CN111119874B - 可控渗透率组合式填砂装置及填砂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了可控渗透率组合式填砂装置及填砂方法，装置包括填砂管、压头，所述填砂管内充填砂芯，所述压头置于填砂管内且压在砂芯上，还包括滑杆、刻度杆、震击锤，所述震击锤滑行在滑杆上，所述滑杆下端连接挡环，所述挡环位于震击锤下方，对震击锤轴向限位，所述挡环下端连接刻度杆，所述刻度杆下端连接压头。本发明利用控制震击锤的质量、震击锤自由落体高度及震击次数对地层散砂（或一定目数的石英砂）进行震击实现对砂芯的渗透率可控。
Description
技术领域
本发明涉及室内物模实验技术领域，具体地说是可控渗透率组合式填砂装置及填砂方法。
背景技术
在很多室内物模实验中当无成型岩心或没有足够的实际储层岩心时，需向不同长度或不同内径的填砂管中填制砂芯用以模拟实际储层。目前在实验操作中，常常是采用一根与填砂管长度、直径相适应的T型不锈钢钢柱，再用铁锤砸击不锈钢钢柱顶端来实现，但这种方法存在如下弊端：1、用砸击的方式填砂，砸击力度随机，一方面容易造成压实不均匀，另一方面制成的砂芯渗透率也是随机的，无法控制造芯的渗透率。而实际物模实验往往需要模拟储层的实际情况，需要填制出的砂芯渗透率可控(如渗透率在某个范围内，或者一根填砂管内需要填制几段不同渗透率的岩心)，或者为了对比实验效果，物模实验需要进行平行实验，这就需要填制渗透率相近的多个砂芯。目前的填砂方法均无法达到。2、对于不同长度(7cm～10cm～20cm～30cm～50cm～100cm，甚至更长)、不同内径(通常有2.5cm和3.8cm)的填砂管，填砂时就需要配备不同长度、不同内径的多根T型不锈钢钢柱，造成材料的浪费。3、当在一根填砂管中需要模拟层内非均质性时，无法准确控制不同渗透率段的砂芯长度。
申请号：201520019902.X公开了一种机械式三维填砂模型压实装置，主要由把手、丝杠、固定螺母、接头、连杆甲、横梁、耳板、支架、支撑板、连接板甲、可调螺钉、连接板乙、连杆乙、压实板、短轴、压头和压砂模型组成，将所述把手插入丝杠底部孔内，转动把手，丝杠转动并向上运动，丝杠依靠连杆甲将横梁一端抬起，横梁另一端依靠连杆乙推动压实板向下移动，在压头作用下实现压砂模型的压实工作。本实用新型的有益效果如下：可实现三维填砂模型的均匀压实，结构简单，省时，省力，实用性强，可用于各类地层模拟过程中的砂型压实工作。
申请号：201820369131.0公开一种立式填砂管填砂装置。它是由万能液压器、方体钢框、填料管、铰链、固定钢板、填砂管和立式震动泵组成。本实用新型使石英砂填入均匀，可防止实验流体沿着填砂管内壁发生窜流。该装置可均匀压实填砂管，工作效率高，易于推广，适用性强。
申请号：201720764437.1涉及石油开采技术领域，具体涉及一种新型填砂管组合装置，包括固定在地面上的空心筒状填砂管，填砂管外侧设有外螺纹；还包括压实装置，压实装置包括压实帽；所述压实帽为筒状，上端为实心部分，实心部分连接有外部振动装置；下端为空心部分，填砂管伸入该空心部分内，空心部分内壁上设有与填砂管外螺纹匹配的内螺纹；还包括压实杆，压实杆一端伸入填砂管内，一端位于填砂管与压实帽实心部分的孔隙内。本实用新型通过填砂管和压实帽的内外螺纹耦合对填砂进行压实，使得填砂管受力更为均匀，不会造成长时间使用后填砂管的变形。
申请号：201721603591.7公开了一种耐压填砂管，包括紧固管，所述紧固管为多次使用的不锈钢紧固管，所述紧固管内设有管体，所述管体为一次性填砂管，所述管体的进口端和出口端均密封设置，所述管体内设有沙体，所述管体的进口端固定连接有进水管，所述进水管远离管体的一端贯穿管体并向外延伸，所述紧固管上螺纹连接有限位框，所述限位框上设有与进水管对应的开口。本实用新型通过将管体放入到紧固管内，方便管体的放置，再通过拧紧限位框使其抵压限位块，进而将管体稳定，另外本装置中紧固管为多次使用的不锈钢紧固管，管体为一次性填砂管，则成本低，且一次性填砂管易切割，进而方便科研人员进行实验，从而获得准确的物性参数。
