CN112922558A - 一种可视化实验装置 - Google Patents

Abstract

本文提供了一种可视化实验装置，用于模拟水平井化学封隔；可视化实验装置包括：套管，套管上设置有可视区；筛管，位于套管内，套管和筛管之间形成环空；和具有插入孔的位置调整装置，安装在套管的端部，筛管安装在位置调整装置上，插入孔与筛管的内部相通，位置调整装置用于调整筛管在套管内的径向位置。该可视化实验装置，可模拟水平井在受重力因素和岩屑床的影响下出现的多种偏心环空情况，并通过进行化学封隔体系堵水实验，观察筛管在不同偏心位移下环空中的化学封隔体系流动状态和填充过程,同时可以检测化学封隔体系对筛管在不同种偏心量位移下形成的不同种偏心环空的封堵适应性和封堵作用效果。

Description

一种可视化实验装置

技术领域

本文涉及石油设备技术领域，更具体地，涉及一种可视化实验装置。

背景技术

我国油田水平井最常用的完井方式为筛管完井法，这种方法的优点在于不但可以一定程度上尽可能的增大产量，还可以起到防砂的作用。由于水平井生产层段的环空(筛管和井壁之间形成环空)是不间断且完全紧密连接在一起的，在关于堵水方面，由于实际情况中油田水平井的所有井眼的形状是随机的，并不是按照特定的规则进行设置的，因此筛管外虽然设置有封隔器，但并不能完全将环空完全密封填堵，还会有孔隙存在，因此水平井仍然存在出水问题。

环空化学封隔法是一种切实有效的堵水方法，其原理主要是基于在精确定位出水层位置的基础上，通过连续油管向水平井内部填充适当的化学封隔材料，经过一段时间后进而形成堵水凝胶，从而实现堵水的效果。在随意注入油气产层的情况下，能够最大程度的降低其风险程度，提高井下堵水作业的效果，进而保证油气开发的作业效率。

然而，水平井的斜井段和水平段受重力因素和岩屑床的影响，会导致筛管和连续油管在水平井中处于偏心的位置(此时筛管和井壁之间形成偏心环空)。由于偏心环空和同心环空中流体的波动压力不同，连续油管偏心引起的化学封隔体系分布的不均匀和局部滞留，制约了水平井化学封隔的质量和堵水效果的成败。

发明内容

本发明实施例提供了一种可视化实验装置，通过模拟水平井化学封隔，能够准确地评价水平井偏心环空中化学封隔体系流动的规律以及填充效果，从而可以更好地保证水平井化学封隔的质量和堵水效果。

本发明实施例提供的可视化实验装置，用于模拟水平井化学封隔；所述可视化实验装置包括：套管，所述套管上设置有可视区；筛管，位于所述套管内，所述套管和所述筛管之间形成环空；和具有插入孔的位置调整装置，安装在所述套管的端部，所述筛管安装在所述位置调整装置上，所述插入孔与所述筛管的内部相通，所述位置调整装置用于调整所述筛管在所述套管内的径向位置。

在一示例性实施例中，所述位置调整装置包括：安装座，安装在所述套管的端部，所述安装座上设置有避让孔；和调整板，可径向移动地安装在所述安装座上，所述插入孔位于所述调整板上、并与所述避让孔对应设置，所述筛管的端部穿过所述避让孔安装在所述调整板上。

在一示例性实施例中，所述安装座包括：架板，安装在所述套管的端部，所述架板上设置有第一避让孔；和导向板，安装在所述架板上、并覆盖所述第一避让孔，所述调整板可径向移动地安装在所述导向板上，所述导向板上设置有第二避让孔，所述第一避让孔与所述第二避让孔对应设置，所述避让孔包括所述第一避让孔和所述第二避让孔。

