CN108035705A - 一种模拟疏松砂岩油藏挡砂介质堵塞的实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟疏松砂岩油藏挡砂介质堵塞的实验方法。该实验方法采用包括有机械筛管模型的堵塞模拟系统实现，包括如下步骤：向机械筛管模型的砾石腔内填充砾石以得到砾石层，并组装得到堵塞模拟系统；向进料腔内注入实验流体，使实验流体穿过依次进入砾石腔和排料腔，直至透明管内的空气被完全排出；向进料腔内加入固相介质，随后向进料腔内持续注入实验流体，模拟地层出砂；搅拌进料腔内的固相介质和实验流体，使该实验流体携带着固相介质进入砾石层，模拟挡砂介质堵塞过程；同时采集砾石层两侧的流体压力随时间变化的数据。上述实验方法，能够在更大条件范围内准确模拟地层出砂对挡砂介质的堵塞过程，利于分析和研究挡砂介质堵塞机理。

Description

一种模拟疏松砂岩油藏挡砂介质堵塞的实验方法

技术领域

本发明属于疏松砂岩油藏开采技术领域，具体涉及一种模拟疏松砂岩油藏挡砂介质堵塞的实验方法。

背景技术

疏松砂岩油藏是我国油气储层中重要的组成部分，其原油地质储量占全国的四分之一强。在疏松砂岩油藏开采过程中，地层流体携带着地层细砂、机械杂质、黏土泥质等固相介质冲击挡砂介质(机械筛管内的挡砂层和砾石层)并进入砾石层内部，砾石层内空隙的不规则性及非均质性等导致固相介质难以排出，造成砾石层的渗透率降低，形成堵塞。

疏松砂岩油藏防砂井的生产实践表明，挡砂介质的堵塞已经逐步成为困扰防砂井正常生产的主要问题之一，不仅会影响油井产量，而且严重情况下甚至可能造成停产。因此，研究和分析挡砂介质堵塞机理以确保油井产量，对于实际油藏开采具有非常重要的意义。

为研究和分析挡砂介质堵塞机理，通常采用的手段，是通过模拟地层出砂对挡砂介质的堵塞过程，观察堵塞过程或者进一步根据实验结果进行计算和分析。但是，由于目前用于实现模拟实验的机械筛管模型的砾石层厚度不能调节等原因，使模拟实验的操作条件受到限制，因此不能准确的模拟和还原实际防砂井作业中挡砂介质堵塞过程，也就无法对挡砂介质堵塞机理进行准确的阐述。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种模拟疏松砂岩油藏挡砂介质堵塞的实验方法，能够在更大条件范围内准确模拟地层出砂对挡砂介质的堵塞过程，以利于后续分析和研究挡砂介质堵塞机理。

本发明提供一种模拟疏松砂岩油藏挡砂介质堵塞的实验方法，采用包括有机械筛管模型的堵塞模拟系统实现，该机械筛管模型具有透明管，以及可拆卸地安装在透明管内的第一挡砂筛网和第二挡砂筛网，使该透明管被分隔为中部的砾石腔以及两侧的排料腔和进料腔；

该实验方法包括如下步骤：

向上述机械筛管模型的砾石腔内填充砾石以得到砾石层，并组装得到上述堵塞模拟系统；

向进料腔内注入实验流体，使实验流体穿过第二挡砂筛网后依次进入砾石腔和排料腔，直至透明管内的空气被完全排出；

向进料腔内加入固相介质，随后向进料腔内持续注入实验流体，模拟地层出砂；

搅拌进料腔内的固相介质和实验流体，使该实验流体携带着固相介质经第二挡砂筛网进入砾石层，模拟挡砂介质堵塞过程；同时采集砾石层两侧的流体压力随时间变化的数据。

本发明所提供实验方法中，所使用的堵塞模拟系统包括有机械筛管模型，该机械筛管模型的透明管内设有可拆卸安装的第一挡砂筛网和第二挡砂筛网，因此可通过调节第一挡砂筛网和/或第二挡砂筛网在透明管内的安装位置，调节砾石层的厚度，以在更大实验条件范围内完成模拟实验，以更准确还原实际防砂井作业中挡砂介质堵塞过程，从而有利于分析挡砂介质堵塞的准确机理，为实际油藏开采提供理论支持。

并且，在模拟挡砂介质堵塞过程时，由于上述固相介质和实验流体之间的搅拌混合是在透明管的进料腔中实现，所以本发明的堵塞模拟系统无需额外配置混合砂装置以及相配套的混合砂进料管路等，从而简化了堵塞模拟系统的结构，也就无需特意为堵塞模拟系统准备较大的实验空间，所以，本发明提供的实验方法，通常可以在实验室内搭建堵塞模拟系统并进行模拟实验。

