CN105067464A - 防砂管冲蚀速率实验装置 - Google Patents

Abstract

一种防砂管冲蚀速率实验装置，储存罐通过管路与泵连接，泵通过管路与冲蚀装置连接，冲蚀装置通过管路与油砂分离装置连接，油砂分离装置与储存罐连接；冲蚀装置中，在可调节倾角的试样座上方设有可升降的喷头，喷头与泵连接。本发明提供的一种防砂管冲蚀速率实验装置，通过采用以上的结构，直接采用油田常用筛管取样进行实验，能够非常接近实际工况的模拟不同生产条件下，例如不同的地层物性特征和生产措施要求，包括压力和流量的要求，适时调整试验参数，模拟对防砂管的冲蚀，较为准确的评估防砂管冲蚀速率。而且实验过程中能够采用自动控制，自动采集数据，降低了实验的劳动强度。

Description

防砂管冲蚀速率实验装置

技术领域

本发明涉及油井完井评价设备的实验装置领域，特别是一种防砂管冲蚀速率评价实验装置。

背景技术

在弱固结砂岩油藏中，油层出砂一旦严重，此时的危害不仅是形成砂堵影响油井产量，同时也会磨损抽油泵和抽油杆，增加清砂作业的工作量；油层出砂严重时会堵塞油井，使油井停产。机械筛管防砂是目前选择的主要防砂工具之一。

由于储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、金属网布筛管、金属棉筛管和其他多种新型防砂筛管。对于油田防砂成功的主要关键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，由于冲蚀引起筛管的防砂精度降低，甚至掉块等现象而致使防砂失败的状况常有发生，一旦筛管失效将导致油井整个防砂作业的失败。

防砂筛管在采油作业中的损坏形式主要表现是冲蚀磨损失效，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、含砂粒度分布以及生产井中的腐蚀性气体引发的损坏失效等多重因素造成的。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、金属网布筛管或金属棉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。目前对筛管冲蚀速率的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高。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评价防砂管冲蚀速率的装置，用于评价防砂管长期的防砂效果及寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种防砂管冲蚀速率实验装置，能够利用现场所用筛管加工成筛管片试样进行实验，用于准确评估在各种模拟工况下的防砂管冲蚀速率。以为防砂管的生产提供指导和评价数据。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种防砂管冲蚀速率实验装置，储存罐通过管路与泵连接，泵通过管路与冲蚀装置连接，冲蚀装置通过管路与油砂分离装置连接，油砂分离装置与储存罐连接；

冲蚀装置中，在可调节倾角的试样座上方设有可升降的喷头，喷头与泵连接。

在泵与冲蚀装置之间的管路上设有流量计和压力监控装置；

在冲蚀装置之外设有观测喷头与试样座之间的距离的显示装置。

所述的试样座中，试样被嵌装在试样座板上，试样座板的底部封堵，从喷头喷出的油砂混合液经冲蚀装置的筒体流入油砂分离装置。

所述的试样座中，试样被嵌装在试样座板上，试样座板的底部设有过液通孔，从喷头喷出的油砂混合液一部分经冲蚀装置的筒体底部流入油砂分离装置中的第一油砂分离装置；

从喷头喷出的油砂混合液另一部分经试样过滤后，从冲蚀装置的底座流入油砂分离装置中的第二油砂分离装置。

在筒体的底部侧壁设有第一排液口，第一排液口通过管路与第一油砂分离装置连接；

在筒体的底部设有底座，底座底部设有第二排液口，底座顶端设有内支座，内支座将第一排液口与第二排液口隔开，试样座与内支座的上端面铰接，在试样座板的外围设有柔性套，柔性套的底部伸入到内支座的内壁。

