CN111155991B - 模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管及模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管及模拟方法，其中模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管包括密封盖、填砂管体、管体外壳，填砂管体由上层填砂管和下层填砂管对合在一起形成，管体外壳由半圆形外壳对扣在填砂管体外的环形凹槽内，通过螺栓紧固在一起构成，对填砂管体施加围压，拼接形成的填砂管体两端具有外螺纹；填砂管体两端通过密封盖密封，密封盖外壳与填砂管体螺纹连接，密封盖外壳具有用于密封堵头的流道与外部管线连接的空间。通过本发明设计的填砂管可以实现对模拟隔层胶结差窜槽的封堵状况进行直观观察；在实验过程中可以随时拆卸填砂管体观察窜槽内堵剂的成胶情况，重新组装填砂管体即可继续实验。
Description
技术领域
本发明涉及的是油田提高采收率技术领域，具体涉及模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管及模拟方法。
背景技术
岩心驱替实验是油田提高采收率技术领域常用的实验方法，实验中常用到的物理模型主要包括天然岩心、人造岩心以及填砂管模拟岩心，其中填砂管模拟岩心因其具有良好的承压能力、较短的准备时间、可多次重新填制等优点，能有效的缩短实验周期、节约实验成本，因此填砂管模拟岩心成为岩心驱替实验中一种不可替代的物理模型。
目前，常规模拟地层岩心的填砂管装置为两端密封的单层直筒型，只能模拟单一地层的岩心，无法研究流体在地层间的渗流规律。为了研究地层间的隔层窜槽内部流体的渗流规律，人们通过在填砂直筒内设置金属挡板，挡板上的漏孔模拟隔层窜槽，挡板两侧填装不同颗粒大小的砂体模拟不同渗透率的地层，但其存在以下问题：
(1)金属挡板与填砂管体内壁贴合处流体窜流严重，影响实验效果；
(2)由于挡板的存在，影响了密封盖对砂体的施压效果，影响了模拟地层渗透率的准确度；
(3)挡板增加的填砂管体内部结构的复杂程度，使得填砂管体更加难以清洗；
(4)实验过程中挡板无法取出，不能直观观察不同时间段窜槽内部流体渗流状态。
由于目前还未有针对以上四种问题有效的解决办法，因此本发明设计了一种模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管，以取得更好的实验效果。并根据该装置特点得到了一种评价隔层胶结差窜槽封堵效果的实验方法。
发明内容
本发明的目的是提供模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管，这种模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管用来解决解决带有挡板单层直筒型填砂管装置不能直观观察不同时间段窜槽内部流体渗流状态，及准备度不好，难以清洗的问题，本发明的另一个目的是提供室内模拟封堵隔层胶结差地层窜槽的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管包括密封盖、填砂管体、管体外壳，填砂管体由上层填砂管和下层填砂管对合在一起形成，上层填砂管和下层填砂管结构相同，均为半圆柱填砂管体，且半圆柱填砂管体轴向切面上靠近管体一端设有一个过滤孔；管体外壳由半圆形外壳对扣在填砂管体外的环形凹槽内，通过螺栓紧固在一起构成，对填砂管体施加围压，管体外壳将上层填砂管和下层填砂管可拆卸地紧固在一起，拼接成完整的圆柱体，拼接形成的填砂管体两端具有外螺纹；填砂管体两端通过密封盖密封，密封盖包括密封盖外壳、密封堵头，密封盖外壳带有内螺纹，密封堵头分别紧固在填砂管体两端，密封堵头具有分别与上层填砂管和下层填砂管相通的孔道，密封盖外壳与填砂管体螺纹连接，密封盖外壳具有用于密封堵头的流道与外部管线连接的空间。
上述方案中上层填砂管和下层填砂管对合在一起，当两个过滤孔重合时形成贯通的窜槽，当将管体外壳拆开后，改变下层填砂管的方向时，两个过滤孔分别位于填砂管体的两端，实现不改变上层注入方向的前提下改变窜槽位置。