具体的，在组装该机械筛管模型时，可将该透明管直立，首先安装第二挡砂筛网，然后加入砾石直至得到满足实验要求厚度的砾石层，最后安装第一挡砂筛网。在本发明具体实施过程中，砾石层的厚度可在10mm～30mm范围内调节。

上述机械筛管模型的透明管，可以是目前机械筛管模型中常用的有机透明玻璃管，或者采用耐高温高压的石英玻璃管，还可以采用耐高温高压的PC(聚碳酸酯)管。在本发明具体实施过程中，该透明管为圆柱形结构，其轴向长度约为150mm～250mm、外径约为35mm～45mm、管壁厚度至少为5mm，通常为5mm～10mm。

上述砾石可以采用疏松砂岩油藏开采模拟实验中常用的陶粒支撑剂。并且，还可通过选择不同尺寸的砾石，比如可选择20目～70目的陶粒支撑剂，以获得具有不同渗透率的砾石层，从而研究砾石层的渗透率等因素对于挡砂介质堵塞的影响。

向上述透明管内注入的实验流体，可以是本领域常用的实验流体，包括水性溶液和油性溶液，比如清水(粘度约1mPa·s)、增粘水(粘度约1～35mPa·s)、稠油(粘度约35～80mPa·s)。在本发明具体实施过程中，是选择不同粘度的白油作为实验流体，进而更加真实的模拟地层产油过程中，挡砂介质堵塞问题。

在上述透明管内注入实验流体时，可通过测量砾石层两侧的压力确定透明管内的空气被完全排出，当两侧压力正常，两侧压力差为零，即可停止向进料腔内注入实验流体。

上述模拟实验中所用的固相介质，可以根据所模拟的疏松砂岩中的地层砂样筛析曲线配置，通常可采用细砂、机械杂质、黏土泥质等。在本发明具体实施过程中，是采用80目～120目的石英砂作为固相介质，或者也可以采用80目～120目的石英砂与蒙脱石以预设比例混合后得到的混合砂作为固相介质。

在模拟实验过程中，先向进料腔内加入固相介质并持续注入实验流体，然后对实验流体与固相介质的混合物进行搅拌，其具体参数，包括固相介质的加入质量和组成，以及实验流体的选择等参数条件，均可以实际模拟地层出砂的情况合理选择及设定。实验流体携带着固相介质不断冲击第二挡砂筛网，是模拟地层出砂对机械筛管模型的堵塞过程，也即模拟挡砂介质堵塞过程，其中，流体的流速及流速梯度等实际条件均可以实际模拟挡砂介质堵塞过程的情况合理选择及设定。

上述第一挡砂筛网和第二挡砂筛网上开设的导流孔形状可根据模拟实验条件合理设置，在本发明具体实施过程中，第一挡砂筛网取自防砂管基管，该基管是带有割缝的套管或油管；第二挡砂筛网取自防砂管外壳，其导流孔为V型翻边孔。上述防砂管比如可以是中国专利申请200810226807.1中记载的防砂管。上述导流孔的尺寸均可根据实际模拟实验需求合理设置，可以理解，导流孔的尺寸至少应小于砾石的最小尺寸。

具体的，上述第一挡砂筛网可通过第一固定环安装在透明管内，第一固定环与透明管内壁密封配合，比如第一挡砂筛网与第一固定环之间可通过胶粘等方式实现固定连接，第一固定环与透明管内壁之间可通过密封圈实现连接与密封。第二挡砂筛网可通过第二固定环安装在透明管内，第二固定环与透明管内壁密封配合，比如第二挡砂筛网与第二固定环之间也可采用胶粘等方式实现固定连接，第二固定环与透明管内壁之间也可通过密封圈实现连接与密封。通过上述第一固定环和第二固定环分别与透明管内壁之间的密封，避免砾石层内的实验流体甚至固相介质沿着透明管的内壁流出到排料腔。

进一步的，上述机械筛管模型还具有压盖，该压盖可拆卸地安装在透明管的一端，并与透明管密封配合，压盖与第一挡砂筛网之间形成上述排料腔。

压盖与第一挡砂筛网之间形成的排料腔用于收集模拟挡砂介质堵塞过程中被驱替出来的实验流体和可能穿过砾石层的固相介质，如细砂、机械杂质、黏土泥质等。

进一步的，还可在压盖与第一固定环之间连接多根第一连接杆；在第一固定环与第二固定环之间连接有多根第二连接杆。该结构设计，能够提高机械筛管模型结构的稳定性和牢固性，使携带着固相介质的实验流体在冲击第二挡砂筛网时，透明管内部结构能够始终保持稳定。