申请号：201420292866.X公开了一种自动循环填砂系统，包括储砂装置、填砂漏头、油管和套管，所述储砂装置与填砂漏头配合进料，填砂漏头设置在油管的进料端，油管设置在套管中，进料端位于套管外，出料端位于套管中，油管与套管之间形成套管环空，套管上设置有用于将套管环空内的液体通过油管进料端注入油管的循环机构。采用本实用新型后，砂面控制精确，同时省去了泵车，降低了成本，由于作业液形成内循环，同时也减少了作业液的使用量。
为解决上述问题，发明了利用组合式填砂装置进行填砂的新方法。该方法可实现对填制砂芯的渗透率可控，填制所需渗透率的砂芯，满足模拟实际储层渗透率的需求；填制渗透率重复性高的砂芯，满足平行实验的需求；可在一根填砂管内填制任意长度的不同渗透率组合砂芯，满足模拟储层非均质性的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供可控渗透率组合式填砂装置及填砂方法，利用控制震击锤的质量、震击锤自由落体高度及震击次数对地层散砂(或一定目数的石英砂)进行震击，可以保证多次填装的砂芯渗透率相同或基本接近，实现对砂芯的渗透率可控的目的。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，可控渗透率组合式填砂装置，包括填砂管、压头，所述填砂管内充填砂芯，所述压头置于填砂管内且压在砂芯上，还包括滑杆、刻度杆、震击锤，所述震击锤滑行在滑杆上，所述滑杆下端连接挡环，所述挡环位于震击锤下方，对震击锤轴向限位，所述挡环下端连接刻度杆，所述刻度杆下端连接压头。
所述滑杆上端连接T型手柄，T型手柄也对震击锤轴向限位。
所述震击锤中心开设滑孔，滑杆穿设在震击锤的滑孔中，震击锤与滑杆相对滑动。
所述压头外径与填砂管内径相一致，所述刻度杆外径小于填砂管内径。
所述滑杆上端丝扣式连接T型手柄，所述滑杆丝扣式连接挡环，挡环下端丝扣式连接刻度杆，刻度杆下端丝扣式连接压头。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，可控渗透率组合式填砂方法，包括以下步骤：
组装组合式填砂装置：根据实验需要，选择合适质量的震击锤、合适外径的压头以及合适长度的刻度杆，首先将T型手柄、滑杆旋紧连接，在滑杆上套上震击锤，再依次在滑杆底部旋紧挡环，再旋紧刻度杆和挡环，最后旋紧刻度杆及压头；
填砂：用量器量取所需体积的地层散砂或石英砂，倒入填砂管中，将组合式填砂装置压头端置于填砂管内的砂面上，一手握住T型手柄，一手将震击锤提至滑杆顶端然后松手，让震击锤自然滑落，当震击锤滑落至挡环处即不再继续滑落，然后重复震击锤的滑落过程，震击锤滑落过程次数根据实验需要设定，实时查看刻度杆上的长度刻度线，达到实验需要设定要求后，完成第一次填砂；然后将压头取出；然后重复第一次填砂过程，完成第二次填砂过程，直至填砂管填砂完成，由于震击锤的质量、震击锤自由落体高度、震击次数、地层散砂石英砂的量都是恒定的，所以可以保证多次填装的砂芯渗透率相同，实现对砂芯的渗透率可控的目的。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、能够仅用一套组合式填砂装置即可完成不同长度、不同内径的填砂管的填砂，大大节省了工具用材；
2、可实现对填砂砂芯的渗透率可控，满足室内填装渗透率相近的多根砂芯以及在一根填砂管内填装需要长度的多段不同渗透率的砂芯的需要；