上述方案中上层填砂管的轴向切面中心设有一个定位凹槽，切面上靠近管体一端设有一个过滤孔，下层填砂管的轴向切面中心设有一个定位凸起，上层填砂管和下层填砂管对合在一起时，定位凸起位于定位凹槽，进一步防止上层填砂管和下层填砂管窜动。
上述方案中管体外壳为分段式的，由三段分外壳构成，管体外表面设置三个环形凹槽，三个环形凹槽间隔设置，每段分外壳通过相应的环形凹槽紧固在填砂管体外，对管体施加围压，实现上下两层半圆柱填砂管体的定位与紧密贴合。
上述方案中密封堵头在密封盖外壳可自由转动，密封堵头一端的中心具有卡槽，卡槽将密封堵头分成上半块与下半块，上半块、下半块分别上层填砂管、下层填砂管截面形状匹配，密封盖外壳沿填砂管体端部外螺纹将密封堵头旋转推入填砂管体内部，将填砂管体内部石英砂密封压实；密封堵头上的两个孔道均为螺纹孔，分别位于上层填砂管、下层填砂管截面中心，通过密封盖外壳上的镂空部分与外部管线连接。
一种室内模拟封堵隔层胶结差地层窜槽的方法：
根据实验要求拼装所述上层填砂管、下层填砂管，拼装后形成的贯通窜槽位置为注入端的近端或远端；
安装填砂管体外部的管体外壳，通过螺栓压紧上层填砂管、下层填砂管之间的缝隙，使上层填砂管、下层填砂管拼接为完整圆柱体；
填砂管体两端的密封盖分别为第一密封盖和第二密封盖，第一密封盖位于填砂管体注入端，第二密封盖位于填砂管体出液端，将第二密封盖内的密封堵头旋转推入上层填砂管和下层填砂管的出液端内，将出液端密封，再分别连接上层填砂管和下层填砂管的出液阀门与管线；
筛选两种目数的石英砂，将目数较低的大颗粒石英砂设为第一目数石英砂，将目数较高的小颗粒石英砂设为第二目数石英砂；
将第一目数石英砂从填砂管体的注入端注入到上层填砂管中，将第二目数石英砂从填砂管体的注入端注入到下层填砂管中；
连接并密封填砂管体的注入端，将第一密封盖内的密封堵头旋转推入上层填砂管和下层填砂管的注入端内，再分别连接上层填砂管和下层填砂管的注入阀门与管线；
两个并联的注入阀门通过管线依次压力表、装有堵剂的中间容器、平流泵；两个并联的出液阀门通过管线与排出液收集装置相连；将填砂管体设置于模拟地层温度的恒温箱内；
开启平流泵将中间容器内堵剂分别注入上层填砂管、下层填砂管内，对上层填砂管、下层填砂管间的贯通窜槽进行封堵；
待填砂管体内部堵剂成胶后，拆卸填砂管体，将上层填砂管、下层填砂管分离，直接观察窜槽位置的封堵状况。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明所涉及的可分离双层耐压填砂管能快速反复填砂，降低实验成本，缩短实验周期，且具有良好的承压能力与耐高温性能，能有效模拟各种地层情况下的隔层胶结差窜槽，整体结构简单完成实验后易于拆卸清洗。
2.本发明所涉及的可分离双层耐压填砂管对室内模拟封堵隔层胶结差窜槽的实验方法进行了改进：通过本发明设计的填砂管可以实现对模拟隔层胶结差窜槽的封堵状况进行直观观察；在实验过程中可以随时拆卸填砂管观察窜槽内堵剂的成胶情况，重新组装填砂管即可继续实验；拆解模型转换填砂管体的方向，即可改变窜槽距离注入端的位置；堵剂成胶后单一转换下层填砂管方向即可关闭窜槽，将两层填砂管完全隔离，实现独立评价两地层各自的封堵效果。
附图说明
图1为本发明中模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管的组件装配图。
图2为填砂管体窜槽连通状态结构示意图。
图3为填砂管体窜槽断开状态结构示意图。
图4为上层填砂管的正面示意图。
图5为下层填砂管的底面示意图。
图6为密封堵头的结构示意图。
图7为密封盖外壳的结构示意图。
图8为密封盖外壳的剖面图。
图9为一段管体外壳的结构示意图。
图10为本发明所涉及的实验方法装置图。
图中1-1、上层填砂管；1-2、下层填砂管；2-1、第一密封盖外壳；2-2、第一密封盖堵头；3-1、第二密封盖外壳；3-2、第二密封盖堵头；4管体外壳；5、平流泵；6、中间容器；7、压力表；8、模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管；9、恒温箱；10、盛水烧杯；11、盛装尾液烧杯；12-1、泵口阀门；12-2、压力表前阀门；12-3、压力表后阀门；12-4、上层填砂管注入端阀门；12-5、下层填砂管注入端阀门；12-6、上层填砂管出液端阀门；12-7、下层填砂管出液端阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
