CN112727409B - 一种反向填砾模拟试验装置及试验方法 - Google Patents

一种反向填砾模拟试验装置及试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钻井工程技术领域,具体涉及一种反向填砾模拟试验装置及试验方法。试验装置可以直视、准确模拟砾料充填效果,并可对砾料、携砾液、过滤器密封装置等进行评价,研究井内砾石充填规律、优化施工工艺、提高井内砾石充填率。本发明采用透明模拟套管柱和升降装置,可以灵活适应模拟套管长度和填砾高度;采用循环系统,可以模拟携砾液循环;采用压力平衡管模拟地下水位,可以模拟携砾液进入地层,评价携砾液损失。整个装置,可以评价砾料如输送、填实程度,携砾液、过滤器性能及整体反向填砾工艺。

Description

一种反向填砾模拟试验装置及试验方法
技术领域
本发明属于钻井工程技术领域,具体涉及一种反向填砾模拟试验装置及试验方法。
背景技术
随着地浸采铀的发展,填砾式一次性成建井工艺模式已不能适应地浸采铀工艺井的要求,从而发展了以逆向注浆、切割、设置内置过滤器并反向填砾等新的成井工艺(CN105804690B、CN 107780879 A、CN106930734A、CN107269252B)。
但是,井下作业是不可见的,这使地浸采铀及相关行业长期以来都是以实践经验为主,在实际应用中去摸索,也导致新成井技术发展缓慢。对于填砾,无法直观观察充填效果,无法计算砾石充填的紧实度和充填效率,也无法预测充填过程中的流体携砾的情况,对于不同规格的过滤器应配备何种规格的砾石没有具体而可靠的理论数据作为依据,只能单纯依靠经验进行简单的判断,无法科学地指导生产实践。因此,开发室内模拟填砾试验装置,并应用装置进行工艺模拟以探索新工艺、新技术,成为亟待开展的工作。
CN101270640A公开了一种微型砾石充填模拟装置,采用可视套管、油管及流体注入管,通过在可视套管内填入不同砾石,测量流体从油管中的流出量,来评价不同砾石的充填性能。CN100342115C公开了一种筛管模拟实验装置,其包括实验套管及与实验套管连接的测试仪表,所述实验套管包含内套管、外套管,并在内套管内部插设要检测的筛管,该装置主要用于检测筛管在井下实际工况的各种性能。CN103452533B公开了一种可视化水平井砾石充填模拟试验装置,该装置采用的模拟井筒具有多个透明筒,两两透明筒之间通过金属短筒相连,模拟井筒内穿设有筛管、滤失管线、返排管线,装置可视化、提高了试验压力。
由上可知,现有的模拟实验装置主要针对油井内置筛管而研制,结构复杂,地浸采铀及一般水井难以直接应用。
对地浸采铀及一般水井的反向填砾模拟试验装置,需考虑以下问题:(1)可视化,以直观了解填砾过程及效果;(2)准确模拟不同填砾方式及砾料在套管内的运动,为现场反向填砾施工提供指导作用;(3)装置简单、模型高度可以任意组合、易于安装与拆卸。
发明内容
针对以上不足,本发明的目的是提供一种反向填砾模拟试验装置及试验方法,试验装置可以直视、准确模拟砾料充填效果,并可对砾料、携砾液、过滤器密封装置等进行评价,研究井内砾石充填规律、优化施工工艺、提高井内砾石充填率。
本发明的技术方案如下:
一种反向填砾模拟试验装置,包括模型系统、填砾系统和循环系统;
所述模型系统包括模拟套管柱和悬挂在下部第一根套管内的过滤器;所述的填砾系统包括携砾液罐、投砾泵、出液阀、投砾罐或投砾口、压力表、投砾管;所述循环系统包括溢流管、集液装置和集液管线、渗流口、三通阀、压力平衡管、压力表、流量调节阀及渗流管线;
