CN108020652A - 多层系可旋转出砂模拟评价装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了多层系可旋转出砂模拟评价装置，它包括模拟井筒系统(A)、供液系统(B)和数据采集系统(C)三部分组成；所述的模拟井筒系统(A)包括筛管(3)、釜体(4)和径向流动壁罩(5)；所述的径向流动壁罩(5)位于所述的筛管(3)与釜体(4)之间；所述的筛管(3)通过筛管封堵接口(1)安装在所述的釜体(4)内；所述的筛管(3)外壁与所述的釜体(4)内壁之间形成的环空结构为模拟地层(15)，在所述的模拟地层(15)内填充有模拟地层砂(15.1)；它克服了现有技术中分层防砂难度大，统一防砂对产能的影响程度又缺乏有效的定量评价的缺点，具有调整不同井斜角，可进行定向井和水平井条件下筛管堵塞模拟实验的优点。

Description

多层系可旋转出砂模拟评价装置

技术领域

本发明涉及到石油工程完井防砂技术领域，更加具体来说是多层系可旋转出砂模拟评价装置。

背景技术

在我国海上油气田的开发进程中，大块的优质油气田的开发已经趋于成熟，对于砂岩小层的开发越来越受到重视，如何进一步挖掘这种小层的开采潜力，以最小的成本形成最大化的采收率是目前面临的一大挑战。针对这种砂泥岩互层的开采主要有如下突出问题：(1)渤海湾主力开发储层明化镇、馆陶组等小层多，储层分布不均，砂泥岩互层特点明显，这种特点增加了防砂的难度。2)目前国内外防砂设计均基于整个储层的粒度分布曲线，对于均质性好的储层比较有效，但对砂泥岩夹层是否适用，缺乏依据；3)泥岩夹层在开采的过程中是否会出现运移，从而对整个防砂筛管的堵塞产生影响，影响程度有多大，目前缺乏有效的认识。因此急需建立适合该类储层特点的防砂方法；4)砂岩与泥岩在防砂中对于筛管的堵塞机理、堵塞程度具有很大的不同。分层防砂难度大，统一防砂对产能的影响程度又缺乏有效的定量评价。

油井出砂是石油开采过程中最常见问题之一，尤其是在疏松砂泥岩互层油气藏的开采中。通常采用机械筛管或筛管砾石充填进行防砂。常用的机械筛管种类很多，其中包括割缝筛管、绕丝筛管、金属网布筛管等。由于地层出砂造成的筛管堵塞失效会严重影响油水井的生产，防砂筛管堵塞已成为困扰各大油田防砂井筒正常生产的重要问题之一。通过实验的方法来评价筛管堵塞是为完井筛管结构优选和参数设计提供依据的有效手段，而目前对于防砂筛管堵塞的研究没有针对砂泥岩互层地层中防砂筛管堵塞的实验装置和评价方法。砂泥岩互层是这样一种地质现象，砂岩和泥岩的薄层交互出现，它有一个很重要的特征就是每相邻两层的岩性不同，岩性相同的薄层及隔层重复出现。

对砂泥岩互层储集层来说，砂岩为主要油气储集体，泥岩为相对非渗透层。在砂泥岩互层地层中，筛管非均匀堵塞非常明显。由于现有实验装置有效防砂高度不超过400mm，难以模拟砂泥岩互层地层条件及其出砂特征，以及实际工况中防砂筛管不同部位的非均匀堵塞特征。并且现有的实验装置多为垂直固定式结构，无法模拟定向井和水平井中筛管的堵塞。

目前在砂泥岩互层防砂完井领域已有相关的专利发明，由中海石油(中国)有限公司提出的“一种疏松砂泥岩互层防砂筛管堵塞评价实验装置和方法(申请号：CN107271344A)”，在所述的专利发明中，其中有很多不足之处：1、此实验装置的可拆卸径向流动壁罩为一体式，在实验中其安装和拆卸有一定的困难，而且在填入模拟地层砂时无法精确的对砂泥岩进行配比。2、此实验装置的进液端口在装置下侧，在加水过程中无法使砂岩得到充分的浸润，造成实验误差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出多层系可旋转出砂模拟评价装置。