所述的底座上端面倾斜，第一排液口位于底座上端面最低的位置。

在筒体内设有内支座，试样座与内支座的上端面铰接，内支座的上端面还设有支架，支架的上端设有支架顶板，筒体的上端设有顶板，滑动套管与支架顶板和顶板滑动连接，

滑动套管与喷头采用可拆卸的方式连接，与喷头连接的管路位于滑动套管内，滑动套管通过连接块与喷头升降装置连接。

所述的喷头升降装置中，喷头升降丝杠的下端与连接块固定连接，

在支架顶板上设有螺母座，螺母座内设有可转动的蜗轮螺母，蜗轮螺母的内孔与喷头升降丝杠螺纹连接；

蜗轮螺母的外壁与蜗杆啮合连接，蜗杆与电机连接。

在筒体内设有内支座，试样座与内支座的上端面铰接，在试样座的一侧设有延长杆，支铰滑块与延长杆滑动连接，支铰滑块与倾角调节装置连接。

所述的倾角调节装置中，倾角调节丝杠与支铰滑块铰接；

在支架顶板上设有螺母座，螺母座内设有可转动的蜗轮螺母，蜗轮螺母的内孔与倾角调节丝杠螺纹连接；

蜗轮螺母的外壁与蜗杆啮合连接，蜗杆与电机连接。

本发明提供的一种防砂管冲蚀速率实验装置，通过采用以上的结构，直接采用油田常用筛管取样进行实验，能够非常接近实际工况的模拟不同生产条件下，例如不同的地层物性特征和生产措施要求，包括压力和流量的要求，适时调整试验参数，模拟对防砂管的冲蚀，较为准确的评估防砂管冲蚀速率。而且实验过程中能够采用自动控制，自动采集数据，降低了实验的劳动强度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中冲蚀装置的结构示意图。

图3为本发明中试样座的结构示意图。

图4为本发明中试样座的另一结构示意图。

图5为图2中A处的局部放大示意图。

图中：储存罐1，泵2，流量计3，压力监控装置4，冲蚀装置5，筒体51，顶板52，第一排液口53，第二排液口54，底座55，内支座56，支架57，延长杆58，支铰滑块59，倾角调节丝杠510，柔性套511，喷头512，连接块513，滑动套管514，喷管515，试样座516，压板5161，垫片5162，试样座板5163，过液通孔5164，支架顶板517，喷头升降装置518，电机5181，蜗杆5182，喷头升降丝杠5183，蜗轮螺母5184，螺母座5185，倾角调节装置519，玻璃板520，第一油砂分离装置6，第二油砂分离装置6'，数据采集装置7，电脑8，试样9，显示装置10。

具体实施方式

如图1中，一种防砂管冲蚀速率实验装置，储存罐1通过管路与泵2连接，泵2通过管路与冲蚀装置5连接，冲蚀装置5通过管路与油砂分离装置连接，油砂分离装置与储存罐1连接；储存罐1用于均匀混合油砂形成冲蚀液体，本例中的冲蚀液体为按照实验要求调配的油砂混合液，主要分别为一定的油砂体积比或油砂重量比进行混合，同时给定的砂粒主要依照地层的粒度特性进行混合。泵2用于给均匀混合的油砂混合液增加压力。冲蚀装置5则用于使油砂混合液按照实验要求冲蚀在由筛管加工成筛管片试样上。

如图2中，冲蚀装置5中，在可调节倾角的试样座516上方设有可升降的喷头512，喷头512与泵2连接。可调节倾角的试样座516用于调节油砂混合液冲刷在试样9上的冲蚀角度，而可升降的喷头512则用于调节油砂混合液冲刷在试样9上的冲蚀距离，其组合用于模拟实际生产中的工况。

在泵2与冲蚀装置5之间的管路上设有流量计3和压力监控装置4；其中流量计3用于采集油砂混合液的流量，而压力监控装置4则用于采集油砂混合液的压力。本例中的压力监控装置4为压力表、压力控制阀或者压力表和压力控制阀的组合。流量计3和压力监控装置4与数据采集装置7电连接，数据采集装置7与电脑8连接，已将采集到的数据发送至电脑8储存。

如图2中，在冲蚀装置5之外设有观测喷头512与试样座516之间的距离的显示装置10。本例中采用了两种方案，一种是设置在筒体51内的摄像头，摄像头与位于筒体外的显示器连接，以精确观测喷头512与试样9之间的间距。另一方案是将摄像头设置在筒体51之外，摄像头透过有机玻璃面板观测喷头512与试样9之间的间距，并显示在显示器上。

可选的方案如图3中，所述的试样座516中，试样9被嵌装在试样座板5163上，试样座板5163的底部封堵，从喷头512喷出的油砂混合液经冲蚀装置5的筒体51流入油砂分离装置。由此结构，用于进行试验筛管材料的表面冲蚀速率实验。在实验完成前、后，通过称量试样9的重量和实验的时间得出冲蚀速率。