模拟套管柱由套管和管箍通过丝扣一一连接而成;最下部第一根套管的底部通过丝扣与堵头连接并封堵套管柱下部,中部设有一个渗流口,上部通过丝扣与管箍相连;之后套管和管箍依次相连至模拟井口;最上面一根套管的顶端连有井口溢流装置,投砾管和溢流管穿过溢流装置,通过溢流装置密封套管、投砾管及溢流管之间的空间;
填砾系统,携砾液从携砾液罐中经投砾泵、出液阀在投砾罐或投砾口将砾料带出,经投砾管和过滤器将砾料充填至过滤器与第一根套管之间的空间中;
循环系统,三通阀与渗流口、压力平衡管及流量调节阀相连,压力表与压力平衡管底部相连;井口溢流液经溢流管、集液装置和集液管线流入回流罐;井下渗流液依次通过渗流口、三通阀、流量调节阀和渗流管线流入回流罐;回流罐内的回流携砾液经循环泵返回携砾液罐。
所述的套管和管箍采用有机玻璃管或聚碳酸酯管。
所述过滤器悬挂于最下面一根套管中,其上部位于最下面管箍下方的20-50cm处。
所述的模型系统溢流管出水口与井口平齐,用于模拟试验条件下井口携砂液的溢流。
所述的压力平衡管与静水位平齐,通过压力表测定井下压力,模拟试验条件下携砾液的渗流损失。
所述的反向填砾模拟试验装置还包括升降装置,用于调节填砾系统高度。
所述的过滤器包括密封装置、筛管及投砾阀,模拟需评价的过滤器。
一种反向填砾模拟试验装置试验方法,步骤如下;
(1)模型系统安装
组装套管柱,将堵头、套管及管箍相连并直立固定;将过滤器与投砾管通过丝扣相连,并通过井下作业机械将过滤器下放至套管底部所需位置,通过筛管上的密封装置将过滤器悬挂在套管上,起出投砾管;装上井口溢流装置;
(2)填砾系统安装
依次连接携砾液罐、投砾泵、出液阀、投砾罐或投砾口、压力表、投砾管;投砾管一一相连,并穿过井口溢流装置下入井内,置于筛管内;
(3)循环系统安装
分别连接溢流管、集液装置和集液管线,渗流口、三通阀、压力平衡管、压力表、流量调节阀及渗流管线,以及回流罐和循环泵;
(4)填砾模拟试验
调节升降装置,在携砾液罐中加入携砾液,准备好砾料;
通过井下机械将投砾管插入投砾阀并打开投砾阀;
开动投砾泵,从投砾罐或投砾口往投砾管投砾,砾料从投砾阀流出,并进入过滤器与套管之间的环空中;而携砾液一部分从渗流口、三通阀、流量调节阀及渗流管线渗流至回流罐、另一部分经筛管流入套管与投砾管中的环空,并经溢流管、集液装置和集液管线回流至回流罐;
通过流量调节阀调节渗流量,并开动循环泵,调节循环泵流量与投砾泵注入携砾液量平衡;
记录试验参数;
填砾结束后,回收过滤器,拆卸模型系统,结束试验。
本发明的有益效果在于:
本发明采用透明模拟套管柱和升降装置,可以灵活适应模拟套管长度和填砾高度;采用循环系统,可以模拟携砾液循环;采用压力平衡管模拟地下水位,可以模拟携砾液进入地层,评价携砾液损失。整个装置,可以评价砾料如输送、填实程度,携砾液、过滤器性能及整体反向填砾工艺。
附图说明
图1是本发明反向填砾模拟装置示意图;
图2是本发明砾料充填过程及携砾液流向示意图;
图中,1—套管;1-1—最下面一根套管;2—管箍;3—堵头;4—渗流口;5—井口溢流装置;6—溢流管;7—携砾液罐;8—投砾泵;9—出液阀;10—投砾罐或投砾口;11-1—压力表;11-2—压力表;12-投砾管;13-过滤器;14-投砾阀;15—密封装置;16—三通阀;17—压力平衡管;18-流量调节阀;19—渗流管线;20-集液装置;21-集液管线;22-回流罐;23-循环泵;24-升降装置;25-筛管。
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。
如图1所示,一种反向填砾模拟试验装置:包括模型系统、填砾系统和循环系统。模型系统包括模拟套管柱和悬挂在下部第一根套管内的过滤器13。套管柱由套管1和管箍2通过丝扣一一连接而成;最下面一根套管1-1的底部通过丝扣与堵头3连接并封堵套管柱下部,中部设有一个渗流口4,上部为管箍2,之后套管1和管箍2依次相连至模拟井口;最上面一根套管1的上部有井口溢流装置5和溢流管6,溢流装置5密封套管1、投砾管12及溢流管6之间的空间;