3、操作简单，可根据不同实验需求，一个人手动旋拧即可完成灵活组合，从而满足实验室内对不同长度、不同内径、以及不同渗透率砂芯的填砂。
附图说明
图1为本发明的可控渗透率组合式填砂装置结构示意图。
图中：1—T型手柄；2—震击锤；3—滑杆；4—挡环；5—刻度杆；6—压头；7—填砂管；8—砂芯。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：可控渗透率组合式填砂装置，包括填砂管7、压头6，所述填砂管内充填砂芯8，所述压头置于填砂管内且压在砂芯上，还包括滑杆3、刻度杆5、震击锤2，所述震击锤滑行在滑杆上，所述滑杆下端连接挡环4，所述挡环位于震击锤下方，对震击锤轴向限位，所述挡环下端连接刻度杆，所述刻度杆下端连接压头。
所述滑杆上端连接T型手柄1，T型手柄也对震击锤轴向限位。
所述震击锤中心开设滑孔，滑杆穿设在震击锤的滑孔中，震击锤与滑杆相对滑动。当然震击锤滑行在滑杆上的方式不限这一种，只要两者能够相对滑动，都是本发明的保护范围，比如滑块滑槽机构等导向机构。
所述压头外径与填砂管内径相一致，所述刻度杆外径小于填砂管内径。
所述滑杆上端丝扣式连接T型手柄，所述滑杆丝扣式连接挡环，挡环下端丝扣式连接刻度杆，刻度杆下端丝扣式连接压头。上述各种连接方式也不限于丝扣式连接，其他连接方式都属于本发明的保护范围，比如焊接等方式。
所述T型手柄由一体式的底座和柱体构成，柱体下部有内螺纹，可与滑杆相连；所述不同长度的滑杆，其两端均有外螺纹；所述震击锤，是中空的长圆柱体，其内径略大于滑杆外径，可以套在滑杆上自由滑动；所述挡环，其两端均有内螺纹，其外径略大于震击锤内径，在震击锤滑落至挡环处时能阻挡震击锤的继续滑落；所述刻度杆上均匀刻有均匀的刻度，其两端均有外螺纹。刻度杆长度可有10cm、20cm多根；所述压头外径根据填砂管内径确定，室内物模实验中常用的有2.5厘米和3.8厘米两种，也可根据具体实验要求加工制作。
实验时，首先参照图1所示，进行组合式填砂装置的组装。通过各部件的内外螺纹依次将T型手柄1、滑杆3、震击锤2，挡环4、合适长度的刻度杆5及外径与填砂管内径相匹配的压头6连接起来。
然后进行填砂管填砂。用量器(可计量体积或质量的量筒或量杯等器件)量取一定量或一定体积的地层散砂(或石英砂)倒入填砂管中，将组合式填砂装置压头端置于填砂管内的砂面上，一手握住T型手柄底座，一手将震击锤提至滑杆顶端然后松手，让震击锤自然滑落，当震击锤滑落至挡环处即不在继续滑落，然后重复震击锤的滑落过程n次(震击锤滑落过程次数根据实验需要设定)完成第一次填砂；然后将压头取出，重复第一次填砂过程，直至填砂管填砂完成，由于震击锤的质量、震击锤自由落体高度、震击次数、地层散砂石英砂的量都是恒定的，所以可以保证多次填装的砂芯渗透率相同，实现对砂芯的渗透率可控的目的。然后即可进行物模试验。
实施例1：
为满足平行试验的要求，填装两根渗透率相近的长度为7厘米、内径为2.5厘米的填砂管。
选取长度为10厘米的刻度杆，外径为2.5厘米的压头，参照图1将T型手柄、滑杆、震击锤，挡环、刻度杆(长度为10厘米)及压头(外径为2.5厘米)连接起来。用量器量取固定体积或固定质量的地层砂(或石英砂)装入填砂管中，将组合式填砂装置压头端置于填砂管内的砂面上，将震击锤提至滑杆顶端，然后让其自然滑落至挡环处，重复震击锤滑落过程5次，完成第一次填砂压压实；然后重复第一次填砂压实过程，直至将填砂管填满。
换另外一根填砂管，完全重复第一根填砂管的填砂过程。由于震击锤的质量一定，震击锤的滑落高度固定，震击锤的震击次数一定，每次加砂的量固定，因此震击锤对砂芯的压实程度恒定，所以可以保证两次填装的砂芯渗透率相同或基本接近，能够满足平行试验的需求。
实施例2：
填装一根长度为35厘米，内径为3.8厘米的填砂管。