在上述透明管外部的两端，还可分别套接一固定法兰，两个固定法兰之间固定连接有多根第三连接杆，比如可通过螺接的方式将第三连接杆与两个固定法兰连接并固定，以进一步提高整个机械筛管模型结构的稳定性和可靠性，保证堵塞模拟实验的顺利进行。

具体的，上述第一连接杆、第二连接杆和第三连接杆均可平行于透明管的轴向设置，并且在透明管的圆周上均匀分布，以进一步提高机械筛管模型结构的稳定性和可靠性。

进一步的，还可以在透明管外、朝向第一挡砂筛网的端部设置一个捏盖，该捏盖在旋紧后压住压盖，进一步提高整个机械筛管模型结构的稳定性和可靠性。

在本发明具体进行上述实验方法的过程中，所使用的模拟系统包括两个以上并联设置的机械筛管模型，以同时开展多组实验；此外，还可以控制模拟地层出砂和/或模拟挡砂介质堵塞过程中的一个或多个参数相同或不相同。

具体的，在模拟地层出砂和/或模拟挡砂介质堵塞过程中，上述多个并联设置的机械筛管模型中的参数可完全相同，比如砾石层厚度、固相介质的选择和加入量、实验流体的流速和种类等参数可完全相同，这样能够进行完全一致的平行实验，最后可通过去除极值或求取平均值等方式，以减小实验误差，获得更为准确的模拟实验数据。

或者，上述其中一个或多个参数也可不相同，可保证在其它变量相同的情况下，研究某一因素或多个因素对疏松砂岩挡砂介质堵塞的影响。这样不仅能够减小模拟实验的误差，而且能够提高模拟实验的效率。比如可以控制多个并联设置的机械筛管模型具有不同厚度的砾石层，并保持其它参数条件不变，研究砾石层厚度对疏松砂岩挡砂介质堵塞的影响情况；或者也可以改变砾石层的渗透率，研究不同砾石层渗透率下的挡砂效果。

本发明所提供的堵塞模拟系统还包括具有第一传感器和第二传感器的压力采集装置，具体的，在组装上述堵塞模拟系统时，可将第一传感器与第一挡砂筛网接触，以采集砾石层流体出口一侧的流体压力；将第二传感器与第二挡砂筛网接触，以采集砾石层流体入口一侧的流体压力，最终能够准确的分析堵塞位置及不同因素对挡砂效果的影响。

上述压力采集装置还可进一步设置有数据采集电脑，用于存储和处理两个传感器采集到的流体压力数据。第一传感器和第二传感器均可采用本领域常规手段实现数据的传输，比如上述两个传感器分别可通过相应的数据线，将获取的流体压力等数据传输到数据采集电脑中。

具体的，第一传感器可通过第一数据线与数据采集电脑连接并实现数据传输，该第一数据线一端与第一传感器连接，另一端依次穿过压盖与数据采集电脑连接。第二传感器可通过第二数据线与数据采集电脑连接并实现数据传输，该第二数据线一端与第一传感器连接，另一端依次穿过第一固定环和压盖后，与数据采集电脑连接。

进一步的，还可以分为对上述第一数据线和第二数据线分别设置对应的第一保护管和第二保护管，使第一数据线穿设于第一保护管内，第二数据线穿设于第二保护管内。具体的，第一保护管的一端与第一固定环连接，另一端穿过压盖；第二保护管的一端与第二固定环连接，另一端穿过第一固定环和压盖。

上述数据线或保护管沿透明管轴向连接的安装方式，避免了在透明管的管壁上打孔，从而使透明管保持了完整的结构，所以该透明管具有非常好的承压能力，通过法兰试压测试，该机械筛管模型所能承担的最大压力一般能够达到5MPa～7MPa。因此，相较于传统机械筛管模型需在透明管的管壁上打孔以实现传感器的安装，本发明所提供的堵塞模拟系统，能够在更大压力范围的实验条件下模拟挡砂介质堵塞过程，比如可承担0.1Mpa～5MPa范围内的流体压力，从而能够准确模拟和真实还原实际防砂井作业中的地层压力，进而能够对挡砂介质堵塞机理进行准确阐述。