结合图1所示，这种模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管包括密封盖、填砂管体和管体外壳4。填砂管体由上层填砂管1-1和下层填砂管1-2对合在一起形成，参阅图4、图5，上层填砂管1-1和下层填砂管1-2结构相同，均为半圆柱填砂管体，可分别装填不同颗粒大小的石英砂模拟不同渗透率的地层，两层半圆柱填砂管体中间夹层(轴向切面中心)设有过滤孔，滤孔可以保证液体通过并防止石英砂泄漏，模拟由于地层间隔层胶结差形成的窜槽；上层填砂管1-1的轴向切面中心设有一个定位凹槽，切面上靠近管体一端设有一个过滤孔，管体外表面在定位槽和过滤孔对应的位置设有三个凹槽用于放置管体外壳4。下层填砂管1-2的轴向切面中心设有一个定位凸起，切面上靠近管体一端设有一个过滤孔，其位置与上层填砂管体过滤孔位置匹配，管体外表面在与上层管体匹配位置设有三个凹槽用于放置管体外壳4。
上层填砂管1-1和下层填砂管1-2可以相互匹配，拼接为完整的圆柱体，且拼接后在两端形成完整的外螺纹，参阅图2，上层填砂管1-1和下层填砂管1-2的过滤孔重合位置可形成贯通的窜槽，参阅图3，通过改变下层填砂管1-2的方向可以实现不改变上层注入方向的前提下改变窜槽位置。
管体外壳4由半圆形外壳对扣，通过螺栓紧固在一起构成，对填砂管体施加围压，管体外壳4为分段式的，由三段分外壳构成，参阅图9，每段分外壳由上下两个配对的半圆柱形金属壳组成。分别放置在填砂管体外壁的环形凹槽处以螺栓上下连接，对填砂管体施加围压，实现上层填砂管1-1和下层填砂管1-2的定位与紧密贴合。
密封盖包括密封盖外壳及在密封盖内部自由转动的密封堵头，参阅图6，密封堵头与双层填砂管体截面形状匹配。密封盖外壳参阅图7、图8，密封盖外壳沿填砂管体端口表面外螺纹将密封堵头旋转推入填砂管体注入端内部，可将管体内部石英砂密封压实。密封堵头上设有两个螺纹孔，分别位于上层填砂管1-1和下层填砂管1-2的截面中心，通过密封盖外壳上的镂空部分与管线连接。第一密封盖设置在注入堵剂时填砂管体的注入端以及封堵效果测试时填砂管体的出液端，所述第二密封盖设置在注入堵剂时填砂管体的出液端以及封堵效果测试时填砂管体的注入端。
使用前，要先将密封盖进行组装：
将第一密封堵头2-2镶嵌于第一密封盖外壳2-1内部，使第一密封堵头2-2固定于第一密封盖外壳2-1内部且能够自由旋转，组装后形成整体为第一密封盖；
将第二密封堵头3-2镶嵌于第二密封盖外壳3-1内部，使第二密封堵头3-2固定于第二密封盖外壳3-1内部且能够自由旋转，组装后形成整体为第二密封盖。
按照上述方法组装成的密封盖，可在密封堵头进入填砂管体内固定不动的前提下，通过密封盖外壳的旋转沿填砂管体外螺纹将密封堵头向填砂管体内部推进。
在本实施方式的模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管8中，上层填砂管1-1体优选为标准半圆柱体，底面直径优选为45mm，长度优选为300mm，正面有三处放置管体外壳的凹陷，底面正中间设有定位槽，靠近管口端设有纱网状孔洞模拟地层缺陷，孔洞直径优选为20mm，孔洞圆心距填砂管体近端端口距离优选为75mm。下层填砂管1-2体优选为标准半圆柱体，底面直径优选为45mm，长度优选为300mm，底面有三处放置管体外壳的凹陷，正面正中间设有定位凸起，一端设有单一纱网状孔洞模拟地层缺陷，孔洞直径优选为20mm，孔洞圆心距填砂管体近端端口距离优选为75mm。
本发明实施方式具体使用步骤为：
将下层填砂管1-2体按照实验要求的窜槽位置选定安置方向，再与上层填砂管1-1体通过定位槽进行拼接成为一标准圆柱体；
将管体外壳4放置在上下两层填砂管体表面的凹槽处，并用螺栓进行固定，对填砂管体整体施加围压，确保上下两层填砂管体紧密贴合；
将第二密封盖中的第二密封堵头3-2与双层填砂管体的出液端对齐，通过旋转第二密封盖外壳3-1沿填砂管体出液端的外螺纹将第二密封堵头3-2送入双层填砂管体内部，实现出液端密封；
