CN112177571A - 一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，包括模拟井筒系统、充填模拟系统、废液回收系统和压力测量系统，模拟井筒系统包括模拟地层边界、模拟井筒、模拟套管、模拟油管和可视化地层亏空模拟部件；充填模拟系统包括水箱、混砂罐、充填泵和安装于模拟井筒中的模拟充填管柱；本发明还公开了储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验方法。本发明可以高度模拟油井由于长时间开采而存在多轮次出砂亏空的地层条件，研究得到不同砾石充填施工参数的条件下砾石层充填程度的变化规律以及砾石在亏空储层的分布特性，为不同亏空条件下砾石充填作业的施工方案、工艺参数优化提供依据。

Description

一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置和方法

技术领域

本发明涉及砾石充填模拟实验技术领域，尤其涉及一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置和方法。

背景技术

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；防砂是目前解决出砂问题的主要途径。

目前常用的防砂工艺是：使用砾石通过挤压充填的方式在防砂筛管和油层之间形成一个挡砂屏障，用于阻挡地层砂。目前，陆上疏松砂岩油田油气井大多进入开采中后期，老井井底储层存在多轮次出砂亏空情况，因此砾石充填空间不只是由套管、油管以及封隔器组成的环形密闭空间，井下由于长期出砂形成的亏空空间也是砾石充填的主要场所。由于目前缺乏相应的砾石层充填程度监检测手段，相当一部分砾石充填程度未达到100％(甚至低于80％)的防砂井进行放喷投产，因此导致这部分防砂井井下砾石层稳定性低、挡砂效果差、防砂有效期短。

中国专利CN107795303A公开了一种水合物开采井管内砾石充填仿真系统及方法，可用于不同井身结构的管内砾石充填过程及其效果监测仿真；中国专利CN102353550A公开了一种防砂筛管综合性能检测实验装置及性能评价方法，可以模拟射孔、裸眼、筛管防砂和砾石充填防砂等防砂完井情况；中国专利CN206830148U和CN206016778分别提供了一种现场用砾石充填防砂装置，满足了分层、分段充填施工需求。

上述专利所述的砾石充填实验装置主要集中在预充填以及循环充填，即仅在油套环空内形成砾石层，并没有考虑长时间开采的出砂井井底储层存在多轮次出砂亏空的情况。

急需开发一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，用于检验不同井况及储层亏空条件下砾石层充填程度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置和方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，包括模拟井筒系统、充填模拟系统、废液回收系统和压力测量系统。

作为本发明的进一步优选，所述模拟井筒系统包括模拟地层边界、模拟井筒、模拟套管、模拟油管和可视化地层亏空模拟部件，模拟井筒与模拟地层边界之间的环形空间中安装可视化地层亏空模拟部件，可视化地层亏空模拟部件的顶部安装套管封隔器，模拟井筒的井口处安装模拟防喷闸板，模拟套管与模拟油管之间的环形空间中安装有油管上封隔器、油管下封隔器，在模拟套管的充填层段上开设若干射孔孔眼，在模拟地层边界的充填层段上设置泄流口；模拟油管内设置充填安全阀，充填安全阀上设置可通过液压控制进行开启或关闭的充填孔。

作为本发明的进一步优选，所述充填模拟系统包括水箱、混砂罐、充填泵和安装于模拟井筒中的模拟充填管柱，所述模拟充填管柱的上端穿出模拟防喷闸板，下端安装有充填喷头，充填喷头的上方与模拟油管之间还安装有充填管柱封隔器；所述水箱的出口与混砂罐的入口相连接，所述混砂罐与充填泵的入口相连接，充填泵的出口通过管线与模拟充填管柱的顶部相连接；液压管线的一端穿过油管上封隔器与充填安全阀相连接，另一端与液压泵相连。

作为本发明的进一步优选，所述废液回收系统包括缓冲罐、废液罐和气瓶，模拟井筒系统设置于缓冲罐中，缓冲罐通过管线与回液泵的入口相连接，回液泵的出口与废液罐通过管线相连接，废液罐还通过管线与模拟充填管柱的上端相连接；带有减压阀的气瓶与废液反排管线相连接，废液反排管线穿过充填管柱封隔器延伸至模拟油管、模拟充填管柱和充填管柱封隔器形成的空间中。

