CN107478809A - 一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置及其应用，属于油藏微观出砂模拟实验装置的技术领域。所述模拟实验装置包括显微成像采集系统、气液泵送系统、岩心薄片模型系统以及集砂系统；所述岩心薄片模型系统并联设置有多种岩心薄片模型，用于模拟不同的岩心状态及出砂规律；气液泵送系统可进行纯液相、纯气相、气液混合及固液混合注入岩心的出砂模拟实验，用于模拟不同生产条件；利用本发明装置进行的实验,可以直观的分析砂粒的微观剥落过程、砂粒在孔喉中运移、堵塞过程、岩心出砂机理及出砂形态规律，以此对疏松砂岩地层及水合物储层出砂进行机理研究，为疏松砂岩储层及水合物储层的高效开发提供理论基础。

Description

一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置及其应用，属于油藏微观出砂模拟实验装置的技术领域。

背景技术

我国及世界上的常规石油与天然气储层中，70％以上是弱胶结疏松砂岩油气藏，在开采过程中地层出砂严重。另外，在天然气水合物开发领域，我国已进入试采阶段并取得阶段性成功。天然气水合物储层在降压法开采过程中，原先依靠水合物作为胶结物的冻土逐步“解冻”，储层介质演化为松散介质，类似于流砂或半流砂地层，将会导致严重的出砂问题。所谓出砂，是指石油与天然气疏松砂岩储层以及天然气水合物储层在开采过程中，地层砂粒随地层流体产出到井筒或地面的现象。防砂(完井)是目前解决出砂问题的主要途径。为了优化合理防砂方案，前期的出砂预测工作至关重要，即预测生产过程中的出砂机理、出砂临界条件(产量和生产压差)、出砂范围、出砂速度以及出砂粒径等。国内外学者针对疏松砂岩油气藏出砂机理及规律开展了大量的研究工作，但多以理论研究及数值模拟预测为主。而目前对该问题的物理模拟实验方法大多采用天然或人造岩心，研究流体在注入驱替过程中携带产出的微粒量及微粒尺寸与流体注入速度、岩心两端注入压差、围压载荷之间的变化关系。这种实验方法仿真度较高，但无法深入研究岩心的颗粒级微观出砂过程以及出砂孔洞扩展形态和规律，对出砂机理的研究只能停留在最终出砂规律分析上。

中国专利CN101975729A公开了一种油藏出砂微观可视化实验装置，在主体实验装置中设置固定的砂粒流动通道并通过外部加砂的方式模拟并观察砂粒在模型中的运移、堵塞情况等微观运动情况。但此种设计不能模拟不同胶结程度岩心，也无法直观描述地层颗粒级微观出砂过程以及出砂孔洞扩展形态和规律。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置。

本发明还提供上述弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置的实验方法。

本发明的技术方案为：

一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，包括集砂系统，其特征在于，所述模拟实验装置还包括岩心薄片模型系统、显微成像采集系统；所述岩心薄片模型系统的出口与所述集砂系统的入口连接，所述显微成像采集系统用于采集岩心薄片模型系统中的图像；

所述集砂系统包括：集砂器、烧杯，所述集砂器的入口连接所述岩心薄片模型系统的出口，所述烧杯设置在所述集砂器的出口下端；

所述岩心薄片模型系统包括多种相互并联的岩心薄片模型、岩心薄片模型流入阀门、岩心薄片模型流出阀门、岩心薄片模型入口压力计，所述岩心薄片模型内部设置有岩心胶结空间、上部设置有视窗，所述岩心薄片模型流入阀门设置在岩心薄片模型的入口端，所述岩心薄片模型流出阀门设置在岩心薄片模型的出口端。

此处设计的优势在于，多种岩心薄片模型可以模拟不同岩心的出砂规律；所述集砂系统能够收集混砂液并记录液体体积、含砂量、出砂粒径等；所述显微成像采集系统可观察出砂过程及最终出砂形态并进行图像和视频采集。

根据本发明优选的，所述岩心薄片模型包括相互并联的径向薄片模型、单向薄片模型、单向半圆管模型和刻蚀孔道薄片模型；

所述径向薄片模型用于模拟实际射孔完井条件下近井地层出砂规律；

所述单向薄片模型用于模拟平面二维状态下岩心出砂规律；

所述单向半圆管模型用于模拟岩心出砂形态受纵向非均质性影响程度及规律；

所述刻蚀孔道薄片模型用于模拟并观察岩心出砂后，产出砂在地层孔喉中的运移、堵塞规律以及剥离至产出的过程。

根据本发明优选的，所述径向薄片模型包括径向薄片模型腔体、径向薄片模型入流口、径向薄片模型上盖压板、软压板、径向薄片模型视窗、入流分隔网、径向薄片模型岩心胶结空间、模拟射孔基管、筛网、下压垫、岩心厚度调节垫片、固定螺栓和径向薄片模型出液口；

所述径向薄片模型腔体内部设置有径向薄片模型岩心胶结空间，所述径向薄片模型腔体的外壁上设置有径向薄片模型入流口，所述径向薄片模型腔体内部设置有模拟射孔基管，所述径向薄片模型腔体底部设有径向薄片模型出液口，所述径向薄片模型视窗设置在所述径向薄片模型岩心胶结空间的上部，所述岩心厚度调节垫片设置在所述径向薄片模型岩心胶结空间的底部，所述径向薄片模型的内壁与所述径向薄片模型岩心胶结空间外壁之间设置有所述入流分割网和所述筛网，所述径向薄片模型上盖压板通过固定螺栓设置在所述径向薄片模型视窗的上部，所述径向薄片模型上盖压板和所述径向薄片模型视窗之间设置有所述软压板，所述下压垫设置在所述岩心厚度调节垫片和所述径向薄片模型腔体的外侧壁之间。