进一步的，上述堵塞模拟系统还包括存储有实验流体的储液罐，利用流体驱动泵将实验流体注入进料腔，并调节其流量。

具体的，储液罐通过输料管路与机械筛管模型的进料腔连通，并通过设置在输料管路上的流体驱动泵，以将储液罐中的实验流体注入到进料腔内，并调节实验流体的流量等参数。

同时，结合流体驱动泵的压力以及压力采集装置所采集到的砾石层两侧的流体压力，可计算由于砾石层堵塞而造成的压降，用于分析挡砂介质堵塞机理。

进一步的，上述堵塞模拟系统还包括搅拌装置，该搅拌装置包括电机、搅拌器和套筒，其中：搅拌器的一端与电机连接，另一端穿过套筒后延伸至机械筛管模型的进料腔内；套筒的内腔与进料腔连通，套筒的侧壁上设有加砂口和流体入口；

在具体进行上述实验方法时，通过上述加砂口向进料腔内加入固相介质；通过上述流体入口向进料腔内注入实验流体；启动上述搅拌装置，搅拌进料腔内的固相介质和实验流体。

在模拟挡砂介质堵塞过程中，会有废液从砾石层中流出，并进入到排料腔中，这些废液包括被驱替出来的实验流体。当然，这些废液中可能还含有成功通过砾石层的固相介质。废液中的固相介质含量(即含砂量)可作为判断挡砂效果的关键条件。为收集上述废液，可设置与机械筛管模型的排料腔连通的废液收集池，在模拟挡砂介质堵塞过程中，通过废液收集池收集从所述砾石腔内排出的废液，然后收集并计量上述废液中的含砂量来计算挡砂率，进而来判断挡砂效果。

具体的，该废液收集池通过排液管路与机械筛管模型的排料腔连通。该排液管路一端与废液收集池连通，另一端可穿过压盖与透明管的排料腔连通。

进一步的，上述实验方法还包括利用图像采集装置采集上述模拟挡砂介质堵塞过程中的图像。该图像采集装置比如可以是显微镜摄像系统，利于直观的观察挡砂介质堵塞过程、堵塞的位置及分析堵塞规律等，并且可采集挡砂介质堵塞过程中的图像，利于后续挡砂介质堵塞机理的分析。

进一步的，对上述模拟挡砂介质堵塞过程进行图像采集，与压力采集同步进行，在同一时间点既可以定性分析观察预充填砾石防砂管的堵塞情况，又可以定量解释其堵塞程度。

为准确的模拟实际地层环境，上述实验方法还可进一步包括对机械筛管模型的温度进行预先设置，在本发明具体实施过程中，上述温度调节装置为恒温箱，可将除恒温箱之外的其它装置组装完成后放入恒温箱内，使整个模拟实验、尤其是模拟挡砂介质堵塞过程的温度可控，在模拟实验前可将恒温箱温度调至预设温度，比如0～80℃，例如50℃或25℃左右。

本发明提供了一种模拟疏松砂岩油藏挡砂介质堵塞的实验方法，具有如下优势：

由于透明管砾石层的厚度能够灵活调节，并且该实验方法所采用的机械筛管模型具有较高的结构强度，所承担的最大压力可达到5MPa～7MPa，因而能够在更大条件范围内模拟地层出砂对挡砂介质的堵塞过程，并能够真实的模拟地层环境，利于后续分析和研究挡砂介质堵塞机理；

由于压力采集装置采用了平行于透明管轴向的连接安装方式，进一步保证了机械筛管模型具有较高的结构强度及模拟实验的可靠性；

由于可平行设置多个并联的机械筛管模型，因此可同时进行参数相同或不同的多个模拟实验，不仅能够减小模拟实验的误差，而且能够提高模拟实验的效率；

由于本发明的堵塞模拟系统无需额外配置混合砂装置以及相配套的混合砂进料管路等，从而简化了堵塞模拟系统的结构，使本发明的实验方法能够在实验室中完成，利于实际应用和推广。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明实施例提供的堵塞模拟系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的机械筛管模型的整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的机械筛管模型的内部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的机械筛管模型的外部结构示意图；

图5为本发明实施例提供的搅拌装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-机械筛管模型； 10-透明管； 11-第一挡砂筛管；

111-割缝； 112-第一固定环； 113-第一连接杆；

12-第二挡砂筛管； 121-V型翻边孔； 122-第二固定环；

123-第二连接杆； 13-砾石腔； 14-排料腔；

15-进料腔； 16-压盖； 17-固定法兰；

171-第三连接杆； 18-捏盖； 2-压力采集装置；

21-第一传感器； 211-第一保护管； 22-第二传感器；

221-第二保护管； 3-搅拌装置； 31-电机；

32-搅拌器； 33-套筒； 331-连接法兰；

332-流体入口； 4-储液罐； 5-输料管路；

6-流体驱动泵； 7-废液收集池； 8-排液管路；

9-图像采集装置。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本实施例所提供的实验方法，采用堵塞模拟系统实现。图1为本发明实施例提供的堵塞模拟系统的结构示意图，如图1所示，该堵塞模拟系统包括机械筛管模型1。