作为本发明的进一步优选，所述压力测量系统包括六个固定式压力计，设置于模拟充填管柱顶部管线端、充填喷头的出口端、充填孔出口端、模拟套管射孔段下端内侧、模拟套管射孔段上端内侧、模拟套管上端外侧。

作为本发明的进一步优选，所述可视化地层亏空模拟部件使用耐压的可视化材料制作，其亏空形态可根据出砂井井下亏空形态数值模拟结果进行3D打印制作而成。

作为本发明的进一步优选，所述模拟油管、油管上封隔器、油管下封隔器、模拟套管之间所形成的空间为管内砾石充填空间，模拟套管的外壁与可视化地层亏空模拟部件之间形成的空间为管外砾石充填空间。

作为本发明的进一步优选，所述液压管线上安装有泄压三通阀。

作为本发明的进一步优选，所述套管封隔器安装于射孔层段的上方。

作为本发明的进一步优选，所述泄流口上安装调节泄流能力的挡板。

作为本发明的进一步优选，所述防喷闸板耐压25MPa。

作为本发明的进一步优选，所述充填泵与模拟充填管柱相连接的管线上还安装有液体流量计。

一种砾石充填防砂井挤压充填形态模拟实验方法，采用上述的实验装置，包括如下步骤：

(1)根据目标工区，确定实验工艺参数，准备实验材料；

(1.1)确定实验材料参数：携砂液配制参数、携砂液粘度、充填砾石尺寸、充填砾石类型；

(1.2)确定实验参数：混砂罐砂比、充填泵排量、充填泵出口压力；

(1.3)根据防砂井井下出砂形态数值模拟结果对可视化地层亏空模拟部件进行3D打印制作；

(2)根据实验设计，安装模拟井筒及模拟充填管柱，将实验装置中的各个部件连入实验流程中，检查各个密封位置的气密性；

(2.1)按照实际井身结构安装井筒管柱，从模拟地层边界由外向内分别装入可视化地层亏空模拟部件、预设射孔段的模拟套管、带有充填安全阀的模拟油管，下入井下指定位置后坐封油管上封隔器、油管下封隔器；

(2.2)下入模拟充填管柱，坐封充填管柱封隔器；

(2.3)检查各个封隔器、穿过封隔器的管线以及其他密封位置的气密性，保证密封良好；

(3)通过液压管线加压，使充填安全阀上的充填孔处于开启状态；

(4)设定砾石混砂箱中的砂比、排量，启动充填泵进行挤压充填，实时采集充填泵排量、压力、砂比数据、携砂液基本属性及定点压力计检测的压力数据；

(5)挤压充填模拟实验结束后，液压管线泄压使充填孔处于关闭状态，开启气瓶及废液反排管线，将残存在模拟油管、模拟充填管柱以及充填管柱封隔器形成的空间中的携砂液反排至废液罐中；

(6)打开井口，拆除井口防喷闸板及相应管线，解封充填管柱封隔器，抽出充填管柱，拆除模拟地层界面外壁；

(7)下入井下声波成像测井系统，对岩心进行成像检测，得到砾石层17最终的充填形态，观察记录并使用图像记录砾石层最终的充填形态，并对砾石充填程度进行计算分析；

(8)实验结束。

作为本发明的进一步优选，在步骤(4)的充填过程中，充填过程中观察充填泵的泵压变化情况，泵压突然升高表明充填结束。

需要说明的是，本发明中的砾石充填程度是指：充填砾石体积占模拟油管外壁、模拟套管内壁、油管上封隔器、油管下封隔器组成的环形空间以及套管外亏空空间总体积的比值。

本发明的有益效果是，可以高度模拟油井由于长时间开采而存在多轮次出砂亏空的地层条件，研究得到不同砾石充填施工参数的条件下砾石层充填程度的变化规律以及砾石在亏空储层的分布特性，为不同亏空条件下砾石充填作业的施工方案、工艺参数优化提供依据。

