CN105547665A - 筛管防砂试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种筛管防砂试验装置，它包括：试验筒、蒸汽发生器、第一阀、第二阀、供液装置、固液分离器、储液池、以及储砂槽。利用本发明的筛管防砂试验装置，本发明还提供了一种筛管防砂试验方法，采用本发明的筛管防砂试验装置及试验方法通过蒸汽发生器向带有试验用筛管的试验筒内注入高温蒸汽，进而模拟井下蒸汽吞吐注汽、放喷及回采的过程对筛管的影响。在试验结束之后，取出试验用筛管，检测试验用筛管是否冲蚀破坏，从而测试筛管的防砂性能。本发明的筛管防砂试验装置及试验方法结果可靠，可以真实地反应出筛管在蒸汽吞吐作用下的防砂效果和性能变化。

Description

筛管防砂试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种筛管防砂试验装置及试验方法。

背景技术

在石油开采技术领域，特别是针对疏松油气藏开采时，出砂问题已经成为影响疏松砂岩稠油油藏开采的主要问题之一，因此采取防砂措施来解决出砂问题也已成为稠油油藏开采的有效手段。

防砂筛管作为井下防砂作业的主要工具，在防砂井中被大量应用。防砂筛管种类繁多，不同筛管具有不同的结构和材料，在高温蒸汽作用下的性能也存在差异。蒸汽吞吐是目前稠油油藏的主要开发方式。在蒸汽吞吐稠油防砂井中，防砂筛管在多轮次蒸汽吞吐作用下，在井下同时受到高温及冲蚀的影响，容易导致筛管防砂效果变差，甚至筛管破坏失效。

因此，研究及评价筛管在蒸汽吞吐作用下的防砂效果，对于指导筛管在蒸汽吞吐稠油井中的应用具有重要的意义。但是对于此，目前缺乏针对在高温蒸汽吞吐时，筛管防砂的研究和评价的试验方法及配套的试验装置。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种筛管防砂试验装置及试验方法，利用本发明的筛管防砂试验装置及试验方法可以模拟油井下高温蒸汽吞吐的实际情况测试筛管的防砂效果和性能变化。

本发明的上述实施例的目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种筛管防砂试验装置，它包括：

试验筒，所述试验筒内用于放置试验用筛管以及环设在所述试验用筛管外含有水分的模拟地层砂；

与所述试验用筛管相连通的蒸汽发生器，其用于通过所述试验用筛管向所述试验筒内注入蒸汽；

第一阀，其用于泄出所述试验筒内的部分压力；

第二阀，其用于放空所述试验筒内的全部压力；

供液装置，其用于向所述试验筒内提供试验用溶液，所述溶液能与所述模拟地层砂混合形成混合液；

与所述试验筒相连通的固液分离器，其用于分离从所述试验筒内流出的混合液中的试验用溶液和模拟地层砂；

储液池，所述储液池用于收集经所述固液分离器分离的试验用溶液；

储砂槽，所述储砂槽用于收集经所述固液分离器分离的模拟地层砂。

在一个实施方式中，所述试验筒为一釜体，所述釜体内套设有一渗流筒，所述渗流筒的表面均匀分布有通孔，所述模拟地层砂位于所述渗流筒与所述试验用筛管之间的环空内；所述渗流筒与所述釜体之间形成有一导流通道，所述供液装置与所述导流通道连通后向所述釜体内提供试验用溶液。

在一个实施方式中，所述渗流筒的外壁面上环设有金属网布，所述金属网布用于将所述试验用溶液均匀导向模拟地层砂。

在一个实施方式中，所述导流通道内设有至少一个导流管，所述导流管的壁面上开设有贯通所述导流管的至少一个导流孔，所述供液装置与所述导流通道内的导流管相连通，所述试验用溶液通过所述导流管的导流孔流出。

在一个实施方式中，所述供液装置包括：用于配制试验用溶液的配液罐，以及将所述配液罐内的溶液进行加热的加热容器，所述配液罐与所述加热容器之间设有第一泵，所述第一泵用于将所述配液罐内的试验用溶液泵进所述加热容器内，所述加热容器与所述试验筒之间设有第二泵，所述第二泵用于将所述加热容器内加热后的试验用溶液泵进所述试验筒内进行试验。

在一个实施方式中，所述第二泵与所述试验筒之间设有流量计，所述流量计用于计量从所述加热容器内流入所述试验筒内的试验用溶液的流量；所述试验筒内还设置有用于测量试验筒内压力的至少一个压力传感器以及用于测量试验筒内温度的温度传感器；所述筛管防砂试验装置还包括数据采集器，所述数据采集器与所述流量计、所述压力传感器、以及所述温度传感器相连通，用于实时监测所述试验筒内的温度和压力信息，以及所述流量计的流量。