选取长度为20厘米的两根刻度杆，外径为3.8厘米的压头，参照图1将T型手柄、滑杆、震击锤，挡环、刻度杆(长度为20厘米的两根刻度杆也用挡环连接起来)及压头(外径为3.8厘米)连接起来。填砂及压实方法同实施例1，直至将填砂管填满。
实施例3：
填装一根长度为15厘米，内径为2.5厘米的填砂管，砂芯要求分为有明显渗透率差异的三段，三段长度分别为3厘米、5厘米、7厘米。
选取长度为20厘米的刻度杆，外径为2.5厘米的压头，参照图1将将T型手柄、滑杆、震击锤，挡环、刻度杆(长度为200厘米)及压头(外径为2.5厘米)连接起来。
填砂时，首先将连接好的组合式填砂装置放入空的填砂管内，从填砂管的上端面处平视读取刻度杆上的读数L1，然后往填砂管内加目数为M1(目数M1为一范围取值，比如20目～40目)的砂子，填砂及压实方法同实施例1，每次压实后都注意平视读取刻度杆在填砂管上端面处的读数L2，直至|L2-L1|＝3厘米，完成第一段填砂；然后，换另外一种目数为M2(目数M2为一范围取值，比如80目～100目)的砂子继续填砂，用填砂装置压实，并平视读取刻度杆在填砂管上端面处的读数L3，直至|L3-L2|＝5厘米，完成第二段填砂；然后换目数为M3(目数M3为一范围取值，比如180目～200目)的砂子继续第三段的填砂，并平视读取刻度杆在填砂管上端面处的读数L4，直至|L4-L3|＝7厘米，完成第三段填砂。至此整个填砂管的填砂完成。
这样填装的填砂管其内部砂芯就分成渗透率有明显差异的三段，可以用来模拟层间非均质性。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.可控渗透率组合式填砂装置，包括填砂管、压头，所述填砂管内充填砂芯，所述压头置于填砂管内且压在砂芯上，其特征在于，还包括滑杆、刻度杆、震击锤，所述震击锤滑行在滑杆上，所述滑杆下端连接挡环，所述挡环位于震击锤下方，对震击锤轴向限位，所述挡环下端连接刻度杆，所述刻度杆下端连接压头；
所述滑杆上端连接T型手柄，T型手柄也对震击锤轴向限位；所述T型手柄由一体式的底座和柱体构成，柱体下部有内螺纹，能与滑杆相连；不同长度的滑杆，其两端均有外螺纹；所述震击锤，是中空的长圆柱体，其内径略大于滑杆外径，能够套在滑杆上自由滑动；所述挡环，其两端均有内螺纹，其外径略大于震击锤内径，在震击锤滑落至挡环处时能阻挡震击锤的继续滑落；所述刻度杆上均匀刻有均匀的刻度，其两端均有外螺纹；
所述震击锤中心开设滑孔，滑杆穿设在震击锤的滑孔中，震击锤与滑杆相对滑动；
所述压头外径与填砂管内径相一致，所述刻度杆外径小于填砂管内径；
所述滑杆上端丝扣式连接T型手柄，所述滑杆丝扣式连接挡环，挡环下端丝扣式连接刻度杆，刻度杆下端丝扣式连接压头。
2.可控渗透率组合式填砂方法，使用如权利要求1所述的可控渗透率组合式填砂装置，其特征在于，包括以下步骤：
组装组合式填砂装置：根据实验需要，选择合适质量的震击锤、合适外径的压头以及合适长度的刻度杆，首先将T型手柄、滑杆旋紧连接，在滑杆上套上震击锤，再依次在滑杆底部旋紧挡环，再旋紧刻度杆和挡环，最后旋紧刻度杆及压头；
填砂：用量器量取所需体积的地层散砂或石英砂，倒入填砂管中，将组合式填砂装置压头端置于填砂管内的砂面上，一手握住T型手柄，一手将震击锤提至滑杆顶端然后松手，让震击锤自然滑落，当震击锤滑落至挡环处即不再继续滑落，然后重复震击锤的滑落过程，震击锤滑落过程次数根据实验需要设定，实时查看刻度杆上的长度刻度线，达到实验需要设定要求后，完成第一次填砂；然后将压头取出；然后重复第一次填砂过程，完成第二次填砂过程，直至填砂管填砂完成，由于震击锤的质量、震击锤自由落体高度、震击次数、地层散砂石英砂的量都是恒定的，所以能够保证多次填装的砂芯渗透率相同，实现对砂芯的渗透率可控的目的。
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