附图说明

图1为本发明中的实验装置结构示意图；

图2为本发明中的实验方法流程示意图。

其中，1-水箱；2-混砂罐；3-充填泵；4-液体流量计；5-废液罐；6-气瓶；7-液压泵；8-泄压三通阀；9-模拟防喷闸板；10-模拟充填管柱；11-模拟油管；12-模拟套管；13-模拟地层边界；14-射孔孔眼；15-泄流口；16-可视化地层亏空模拟部件；17-砾石层；18-充填安全阀；19-充填孔；20-充填喷头；21-套管封隔器；22-油管上封隔器；23-油管下封隔器；24-充填管柱封隔器；25-泄流口；26-缓冲罐；27-回液泵。

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。

如图1所示，一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，包括模拟井筒系统、充填模拟系统、废液回收系统和压力测量系统，其中：

模拟井筒系统包括模拟地层边界13、模拟井筒、模拟套管12、模拟油管11和可视化地层亏空模拟部件16，模拟井筒与模拟地层边界13之间的环形空间中安装可视化地层亏空模拟部件16，可视化地层亏空模拟部件16的顶部安装套管封隔器21，模拟井筒的井口处安装模拟防喷闸板9，模拟套管12与模拟油管11之间的环形空间中安装有油管上封隔器22、油管下封隔器23，在模拟套管12的充填层段上开设若干射孔孔眼14，在模拟地层边界13的充填层段上设置泄流口15；模拟油管11内设置充填安全阀18，充填安全阀18上设置可通过液压控制进行开启或关闭的充填孔19。

该模拟井筒系统中的可视化地层亏空模拟部件16可选用人造疏松砂岩；可视化地层亏空模拟部件16的顶部安装的油管上封隔器22、油管下封隔器23用于将充填层封隔；在模拟套管12的充填层段进行打孔处理，用于模拟射孔孔眼14，射孔孔眼14密度按照实际区块的射孔参数处理；泄流口15用于将通过岩心的携砂液排除。

充填模拟系统包括水箱1、混砂罐2、充填泵3和安装于模拟井筒中的模拟充填管柱10，模拟充填管柱10的上端穿出模拟防喷闸板9，下端安装有充填喷头20，充填喷头20的上方与模拟油管11之间还安装有充填管柱封隔器24；水箱1的出口与混砂罐2的入口相连接，混砂罐2与充填泵3的入口相连接，充填泵3的出口通过管线与模拟充填管柱10的顶部相连接；液压管线的一端穿过油管上封隔器22与充填安全阀18相连接，另一端与液压泵7相连。

在实验操作过程中，通过控制砾石混砂罐2中砂比、充填泵3排量、充填泵3压等参数来模拟不同施工参数下的充填过程，充填孔19可通过液压控制进行开启或关闭(充填过程中充填孔19打开，其余时间关闭)；在充填过程中，携砂液携带砾石通过充填喷头20进人模拟油管11、模拟充填管柱10以及充填管柱封隔器24形成的空间中，充填孔19通过液压作用打开，携砂液和砾石通过充填孔19进入模拟油管11、油管上封隔器22、油管下封隔器23、模拟套管12之间所形成的空间以及套管外空间中进行挤压充填。

废液回收系统包括缓冲罐26、废液罐5和气瓶6，模拟井筒系统设置于缓冲罐26中，缓冲罐26通过管线与回液泵27的入口相连接，回液泵27的出口与废液罐5通过管线相连接，废液罐5还通过管线与模拟充填管柱10的上端相连接；带有减压阀的气瓶6与废液反排管线相连接，废液反排管线穿过充填管柱封隔器24延伸至模拟油管11、模拟充填管柱10和充填管柱封隔器24形成的空间中。在充填结束后向该空间充入大排量气体，携带废液及砾石反排进入废液罐5中，废液罐5内设置有携砂液过滤装置，实现携砂液过滤与存放；在充填过程中，通过模拟地层边界13上泄流口15排出的废液进入缓冲罐26，并通过回液泵27返回至废液罐5。