根据本发明优选的，所述单向薄片模型包括单向薄片模型腔体、单向薄片模型上盖压板、单向薄片模型密封软垫片、单向薄片模型视窗、单向薄片模型岩心胶结空间、单向薄片模型入流口和单向薄片模型出液口；

所述单向薄片模型腔体内部设置有单向薄片模型岩心胶结空间，单向薄片模型腔体上设置有单向薄片模型入流口和所述单向薄片模型出液口，所述单向薄片模型上盖压板和所述单向薄片模型视窗之间设置有所述单向薄片模型密封软垫板，所述单向薄片模型上盖压板设置在所述单向薄片模型腔体的上部。

根据本发明优选的，所述单向半圆管模型包括单向半圆管模型腔体、单向半圆管模型上盖压板、单向半圆管模型密封软垫片、单向半圆管模型视窗、单向半圆管模型入流口、单向半圆管模型出液口、单向半圆管模型岩心胶结空间、岩心长度调节挡片、打孔孔眼；

所述半圆管模型腔体的外壁上设置有所述单向半圆管模型入流口和所述单向半圆管模型出液口，内部设置有单向半圆管模型岩心胶结空间，其上部设置有所述单向半圆管模型视窗，所述岩心长度调节挡片设置在所述单向半圆管模型岩心胶结空间内部，所述岩心长度调节挡片上设置有所述打孔孔眼,所述单向半圆管模型上盖压板设置在所述单向半圆管模型腔体的上部，所述单向半圆管模型密封软垫片设置在所述单向半圆管模型上盖压板和单向半圆管模型视窗之间。

根据本发明优选的，所述刻蚀孔道薄片模型包括刻蚀孔道薄片模型腔体、密封垫圈、刻蚀孔道薄片模型上盖压板、刻蚀孔道薄片模型视窗、挡砂介质材料、密封槽、刻蚀孔道、刻蚀孔道薄片模型岩心胶结空间、刻蚀孔道薄片模型入流口、刻蚀孔道薄片模型出液口；

所述刻蚀孔道薄片模型腔体内部设置有所述刻蚀孔道薄片模型岩心胶结空间，其上部设置有所述刻蚀孔道薄片模型视窗，所述密封垫圈设置在所述刻蚀孔道薄片模型上盖压板和刻蚀孔道薄片模型视窗之间，所述刻蚀孔道薄片模型腔体的外壁上设置有刻蚀孔道薄片模型入流口和所述刻蚀孔道薄片模型出液口，所述刻蚀孔道薄片模型岩心胶结空间的内部临近刻蚀孔道薄片模型出液口处所述设置有所述刻蚀孔道，所述挡砂介质材料设置在所述刻蚀孔道薄片模型出液口处。

此处设计的优势在于，根据实验需要选择合适的岩心薄片模型，所述径向薄片模型用于模拟实际射孔完井条件下近井地层出砂规律，所述单向薄片模型用于模拟平面二维状态下岩心出砂规律，所述单向半圆管模型用于模拟岩心出砂形态受纵向非均质性影响程度及规律。视窗用于观察出砂过程以及出砂孔洞扩展形态。模型入流口是流体进入径向薄片模型的通道；模拟射孔基管可以模拟实际射孔完井方式，有效支撑胶结岩心，射孔孔眼为地层砂产出提供通道；岩心厚度调节垫片可以借助螺栓改变其与下压垫的空间位置，从而改变岩心胶结空间的厚度，并通过不同压力来控制岩心的压实胶结程度；分隔网和筛网可使流体从胶结岩心四周均匀注入，防止优势出砂通道的形成。刻蚀孔道薄片模型可以模拟并观察岩心出砂后产出砂地层孔喉中的运移、堵塞规律以及剥离至产出的过程，被注入流体携带进入刻蚀孔道区域的砂粒在孔道中运移，最终未在孔道中发生堵塞的部分砂粒随流体排出刻蚀孔道区域，刻蚀孔道薄片模型出液口放置挡砂介质材料，用于研究地层砂在挡砂介质表面和内部堵塞机理及二次挡砂桥架形成过程；密封槽用于固定连接视窗和模型腔体。

根据本发明优选的，所述挡砂介质材料为金属滤网、颗粒状充填砾石或金属棉挡砂材料。

根据本发明优选的，所述实验装置还包括气液泵送系统，所述气液泵送系统包括气相泵送系统、液相泵送系统和气液固混合器；

所述气相泵送系统包括气瓶、减压阀、气瓶阀门、气体活塞容器、气相泵送系统恒流泵、气体压力计、背压阀；所述气体活塞容器上设置有注入口、气体活塞容器进气阀门、气体活塞容器排空阀门；

所述液相泵送系统包括地层砂搅拌器、液体活塞容器、液相泵送系统恒流泵；所述地层砂搅拌器设置在所述液体活塞容器内部,所述液体活塞容器上设置有液体注入口、液体活塞容器流入阀门、液体活塞容器流出阀门；