图2为本发明实施例提供的机械筛管模型的整体结构示意图；图3和图4分别为本发明实施例提供的机械筛管模型的内部结构和外部结构示意图。如图2至图4所示，机械筛管模型1具有透明管10，以及可拆卸地安装在透明管10中部的第一挡砂筛网11和第二挡砂筛网12，使该透明管10被分隔为中部的砾石腔13以及两侧的排料腔14和进料腔15，其中第一挡砂筛网11作为砾石腔13与排料腔14之间的分隔，第二挡砂筛网12作为砾石腔13与进料腔15之间的分隔。

进一步的，在透明管10朝向第一挡砂筛网11的一端可拆卸地安装有压盖16，压盖16与第一挡砂筛网11构成了上述排料腔14的两端。

上述透明管10为有机透明玻璃管，呈圆柱状，其轴向长度为200mm、内径为30mm，管壁厚约为5mm。

上述第一挡砂筛网11取自防砂管基管上的圆形金属片，上面均匀开设有多条割缝111，第二挡砂挡砂筛网12取自防砂管外壳上的圆形金属片，上面也均匀开设有多个V型翻边孔121。其中，第一挡砂筛网11通过胶粘固定在第一固定环112上，第一固定环112通过密封圈(未图示)与透明管10内壁连接并密封；第二挡砂筛网12通过胶粘固定在第二固定环上122，第二固定环122通过密封圈与透明管10内壁连接并密封。

进一步参考图3，在压盖16与第一固定环112之间连接多根第一连接杆113，第一连接杆113沿透明管10圆周方向均匀设置；在第一固定环112与第二固定环122之间连接多根第二连接杆123，第二连接杆123沿透明管10圆周方向均匀设置。可以理解，第二连接杆123的长度可根据实际砾石层厚度合理设置，比如预设砾石层厚度为20mm，则第二连接杆的长度也为20mm左右。

进一步参考图2和图4，在透明管10的外部的两端，可分别套接一固定法兰17，且两个固定法兰17之间固定连接有多根第三连接杆171，比如可沿透明管10的圆周方向均匀设置四根第三连接杆171，第三连接杆171的两端通过螺接的方式分别与两个固定法兰17连接固定。

进一步参考图2，在透明管10外且朝向第一挡砂筛网11的一端设有一个捏盖18，拧紧该捏盖18以压住压盖16，进一步实现整个排料腔14的密封。

进一步参考图2，上述堵塞模拟系统还包括压力采集装置2，具有第一传感器21、第二传感器22和数据采集电脑(未图示)，其中第一传感器21与第一挡砂筛网11接触，且第一传感器21通过第一数据线(未图示)与数据采集电脑连接，以采集砾石层流体出口一侧的流体压力，并将采集到的流体压力等数据传输到数据采集电脑中，第二传感器22与第二挡砂筛网12接触，且第二传感器22通过第二数据线(未图示)与数据采集电脑连接，以采集砾石层流体入口一侧的流体压力，并将采集到的流体压力等数据传输到数据采集电脑中。

其中，第一数据线穿设于第一保护管211内，第一保护管211的一端与第一固定环112连接，另一端穿过压盖16和捏盖18；第二数据线穿设于第二保护管221内，第二保护管221的一端与第二固定环122连接，另一端依次穿过第一固定环112、压盖16和捏盖18。

上述保护管及数据线沿透明管10轴向安装，不会影响整个模拟实验的进行；并且上述安装方式还避免了在透明管10的管壁上打孔，使透明管10能够保持结构的完整，提高了透明管10及整个机械筛管模型1的承压能力。

如图1、图2和图5所示，上述堵塞模拟系统还包括搅拌装置3，该搅拌装置3包括电机31、搅拌器32和套筒33。其中搅拌器32的一端与电机31连接，比如与电机31的转轴(未图示)连接，搅拌器32的另一端穿过套筒33后延伸至透明管10的进料腔15内。

套筒33的内腔与进料腔15连通，比如可将套筒33的一端套接在透明管10朝向进料腔15的一端，使套筒33与透明管10外壁抵接，从而实现了套筒33内腔与进料腔15之间的连通。或者，也可以使透明管10和套筒33以法兰连接的方式实现连接与连通，也就是在套筒33远离电机的一端套设一连接法兰331，将该连接法兰332与透明管10一端的固定法兰17通过螺栓固定连接，即实现了套筒33内腔与进料腔15之间的连通。

进一步的，在套筒33的侧壁上可分别开设有一个或多个加砂口(未图示)和一个或多个流体入口332，其中，通过该加砂口可向进料腔15内加入固相介质；通过该流体入口332，可向进料腔15内注入实验流体。