压力测量系统包括六个固定式压力计，主要功能包括：实施记录实验过程压力变化用于数据处理、判断实验是否出现诸如管线堵塞、泄露等异常情况、判断实验结束时间点，分别设置于模拟充填管柱10顶部管线端(P1)、充填喷头20的出口端(P2)、充填孔19出口端(P3)、模拟套管12射孔段下端内侧(P4)、模拟套管12射孔段上端内侧(P5)、模拟套管12上端外侧(P6)，P2、P3用于检测携砂液从喷出到进入模拟油管11、油管上封隔器22、油管下封隔器23、模拟套管12之间所形成的空间的压降情况，P5、P6用于检测携砂液通过射孔孔眼14处的压降情况、P1、P2用于检测充填管路管内摩阻以及判断是否出现砂堵。

特别的，可视化地层亏空模拟部件16使用耐压的可视化材料制作，其亏空形态可根据出砂井井下亏空形态数值模拟结果进行3D打印制作而成。

特别的，模拟油管11、油管上封隔器22、油管下封隔器23、模拟套管12之间所形成的空间为管内砾石充填空间，模拟套管12的外壁与可视化地层亏空模拟部件16之间形成的空间为管外砾石充填空间。

特别的，液压管线上安装有泄压三通阀8，用来在紧急情况下进行泄压处理。

特别的，套管封隔器21安装于射孔层段的上方，用于密封、防止充填过程中发生携砂液窜流的现象。

特别的，泄流口15上安装调节泄流能力的挡板，可调节泄流能力。

特别的，防喷闸板耐压25MPa，防喷闸板上安装有多个管线接口，如携砂液注入管线接口、充填安全阀18液压管线接口、废液反排管线接口、气体充入管线接口等，防喷闸板是连接模拟井筒系统和充填模拟系统的关键，也是维持实验高压、保证试验安全的主要部件。

特别的，充填泵3与模拟充填管柱10相连接的管线上还安装有液体流量计4。

需要说明的是，在本发明的实验装置中，水箱1、混砂罐2相连接的管线上设置阀门F1，混砂罐2与充填泵3相连接的管线上设置阀门F2，充填泵3与模拟充填管柱10相连接的管线上设置阀门F3，气瓶6相连的废液反排管线上设置阀门F4，液压泵7、泄压三通阀8相连接的管线上设置阀门F5，废液罐5、模拟充填管柱10相连接的管线上设置阀门F6，缓冲罐26、回液泵27相连接的管线上设置阀门F7。

本发明的实验装置与实际砾石充填工具为1:1对应关系，模拟结果可靠性高、工程实践性强。

实施例1

如图2所示，一种砾石充填防砂井挤压充填形态模拟实验方法，以某疏松砂岩区块进行挤压充填施工为例，包括如下步骤：

(1)根据目标工区，确定实验工艺参数，准备实验材料

(1.1)确定实验材料参数：

携砂液粘度28～38mPa.s、充填砾石尺寸0.425～0.85mm、充填砾石类型为石英砂；

(1.2)确定实验参数：

砾石充填量6m³、混砂罐2砂比15％、充填泵3组排量1.5m³/min；

(1.3)可视化地层亏空模拟部件进行3D打印制作：地层砂粒度中值为0.15mm、地层出砂类型为连续垮塌性，亏空最大半径为1.46m；

(2)根据实验设计，安装模拟井筒及模拟充填管柱10，将实验装置中的各个部件连入实验流程中，检查各个密封位置的气密性

(2.1)按照实际井身结构安装井筒管柱，从模拟地层边界13由外向内分别装入可视化地层亏空模拟部件16、预设射孔段的模拟套管12、带有充填安全阀18的模拟油管11，下入井下指定位置后坐封油管上封隔器22、油管下封隔器23；

(2.2)下入模拟充填管柱10，坐封充填管柱封隔器24；

(2.3)检查各个封隔器、穿过封隔器的管线以及其他密封位置的气密性，保证密封良好。

(3)通过液压管线加压，使充填安全阀18上的充填孔19处于开启状态。

(4)设定砾石混砂箱中的砂比、排量，启动充填泵3进行挤压充填，实时采集充填泵3排量、压力、砂比数据、携砂液基本属性及定点压力计检测的压力数据。

(5)挤压充填模拟实验结束后，液压管线泄压使充填孔19处于关闭状态，开启气瓶6及废液反排管线，将残存在模拟油管11、模拟充填管柱10以及充填管柱封隔器24形成的空间中的携砂液反排至废液罐5中。