所述气液固混合器设置在所述气液泵送系统的出口端；

通过控制在所述气相泵送系统和所述液相泵送系统的启闭，使所述气液固混合器实现单独气相、单独液相、液固混合或气液固混合。

此处设计的优势在于，气液泵送系统可向岩心薄片模型系统注入粘度范围为1.0-20.0mPa.s的液体或气体或气液混合体，实现：纯液体注入用于模拟油井、纯气体注入用于模拟气井、气液混合注入用于模拟产水气井或水合物的开采条件。所述液体活塞容器中地层砂搅拌器可以在需要外部加砂的实验情况下将液相流体与地层砂充分混合，提供稳定的一定含砂浓度的混砂液，使稳定的混砂液进入岩心薄片模型进行实验，活塞一侧的清水在一定压力下将另一侧的混砂液推出筒体，实现压力传递。所述气相泵送系统中气瓶内的高压空气或氮气通过减压阀达到所需的实验压力充填进入活塞容器的上部空间，气体压力通过气体压力计进行检测，在实验中通过气相泵送系统恒流泵与气象活塞容器使气体以稳定流量注入岩心薄片模型进行实验。活塞一侧的清水在一定压力下将另一侧的压缩气体推出筒体，实现压力传递。背压阀用于防止在向活塞容器供气的过程中气体直接进入岩心薄片容器。所述混合器的作用是在进行气液两相混合注入条件下弱胶结砂岩地层可视化出砂模拟实验过程中，将气相和液相进行混合后稳定注入到岩心薄片模型。

根据本发明优选的，所述气液泵送系统还包括单向阀，所述单向阀设置在所述背压阀和所述气液固混合器之间。

此处设计的优势在于，单向阀的可以防止液相反流进入气相泵送系统。

根据本发明优选的，所述集砂系统还包括气液分离器，所述气液分离器设置在所述岩心薄片模型系统的出口端，所述集砂器的入口端设置在所述气液分离器的出口端。

此处设计的优势在于，所述气液分离器在气液混合注入实验中，将从所述岩心薄片模型出口端产出的含砂流体进行气液分离，可保证产出的地层砂能够顺利稳定的进入集砂器，集砂器将混砂液体中的固相地层砂过滤并截留，使液体进入烧杯中，用于能够收集混砂液并记录液体体积、含砂量、出砂粒径等。

根据本发明优选的，所述径向薄片模型视窗、单向薄片模型视窗、单向半圆管模型视窗、刻蚀孔道薄片模型视窗均为透明视窗，所述显微镜设置在所述视窗上部。

此处设计的优势在于，将显微镜镜头对准岩心薄片模型的视窗用于观察弱胶结岩心薄片出砂过程及最终出砂形态，并进行图像和视频采集，可清晰的进行10-15μm砂粒从岩心上剥离、运移全过程的成像采集，便于分析研究。

根据本发明优选的，所述岩心薄片模型系统还包括安全阀，所述安全阀设置在所述岩心薄片模型系统的入口端。

根据本发明优选的，所述径向薄片模型岩心胶结空间的厚度为5-50mm，所述径向薄片模型入流口的数量为5-8个，所述筛网的目数200-300目。

根据本发明优选的，所述单向薄片模型岩心胶结空间的长度为5-15cm，宽度为2-8cm，厚度为0.2-0.8cm。

此处设计的优势在于，可以研究二维状态下岩心出砂规律，可以调节内部空间大小以改变的弱胶结岩心的体积。

根据本发明优选的，所述刻蚀孔道铣刻在铣刻在刻蚀孔道薄片模型腔体的底部，所述刻蚀孔道直径为50-600μm。

此处设计的优势在于，刻蚀孔道用于模拟地层出砂通道，在实验过程中针对不同储层的地层砂，选择合适直径的刻蚀孔道。

如上述弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置的实验方法，包括步骤如下：

步骤一、根据需要选择合适的一个岩心薄片模型；

步骤二、打开岩心薄片模型的视窗，按实验要求向所述岩心薄片模型的岩心胶结空间填装地层砂和胶结剂混合物；

步骤三、将岩心薄片模型静置直至岩心成型；

步骤四、关闭岩心薄片模型流入阀门，关闭岩心薄片模型流出阀门；

步骤五、采集岩心薄片模型内的岩心图像；

步骤六、调节气相泵送系统或所述液相泵送系统；打开岩心薄片模型流入阀门和岩心薄片模型流出阀门；

步骤七、按照实验设计调节气相泵送系统恒流泵或液相泵送系统恒流泵的输出量以确保气相或液相顺利注入岩心薄片模型，开启气相泵送系统恒流泵或液相泵送系统恒流泵，进行微观出砂可视化模拟实验；

步骤八、收集、烘干、称量被注入气相和/或液相带出的步骤二所填入的地层砂；

步骤九、结束实验。

根据本发明优选的，在步骤一中，根据需要选择合适的岩心薄片模型的具体方法如下：

当需要模拟射孔完井条件下近井地层出砂规律时，则所述步骤一选择径向薄片模型；

当需要模拟平面二维状态下岩心出砂规律时，则所述步骤一选择单向薄片模型；

当需要模拟岩心出砂形态受纵向非均质性影响程度及规律时，则所述步骤一选择单向半圆管模型；

当需要模拟岩心出砂后产出砂在地层孔喉中的运移、堵塞规律及产出的过程时，则述步骤一选择刻蚀孔道薄片模型。

根据本发明优选的，当模拟产水气井和水合物开采条件时，则所述步骤六调节气相泵送系统和液相泵送系统的操作为:打开液体活塞容器流入阀门和液体活塞容器流出阀门，将液相流体与地层砂装入地层砂搅拌器后关闭液体活塞容器流入阀门和液体活塞容器流出阀门；打开气体活塞容器进气阀门和气体活塞容器排空阀门，调节减压阀，按照实验要求将一定压力的气体充入气体活塞容器后关闭气体活塞容器进气阀门和气体活塞容器排空阀门；所述步骤七的操作为：按照实验设计的气液注入比计算气相泵送系统恒流泵和液相泵送系统恒流泵的输出量，开启气相泵送系统恒流泵和液相泵送系统恒流泵，进行微观出砂可视化模拟实验；