进一步参考图1，上述堵塞模拟系统还具有储液罐4，用于存储实验流体，储液罐4通过输料管路5与进料腔15连通，在输料管路5上设有流体驱动泵6，利用该流体驱动泵6，向进料腔15内注入实验流体。

具体的，上述输料管路5的一端与储液罐4连接，另一端可通过套筒33上开设的流体入口332向进料腔15内注入实验流体。

进一步参考图1，上述堵塞模拟系统还包括废液收集池7，该废液收集池7通过排液管路8与机械筛管模型1的排料腔14连通。具体的，该排液管路8一端与废液收集池7连通，另一端穿过压帽18、压盖16后与透明管10的排料腔14连通。

进一步参考图1，上述堵塞模拟系统还包括图像采集装置9，比如可选择显微镜摄像系统作为图像采集装置9，以直观的观察挡砂介质被堵塞过程、被堵塞位置及堵塞规律等。

进一步的，上述堵塞模拟系统还可以包括温度调节装置(未图示)，比如采用恒温箱，控制调节机械筛管模型1的温度。具体的，可将除恒温箱之外的其它装置组装完成后放入恒温箱内，或者也可以将机械筛管模型1置于恒温箱内。

本实施例中，对于上述堵塞模拟系统的组装方式具体包括如下步骤：

将两个固定法兰17套接在透明管10的两端，并采用四根第三连接杆171和螺栓连接固定上述两个固定法兰17，完成机械筛管模型1外部结构的安装，如图3所示。

将安装好外部结构的机械筛管模型1与搅拌装置3连接，具体是在套筒33远离电机31的一端套设连接法兰331，然后将该连接法兰331与透明管10外的一个固定法兰17通过螺栓紧固，使搅拌器32穿过套筒33进入透明管10内。

将透明管10直立，然后将第二挡砂筛网12通过第二固定环122安装固定到透明管10内，其中第一固定环122上事先连接有多根第二连接杆123和第二保护管221，该第二保护管221靠近第二挡砂筛网12的一端安装有第二传感器22，与第二传感器22连接的第二数据线穿设于第二保护管221中。

向透明管10内装填砾石至预设厚度，得到砾石层，砾石层的厚度与第二连接杆123的长度一致。

将第一挡砂筛网11通过第一固定环112固定到透明管10内，其中第一固定环112上事先连接有多根第一连接杆113和第一保护管211，使第二保护管221能够从第一固定环112中穿出。并且，该第一保护管211靠近第一挡砂筛网11的一端安装有第一传感器21，与第一传感器21连接的第一数据线穿设于第一保护管211中。

安装压盖16和捏盖18，使第一保护管211和第二保护管221均能够从压盖16和捏盖18中穿出，如图2所示。

其余装置的安装顺序不做特别限定，在安装储液罐4时，将输料管路5的一端与储液罐4连接，另一端穿过套筒33上设置的流体入口332，并将流体驱动泵6安装在输料管路5上。在安装废液收集池7时，将排液管路8一端与废液收集池7连接，另一端依次穿过压帽18和压盖16进入排料腔14内。

以下实施例中所用堵塞模拟系统，均设有五个并联的机械筛管模型1，每个机械筛管模型1均配套连接有相应的压力采集装置2、搅拌装置3、流体驱动泵6、输料管路5、废液收集池7和排液管路8。

实施例1

本实施例提供一种实验方法，用于研究不同砾石层厚度对疏松砂岩挡砂介质堵塞的影响，采用上述堵塞模拟系统实现，其中每个机械筛管模型1内预先填充有不同厚度的砾石，砾石层厚度分别为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm。该实验方法具体包括如下步骤：

1、开启图像采集装置9和压力采集装置2；

2、开启流体驱动泵6，将储液罐4中的白油均以50mL/min的流量注入到上述五个机械筛管模型1的进料腔15中，以排出透明管10内的空气，同时观察砾石层两侧压力是否正常，直至压力采集装置2采集到的砾石层两侧的压力差为零，关闭流体驱动泵6；

3、向每个机械筛管模型1的进料腔15中分别加入50g混合砂，该混合砂由80目～120目的石英砂与蒙脱石以9：1的质量比混合得到；

4、开启流体驱动泵6，同时向五个机械筛管模型1的进料腔15中注入白油，并控制流量均为100mL/min；

5、开启搅拌装置3，以60转/min的转速搅拌白油与混合砂的混合物，从砾石层中排出的废液由废液收集池7所收集；

6、上述模拟实验进行3h后，依次停止流体驱动泵6、搅拌装置3、图像采集装置9和压力采集装置2。

在上述整个模拟实验进行的过程中，温度维持在50℃左右；通过法兰试压测试，机械筛管模型1最大承压达到5MPa。

实施例2

本实施例提供一种实验方法，用于研究不同蒙脱石含量对疏松砂岩挡砂介质堵塞的影响，采用上述堵塞模拟系统实现，每个机械筛管模型1内填充的砾石层厚度均为15mm。该实验方法具体包括如下步骤：