在一示例性实施例中，所述导向板上设置有导向槽，所述第二避让孔位于所述导向槽的底壁上，所述调整板可径向移动地安装在所述导向槽内。

在一示例性实施例中，所述安装座上设置有锁定结构，所述锁定结构用于在所述安装座上锁定和解锁所述调整板。

在一示例性实施例中，所述安装座上设置有用于驱动所述调整板径向移动的调节齿轮，所述调整板上设置有配合轮齿，所述调节齿轮与所述配合轮齿相啮合。

在一示例性实施例中，所述调整板上所述配合轮齿处设置有刻度标识。

在一示例性实施例中，所述安装座上设置有通气管，所述调整板上设置有让位孔，所述通气管穿过所述让位孔伸出所述调整板。

在一示例性实施例中，所述调整板的朝向所述套管的侧面设置有安装槽，所述筛管的端部插入所述安装槽内，所述插入孔位于所述安装槽的底壁上、并与所述套管同轴设置。

在一示例性实施例中，所述可视化实验装置还包括：供应管，自所述插入孔伸入所述筛管内；和两个封隔器，轴向相间隔地套装在所述供应管上，所述供应管侧壁上的出料口位于两个所述封隔器之间，所述供应管的进料口位于所述筛管外。

在一示例性实施例中，所述位置调整装置包括两个，两个所述位置调整装置安装在所述套管的两端，所述筛管的两端对应固定在两个所述位置调整装置上。

本发明实施例提供的可视化实验装置，可模拟水平井在受重力因素和岩屑床的影响下出现的多种偏心环空情况，并通过进行化学封隔体系堵水实验，观察筛管在不同偏心位移下环空中的化学封隔体系流动状态和填充过程，同时可以检测化学封隔体系对筛管在不同种偏心量位移下形成的不同种偏心环空的封堵适应性和封堵作用效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明一实施例所述的可视化实验装置的主视结构剖视示意图；

图2为图1所示可视化实验装置的左视结构示意图；

图3为图2中调整板的主视结构示意图；

图4为图2中安装座的主视结构示意图；

图5为图4中架板的主视结构示意图。

其中，图1至图5中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100套管，110偏心环空，200筛管，300位置调整装置，310调整板，311插入孔，312凸出板，313配合轮齿，314刻度标识，315让位孔，320架板，321第一避让孔，322通气管，330导向板，331第二避让孔，332导向槽，333锁定螺钉，334调节齿轮，400供应管，410出料口，420进料口，500封隔器，600连接螺杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明实施例提供的可视化实验装置，如图1和图2所示，用于模拟水平井化学封隔；可视化实验装置包括：套管100，套管100上设置有可视区；筛管200，位于套管100内，套管100和筛管200之间形成环空(套管100与筛管200的轴线不重合时形成偏心环空110，套管100与筛管200的轴线重合时形成同心环空)；和具有插入孔311的位置调整装置300，安装在套管100的端部，筛管200安装在位置调整装置300上，插入孔311与筛管200的内部相通，位置调整装置300用于调整筛管200在套管100内的径向位置。

该可视化实验装置，可模拟水平井在受重力因素和岩屑床的影响下出现的多种偏心环空情况，并通过进行化学封隔体系堵水实验，观察筛管200在不同偏心位移下形成的环空中的化学封隔体系流动状态和填充过程,同时可以检测化学封隔体系对筛管200在不同种偏心量位移下形成的不同种偏心环空的封堵适应性和封堵作用效果。

该可视化实验装置模拟水平井化学封隔实验过程如下：

如图1所示，将供应管400自插入孔311伸入筛管200内，两个封隔器500轴向相间隔地封隔在供应管400和筛管200之间，同时使供应管400的出料口位于两个封隔器500之间；根据实验要求，调整供应管400和筛管200在套管100内的径向位置、并以设定倾斜角度固定可视化实验装置；将配置好的化学封隔体系按照实验需求的注入速度，通过供应管400注入，由供应管400的出料口进入两个封隔器500之间的环形空间内，化学封隔体系再透过筛管200进入环空中；观察记录化学封隔体系在环空中的流动状态以及填充情况，从而获得水平井环空中化学封隔体系流动的规律以及填充效果；再将可视化实验装置放入恒温箱中恒温加热，待化学封隔体系凝固后，检测化学封隔体系的密封质量与密封强度，从而获得水平井化学封隔的质量和堵水效果。

其中，如图2至图4所示，位置调整装置300包括：安装座，安装在套管100的端部，安装座上设置有避让孔；和调整板310，可径向移动地安装在安装座的背向套管100的一侧，插入孔311位于调整板310上、并与避让孔轴向相对，筛管200的端部穿过避让孔安装在调整板310上，避让孔对筛管200进行避让，防止调整板310干涉筛管200径向移动。