另一可选的方案如图4中，所述的试样座516中，试样9被嵌装在试样座板5163上，试样座板5163的底部设有过液通孔5164，从喷头512喷出的油砂混合液一部分经冲蚀装置5的筒体51底部流入油砂分离装置中的第一油砂分离装置6；

从喷头512喷出的油砂混合液另一部分经试样9过滤后，从冲蚀装置5的底座55流入油砂分离装置中的第二油砂分离装置6'。由此结构，通过过滤冲蚀除了得到冲蚀速率，还能够得到防砂管失效的实验数据。通过经过第二油砂分离装置6'中的出砂量，能够准确判定防砂管是否失效，以及失效的临界点和失效的速率。

在筒体51的底部侧壁设有第一排液口53，第一排液口53通过管路与第一油砂分离装置6连接；

在筒体51的底部设有底座55，底座底部设有第二排液口54，底座55顶端设有内支座56，内支座56将第一排液口53与第二排液口54隔开，试样座516与内支座56的上端面铰接，在试样座板5163的外围设有柔性套511，柔性套511的底部伸入到内支座56的内壁。由此结构，使冲蚀在试样9表面的油砂混合液与透过试样9的油砂混合液被柔性套511和内支座56隔离，便于统计实验数据。

所述的底座55上端面倾斜，第一排液口53位于底座55上端面最低的位置。由此结构，便于筒体51和内支座56之间的油砂混合液流出。

如图5中，在筒体51内设有内支座56，试样座516与内支座56的上端面铰接，内支座56的上端面还设有支架57，支架57的上端设有支架顶板517，筒体51的上端设有顶板52，滑动套管514与支架顶板517和顶板52滑动连接，

滑动套管514与喷头512采用可拆卸的方式连接，与喷头512连接的管路位于滑动套管514内，滑动套管514通过连接块513与喷头升降装置518连接。由此结构，通过喷头升降装置518带动滑动套管514的升降，即可调节喷头512的冲程高度。

所述的喷头升降装置518中，喷头升降丝杠5183的下端与连接块513固定连接，

在支架顶板517上设有螺母座5185，螺母座5185内设有可转动的蜗轮螺母5184，蜗轮螺母5184的内孔与喷头升降丝杠5183螺纹连接；

蜗轮螺母5184的外壁与蜗杆5182啮合连接，蜗杆5182与电机5181连接。由此结构，通过控制电机5181的转动，则蜗杆5182带动蜗轮螺母5184在螺母座5185内转动，蜗轮螺母5184的转动则通过螺纹带动喷头升降丝杠5183的升降。

如图2中，在筒体51内设有内支座56，试样座516与内支座56的上端面铰接，在的一侧设有延长杆58，支铰滑块59与延长杆58滑动连接，支铰滑块59与倾角调节装置519连接。通过倾角调节装置519带动延长杆58的摆动，从而带动试样座516调节倾角。

所述的倾角调节装置519中，倾角调节丝杠510与支铰滑块59铰接；

在支架顶板517上设有螺母座，螺母座内设有可转动的蜗轮螺母，蜗轮螺母的内孔与倾角调节丝杠510螺纹连接；

蜗轮螺母的外壁与蜗杆啮合连接，蜗杆与电机连接。由此结构，与喷头升降装置类似的，通过电机的转动，带动倾角调节丝杠510的升降，从而带动延长杆58上下摆动，以调节试样座516的倾角。

使用时，连接各个设备，选用合适的喷头512，例如柱状、散点或扁平状的喷头，调节试样座516的倾角，调节喷头512与试样座516之间的距离，制备试样9并称量，按油田实际地层砂样粒度分布配比配制油砂混合液，根据不同油田的地下原有粘度，相对应的利用不同粘度的机械油模拟稠油作为流体介质。开启泵2，储存罐1中的油砂混合液被从喷头512喷出，油砂混合液的流量和压力参数发送至数据采集装置7，被电脑8接收，并反馈控制泵2的转速以调节冲蚀的流量，用于模拟防砂管压差和环空堆积砂压差。通过第二油砂分离装置6'获得的出砂量来评价判断试样9是否在实验过程中被破坏，以及破坏的速率及临界点。通过对实验过程不同时段的产出砂做激光粒度分析来评价实验过程中防砂管精度的变化，通过对实验前后筛管片试样9重量的变化来评定防砂管在特定储层条件和生产条件下的冲蚀速率，最终达到预测防砂管的冲蚀速率及使用寿命的目的。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防砂管冲蚀速率实验装置，其特征是：储存罐（1）通过管路与泵（2）连接，泵（2）通过管路与冲蚀装置（5）连接，冲蚀装置（5）通过管路与油砂分离装置连接，油砂分离装置与储存罐（1）连接；