在一个实施方式中，所述试验用筛管与所述试验筒同轴设置，所述试验用筛管的两端还设有用于封堵所述试验用筛管的堵头。

在一个实施方式中，所述试验筒的外侧包围有保温层，所述保温层用于保持所述试验筒内的温度。

本发明还提供一种筛管防砂试验方法，包括如下步骤：

开启第一阀，关闭第二阀，启动蒸汽发生器，将蒸汽通过试验用筛管注入试验筒后，由第一阀排出；

当所述试验筒内的温度达到预设温度后，关闭第一阀，持续向所述试验筒内注入蒸汽，以使得所述试验筒内的压力升高；

当所述试验筒内的压力达到预设压力后，关闭蒸汽发生器，打开第二阀，放空所述试验筒内的全部压力，使所述试验筒内的部分含有水分的模拟地层砂流进固液分离器；

启动供液装置，以使得所述供液装置向所述试验筒内提供试验用溶液，所述试验用溶液与所述模拟地层砂混合形成混合液后流向所述固液分离器，所述固液分离器将所述试验筒内流出的混合液中的试验用溶液和模拟地层砂进行分离，分离后的溶液流进储液池，分离后的模拟地层砂进入储砂槽。

在一个实施方式中，重复权利要求13的筛管防砂试验方法的步骤3-6次。

在一个实施方式中，所述模拟地层砂由不同粒径的石英砂和黏土混合制成；所述试验用溶液由高分子增粘剂与清水配制而成。

综上所述，本发明的筛管防砂试验装置及试验方法通过蒸汽发生器向带有试验用筛管的试验筒内注入高温蒸汽，进而模拟井下高温蒸汽吞吐注汽、放喷及回采的过程对筛管的影响。在试验结束之后，取出试验用筛管，检测试验用筛管是否冲蚀破坏，从而测试筛管的防砂性能。本发明的筛管防砂试验装置及试验方法结果可靠，可以真实地反应出筛管在蒸汽吞吐作用下的防砂效果和性能变化。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1示出了本发明的筛管防砂试验装置的结构示意图；

图2示出了本发明的试验筒的结构示意图。

以上附图的附图标记：1、试验筒；11、渗流筒；111、通孔；12、试验用筛管；121、堵头；13、模拟地层砂；14、导流通道；15、导流管；151、导流孔；16、压力传感器；17、温度传感器；2、蒸汽发生器；3、第一阀；4、第二阀；5、固液分离器；6、储液池；7、储砂槽；8、配液罐；9、加热容器；10、第一泵；20、第二泵；21、流量计；22、数据采集器；23、保温层。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

如图1-2所示，本发明公开了一种筛管防砂试验装置，它包括：试验筒1、蒸汽发生器2、第一阀3、第二阀4、供液装置、固液分离器5、储液池6、以及储砂槽7。所述试验筒1用于放置试验用筛管12以及环设在所述试验用筛管12外含有水分的模拟地层砂13。蒸汽发生器2与所述试验用筛管12相连通，其用于通过所述试验用筛管12向所述试验筒1内注入蒸汽。第一阀3用于泄出所述试验筒1内的部分压力；第二阀4用于放空所述试验筒1内的全部压力。供液装置用于向所述试验筒1内提供试验用溶液，所述溶液能与所述模拟地层砂13混合形成混合液。固液分离器5与所述试验筒1相连通，其用于分离从所述试验筒1内流出的混合液中的试验用溶液和模拟地层砂13。所述储液池6用于收集经所述固液分离器5分离的试验用溶液；所述储砂槽7用于收集经所述固液分离器5分离的模拟地层砂13。

在本实施方式中，试验筒1为圆筒状高压密封筒，试验筒1内放置有试验用筛管12。模拟地层砂13可以在试验用筛管12放入试验筒1之后再填入试验用筛管12与试验筒1形成的环形空间内。在模拟地层砂13填入试验筒1后，要向模拟地层砂13内注水，使干燥的模拟地层砂13变成含有一定水分的模拟地层砂13，这样才能更好的模拟地层中油井内砂石的真实情况。