当模拟油井开采条件时，则所述步骤六调节气液泵送系统的操作为:打开液体活塞容器流入阀门和液体活塞容器流出阀门，将清水装入液体活塞容器内；所述步骤七的操作为:按照实验设计调节液相泵送系统恒流泵的输出量，开启液相泵送系统恒流泵，进行微观出砂可视化模拟实验。

当模拟气井开采条件时，则所述步骤六调节气液泵送系统的操作为:打开气体活塞容器进气阀门和气体活塞容器排空阀门，调节减压阀，按照实验设计的将一定压力的气体充入气体活塞容器后关闭气体活塞容器进气阀门和气体活塞容器排空阀门；所述步骤七的操作为:按照实验设计调节气相泵送系统恒流泵的输出量，开启气相泵送系统恒流泵，进行微观出砂可视化模拟实验。

本发明的有益效果为：

1、本发明可观察并揭示不同胶结程度岩心微观出砂机理、形态和规律。

2、本发明的气液泵送系统可进行不同流量下气相、液相或气液混合注入岩心的出砂模拟实验，用于模拟不同生产条件。

3、本发明可以直观的分析砂粒的微观剥落过程、砂粒在孔喉中运移、堵塞过程、岩心出砂机理及出砂形态规律，以此对疏松砂岩地层及水合物储层出砂进行机理研究，为疏松砂岩储层及水合物储层的高效开发提供理论基础。

附图说明：

图1为本发明的系统连接示意图；

图2为本发明所述径向薄片模型的剖面结构示意图；

图3为本发明所述单向薄片模型的剖面结构示意图；

图4为本发明所述单向半圆管模型的剖面结构示意图；

图5为本发明所述刻蚀孔道薄片模型的剖面结构示意图。

图1至图5所示，1.气瓶；2.气瓶阀门；3.减压阀；4.气相泵送系统恒流泵；5.液相泵送系统恒流泵；6.气体活塞容器；7.气体压力计；8.地层砂搅拌器；9.液体活塞容器；10.背压阀；11.单向阀；12.气液固混合器；13.岩心薄片模型入口压力计；14.安全阀；15.岩心薄片模型流入阀门；16.径向薄片模型；17.径向薄片模型入流口；18.单向薄片模型；19.单向半圆管模型；20.刻蚀孔道薄片模型；21.气液分离器；22.集砂器；23.烧杯；24.径向薄片模型上盖压板；25.软压板；26.径向薄片模型视窗；27.径向薄片模型腔体；28.入流分隔网；29.径向薄片模型岩心胶结空间；30.模拟射孔基管；31.筛网；32.下压垫；33.岩心厚度调节垫片；34.固定螺栓；35.径向薄片模型出液口；36.单向薄片模型上盖压板；37.单向薄片模型密封软垫片；38.单向薄片模型视窗；39.单向薄片模型岩心胶结空间；40.单向薄片模型入流口；41.单向薄片模型腔体；42.单向半圆管模型上盖压板；43.单向半圆管模型密封软垫片；44.单向半圆管模型视窗；45.单向半圆管模型入流口；46.单向半圆管模型岩心胶结空间；47.单向半圆管模型腔体；48.岩心长度调节挡片；49.打孔孔眼；50.密封垫圈；51.刻蚀孔道薄片模型上盖压板；52.刻蚀孔道薄片模型视窗；53.密封槽；54.挡砂介质材料；55.刻蚀孔道；56.刻蚀孔道薄片模型腔体；58.刻蚀孔道薄片模型岩心胶结空间；59.刻蚀孔道薄片模型入流口；60.单向薄片模型出液口；61.单向半圆管模型出液口；62.刻蚀孔道薄片模型出液口；63.岩心薄片模型流出阀门。

具体实施方式：

下面结合说明书附图和实施例对本发明进一步限定，但不限于此。

如图1-5所示。

实施例1、

一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，包括集砂系统，其特征在于，所述模拟实验装置还包括岩心薄片模型系统、显微成像采集系统；所述岩心薄片模型系统的出口与所述集砂系统的入口连接，所述显微成像采集系统用于采集岩心薄片模型系统中的图像；所述显微成像采集系统包括显微镜、数据分析计算机，所述显微镜与所述数据分析计算机电连；

所述集砂系统包括：集砂器22、烧杯23，所述集砂器22的入口连接所述岩心薄片模型系统的出口，所述烧杯23设置在所述集砂器的出口下端；

所述岩心薄片模型系统包括多种相互并联的岩心薄片模型、岩心薄片模型流入阀门15、岩心薄片模型流出阀门63、岩心薄片模型入口压力计13，所述岩心薄片模型内部设置有岩心胶结空间，上部设置有视窗，所述岩心薄片模型流入阀15设置在所述岩心薄片模型的入口端，所述岩心薄片模型流出阀门63设置在所述岩心薄片模型的出口端。