按照实验室要求将不同目数的石英砂分别装入双层填砂管的上下层中以模拟不同渗透率的地层，在本发明实施例中上层填入20目的石英砂模拟气测渗透率为8000-10000mD的地层，下层填入120目的石英砂模拟气测渗透率为2000-5000mD的地层；
将第一密封盖中的第一密封堵头2-2与双层填砂管体的注入端对齐，通过旋转第一密封盖外壳2-1沿填砂管体注入端的外螺纹将第一密封堵头2-2送入双层填砂管体内部，将上下两层石英砂同时压紧，并实现注入段端密封；
通过第一密封盖外壳2-1与第二密封盖外壳3-1上的半圆形镂空设计，可以实现不同角度下均能使密封堵头上的螺孔与管线系统相连，将第一密封盖与泵入侧管线相连、第二密封盖与收集尾液的管线相连，即可进行相关室内模拟封堵实验。
上述模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管8进行室内模拟隔层胶结差地层的封堵实验方法，基于模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管8装置进行驱替实验，可以运用在不同区域条件的场景下，在本实施方式中主要以大庆油田三元复合驱区块为例，其实验装置图如图10所示，具体如下：
依次连接盛水烧杯10、平流泵5、中间容器6、压力表7以及本发明涉及的模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管8，并将其出液端与盛装尾液烧杯11相连；
将模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管8整体置于恒温箱9内，恒温箱9设置温度优选为大庆油藏底层温度45℃；
如图9所示，在不同位置安装阀门：泵口阀门12-1、压力表前阀门12-2、12-3、12-4、12-5、12-6、12-7，通过控制不同阀门的开关，可以进行不同目的的模拟封堵或驱替实验：
(1)打开阀门：泵口阀门12-1、压力表前阀门12-2、压力表后阀门12-3、下层填砂管注入端阀门12-5、上层填砂管出液端阀门12-6，关闭上层填砂管注入端阀门12-4、下层填砂管出液端阀门12-7，开启平流泵5，将中间容器6内的封堵剂从下层填砂管体注入端流入，通过上下两层之间的模拟窜槽从上层填砂管体出液端流出，待封堵剂成胶后即可拆卸填砂管观察窜槽内的封堵情况。
(2)按(1)方法注入封堵剂成胶后，交换双层填砂管的注入端与出液端，打开阀门：泵口阀门12-1、压力表前阀门12-2、压力表后阀门12-3、上层填砂管注入端阀门12-4、下层填砂管出液端阀门12-7，关闭：下层填砂管注入端阀门12-5、上层填砂管出液端阀门12-6，将中间容器6内的封堵剂替换为油田采出水或蒸馏水，打开平流泵5，即可完成对成胶封堵剂的反向突破，记录压力表读数，得到反向驱替时的突破压力，评价窜槽封堵效果。
按(1)方法注入封堵剂成胶后，拆卸模型并保持上层填砂管体方向不变，调转下层填砂管体方向，再次将双层填砂管体拼接后，两层之间不再形成连通窜槽。此时打开阀门：泵口阀门12-1、压力表前阀门12-2、压力表后阀门12-3、上层填砂管注入端阀门12-4、上层填砂管出液端阀门12-6，关闭：下层填砂管注入端阀门12-5、下层填砂管出液端阀门12-7，将中间容器6内的封堵剂替换为油田采出水或蒸馏水，打开平流泵5，即可完成对单一上层填砂管体的躯体，记录压力表读数与流量，即可计算得到封堵前后上层填砂管体渗透率的变化。再打开阀门：泵口阀门12-1、压力表前阀门12-2、压力表后阀门12-3、下层填砂管注入端阀门12-5、下层填砂管出液端阀门12-7，关闭：上层填砂管注入端阀门12-4、上层填砂管出液端阀门12-6，通过相同方法得到封堵前后下层填砂管体渗透率的变化。通过上下两层渗透率的变化程度，评价封堵剂对隔层胶结差地层的整体封堵效果。
本发明用于优化研究流体在地层间窜槽内流动状态的物理模拟实验效果。
Claims (4)