蒸汽发生器2与试验筒1内的试验用筛管12相连通，蒸汽发生器2会通过试验用筛管12向试验筒1内注入蒸汽，来模拟注入井蒸汽吞吐采油的实际情况。

第一阀3和第二阀4都与试验筒1相连通，第一阀2用于泄出所述试验筒1内的部分压力，第二阀4用于放空所述试验筒1内的全部压力。

供液装置可以向试验筒1内注入试验用溶液，该试验用溶液可以与模拟地层砂13混合形成混合液，该试验用溶液用来模拟地层流体，该混合液相当于地层流体与地层中的砂石混合后的液体。

固液分离器5与试验筒1相连通，它可以将试验后的混合液中的溶液以及模拟地层砂13进行分离处理。所述储液池6用于收集经所述固液分离器5分离的试验用溶液；所述储砂槽7用于收集经所述固液分离器5分离的模拟地层砂13。

采用本发明的筛管防砂试验装置可以通过蒸汽发生器2向带有试验用筛管12的试验筒1内注入蒸汽，进而模拟井下高温蒸汽吞吐注汽、放喷及回采的过程对筛管的影响。在试验结束之后，取出试验用筛管12，检测试验用筛管12是否冲蚀破坏，从而测试筛管的防砂性能。本发明的筛管防砂试验装置结果可靠，可以真实地反应出筛管在蒸汽吞吐作用下的防砂效果和性能变化。

在一个实施方式中，请参考附图2，所述试验筒1为一釜体，所述釜体内套设有一渗流筒11，所述渗流筒11的表面均匀分布有通孔111，所述模拟地层砂13位于所述渗流筒11与所述试验用筛管12之间的环空内；所述渗流筒11与所述釜体之间形成有一导流通道14，所述供液装置与所述导流通道14连通后向所述釜体内提供试验用溶液。

在本实施方式中，试验筒1为能够承受高压的釜体，该渗流筒11也为圆筒状，渗流筒11套设在釜体的内部，渗流筒11的表面均匀开设有通孔111，试验用溶液可以通过渗流筒11的通孔111流进模拟地层砂13中。渗流筒11与釜体之间形成有导流通道14，供液装置启动后，该试验用溶液可以由试验筒1的导流通道14进入试验筒1内，再通过渗流筒11的通孔111渗进填在渗流筒11与试验用筛管12之间的模拟地层砂13中，使试验用溶液与模拟地层砂13混合。进一步地，所述渗流筒11的外壁面上环设有金属网布(图中未示出)，所述金属网布用于将所述试验用溶液均匀导向模拟地层砂13。

在一个实施方式中，所述导流通道14内设有至少一个导流管15，所述导流管15的壁面上开设有贯通所述导流管15的至少一个导流孔151，所述供液装置与所述导流通道14内的导流管15相连通，所述试验用溶液通过所述导流管15的导流孔151流出。本领域技术人员可以理解为，该导流管15的数量可以根据实际需要设置，只要导流管15能完成导流作用即可，且该导流管15要围绕所述渗流筒11均匀排布在导流通道14中。也就是说，试验用溶液要通过供液装置流进导流管15内，然后经由导流管15的导流孔151流出，再经渗流筒11的通孔111流入模拟地层砂13中。

在一个实施方式中，所述供液装置包括：用于配制试验用溶液的配液罐8，以及将所述配液罐8内的溶液进行加热的加热容器9，所述配液罐8与所述加热容器9之间设有第一泵10，所述第一泵10用于将所述配液罐8内的试验用溶液泵进所述加热容器9内，所述加热容器9与所述试验筒1之间设有第二泵20，所述第二泵20用于将所述加热容器9内加热后的试验用溶液泵进所述试验筒1内进行试验。

在本实施方式中，在配液罐8内要将高分子增粘剂与清水融合调配成试验用溶液来模拟地层流体。试验用溶液配制完成后，由第一泵10将配液罐8内的试验用溶液泵进加热容器9内进行加热。当在加热容器9内加热的试验用溶液满足试验要求后，再由第二泵20将加热容器9内的加热后的试验用溶液泵进试验筒1内。高分子增粘剂可以是能够起到增粘作用的聚合物，比如羟丙基胍胶、聚阴离子纤维素HV等。

在一个实施方式中，所述第二泵20与所述试验筒1之间设有流量计21，所述流量计21用于计量从所述加热容器9内流入所述试验筒1内的试验用溶液的流量，大约为0-10L/min；所述试验筒1内还设置有用于测量试验筒1内压力的至少一个压力传感器16以及用于测量试验筒内温度的温度传感器17；所述筛管防砂试验装置还包括数据采集器22，所述数据采集器22与所述流量计21、所述压力传感器16、以及所述温度传感器17相连通，用于实时监测所述试验筒1内的温度和压力信息，以及所述流量计21的流量。试验筒内的温度为20-350℃，压力为0-20MPa。