实施例2、

如实施例1所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述岩心薄片模型包括相互并联的径向薄片模型16、单向薄片模型18、单向半圆管模型19和刻蚀孔道薄片模型20；

所述径向薄片模型16用于模拟实际射孔完井条件下近井地层出砂规律；

所述单向薄片模型18用于模拟平面二维状态下岩心出砂规律；

所述单向半圆管模型19用于模拟岩心出砂形态受纵向非均质性影响程度及规律；

所述刻蚀孔道薄片模型20用于模拟并观察岩心出砂后产出砂地层孔喉中的运移、堵塞规律以及剥离至产出的过程。

实施例3、

如实施例2所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述径向薄片模型16包括径向薄片模型腔体27、径向薄片模型入流口17、径向薄片模型上盖压板24、软压板25、径向薄片模型视窗26、入流分隔网28、径向薄片模型岩心胶结空间29、模拟射孔基管30、筛网31、下压垫32、岩心厚度调节垫片33、固定螺栓34和径向薄片模型出液口35；

所述径向薄片模型腔体27为圆柱形，内部设置有径向薄片模型岩心胶结空间29，所述径向薄片模型腔体27的外壁上设置有径向薄片模型入流口17，所述径向薄片模型腔体27内部设置有模拟射孔基管30，所述径向薄片模型腔体27底部设有径向薄片模型出液口35，所述径向薄片模型视窗26设置在所述径向薄片模型岩心胶结空间29的上部，所述岩心厚度调节垫片33设置在所述径向薄片模型岩心胶结空间29的底部，所述径向薄片模型的内壁与所述径向薄片模型岩心胶结空间29外壁之间设置有所述入流分割网28和所述筛网31，所述径向薄片模型上盖压板24通过固定螺栓34设置在所述径向薄片模型视窗26的上部，所述径向薄片模型上盖压板24和所述径向薄片模型视窗26之间设置有所述软压板25，所述下压垫32设置在所述岩心厚度调节垫片33和所述径向薄片模型腔体27的外侧壁之间。

实施例4、

如实施例2所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述单向薄片模型18包括单向薄片模型腔体41、单向薄片模型上盖压板36、单向薄片模型密封软垫片37、单向薄片模型视窗38、单向薄片模型岩心胶结空间39、单向薄片模型入流口40和单向薄片模型出液口60；

所述单向薄片模型腔体41内部设置有单向薄片模型岩心胶结空间39，单向薄片模型腔体41上设置有单向薄片模型入流口40和所述单向薄片模型出液口60，所述单向薄片模型上盖压板36和所述单向薄片模型视窗38之间设置有所述单向薄片模型密封软垫板37，所述单向薄片模型上盖压板36设置在所述单向薄片模型腔体41的上部。

实施例5、

如实施例2所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述单向半圆管模型19包括单向半圆管模型腔体47、单向半圆管模型上盖压板42、单向半圆管模型密封软垫片43、单向半圆管模型视窗44、单向半圆管模型入流口45、单向半圆管模型出液口61、单向半圆管模型岩心胶结空间46、岩心长度调节挡片48、打孔孔眼49；

所述半圆管模型腔体为长方形，所述半圆管模型腔体47的外壁上设置有所述单向半圆管模型入流45口和所述单向半圆管模型出液口61，内部设置有单向半圆管模型岩心胶结空间46，其上部设置有所述单向半圆管模型视窗44，所述岩心长度调节挡片48设置在所述单向半圆管模型岩心胶结空间46内部，所述岩心长度调节挡片48设置有所述打孔孔眼49，所述单向半圆管模型上盖压板42设置在所述单向半圆管模型腔体47的上部，所述单向半圆管模型密封软垫片43设置在所述单向半圆管模型上盖压板42和单向半圆管模型视窗44之间。

实施例6、

如实施例2所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述刻蚀孔道薄片模型20包括刻蚀孔道薄片模型腔体56、密封垫圈50、刻蚀孔道薄片模型上盖压板51、刻蚀孔道薄片模型视窗52、密封槽53、挡砂介质材料54、刻蚀孔道55、刻蚀孔道薄片模型岩心胶结空间58、刻蚀孔道薄片模型入流口59、刻蚀孔道薄片模型出液口62；

所述刻蚀孔道薄片模型腔体56内部设置有所述刻蚀孔道薄片模型岩心胶结空间58，其上部设置有所述刻蚀孔道薄片模型视窗52，所述密封垫圈50设置在所述刻蚀孔道薄片模型上盖压板51和刻蚀孔道薄片模型视窗52之间，所述刻蚀孔道薄片模型腔体56的外壁上设置有刻蚀孔道薄片模型入流口59和所述刻蚀孔道薄片模型出液口62，所述刻蚀孔道薄片模型岩心胶结空间58的内部临近所述刻蚀孔道薄片模型出液口62处设置有所述刻蚀孔道55，所述挡砂介质材料54设置在所述刻蚀孔道薄片模型出液口处。

实施例7、

如实施例6所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，根据本发明优选的，所述挡砂介质材料54为金属滤网、颗粒状充填砾石或金属棉挡砂材料。

实施例8、

如实施例1所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述实验装置还包括气液泵送系统，所述气液泵送系统包括气相泵送系统、液相泵送系统和气液固混合器12；

所述气相泵送系统包括气瓶1、减压阀3、气瓶阀门2、气体活塞容器6、气相泵送系统恒流泵4、气体压力计7、背压阀10；所述气体活塞容器6上设置有注入口、气体活塞容器进气阀门、气体活塞容器排空阀门；