1.一种模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管，其特征在于：所述模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管包括密封盖、填砂管体、管体外壳(4)，填砂管体由上层填砂管(1-1)和下层填砂管(1-2)对合在一起形成，上层填砂管(1-1)和下层填砂管(1-2)结构相同，均为半圆柱填砂管体，且半圆柱填砂管体轴向切面上靠近管体前端设有一个过滤孔；管体外壳(4)由半圆形外壳对扣在填砂管体外的环形凹槽内，通过螺栓紧固在一起构成，对填砂管体施加围压，管体外壳(4)将上层填砂管(1-1)和下层填砂管(1-2)可拆卸地紧固在一起，拼接成完整的圆柱体，拼接形成的填砂管体两端具有外螺纹；填砂管体两端通过密封盖密封，密封盖包括密封盖外壳、密封堵头，密封盖外壳带有内螺纹，密封堵头分别紧固在填砂管体两端，密封堵头具有分别与上层填砂管(1-1)和下层填砂管(1-2)相通的孔道，密封盖外壳与填砂管体螺纹连接，密封盖外壳具有用于密封堵头的流道与外部管线连接的空间；
所述的上层填砂管(1-1)和下层填砂管(1-2)对合在一起，当两个过滤孔重合时形成贯通的窜槽；当将管体外壳拆开后，改变下层填砂管的方向时，两个过滤孔分别位于填砂管体的两端，实现不改变上层注入方向的前提下改变窜槽位置；
上层填砂管(1-1)的轴向切面中心设有一个定位凹槽，轴向切面上靠近管体前端设有一个过滤孔，下层填砂管(1-2)的轴向切面中心设有一个定位凸起，上层填砂管(1-1)和下层填砂管(1-2)对合在一起时，定位凸起位于定位凹槽。
2.根据权利要求1所述的模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管，其特征在于：所述的管体外壳为分段式的，由三段分外壳构成，管体外表面设置三个环形凹槽，三个环形凹槽间隔设置，每段分外壳通过相应的环形凹槽紧固在填砂管体外。
3.根据权利要求2所述的模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管，其特征在于：所述的密封堵头在密封盖外壳可自由转动，密封堵头一端的中心具有卡槽，卡槽将密封堵头分成上半块与下半块，上半块、下半块分别与上层填砂管(1-1)、下层填砂管(1-2)截面形状匹配，密封盖外壳沿填砂管体端部外螺纹将密封堵头旋转推入填砂管体内部，将填砂管体内部石英砂密封压实；密封堵头上的两个孔道均为螺纹孔，分别位于上层填砂管(1-1)、下层填砂管(1-2)截面中心，通过密封盖外壳上的镂空部分与外部管线连接。
4.一种采用如权利要求3所述模拟隔层胶结差地层的可分离双层耐压填砂管进行室内模拟封堵隔层胶结差地层窜槽的方法，其特征在于：
根据实验要求拼装所述上层填砂管(1-1)、下层填砂管(1-2)，拼装后形成的贯通窜槽位置为注入端的近端或远端；
安装所述填砂管体外部的管体外壳(4)，通过螺栓压紧上层填砂管(1-1)、下层填砂管(1-2)之间的缝隙，使上层填砂管(1-1)、下层填砂管(1-2)拼接为完整圆柱体；
所述填砂管体两端的密封盖分别为第一密封盖和第二密封盖，第一密封盖位于填砂管体注入端，第二密封盖位于填砂管体出液端，将第二密封盖内的密封堵头旋转推入上层填砂管(1-1)和下层填砂管(1-2)的出液端内，将出液端密封，再分别连接上层填砂管(1-1)和下层填砂管(1-2)的出液阀门与管线；
筛选两种目数的石英砂，将目数较低的大颗粒石英砂设为第一目数石英砂，将目数较高的小颗粒石英砂设为第二目数石英砂；
将第一目数石英砂从填砂管体的注入端注入到上层填砂管(1-1)中，将第二目数石英砂从填砂管体的注入端注入到下层填砂管(1-2)中；
连接并密封填砂管体的注入端，将第一密封盖内的密封堵头旋转推入上层填砂管(1-1)和下层填砂管(1-2)的注入端内，再分别连接上层填砂管(1-1)和下层填砂管(1-2)的注入阀门与管线；
两个并联的注入阀门通过管线依次连接压力表(7)、装有堵剂的中间容器(6)、平流泵(5)；两个并联的出液阀门通过管线与排出液收集装置相连；将填砂管体设置于模拟地层温度的恒温箱(9)内；
开启平流泵(5)将中间容器(6)内堵剂分别注入上层填砂管(1-1)、下层填砂管(1-2)内，对上层填砂管(1-1)、下层填砂管(1-2)间的贯通窜槽进行封堵；
待填砂管体内部堵剂成胶后，拆卸填砂管体，将上层填砂管(1-1)、下层填砂管(1-2)分离，直接观察窜槽位置的封堵状况。
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