本发明的目的是通过如下措施来实施的：多层系可旋转出砂模拟评价装置，它包括模拟井筒系统、供液系统和数据采集系统三部分组成；

所述的模拟井筒系统包括筛管、釜体和径向流动壁罩；所述的径向流动壁罩位于所述的筛管与釜体之间；

所述的筛管通过筛管封堵接口安装在所述的釜体内；

所述的筛管外壁与所述的釜体内壁之间形成的环空结构为模拟地层，在所述的模拟地层内填充有模拟地层砂；

所述的釜体的下方设置有底座；在所述的釜体中部两侧插入有支撑轴，所述的支撑轴尾部安装有轴座，

所述的轴座位于所述的支撑轴与下方设置的立管之间；

所述的立管位于所述的釜体的两侧；所述的立管的下方安装有立管座，所述的立管座有四个，在每个所述的立管座的边角均安装有滑动轮；

所述的供液系统包括射流泵、水泵和分流头组成；所述的分流头位于所述的射流泵上；

所述的射流泵设置在所述的水泵与所述的釜体之间；

在所述的射流泵上设置有吸入口，所述的吸入口保持敞开状态并通过管道与设置在釜体上的进液接口连接，所述的进液接口与内部的模拟地层相贯通；

所述的数据采集系统包括流量计、压力传感器、信号采集器和计算机；

所述的流量计安装在所述的水泵与所述的射流泵的吸入口之间，

所述的压力传感器通过测压接头分别安装在所述的釜体的外壁上并可以通过延伸装置伸入到所述的釜体内部；

所述的压力传感器通过数据线与信号采集器连接，信号采集器与计算机相连，在所述的水泵的后方设置有水箱。

在上述技术方案中：在所述的射流泵的出口处设置有分流头，所述的分流头通过管线与所述的釜体上的两个进液接口连接，所述的进液接口位于所述的釜体的两侧，所述的进液接口位于所述的釜体中间，两个所述的进液接口上引出八根管线与所述的釜体上周身设置的进液孔相贯通。

在上述技术方案中：所述的支撑轴的尾部设置有旋转装置,所述的旋转装置通过旋转支撑轴控制釜体旋转，保持所述的釜体的中心线与铅垂线之间的夹角a在0度-90度之间旋转。

在上述技术方案中：所述的径向流动壁罩有四层并上下叠加布置；每层所述的径向流动壁罩内部均呈中空结构；相邻的两层所述的径向流动壁罩之间铺设纱布，在每层所述的径向流动壁罩中间均开有通孔，所述的筛管伸入到所述的釜体内并穿过每层所述的径向流动壁罩。

在上述技术方案中：所述的筛管封堵接口有两个，分别位于所述的釜体的上下两端。

在上述技术方案中：所述的釜体的上方设置有封堵接头；筛管封堵接口可伸入至所述的封堵接头内并与所述的筛管连接。

本发明相对背景技术的不足和对比文件有如下优点：1、本实验装置中可拆卸径向流动壁罩分为4部分，其中的砂泥岩配比及其填充在釜体外进行，在填充完成后可根据实际要求按顺序下入到釜体内(模拟实际地层)，此4部分在装卸方面来说相对较轻松和简单。2、本实验装置的进液端口在釜体侧壁，连接8根分流管线到进液孔，在加水过程中4层径向流动壁罩中的砂泥岩都可以得到充分的浸润，真实的模拟了实际地层的出水情况。3、在旋转部分此装置能够通过手轮来控制，使此装置易于操控。

附图说明

图1为出砂模拟装置流程图。

图2为实验装置中釜体纵向旋转示意图。

图3为模拟井筒系统A、供液系统B和数据采集系统C之间的关系图。

图中：模拟井筒系统A、供液系统B、数据采集系统C、筛管封堵接口1、封堵接头2、筛管3、釜体4、进液孔4.1、径向流动壁罩5、通孔5.1、支撑轴6、轴座6.1、立管6.2、立管座6.3、底座6.4、滑动轮6.5、旋转装置7、手轮7.1、信号采集器8、进液接口9、计算机10、射流泵11、吸入口11.1、流量计12、水泵13、水箱14、模拟地层15、模拟地层砂15.1、分流头16、压力传感器17、延伸装置17.1。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