(6)打开井口，拆除井口防喷闸板及相应管线，解封充填管柱封隔器24，抽出充填管柱10，拆除模拟地层界面外壁；

(7)下入井下声波成像测井系统，对岩心进行成像检测，得到砾石层17最终的充填形态，观察记录并使用图像记录砾石层最终的充填形态，并对砾石充填程度进行计算分析。

(8)实验结束。

特别的，在步骤(4)的充填过程中，在步骤(4)的充填过程中，充填过程中观察充填泵的泵压变化情况，泵压突然升高表明充填结束。

实施例2

如图2所示，一种砾石充填防砂井挤压充填形态模拟实验方法，以某疏松砂岩区块进行挤压充填施工为例，包括如下步骤：

(1)根据目标工区，确定实验工艺参数，准备实验材料

(1.1)确定实验材料参数：

携砂液粘度25～30mPa.s、充填砾石尺寸0.5～0.65mm、充填砾石类型为石英砂；

(1.2)确定实验参数：

砾石充填量6m³、混砂罐2砂比25％、充填泵3组排量3.0m³/min；

(1.3)可视化地层亏空模拟部件进行3D打印制作：地层砂粒度中值为0.15mm、地层出砂类型为连续垮塌性，亏空最大半径为1.46m；

(2)根据实验设计，安装模拟井筒及模拟充填管柱10，将实验装置中的各个部件连入实验流程中，检查各个密封位置的气密性

(2.1)按照实际井身结构安装井筒管柱，从模拟地层边界13由外向内分别装入可视化地层亏空模拟部件16、预设射孔段的模拟套管12、带有充填安全阀18的模拟油管11，下入井下指定位置后坐封油管上封隔器22、油管下封隔器23；

(2.2)下入模拟充填管柱10，坐封充填管柱封隔器24；

(2.3)检查各个封隔器、穿过封隔器的管线以及其他密封位置的气密性，保证密封良好。

(3)通过液压管线加压，使充填安全阀18上的充填孔19处于开启状态。

(4)设定砾石混砂箱中的砂比、排量，启动充填泵3进行挤压充填，实时采集充填泵3排量、压力、砂比数据、携砂液基本属性及定点压力计检测的压力数据。

(5)挤压充填模拟实验结束后，液压管线泄压使充填孔19处于关闭状态，开启气瓶6及废液反排管线，将残存在模拟油管11、模拟充填管柱10以及充填管柱封隔器24形成的空间中的携砂液反排至废液罐5中。

(6)打开井口，拆除井口防喷闸板及相应管线，解封充填管柱封隔器24，抽出充填管柱10，拆除模拟地层界面外壁；

(7)下入井下声波成像测井系统，对岩心进行成像检测，得到砾石层17最终的充填形态，观察记录并使用图像记录砾石层最终的充填形态，并对砾石充填程度进行计算分析。

(8)实验结束。

特别的，在步骤(4)的充填过程中，在步骤(4)的充填过程中，充填过程中观察充填泵的泵压变化情况，泵压突然升高表明充填结束。

实施例3

一种砾石充填防砂井挤压充填形态模拟实验方法，以某疏松砂岩区块进行挤压充填施工为例，包括如下步骤：

(1)根据目标工区，确定实验工艺参数，准备实验材料

(1.1)确定实验材料参数：

携砂液粘度30～35mPa.s、充填砾石尺寸0.6～0.8mm、充填砾石类型为石英砂；

(1.2)确定实验参数：

砾石充填量6m³、混砂罐2砂比20％、充填泵3组排量2.0m³/min；

(1.3)可视化地层亏空模拟部件进行3D打印制作：地层砂粒度中值为0.15mm、地层出砂类型为连续垮塌性，亏空最大半径为1.46m；

(2)根据实验设计，安装模拟井筒及模拟充填管柱10，将实验装置中的各个部件连入实验流程中，检查各个密封位置的气密性

(2.1)按照实际井身结构安装井筒管柱，从模拟地层边界13由外向内分别装入可视化地层亏空模拟部件16、预设射孔段的模拟套管12、带有充填安全阀18的模拟油管11，下入井下指定位置后坐封油管上封隔器22、油管下封隔器23；