冲蚀装置（5）中，在可调节倾角的试样座（516）上方设有可升降的喷头（512），喷头（512）与泵（2）连接。

2.根据权利要求1所述的一种防砂管冲蚀速率实验装置，其特征是：在泵（2）与冲蚀装置（5）之间的管路上设有流量计（3）和压力监控装置（4）；

在冲蚀装置（5）之外设有观测喷头（512）与试样座（516）之间的距离的显示装置（10）。

3.根据权利要求1所述的一种防砂管冲蚀速率实验装置，其特征是：所述的试样座（516）中，试样（9）被嵌装在试样座板（5163）上，试样座板（5163）的底部封堵，从喷头（512）喷出的油砂混合液经冲蚀装置（5）的筒体（51）流入油砂分离装置。

4.根据权利要求1所述的一种防砂管冲蚀速率实验装置，其特征是：所述的试样座（516）中，试样（9）被嵌装在试样座板（5163）上，试样座板（5163）的底部设有过液通孔（5164），从喷头（512）喷出的油砂混合液一部分经冲蚀装置（5）的筒体（51）底部流入油砂分离装置中的第一油砂分离装置（6）；

从喷头（512）喷出的油砂混合液另一部分经试样（9）过滤后，从冲蚀装置（5）的底座（55）流入油砂分离装置中的第二油砂分离装置（6'）。

5.根据权利要求4所述的一种防砂管冲蚀速率实验装置，其特征是：在筒体（51）的底部侧壁设有第一排液口（53），第一排液口（53）通过管路与第一油砂分离装置（6）连接；

在筒体（51）的底部设有底座（55），底座底部设有第二排液口（54），底座（55）顶端设有内支座（56），内支座（56）将第一排液口（53）与第二排液口（54）隔开，试样座（516）与内支座（56）的上端面铰接，在试样座板（5163）的外围设有柔性套（511），柔性套（511）的底部伸入到内支座（56）的内壁。

6.根据权利要求5所述的一种防砂管冲蚀速率实验装置，其特征是：所述的底座（55）上端面倾斜，第一排液口（53）位于底座（55）上端面最低的位置。

7.根据权利要求1所述的一种防砂管冲蚀速率实验装置，其特征是：在筒体（51）内设有内支座（56），试样座（516）与内支座（56）的上端面铰接，内支座（56）的上端面还设有支架（57），支架（57）的上端设有支架顶板（517），筒体（51）的上端设有顶板（52），滑动套管（514）与支架顶板（517）和顶板（52）滑动连接，

滑动套管（514）与喷头（512）采用可拆卸的方式连接，与喷头（512）连接的管路位于滑动套管（514）内，滑动套管（514）通过连接块（513）与喷头升降装置（518）连接。

8.根据权利要求7所述的一种防砂管冲蚀速率实验装置，其特征是：所述的喷头升降装置（518）中，喷头升降丝杠（5183）的下端与连接块（513）固定连接，

在支架顶板（517）上设有螺母座（5185），螺母座（5185）内设有可转动的蜗轮螺母（5184），蜗轮螺母（5184）的内孔与喷头升降丝杠（5183）螺纹连接；

蜗轮螺母（5184）的外壁与蜗杆（5182）啮合连接，蜗杆（5182）与电机（5181）连接。

9.根据权利要求1所述的一种防砂管冲蚀速率实验装置，其特征是：在筒体（51）内设有内支座（56），试样座（516）与内支座（56）的上端面铰接，在试样座（516）的一侧设有延长杆（58），支铰滑块（59）与延长杆（58）滑动连接，支铰滑块（59）与倾角调节装置（519）连接。

10.根据权利要求9所述的一种防砂管冲蚀速率实验装置，其特征是：所述的倾角调节装置（519）中，倾角调节丝杠（510）与支铰滑块（59）铰接；

在支架顶板（517）上设有螺母座，螺母座内设有可转动的蜗轮螺母，蜗轮螺母的内孔与倾角调节丝杠（510）螺纹连接；

蜗轮螺母的外壁与蜗杆啮合连接，蜗杆与电机连接。