1、开启图像采集装置9和压力采集装置2；

2、开启流体驱动泵6，将储液罐4中的白油均以50mL/min的流量注入到上述五个机械筛管模型1的进料腔15中，以排出透明管10内的空气，同时观察砾石层两侧压力是否正常，直至压力采集装置2采集到的砾石层两侧的压力差为零，关闭流体驱动泵6；

3、向每个机械筛管模型1的进料腔15中分别加入50g混合砂，该混合砂由80目～120目的石英砂与蒙脱石混合得到，其中蒙脱石的质量含量分别为：0、10％、15％、20％、30％；

4、开启流体驱动泵6，同时向五个机械筛管模型1的进料腔15中注入白油，并控制流量均为100mL/min；

5、开启搅拌装置3，以60转/min的转速搅拌白油与混合砂的混合物，从砾石层中排出的废液由废液收集池7所收集；

6、上述模拟实验进行3h后，依次停止流体驱动泵6、搅拌装置3、图像采集装置9和压力采集装置2。

上述整个模拟实验在室温(约25℃)下进行；在模拟实验进行过程中，通过法兰试压测试，机械筛管模型1最大承压达到6MPa。

实施例3

本实施例提供一种实验方法，用于研究流体流速梯度对疏松砂岩挡砂介质堵塞的影响，采用上述堵塞模拟系统实现，其中每个机械筛管模型1内的填充的砾石层厚度均为15mm。该实验方法具体包括如下步骤：

1、开启图像采集装置9和压力采集装置2；

2、开启流体驱动泵6，将储液罐4中的白油均以50mL/min的流量注入到上述五个机械筛管模型1的进料腔15中，以排出透明管10内的空气，同时观察砾石层两侧压力是否正常，直至压力采集装置2采集到的砾石层两侧的压力差为零，关闭流体驱动泵6；

3、向每个机械筛管模型1的进料腔15中分别加入50g混合砂，该混合砂由80目～120目的石英砂与蒙脱石以9：1的质量比混合得到；

4、开启流体驱动泵6，同时向五个机械筛管模型1的进料腔15中注入白油，并控制流量均为100mL/min，五个机械筛管模型1的流速梯度分别为5mL/min、10mL/min、15mL/min、30mL/min和40mL/min；

5、开启搅拌装置3，以60转/min的转速搅拌白油与混合砂的混合物，从砾石层中排出的废液由废液收集池7所收集；

6、上述模拟实验进行3h后，依次停止流体驱动泵6、搅拌装置3、图像采集装置9和压力采集装置2。

上述整个模拟实验在室温(约25℃)下进行；在模拟实验进行过程中，通过法兰试压测试，机械筛管模型1最大承压达到7MPa。

实施例4

本实施例提供一种实验方法，用于研究流体流速对疏松砂岩挡砂介质堵塞的影响，采用上述堵塞模拟系统实现，其中每个机械筛管模型1内的填充的砾石层厚度均为15mm。该实验方法具体包括如下步骤：

1、开启图像采集装置9和压力采集装置2；

2、开启流体驱动泵6，将储液罐4中的白油均以50mL/min的流量注入到上述五个机械筛管模型1的进料腔15中，以排出透明管10内的空气，同时观察砾石层两侧压力是否正常，直至压力采集装置2采集到的砾石层两侧的压力差为零，关闭流体驱动泵6；

3、向每个机械筛管模型的进料腔中分别加入50g混合砂，该混合砂由80目～120目的石英砂与蒙脱石以9：1的质量比混合得到；

4、开启流体驱动泵6，同时向五个机械筛管模型1的进料腔15中注入白油，并控制五个机械筛管模型1中注入白油的流体流速分别为5mL/min、10mL/min、15mL/min、30mL/min和40mL/min；