所述液相泵送系统包括地层砂搅拌器8、液体活塞容器9、液相泵送系统恒流泵5；所述液体活塞容器的容积为1L，所述地层砂搅拌器8设置在所述液体活塞容器9内部,所述液体活塞容器9上设置有液体注入口、液体活塞容器流入阀门、液体活塞容器流出阀门；

所述气液固混合器12设置在所述气液泵送系统的出口端；

通过控制在所述气相泵送系统和液相泵送系统的启闭，使所述气液固混合器12实现单独气相、单独液相、液固混合或气液固混合。

实施例9、

如实施例8所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述气液泵送系统还包括单向阀11，所述单向阀11设置在所述背压阀10和所述气液固混合器12之间。

实施例10、

如实施例1所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述集砂系统还包括气液分离器21，所述气液分离器21设置在所述岩心薄片模型系统的出口端，所述集砂器22的入口端设置在所述气液分离器21的出口端。

实施例11、

如实施例3-6任意一项所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述径向薄片模型视窗26、单向薄片模型视窗38、单向半圆管模型视窗44、刻蚀孔道薄片模型视窗52均为透明视窗，所述显微镜设置在所述视窗上部。

实施例12、

如实施例2所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述岩心薄片模型系统还包括安全阀14，所述安全阀14设置在所述岩心薄片模型系统的入口端。

实施例13、

如实施例3所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述径向薄片模型岩心胶结空间29的厚度为20mm，所述径向薄片模型入流口17的数量为6个，所述筛网31的目数250目。

实施例14、

如实施例4所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述单向薄片模型岩心胶结空间39的长度为10cm，宽度为5cm，厚度为0.6cm。

实施例15、

如实施例6所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其区别在于，所述刻蚀孔道55铣刻在刻蚀孔道薄片模型腔体56的底部，所述刻蚀孔道55直径为100μm。

实施例16、

如上文所述弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置的实验方法，包括步骤如下：

步骤一、根据需要选择一个合适的岩心薄片模型；打开所述选择的岩心薄片模型的岩心薄片模型流入阀门和岩心薄片模型流出阀门；

步骤二、打开岩心薄片模型的视窗，按实验要求向所述岩心薄片模型的岩心胶结空间填装地层砂和胶结剂混合物；

步骤三、调节岩心胶结空间的体积，安装、密封视窗，将岩心薄片模型静置直至岩心成型；

步骤四、关闭岩心薄片模型流入阀门，关闭岩心薄片模型流出阀门；

步骤五、利用显微成像采集系统采集岩心薄片模型内的岩心图像；

步骤六、调节气相泵送系统或所述液相泵送系统；打开岩心薄片模型流入阀门和岩心薄片模型流出阀门；

步骤七、调节气相泵送系统恒流泵4或液相泵送系统恒流泵5的输出量以确保气相和液相顺利注入岩心薄片模型，开启气相泵送系统恒流泵4或液相泵送系统恒流泵5，进行微观出砂可视化模拟实验；

步骤八、收集、烘干、称量被注入气相和/或液相带出的步骤二所填入的地层砂；用于后期实验分析使用并称量过滤后的液体体积；

步骤九、结束实验。

实施例17、

如实施例16所述一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置的实验方法，其区别在于，在步骤一中，根据需要选择合适的岩心薄片模型的具体方法如下：

当需要模拟射孔完井条件下近井地层出砂规律时，则所述步骤一选择径向薄片模型16；

当需要模拟平面二维状态下岩心出砂规律时，则所述步骤一选择单向薄片模型18；

当需要模拟岩心出砂形态受纵向非均质性影响程度及规律时，则所述步骤一选择单向半圆管模型19；

当需要模拟岩心出砂后产出砂在地层孔喉中的运移、堵塞规律及产出的过程时，则述步骤一选择刻蚀孔道薄片模型20。

实施例18、

如实施例16所述一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置的实验方法，其区别在于，模拟不同开采条件的具体方法如下：

当模拟产水气井和水合物开采条件时，则所述步骤六调节气相泵送系统和液相泵送系统的操作为:打开液体活塞容器流入阀门和液体活塞容器流出阀门，将液相流体与地层砂装入地层砂搅拌器8后关闭液体活塞容器流入阀门和液体活塞容器流出阀门；打开气体活塞容器进气阀门和气体活塞容器排空阀门，调节减压阀3，按照实验要求将一定压力的气体充入气体活塞容器6后关闭气体活塞容器进气阀门和气体活塞容器排空阀门；所述步骤七的操作为：按照实验设计的气液注入比计算气相泵送系统恒流泵4和液相泵送系统恒流泵5的输出量，开启气相泵送系统恒流泵4和液相泵送系统恒流泵5，进行微观出砂可视化模拟实验；

当模拟油井开采条件时，则所述步骤六调节气液泵送系统的操作为:打开液体活塞容器流入阀门和液体活塞容器流出阀门，将清水装入液体活塞容器9；所述步骤七的操作为:按照实验设计调节液相泵送系统恒流泵5的输出量，开启液相泵送系统恒流泵5，进行微观出砂可视化模拟实验。

当模拟气井开采条件时，则所述步骤六调节气液泵送系统的操作为:打开气体活塞容器进气阀门和气体活塞容器排空阀门，调节减压阀3，按照实验设计的将一定压力的气体充入气体活塞容器6后关闭气体活塞容器进气阀门和气体活塞容器排空阀门；所述步骤七的操作为:按照实验设计调节气相泵送系统恒流泵4的输出量，开启气相泵送系统恒流泵4，进行微观出砂可视化模拟实验。