在本实施方式中，压力传感器16的数量可以为2个，其中一个可以用来测量试验用筛管12内部的压力，另一个可以用来测量试验用筛管12外部的压力。温度传感器17用来测量试验用筛管12的内部温度。数据采集器22根据采集的试验用溶液的流量，试验筒1内试验时的温度和压力信息进行实时监测。

在一个实施方式中，所述试验用筛管12与所述试验筒1同轴设置，所述试验用筛管12的两端还设有用于封堵所述试验用筛管12的堵头121。所述试验筒1的外侧包围有保温层23，所述保温层23用于保持所述试验筒1内的温度。所述温度传感器17和所述压力传感器16的探头可以穿过该堵头121测试试验用筛管12内部的温度和压力。同样，所述蒸汽发生器2也是穿过该筛管堵头121与试验用筛管12相连通。试验筒1外侧的保温层23可以是聚合物发泡材料制成的保温套23。

另外，本发明还公开了一种筛管防砂试验方法，包括如下步骤：

开启第一阀3，关闭第二阀4，启动蒸汽发生器2，将蒸汽通过试验用筛管12注入试验筒1后，由第一阀3排出；

当所述试验筒1内的温度达到预设温度后，关闭第一阀3，持续向所述试验筒1内注入蒸汽，以使得所述试验筒1内的压力升高；

当所述试验筒1内的压力达到预设压力后，关闭蒸汽发生器2，打开第二阀4，放空所述试验筒1内的全部压力，使所述试验筒1内的部分含有水分的模拟地层砂13流进固液分离器5；

启动供液装置，以使得所述供液装置向所述试验筒1内提供试验用溶液，所述试验用溶液与所述模拟地层砂13混合形成混合液后流向所述固液分离器5，所述固液分离器5将所述试验筒1内流出的混合液中的试验用溶液和模拟地层砂13进行分离，分离后的溶液流进储液池6，分离后的模拟地层砂进入储砂槽7。

在本实施方式中，可以理解为在试验前期的准备中，已经装配好所有试验用的部件以及机构，包括将试验用筛管12放置在试验用的釜体内，然后将试验用的模拟地层砂13填充进试验用筛管12与釜体的环形空间内。再密封釜体，连接试验用的管线以及数据线，加盖保温层23。将模拟地层砂13中注水，使模拟地层砂13湿润。同时供液装置已经配置好试验用的溶液可以供试验使用。

首先进行注汽试验，开启第一阀3，关闭第二阀4，启动蒸汽发生器2，将蒸汽通过试验用筛管12注入试验筒1后，由第一阀3排出。当所述试验筒1内的温度达到预设温度150-350℃后，关闭第一阀3，持续向所述试验筒1内注入蒸汽，以使得所述试验筒1内的压力升高，来模拟油井中蒸汽吞吐的注汽过程。

然后进行放喷试验，当所述试验筒1内的压力达到预设压力5-20MPa后，关闭蒸汽发生器2，打开第二阀4，放空所述试验筒1内的全部压力，使所述试验筒1内的部分含有水分的模拟地层砂13流进固液分离器5，来模拟油井中蒸汽吞吐的放喷采油过程。

最后进行回采试验，模拟油井中蒸汽吞吐回采石油的过程。启动供液装置，以使得所述供液装置向所述试验筒1内提供试验用溶液，所述试验用溶液与所述模拟地层砂13混合形成混合液后流向所述固液分离器5，所述固液分离器5将所述试验筒1内流出的混合液中的试验用溶液和模拟地层砂13进行分离，分离后的溶液流进储液池6，分离后的模拟地层砂进入储砂槽7。在此试验过程中，流量计21可以采集供液装置提供的试验用溶液的注入量，压力传感器16和温度传感器17可以采集回采试验过程中的压力变化和温度变化。

本领域技术人员可以理解为上述注汽试验、放喷试验、以及回采试验可以重复3-6轮次来模拟真实的采油过程。当然地，重复的次数可以根据实际情况来设置，这并不构成对本发明的任何限制。

在试验结束后，从试验筒1中取出试验用筛管12，观察试验用筛管12是否存在冲蚀破坏现象。取出固液分离器5中的模拟地层砂13中的砂样，进行粒度分析。通过分析试验压力、砂样重量和砂样粒度分布，评价筛管在多轮次蒸汽吞吐作用下的防砂效果。

在一个实施方式中，所述模拟地层砂13由不同粒径的石英砂和黏土混合制成，该模拟地层砂的组成和粒度参数与储层岩石的组成和粒度参数相近。所述试验用溶液由高分子增粘剂与清水配制而成。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种筛管防砂试验装置，其特征在于，它包括：