参照图1所示：多层系可旋转出砂模拟评价装置，它包括模拟井筒系统A、供液系统B和数据采集系统C三部分组成；

所述的模拟井筒系统A包括筛管3、釜体4和径向流动壁罩5；所述的径向流动壁罩5位于所述的筛管3与釜体4之间；

所述的筛管3通过筛管封堵接口1安装在所述的釜体4内；

所述的筛管3外壁与所述的釜体4内壁之间形成的环空结构为模拟地层15，在所述的模拟地层15内填充有模拟地层砂15.1；

所述的釜体4的下方设置有底座6.4；在所述的釜体4中部两侧插入有支撑轴6，所述的支撑轴6尾部安装有轴座6.1，

所述的轴座6.1位于所述的支撑轴6与下方设置的立管6.2之间；

所述的立管6.2位于所述的釜体4的两侧；所述的立管6.2的下方安装有立管座6.3，所述的立管座6.3有四个，在每个所述的立管座6.3的边角均安装有滑动轮6.5；

所述的供液系统B包括射流泵11、水泵13和分流头16组成；所述的分流头16位于所述的射流泵11上；

所述的射流泵11设置在所述的水泵13与所述的釜体4之间；

在所述的射流泵11上设置有吸入口11.1，所述的吸入口11.1保持敞开状态并通过管道与设置在釜体4上的进液接口9连接，所述的进液接口9与内部的模拟地层15相贯通；

所述的数据采集系统C包括流量计12、压力传感器17、信号采集器8和计算机10；

所述的流量计12安装在所述的水泵13与所述的射流泵11的吸入口11.1之间，

所述的压力传感器17通过测压接头分别安装在所述的釜体4的外壁上并可以通过延伸装置17.1伸入到所述的釜体4内部；

所述的压力传感器17通过数据线与信号采集器8连接，信号采集器8与计算机10相连，在所述的水泵13的后方设置有水箱14。

在所述的射流泵11的出口处设置有分流头16，所述的分流头16通过管线与所述的釜体4上的两个进液接口9连接，所述的进液接口9位于所述的釜体4的两侧，所述的进液接口9位于所述的釜体4中间，两个所述的进液接口9上引出八根管线与所述的釜体4上周身设置的进液孔4.1相贯通。

所述的支撑轴6的尾部设置有旋转装置7,所述的旋转装置7通过旋转支撑轴6控制釜体4旋转，保持所述的釜体4的中心线与铅垂线之间的夹角a在0度-90度之间旋转。

所述的径向流动壁罩5有四层并上下叠加布置；每层所述的径向流动壁罩5内部均呈中空结构；相邻的两层所述的径向流动壁罩5之间铺设纱布，在每层所述的径向流动壁罩5中间均开有通孔5.1，所述的筛管3伸入到所述的釜体4内并穿过每层所述的径向流动壁罩5。

所述的筛管封堵接口1有两个，分别位于所述的釜体4的上下两端。

所述的釜体4的上方设置有封堵接头2；筛管封堵接口1可伸入至所述的封堵接头2内并与所述的筛管3连接。

参照图2所示：本发明还包括一种方法：多层系可旋转出砂模拟评价装置的方法，它包括如下步骤；

①、将所述的径向流动壁罩5下部放入到所述的釜体4中；

②、带有筛管3通过安装封堵接头2在釜体上下内部；筛管3可以替换为绕丝筛管，砾石充填筛管，割缝筛管等，且筛管3上可配套安装筛管外罩保护筛管)

③、砂泥岩按照一定质量比的模拟地层砂膨润土质量配制，将已配置好的纯砂层和砂泥层交替放入釜体4中形成模拟地层15，所述的模拟地层15包括模拟地层砂15.1，所述的模拟地层砂15.1由两种成分组成分别是纯砂层和泥岩层；其中所述的纯砂层和泥岩层厚度比可为1:1或1:5；

④、依次连接水箱14、水泵13、流量计12、射流泵11、釜体4之间的管线及所述的釜体4外部的分流管线，并检查每根管线之间的连接接头，确定其密闭性良好；

⑤、通过旋转支撑轴控制釜体旋转，调节实验釜体的倾斜角度，釜体中心线与铅垂线夹角a可选在0-90度；

⑥、先调节射流泵11的泵压为3Mpa(即小排量开泵)，检查信号采集系统8各个仪器，待信号采集系统8参数正常后，开始驱替，初始排量稳定到一定流量,观察其压力变化；

⑦、待射流泵11的泵压稳定后，适当增大射流泵11排量，观察不同排量条件下，压力随时间的变化。每调节至一个流量附近，均稳定一段时间，采集多个数据点后，再增加流量；

⑧、停泵，关闭进液接口9的阀门和出液接口阀门，拆分釜体4，取出筛管3，观察筛管3堵塞情况及其出砂情况；

⑨、根据实验所测得流量和压力，计算不同流量条件下筛管3渗透率，并绘制流量、压力、渗透率随时间变化曲线；根据曲线变化趋势以及实际观察筛管堵塞情况分析筛管3堵塞特征。

所述的筛管3堵塞特性评价可以采用实验过程中测得的流量变化、模拟地层15驱替压力变化、靠近所述的径向流动壁罩5处压力变化以及计算所得渗透率变化并且可以在试验结束取出筛管3后观察筛管3外观来进行评价分析。