Claims (10)

1.一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，包括集砂系统，其特征在于，所述模拟实验装置还包括岩心薄片模型系统、显微成像采集系统；所述岩心薄片模型系统的出口与所述集砂系统的入口连接，所述显微成像采集系统用于采集岩心薄片模型系统中的图像；

所述集砂系统包括：集砂器、烧杯，所述集砂器的入口连接所述岩心薄片模型系统的出口，所述烧杯设置在所述集砂器的出口端；

所述岩心薄片模型系统包括多种相互并联的岩心薄片模型、岩心薄片模型流入阀门、岩心薄片模型流出阀门、岩心薄片模型入口压力计，所述岩心薄片模型内部设置有岩心胶结空间、上部设置有视窗，所述岩心薄片模型流入阀门设置在岩心薄片模型的入口端，所述岩心薄片模型流出阀门设置在岩心薄片模型的出口端。

2.根据权利要求1所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其特征在于，所述岩心薄片模型包括相互并联的径向薄片模型、单向薄片模型、单向半圆管模型和刻蚀孔道薄片模型；

所述径向薄片模型用于模拟实际射孔完井条件下近井地层出砂规律；

所述单向薄片模型用于模拟平面二维状态下岩心出砂规律；

所述单向半圆管模型用于模拟岩心出砂形态受纵向非均质性影响程度及规律；

所述刻蚀孔道薄片模型用于模拟并观察岩心出砂后产出砂地层孔喉中的运移、堵塞规律以及剥离至产出的过程。

3.根据权利要求2所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其特征在于，所述径向薄片模型包括径向薄片模型腔体、径向薄片模型入流口、径向薄片模型上盖压板、软压板、径向薄片模型视窗、入流分隔网、径向薄片模型岩心胶结空间、模拟射孔基管、筛网、下压垫、岩心厚度调节垫片、固定螺栓和径向薄片模型出液口；所述径向薄片模型腔体内部设置有径向薄片模型岩心胶结空间，所述径向薄片模型腔体的外壁上设置有径向薄片模型入流口，所述径向薄片模型腔体内部设置有模拟射孔基管，所述径向薄片模型腔体的底部设有径向薄片模型出液口，所述径向薄片模型视窗设置在所述径向薄片模型岩心胶结空间的上部，所述岩心厚度调节垫片设置在所述径向薄片模型岩心胶结空间的底部，所述径向薄片模型的内壁与所述径向薄片模型岩心胶结空间外壁之间设置有所述入流分割网和所述筛网，所述径向薄片模型上盖压板通过固定螺栓设置在所述径向薄片模型视窗的上部，所述径向薄片模型上盖压板和所述径向薄片模型视窗之间设置有所述软压板，所述下压垫设置在所述岩心厚度调节垫片和所述径向薄片模型腔体的外侧壁之间；

所述单向薄片模型包括单向薄片模型腔体、单向薄片模型上盖压板、单向薄片模型密封软垫片、单向薄片模型视窗、单向薄片模型岩心胶结空间、单向薄片模型入流口和单向薄片模型出液口；所述单向薄片模型腔体内部设置有单向薄片模型岩心胶结空间，单向薄片模型腔体上设置有单向薄片模型入流口和所述单向薄片模型出液口，所述单向薄片模型上盖压板和所述单向薄片模型视窗之间设置有所述单向薄片模型密封软垫板，所述单向薄片模型上盖压板设置在所述单向薄片模型腔体的上部；

所述单向半圆管模型包括单向半圆管模型腔体、单向半圆管模型上盖压板、单向半圆管模型密封软垫片、单向半圆管模型视窗、单向半圆管模型入流口、单向半圆管模型出液口、单向半圆管模型岩心胶结空间、岩心长度调节挡片、打孔孔眼；所述半圆管模型腔体的外壁上设置有所述单向半圆管模型入流口和所述单向半圆管模型出液口，内部设置有单向半圆管模型岩心胶结空间，其上部设置有所述单向半圆管模型视窗，所述岩心长度调节挡片设置在所述单向半圆管模型岩心胶结空间内部，所述岩心长度调节挡片设置有所述打孔孔眼；

所述刻蚀孔道薄片模型包括刻蚀孔道薄片模型腔体、密封垫圈、刻蚀孔道薄片模型上盖压板、刻蚀孔道薄片模型视窗、挡砂介质材料、密封槽、刻蚀孔道、刻蚀孔道薄片模型岩心胶结空间、刻蚀孔道薄片模型入流口、刻蚀孔道薄片模型出液口；所述刻蚀孔道薄片模型腔体内部设置有所述刻蚀孔道薄片模型岩心胶结空间，其上部设置有所述刻蚀孔道薄片模型视窗，所述密封垫圈设置在所述刻蚀孔道薄片模型上盖压板和刻蚀孔道薄片模型视窗之间，所述刻蚀孔道薄片模型腔体的外壁上设置有刻蚀孔道薄片模型入流口和所述刻蚀孔道薄片模型出液口，所述刻蚀孔道薄片模型岩心胶结空间的内部临近刻蚀孔道薄片模型出液口处设置有所述刻蚀孔道，所述挡砂介质材料设置在所述刻蚀孔道薄片模型出液口处。

4.根据权利要求3所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其特征在于，所述挡砂介质材料为金属滤网、颗粒状充填砾石或金属棉挡砂材料。