5、开启搅拌装置3，以60转/min的转速搅拌白油与混合砂的混合物，从砾石层中排出的废液由废液收集池7所收集；

6、上述模拟实验进行3h后，依次停止流体驱动泵6、搅拌装置3、图像采集装置9和压力采集装置2。

在上述整个模拟实验进行过程中，温度维持在50℃左右；通过法兰试压测试，机械筛管模型1最大承压达到5MPa。

由此可见，本发明采用的机械筛管模型1具有非常大的结构强度，最大承压可达5～7MPa，使整个模拟实验过程中的流体压力可在0.1～5MPa范围内调节；砾石层的厚度可在10～30mm内灵活调节；整个实验装置在恒温箱中进行模拟实验，模拟温度可控制0～80℃范围内，因此能够在更大条件范围内模拟地层出砂对挡砂介质的堵塞过程，并能够真实的模拟地层环境，利于后续分析和研究挡砂介质堵塞机理。

图像采集装置9采用可任意方向转动的显微镜摄像系统，可观察不同位置的砾石层的堵塞情况；且图像采集过程与压力采集过程同步进行，在同一时间点既可以定性分析观察预充填砾石防砂管的堵塞情况，又可以定量解释其堵塞程度。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种模拟疏松砂岩油藏挡砂介质堵塞的实验方法，其特征在于，采用包括有机械筛管模型的堵塞模拟系统实现，所述机械筛管模型具有透明管，以及可拆卸地安装在所述透明管内的第一挡砂筛网和第二挡砂筛网，使该透明管被分隔为中部的砾石腔以及两侧的排料腔和进料腔；

所述实验方法包括如下步骤：

向上述机械筛管模型的砾石腔内填充砾石以得到砾石层，并组装得到上述堵塞模拟系统；

向进料腔内注入实验流体，使实验流体穿过第二挡砂筛网后依次进入砾石腔和排料腔，直至透明管内的空气被完全排出；

向进料腔内加入固相介质，随后向进料腔内持续注入实验流体，模拟地层出砂；

搅拌进料腔内的固相介质和实验流体，使该实验流体携带着固相介质经第二挡砂筛网进入砾石层，模拟挡砂介质堵塞过程；同时采集砾石层两侧的流体压力随时间变化的数据。

2.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，所述砾石层的厚度为10～30mm。

3.根据权利要求1或2所述的实验方法，其特征在于，所述机械筛管模型还具有压盖，该压盖可拆卸地安装在所述透明管的一端，并与所述透明管密封配合，所述压盖与所述第一挡砂筛网之间形成所述排料腔；

所述第一挡砂筛网通过第一固定环安装在所述透明管内，所述第一固定环与透明管内壁密封配合；

所述第二挡砂筛网通过第二固定环安装在所述透明管内，所述第二固定环与透明管内壁密封配合；

所述压盖与第一固定环之间连接有多根第一连接杆；

所述第一固定环与第二固定环之间连接有多根第二连接杆。

4.根据权利要求1-3任一项所述的实验方法，其特征在于，所述透明管的两端各套接有一固定法兰，两个所述固定法兰之间固定连接有多根第三连接杆。

5.根据权利要求1-4任一项所述的实验方法，其特征在于，使用的模拟系统包括两个以上并联设置的机械筛管模型，使模拟地层出砂和/或模拟挡砂介质堵塞过程中的一个或多个参数相同或不相同。

6.根据权利要求1-5任一项所述的实验方法，其特征在于，所述堵塞模拟系统还包括具有第一传感器和第二传感器的压力采集装置，

在组装所述堵塞模拟系统时，将所述第一传感器与第一挡砂筛网接触，将所述第二传感器与第二挡砂筛网接触，通过所述第一传感器和第二传感器实现砾石层两侧的流体压力的采集。

7.根据权利要求1-5任一项所述的实验方法，其特征在于，所述堵塞模拟系统还包括存储有实验流体的储液罐，利用流体驱动泵驱动该实验流体注入进料腔，并调节实验流体的流量。

8.根据权利要求7所述的实验方法，其特征在于，所述堵塞模拟系统还包括搅拌装置，所述搅拌装置包括电机、搅拌器和套筒，其中：

所述搅拌器的一端与电机连接，另一端穿过套筒后延伸至所述机械筛管模型的进料腔内；

所述套筒的内腔与所述进料腔连通，所述套筒的侧壁上设有加砂口和流体入口；

所述实验方法包括：通过所述加砂口向进料腔内加入固相介质；通过所述流体入口向进料腔内注入实验流体；启动所述搅拌装置，搅拌进料腔内的固相介质和实验流体。

9.根据权利要求1-5任一项所述的实验方法，其特征在于，所述堵塞模拟系统还包括与所述机械筛管模型的排料腔连通的废液收集池，

在模拟挡砂介质堵塞过程中，通过所述废液收集池收集从所述砾石腔内排出的废液。

10.根据权利要求1-5任一项所述的实验方法，其特征在于，所述实验方法还包括利用图像采集装置采集上述模拟挡砂介质堵塞过程中的图像。