填砾系统依次包括携砾液罐7、投砾泵8、出液阀9、投砾罐或投砾口10、压力表11-1、投砾管12,携砾液从携砾液罐7中经投砾泵8、出液阀9在投砾罐或投砾口10将砾料带出,经投砾管12和过滤器13将砾料填入过滤器13与最下面一根套管1-1的空间中。
循环系统包括模拟溢流的溢流管6、集液装置20和集液管线21,模拟渗流的渗流口4、三通阀16、压力平衡管17、压力表11-2、流量调节阀18及渗流管线19;三通阀16与渗流口4、压力平衡管17及流量调节阀18相连,压力表11-2与压力平衡管17底部相连;井口溢流液经溢流管6、集液装置20和集液管线21流入回流罐22;井下渗流液依次通过渗流口4、三通阀16、流量调节阀18和渗流管线19流入回流罐22;回流罐22内的回流携砾液经循环泵23返回携砾液罐7;
过滤器13悬挂于最下面一根套管1-1中,其上部位于最下面管箍2下方的20-50cm处;
模型系统溢流管6出水口与井口平齐,用于模拟试验条件下井口携砂液的溢流;
压力平衡管17与静水位平齐,通过压力表11-2测定井下压力,模拟试验条件下携砾液的渗流损失;
反向填砾模拟装置还包括升降装置24,用于调节填砾系统高度;
过滤器13包括密封装置15、筛管25及投砾阀14,模拟需评价的过滤器。
井内反向填砾模拟装置的试验方法,包括以下步骤:
(1)模型系统安装
组装套管柱,将堵头3、套管1及管箍2相连并直立固定;将过滤器13与投砾管12通过丝扣相连,并通过井下作业机械将过滤器13下放至最下面一根套管1-1底部所需位置,通过筛管25上的密封装置15将过滤器13悬挂在最下面一根套管1-1上,起出投砾管12;装上井口溢流装置5;
(2)填砾系统安装
依次连接携砾液罐7、投砾泵8、出液阀9、投砾罐或投砾口10、压力表11-1、投砾管12;投砾管12一一相连,并穿过井口溢流装置5下入井内,置于筛管25内;
(3)循环系统安装
分别连接溢流管6、集液装置20和集液管线21,渗流口4、三通阀16、压力平衡管17、压力表11-2、流量调节阀18及渗流管线19,以及回流罐22和循环泵23;
(4)填砾模拟试验
调节升降装置24,在携砾液罐7中加入携砾液,准备好砾料;
通过井下机械将投砾管12插入投砾阀14并打开投砾阀14;
开动投砾泵8,从投砾罐或投砾口10往投砾管12投砾,砾料从投砾阀14流出,并进入过滤器13与最下面一根套管1-1之间的环空中,其充填如图2所示;而携砾液一部分从渗流口4、三通阀16、流量调节阀18及渗流管线19渗流至回流罐22、另一部分经筛管25流入最下面一根套管1-1与投砾管12中的环空,并经溢流管6、集液装置20和集液管线21回流至回流罐22;
通过流量调节阀18调节渗流量,并开动循环泵22,调节循环泵22流量与投砾泵8注入携砾液量平衡;
记录试验参数;
填砾结束后,回收过滤器,拆卸模型系统,结束试验。
可以理解的是,上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考,在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是,在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是指至少两个。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