渗透率通过实验所得流量、压力和实验用筛管3参数计算所得，计算公式为式中公式中k为筛管渗透率，m²；q为通过筛管的流量，m³/s；μ为试验流体的粘度，Pa/s；h为筛管有效渗滤长度，m；Δp为筛管内外两侧压差，Pa；D_o，d_i分别为试验筛管的外半径和内半径，m。

上述未详细说明的部分均为现有技术。

Claims (6)

1.多层系可旋转出砂模拟评价装置，其特征在于：它包括模拟井筒系统(A)、供液系统(B)和数据采集系统(C)三部分组成；

所述的模拟井筒系统(A)包括筛管(3)、釜体(4)和径向流动壁罩(5)；所述的径向流动壁罩(5)位于所述的筛管(3)与釜体(4)之间；

所述的筛管(3)通过筛管封堵接口(1)安装在所述的釜体(4)内；

所述的筛管(3)外壁与所述的釜体(4)内壁之间形成的环空结构为模拟地层(15)，在所述的模拟地层(15)内填充有模拟地层砂(15.1)；

所述的釜体(4)的下方设置有底座(6.4)；在所述的釜体(4)中部两侧插入有支撑轴(6)，所述的支撑轴(6)尾部安装有轴座(6.1)，

所述的轴座(6.1)位于所述的支撑轴(6)与下方设置的立管(6.2)之间；

所述的立管(6.2)位于所述的釜体(4)的两侧；所述的立管(6.2)的下方安装有立管座(6.3)，所述的立管座(6.3)有四个，在每个所述的立管座(6.3)的边角均安装有滑动轮(6.5)；

所述的供液系统(B)包括射流泵(11)、水泵(13)和分流头(16)组成；所述的分流头(16)位于所述的射流泵(11)上；

所述的射流泵(11)设置在所述的水泵(13)与所述的釜体(4)之间；

在所述的射流泵(11)上设置有吸入口(11.1)，所述的吸入口(11.1)保持敞开状态并通过管道与设置在釜体(4)上的进液接口(9)连接，所述的进液接口(9)与内部的模拟地层(15)相贯通；

所述的数据采集系统(C)包括流量计(12)、压力传感器(17)、信号采集器(8)和计算机(10)；

所述的流量计(12)安装在所述的水泵(13)与所述的射流泵(11)的吸入口(11.1)之间，

所述的压力传感器(17)通过测压接头分别安装在所述的釜体(4)的外壁上并可以通过延伸装置(17.1)伸入到所述的釜体(4)内部；

所述的压力传感器(17)通过数据线与信号采集器(8)连接，信号采集器(8)与计算机(10)相连，在所述的水泵(13)的后方设置有水箱(14)。

2.根据权利要求1所述的多层系可旋转出砂模拟评价装置，其特征在于：在所述的射流泵(11)的出口处设置有分流头(16)，所述的分流头(16)通过管线与所述的釜体(4)上的两个进液接口(9)连接，所述的进液接口(9)位于所述的釜体(4)的两侧，所述的进液接口(9)位于所述的釜体(4)中间，两个所述的进液接口(9)上引出八根管线与所述的釜体(4)上周身设置的进液孔(4.1)相贯通。

3.根据权利要求1或2所述的多层系可旋转出砂模拟评价装置，其特征在于：所述的支撑轴(6)的尾部设置有旋转装置(7),所述的旋转装置(7)通过旋转支撑轴(6)控制釜体(4)旋转，保持所述的釜体(4)的中心线与铅垂线之间的夹角a在0度-90度之间旋转。

4.根据权利要求3所述的多层系可旋转出砂模拟评价装置，其特征在于：所述的径向流动壁罩(5)有四层并上下叠加布置；每层所述的径向流动壁罩(5)内部均呈中空结构；相邻的两层所述的径向流动壁罩(5)之间铺设纱布，在每层所述的径向流动壁罩(5)中间均开有通孔(5.1)，所述的筛管(3)伸入到所述的釜体(4)内并穿过每层所述的径向流动壁罩(5)。

5.根据权利要求4所述的多层系可旋转出砂模拟评价装置，其特征在于：所述的筛管封堵接口(1)有两个，分别位于所述的釜体(4)的上下两端。

6.根据权利要求5所述的多层系可旋转出砂模拟评价装置，其特征在于：所述的釜体(4)的上方设置有封堵接头(2)；筛管封堵接口(1)可伸入至所述的封堵接头(2)内并与所述的筛管(3)连接。