号；第五温度传感器和第四压力传感器均设置在所述蒸汽发生器的出口处；第六温度传感器设置在所述模拟液加热器的出口处。

3.如权利要求1或2所述的一种全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统，其特征在于：所述筛管与所述高压釜体上盖和高压釜体下盖之间分别设置有筛管上密封圈和筛管下密封圈。

4.如权利要求1或2所述的一种全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统，其特征在于：所述筛管为圆形，采用现场实际使用的筛管。

5.如权利要求3所述的一种全尺寸高温高压蒸汽吞吐防砂模拟系统，其特征在于：所述筛管为圆形，采用现场实际使用的筛管。