5.根据权利要求1所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括气液泵送系统，所述气液泵送系统包括气相泵送系统、液相泵送系统和气液固混合器；

所述气相泵送系统包括气瓶、减压阀、气瓶阀门、气体活塞容器、气相泵送系统恒流泵、气体压力计、背压阀；所述气体活塞容器上设置有注入口、气体活塞容器进气阀门、气体活塞容器排空阀门；

所述液相泵送系统包括地层砂搅拌器、液体活塞容器、液相泵送系统恒流泵；所述地层砂搅拌器设置在所述液体活塞容器内部,所述液体活塞容器上设置有液体注入口、液体活塞容器流入阀门、液体活塞容器流出阀门；

所述气液固混合器设置在所述气液泵送系统的出口端；

通过控制在所述气相泵送系统和所述液相泵送系统的启闭，使所述气液固混合器实现单独气相、单独液相、液固混合或气液固混合。

6.根据权利要求5所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其特征在于，所述气液泵送系统还包括单向阀，所述单向阀设置在所述背压阀和所述气液固混合器之间；所述集砂系统还包括气液分离器，所述气液分离器设置在所述岩心薄片模型系统的出口端，所述集砂器的入口端设置在所述气液分离器的出口下端；所述岩心薄片模型系统还包括安全阀，所述安全阀设置在所述岩心薄片模型系统的入口端。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置，其特征在于，所述径向薄片模型视窗、单向薄片模型视窗、单向半圆管模型视窗、刻蚀孔道薄片模型视窗均为透明视窗，所述显微镜设置在所述视窗上部；所述径向薄片模型岩心胶结空间的厚度为5-50mm，所述径向薄片模型入流口的数量为5-8个，所述筛网的目数200-300目；所述单向薄片模型岩心胶结空间的长度为5-15cm，宽度为2-8cm，厚度为0.2-0.8cm；所述刻蚀孔道铣刻在刻蚀孔道薄片模型腔体的底部，所述刻蚀孔道直径为50-600μm。

8.如权利要求1-6任意一项所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置的实验方法，包括步骤如下：

步骤一、根据需要选择一个合适的岩心薄片模型；

步骤二、打开岩心薄片模型的视窗，按实验要求向所述岩心薄片模型的岩心胶结空间填装地层砂和胶结剂混合物；

步骤三、将岩心薄片模型静置直至岩心成型；

步骤四、关闭岩心薄片模型流入阀门，关闭岩心薄片模型流出阀门；

步骤五、采集岩心薄片模型内的岩心图像；

步骤六、调节气相泵送系统或所述液相泵送系统；打开岩心薄片模型流入阀门和岩心薄片模型流出阀门；

步骤七、按照实验设计调节气相泵送系统恒流泵或液相泵送系统恒流泵的输出量以确保气相或液相顺利注入岩心薄片模型，开启恒流泵，进行微观出砂可视化模拟实验；

步骤八、收集、烘干、称量注入气相和/或液相带出的步骤二所填入的地层砂；

步骤九、结束实验。

9.根据权利要求8所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置的实验方法，其特征在于，在所述步骤一中，根据需要选择合适的岩心薄片模型的具体方法如下：

当需要模拟射孔完井条件下近井地层出砂规律时，则所述步骤一选择径向薄片模型；

当需要模拟平面二维状态下岩心出砂规律时，则所述步骤一选择单向薄片模型；

当需要模拟岩心出砂形态受纵向非均质性影响程度及规律时，则所述步骤一选择单向半圆管模型；

当需要模拟岩心出砂后产出砂在地层孔喉中的运移、堵塞规律及产出的过程时，则述步骤一选择刻蚀孔道薄片模型。

10.根据权利要求8所述的一种弱胶结砂岩油藏微观出砂可视化模拟实验装置的实验方法，其特征在于，在模拟不同开采条件时，所述步骤六和步骤七的具体操作方法如下：

当模拟产水气井和水合物开采条件时，则所述步骤六调节气相泵送系统和液相泵送系统的操作为:打开液体活塞容器流入阀门和液体活塞容器流出阀门，将液相流体与地层砂装入地层砂搅拌器后关闭液体活塞容器流入阀门和液体活塞容器流出阀门；打开气体活塞容器进气阀门和气体活塞容器排空阀门，调节减压阀，按照实验要求将一定压力的气体充入气体活塞容器后关闭气体活塞容器进气阀门和气体活塞容器排空阀门；所述步骤七的操作为：按照实验设计的气液注入比计算气相泵送系统恒流泵和液相泵送系统恒流泵的输出量，开启气相泵送系统恒流泵和液相泵送系统恒流泵，进行微观出砂可视化模拟实验；

当模拟油井开采条件时，则所述步骤六调节气液泵送系统的操作为:打开液体活塞容器流入阀门和液体活塞容器流出阀门，将清水装入液体活塞容器内；所述步骤七的操作为:按照实验设计调节液相泵送系统恒流泵的输出量，开启液相泵送系统恒流泵，进行微观出砂可视化模拟实验；

当模拟气井开采条件时，则所述步骤六调节气液泵送系统的操作为:打开气体活塞容器进气阀门和气体活塞容器排空阀门，调节减压阀，按照实验设计的将一定压力的气体充入气体活塞容器后关闭气体活塞容器进气阀门和气体活塞容器排空阀门；所述步骤七的操作为:按照实验设计调节气相泵送系统恒流泵的输出量，开启气相泵送系统恒流泵，进行微观出砂可视化模拟实验。