本发明公开实施例附图中,只涉及到与本公开实施例涉及到的方法,其他方法可参考通常设计,在不冲突情况下,本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合;
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种反向填砾模拟试验装置,包括模型系统、填砾系统和循环系统;
其特征在于:所述模型系统包括模拟套管柱和悬挂在下部第一根套管内的过滤器;所述的填砾系统包括携砾液罐、投砾泵、出液阀、投砾罐或投砾口、压力表、投砾管;所述循环系统包括溢流管、集液装置和集液管线、渗流口、三通阀、压力平衡管、压力表、流量调节阀及渗流管线;
模拟套管柱由套管和管箍通过丝扣一一连接而成;最下部第一根套管的底部通过丝扣与堵头连接并封堵套管柱下部,中部设有一个渗流口,上部通过丝扣与管箍相连;之后套管和管箍依次相连至模拟井口;最上面一根套管的顶端连有井口溢流装置,投砾管和溢流管穿过溢流装置,通过溢流装置密封套管、投砾管及溢流管之间的空间;
填砾系统,携砾液从携砾液罐中经投砾泵、出液阀在投砾罐或投砾口将砾料带出,经投砾管和过滤器将砾料充填至过滤器与第一根套管之间的空间中;
循环系统,三通阀与渗流口、压力平衡管及流量调节阀相连,压力表与压力平衡管底部相连;井口溢流液经溢流管、集液装置和集液管线流入回流罐;井下渗流液依次通过渗流口、三通阀、流量调节阀和渗流管线流入回流罐;回流罐内的回流携砾液经循环泵返回携砾液罐。
2.如权利要求1所述的一种反向填砾模拟试验装置,其特征在于:所述的套管和管箍采用有机玻璃管或聚碳酸酯管。
3.如权利要求1所述的一种反向填砾模拟试验装置,其特征在于:所述过滤器悬挂于最下面一根套管中,其上部位于最下面管箍下方的20-50cm处。
4.如权利要求1所述的一种反向填砾模拟试验装置,其特征在于:所述的模型系统溢流管出水口与井口平齐,用于模拟试验条件下井口携砂液的溢流。
5.如权利要求1所述的一种反向填砾模拟试验装置,其特征在于:所述的压力平衡管与静水位平齐,通过压力表测定井下压力,模拟试验条件下携砾液的渗流损失。
6.如权利要求1所述的一种反向填砾模拟试验装置,其特征在于:所述的反向填砾模拟试验装置还包括升降装置,用于调节填砾系统高度。
7.如权利要求1所述的一种反向填砾模拟试验装置,其特征在于:所述的过滤器包括密封装置、筛管及投砾阀,模拟需评价的过滤器。
8.一种反向填砾模拟试验装置试验方法,其特征在于:步骤如下;
(1)模型系统安装
组装套管柱,将堵头、套管及管箍相连并直立固定;将过滤器与投砾管通过丝扣相连,并通过井下作业机械将过滤器下放至套管底部所需位置,通过筛管上的密封装置将过滤器悬挂在套管上,起出投砾管;装上井口溢流装置;
(2)填砾系统安装
依次连接携砾液罐、投砾泵、出液阀、投砾罐或投砾口、压力表、投砾管;投砾管一一相连,并穿过井口溢流装置下入井内,置于筛管内;
(3)循环系统安装
分别连接溢流管、集液装置和集液管线,渗流口、三通阀、压力平衡管、压力表、流量调节阀及渗流管线,以及回流罐和循环泵;
(4)填砾模拟试验
调节升降装置,在携砾液罐中加入携砾液,准备好砾料;
通过井下机械将投砾管插入投砾阀并打开投砾阀;
开动投砾泵,从投砾罐或投砾口往投砾管投砾,砾料从投砾阀流出,并进入过滤器与套管之间的环空中;而携砾液一部分从渗流口、三通阀、流量调节阀及渗流管线渗流至回流罐、另一部分经筛管流入套管与投砾管中的环空,并经溢流管、集液装置和集液管线回流至回流罐;
通过流量调节阀调节渗流量,并开动循环泵,调节循环泵流量与投砾泵注入携砾液量平衡;
记录试验参数;
填砾结束后,回收过滤器,拆卸模型系统,结束试验。
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