再者，如图2至图5所示，安装座包括：架板320，密封安装在套管100的端部(防止套管100的端部和架板320之间的缝隙处漏气)，架板320上设置有第一避让孔321；和导向板330，安装在架板320上、并覆盖第一避让孔321，调整板310可径向移动地安装在导向板330上，导向板330上设置有第二避让孔331，第一避让孔321与第二避让孔331轴向相对，避让孔包括第一避让孔321和第二避让孔331。其中，架板320设置为法兰环，导向板330与法兰盘密封配合，防止第一避让孔321的孔壁与导向板330之间的缝隙处漏气。

进一步地，如图2至图4所示，导向板330上设置有导向槽332，第二避让孔331位于导向槽332的底壁上，调整板310可径向移动地安装在导向槽332内，导向槽332设置为T形通槽或燕尾通槽，调整板310可径向移动地插装在导向槽332内，导向槽332在调整板310进行径向移动时起到导向的作用。第二避让孔331可以设置为腰型孔或椭圆形孔。

再进一步地，如图2和图4所示，导向槽332上设置有锁定结构，锁定结构设置为锁定螺钉333，锁定螺钉333旋装在导轨槽的槽壁、并以压持的方式固定住导向板330，实现在导向板330上锁定住调整板310，使调整板310能够保持定位在经过调整后的某一径向位置处。拧松锁定螺钉333来松开调整板310，调整板310被解锁，此时可对调整板310的径向位置再次进行调整。

再进一步地，如图2至图4所示，导向槽332的径向一端设置有用于驱动调整板310径向移动的调节齿轮334，调整板310的一端设置有凸出板312，凸出板312上设置有配合轮齿313，调节齿轮334与配合轮齿313相啮合，转动调节齿轮334可对调整板310的径向位置进行调整。

再进一步地，如图2和图3所示，调整板310上配合轮齿313处设置有刻度标识314，参照刻度标识314来对调整板310的径向位置进行调整，调整后的调整板310的位置更准确，这样可视化实验装置模拟水平井化学封隔实验过程也就更精准。刻度标识314的刻度范围可以是-amm～amm(如a设置为100或150等，精度可以设置为0.1mm，这样可以更精确地计算筛管200的偏心量，模拟不同的偏心环空110情况)。其中，调整到刻度标识314上0刻度位置时，筛管200的轴线与套管100的轴线重合，即径向上筛管200处于套管100的正中间。

具体地，如图2至图5所示，架板320上设置有通气管322，调整板310上设置有让位孔315，通气管322穿过让位孔315伸出调整板310，让位孔315避让开通气管322，防止通气管322干涉调整板310进行径向位置调整。任一位置调整装置300上，通气孔322周向间隔180度设置两个。

具体地，如图3所示，调整板310的朝向套管100的侧面设置有安装槽(图3中虚线位置)，筛管200的端部插入安装槽内，更好地在调整板310上固定住筛管200，防止筛管200和调整板310相对移动。插入孔311位于安装槽的底壁上、并与套管100同轴设置，以此来保证供应管400和套管100的同轴度。

具体地，如图1所示，可视化实验装置还包括：供应管400，自插入孔311伸入筛管200内，且供应管400与调整板310密封配合，防止插入孔311的孔壁和供应管400之间的缝隙处漏气；和两个封隔器500，轴向相间隔地套装在供应管400上，供应管400侧壁上的出料口410位于两个封隔器500之间，供应管400的进料口420位于套管100外。

其中，如图1所示，套管100设置为有机透明玻璃管(整个套管100均可视)，筛管200设置为绕丝筛管200(绕丝筛管200的精度可以根据实际需要进行合理选择)，供应管400为连续油管。

具体地，如图1和图2所示，位置调整装置300包括对称设置的两个，两个位置调整装置300安装在套管100的两端，筛管200的两端对应固定在两个位置调整装置300上。两个位置调整装置300分别利用调节齿轮334调节调整板310，使得环空成偏心环空110，利用刻度标识314直观确定筛管200在套管100内的偏心量数据。套管100两端的位置调整装置300可同时进行调节，也可以单一进行调节，能够实现模拟筛管300有倾斜角度的偏心环空110。两个位置调整装置300中的一个上设有插入孔311、第一避让孔321和第二避让孔331，两个位置调整装置300中的另一个上未设有插入孔、第一避让孔和第二避让孔。