试验筒，所述试验筒内用于放置试验用筛管以及环设在所述试验用筛管外含有水分的模拟地层砂；

与所述试验用筛管相连通的蒸汽发生器，其用于通过所述试验用筛管向所述试验筒内注入蒸汽；

第一阀，其用于泄出所述试验筒内的部分压力；

第二阀，其用于放空所述试验筒内的全部压力；

供液装置，其用于向所述试验筒内提供试验用溶液，所述溶液能与所述模拟地层砂混合形成混合液；

与所述试验筒相连通的固液分离器，其用于分离从所述试验筒内流出的混合液中的试验用溶液和模拟地层砂；

储液池，所述储液池用于收集经所述固液分离器分离的试验用溶液；

储砂槽，所述储砂槽用于收集经所述固液分离器分离的模拟地层砂。

2.根据权利要求1所述的筛管防砂试验装置，其特征在于，所述试验筒为一釜体，所述釜体内套设有一渗流筒，所述渗流筒的表面均匀分布有通孔，所述模拟地层砂位于所述渗流筒与所述试验用筛管之间的环空内；所述渗流筒与所述釜体之间形成有一导流通道，所述供液装置与所述导流通道连通后向所述釜体内提供试验用溶液。

3.根据权利要求1所述的筛管防砂试验装置，其特征在于，所述渗流筒的外壁面上环设有金属网布，所述金属网布用于将所述试验用溶液均匀导向模拟地层砂。

4.根据权利要求2所述的筛管防砂试验装置，其特征在于，所述导流通道内设有至少一个导流管，所述导流管的壁面上开设有贯通所述导流管的至少一个导流孔，所述供液装置与所述导流通道内的导流管相连通，所述试验用溶液通过所述导流管的导流孔流出。

5.根据权利要求1所述的筛管防砂试验装置，其特征在于，所述供液装置包括：用于配制试验用溶液的配液罐，以及将所述配液罐内的溶液进行加热的加热容器，所述配液罐与所述加热容器之间设有第一泵，所述第一泵用于将所述配液罐内的试验用溶液泵进所述加热容器内，所述加热容器与所述试验筒之间设有第二泵，所述第二泵用于将所述加热容器内加热后的试验用溶液泵进所述试验筒内进行试验。

6.根据权利要求5所述的筛管防砂试验装置，其特征在于，所述第二泵与所述试验筒之间设有流量计，所述流量计用于计量从所述加热容器内流入所述试验筒内的试验用溶液的流量；所述试验筒内还设置有用于测量试验筒内压力的至少一个压力传感器以及用于测量试验筒内温度的温度传感器；所述筛管防砂试验装置还包括数据采集器，所述数据采集器与所述流量计、所述压力传感器、以及所述温度传感器相连通，用于实时监测所述试验筒内的温度和压力信息，以及所述流量计的流量。

7.根据权利要求1所述的筛管防砂试验装置，其特征在于，所述试验用筛管与所述试验筒同轴设置，所述试验用筛管的两端还设有用于封堵所述试验用筛管的堵头。

8.根据权利要求1所述的筛管防砂试验装置，其特征在于，所述试验筒的外侧包围有保温层，所述保温层用于保持所述试验筒内的温度。

9.一种筛管防砂试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

开启第一阀，关闭第二阀，启动蒸汽发生器，将蒸汽通过试验用筛管注入试验筒后，由第一阀排出；

当所述试验筒内的温度达到预设温度后，关闭第一阀，持续向所述试验筒内注入蒸汽，以使得所述试验筒内的压力升高；

当所述试验筒内的压力达到预设压力后，关闭蒸汽发生器，打开第二阀，放空所述试验筒内的全部压力，使所述试验筒内的部分含有水分的模拟地层砂流进固液分离器；

启动供液装置，以使得所述供液装置向所述试验筒内提供试验用溶液，所述试验用溶液与所述模拟地层砂混合形成混合液后流向所述固液分离器，所述固液分离器将所述试验筒内流出的混合液中的试验用溶液和模拟地层砂进行分离，分离后的溶液流进储液池，分离后的模拟地层砂进入储砂槽。

10.根据权利要求9所述的筛管防砂试验方法，其特征在于，重复权利要求13的筛管防砂试验方法的步骤3-6次。

11.根据权利要求9所述的筛管防砂试验方法，其特征在于，所述模拟地层砂由不同粒径的石英砂和黏土混合制成；所述试验用溶液由高分子增粘剂与清水配制而成。