(2.2)下入模拟充填管柱10，坐封充填管柱封隔器24；

(2.3)检查各个封隔器、穿过封隔器的管线以及其他密封位置的气密性，保证密封良好。

(3)通过液压管线加压，使充填安全阀18上的充填孔19处于开启状态。

(4)设定砾石混砂箱中的砂比、排量，启动充填泵3进行挤压充填，实时采集充填泵3排量、压力、砂比数据、携砂液基本属性及定点压力计检测的压力数据。

(5)挤压充填模拟实验结束后，液压管线泄压使充填孔19处于关闭状态，开启气瓶6及废液反排管线，将残存在模拟油管11、模拟充填管柱10以及充填管柱封隔器24形成的空间中的携砂液反排至废液罐5中。

(6)打开井口，拆除井口防喷闸板及相应管线，解封充填管柱封隔器24，抽出充填管柱10，拆除模拟地层界面外壁；

(7)下入井下声波成像测井系统，对岩心进行成像检测，得到砾石层17最终的充填形态，观察记录并使用图像记录砾石层最终的充填形态，并对砾石充填程度进行计算分析。

(8)实验结束。

特别的，在步骤(4)的充填过程中，在步骤(4)的充填过程中，充填过程中观察充填泵的泵压变化情况，泵压突然升高表明充填结束。

本发明在功能方面的创新之处在于：

1.目前，对于亏空地层砾石充填程度的研究大都是通过数值模拟，即使用数值模拟的方法先进行地层出砂后亏空形态模拟，再进行砾石充填程度的模拟，缺少在模拟实际工况条件下进行实验来观测亏空地层的砾石充填程度的装置，本发明是基于地层出砂后亏空形态数值模拟的结果来进行的实验研究，使之能真实地观测到亏空地层的砾石充填程度。

2.本发明能够实现管内、管外(套管和地层间)同时充填，当前，国内外所有的实验装置都只是针对管内循环充填，根本无法实现管外充填。

3.本发明中的实验装置与实际砾石充填工具为1:1的对应关系，满足全尺寸砾石充填工具下入模拟井筒实验的条件，模拟结果可靠性高、工程实践性强。。

4采用本发明进行的实验，能够在实验的最后真正观察到砾石充填程度及砾石在亏空储层的分布特性，这是目前所有类似实验装置无法实现的。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，其特征在于，包括模拟井筒系统、充填模拟系统、废液回收系统和压力测量系统。

2.如权利要求1所述的一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，其特征在于，所述模拟井筒系统包括模拟地层边界、模拟井筒、模拟套管、模拟油管和可视化地层亏空模拟部件，模拟井筒与模拟地层边界之间的环形空间中安装可视化地层亏空模拟部件，可视化地层亏空模拟部件的顶部安装套管封隔器，模拟井筒的井口处安装模拟防喷闸板，模拟套管与模拟油管之间的环形空间中安装有油管上封隔器、油管下封隔器，在模拟套管的充填层段上开设若干射孔孔眼，在模拟地层边界的充填层段上设置泄流口；模拟油管内设置充填安全阀，充填安全阀上设置可通过液压控制进行开启或关闭的充填孔。

3.如权利要求1所述的一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，其特征在于，所述充填模拟系统包括水箱、混砂罐、充填泵和安装于模拟井筒中的模拟充填管柱，所述模拟充填管柱的上端穿出模拟防喷闸板，下端安装有充填喷头，充填喷头的上方与模拟油管之间还安装有充填管柱封隔器；所述水箱的出口与混砂罐的入口相连接，所述混砂罐与充填泵的入口相连接，充填泵的出口通过管线与模拟充填管柱的顶部相连接；液压管线的一端穿过油管上封隔器与充填安全阀相连接，另一端与液压泵相连。