如图1、图2、图4和图5所示，标号600为连接螺杆，连接螺杆600周向间隔设置3～6个，均可实现本申请的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，在此不再赘述，均应属于本申请的保护范围内。

将可视化实验装置放入恒温箱中恒温加热，待化学封隔体系凝固后，通过一端的通气管322向可视化实验装置中进行泵气，以此来检测(可视化实验装置中)化学封隔体系的密封质量与密封强度(即：检测方法为观察另一侧的通气管322是否漏气)，从而获得水平井化学封隔的质量和堵水效果。较好地，通气管322上可以设置能够打开和关断的开关件(图中未示出)，开关件可以是手控阀或电控阀等。化学封隔体系为牛顿流体。

该可视化实验装置具备结构简单，设计合理且安装布设方便，使用操作简单，便于实现，投入成本低，模拟效果好等的优点，通过模拟水平井中形成的偏心环空，能够直接观测化学封隔体系注入后的流动、填充状态以及封堵效果，对评价化学封隔体系参数优化具有指导意义。

综上所述，本发明实施例提供的可视化实验装置，可模拟水平井在受重力因素和岩屑床的影响下出现的多种偏心环空情况，并通过进行化学封隔体系堵水实验，观察筛管在不同偏心位移下环空中的化学封隔体系流动状态和填充过程,同时可以检测化学封隔体系对筛管多种复杂偏心量位移下环空封堵的适应性和作用效果。

在本发明中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”等指示的方位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和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、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。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (10)

1.一种可视化实验装置，用于模拟水平井化学封隔；其特征在于，包括：

套管，所述套管上设置有可视区；

筛管，位于所述套管内，所述套管和所述筛管之间形成环空；和

具有插入孔的位置调整装置，安装在所述套管的端部，所述筛管安装在所述位置调整装置上，所述插入孔与所述筛管的内部相通，所述位置调整装置用于调整所述筛管在所述套管内的径向位置。

2.根据权利要求1所述的可视化实验装置，其特征在于，所述位置调整装置包括：

安装座，安装在所述套管的端部，所述安装座上设置有避让孔；和

调整板，可径向移动地安装在所述安装座上，所述插入孔位于所述调整板上、并与所述避让孔对应设置，所述筛管的端部穿过所述避让孔安装在所述调整板上。

3.根据权利要求2所述的可视化实验装置，其特征在于，所述安装座包括：

架板，安装在所述套管的端部，所述架板上设置有第一避让孔；和

导向板，安装在所述架板上、并覆盖所述第一避让孔，所述调整板可径向移动地安装在所述导向板上，所述导向板上设置有第二避让孔，所述第一避让孔与所述第二避让孔对应设置，所述避让孔包括所述第一避让孔和所述第二避让孔。

4.根据权利要求3所述的可视化实验装置，其特征在于，所述导向板上设置有导向槽，所述第二避让孔位于所述导向槽的底壁上，所述调整板可径向移动地安装在所述导向槽内。

5.根据权利要求2所述的可视化实验装置，其特征在于，所述安装座上设置有锁定结构，所述锁定结构用于在所述安装座上锁定和解锁所述调整板。

6.根据权利要求2所述的可视化实验装置，其特征在于，所述安装座上设置有用于驱动所述调整板径向移动的调节齿轮，所述调整板上设置有配合轮齿，所述调节齿轮与所述配合轮齿相啮合。

7.根据权利要求6所述的可视化实验装置，其特征在于，所述调整板上所述配合轮齿处设置有刻度标识。

8.根据权利要求2所述的可视化实验装置，其特征在于，

所述安装座上设置有通气管，所述调整板上设置有让位孔，所述通气管穿过所述让位孔伸出所述调整板；

所述调整板的朝向所述套管的侧面设置有安装槽，所述筛管的端部插入所述安装槽内，所述插入孔位于所述安装槽的底壁上、并与所述套管同轴设置。

9.根据权利要求1所述的可视化实验装置，其特征在于，还包括：

供应管，自所述插入孔伸入所述筛管内；和

两个封隔器，轴向相间隔地套装在所述供应管上，所述供应管侧壁上的出料口位于两个所述封隔器之间，所述供应管的进料口位于所述筛管外。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的可视化实验装置，其特征在于，所述位置调整装置包括两个，两个所述位置调整装置安装在所述套管的两端，所述筛管的两端对应固定在两个所述位置调整装置上。

Images