4.如权利要求1所述的一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，其特征在于，所述废液回收系统包括缓冲罐、废液罐和气瓶，模拟井筒系统设置于缓冲罐中，缓冲罐通过管线与回液泵的入口相连接，回液泵的出口与废液罐通过管线相连接，废液罐还通过管线与模拟充填管柱的上端相连接；带有减压阀的气瓶与废液反排管线相连接，废液反排管线穿过充填管柱封隔器延伸至模拟油管、模拟充填管柱和充填管柱封隔器形成的空间中。

5.如权利要求1所述的一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，其特征在于，所述压力测量系统包括六个固定式压力计，设置于模拟充填管柱顶部管线端、充填喷头的出口端、充填孔出口端、模拟套管射孔段下端内侧、模拟套管射孔段上端内侧、模拟套管上端外侧。

6.如权利要求1所述的一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，其特征在于，所述可视化地层亏空模拟部件使用耐压的可视化材料制作，其亏空形态可根据出砂井井下亏空形态数值模拟结果进行3D打印制作而成。

7.如权利要求2所述的一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，其特征在于，所述模拟油管、油管上封隔器、油管下封隔器、模拟套管之间所形成的空间为管内砾石充填空间，模拟套管的外壁与可视化地层亏空模拟部件之间形成的空间为管外砾石充填空间。

8.如权利要求3所述的一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，其特征在于，所述液压管线上安装有泄压三通阀。

9.如权利要求2所述的一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，其特征在于，所述套管封隔器安装于射孔层段的上方。

10.如权利要求2所述的一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，其特征在于，在模拟地层边界上设置有泄流口，所述泄流口上安装调节泄流能力的挡板，用于模拟携砂液在不同渗透性能条件下的储层滤失过程。

11.如权利要求2所述的一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，其特征在于，所述防喷闸板耐压25MPa。

12.如权利要求3所述的一种储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，其特征在于，所述充填泵与模拟充填管柱相连接的管线上还安装有液体流量计。

13.一种砾石充填防砂井挤压充填形态模拟实验方法，采用如权利要求1-12中任一所述的实验装置，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据目标工区，确定实验工艺参数，准备实验材料；

(1.1)确定实验材料参数：携砂液配制参数、携砂液粘度、充填砾石尺寸、充填砾石类型；

(1.2)确定实验参数：混砂罐砂比、充填泵排量、充填泵出口压力；

(1.3)根据防砂井井下出砂形态数值模拟结果对可视化地层亏空模拟部件进行3D打印制作；

(2)根据实验设计，安装模拟井筒及模拟充填管柱，将实验装置中的各个部件连入实验流程中，检查各个密封位置的气密性；

(2.1)按照实际井身结构安装井筒管柱，从模拟地层边界由外向内分别装入可视化地层亏空模拟部件、预设射孔段的模拟套管、带有充填安全阀的模拟油管，下入井下指定位置后坐封油管上封隔器、油管下封隔器；

(2.2)下入模拟充填管柱，坐封充填管柱封隔器；

(2.3)检查各个封隔器、穿过封隔器的管线以及其他密封位置的气密性，保证密封良好；

(3)通过液压管线加压，使充填安全阀上的充填孔处于开启状态；

(4)设定砾石混砂箱中的砂比、排量，启动充填泵进行挤压充填，实时采集充填泵排量、压力、砂比数据、携砂液基本属性及定点压力计检测的压力数据；

(5)挤压充填模拟实验结束后，液压管线泄压使充填孔处于关闭状态，开启气瓶及废液反排管线，将残存在模拟油管、模拟充填管柱以及充填管柱封隔器形成的空间中的携砂液反排至废液罐中；

(6)打开井口，拆除井口防喷闸板及相应管线，解封充填管柱封隔器，抽出充填管柱，拆除模拟地层界面外壁；

(7)下入井下声波成像测井系统，对岩心进行成像检测，得到砾石层17最终的充填形态，观察记录并使用图像记录砾石层最终的充填形态，并对砾石充填程度进行计算分析；

(8)实验结束。

14.如权利要求13所述的一种砾石充填防砂井挤压充填形态模拟实验方法，其特征在于，在步骤(4)的充填过程中，充填过程中观察充填泵的泵压变化情况，泵压突然升高表明充填结束。

Images