CN115749759A - 油井压裂井筒出砂规律评价装置及评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油井压裂井筒出砂规律评价装置及评价方法，属于油田开发技术领域，评价装置包括套管及内部管体，管体顶部与采出管路相连，套管下部一侧设有与注液管路及温控组件相连的耐压釜，耐压釜内设有填充沙砾的模拟裂缝；利用模拟井筒、油井及带有裂缝的基质地层，实现模拟油井压裂状态下的油井开采，进而模拟井筒出砂；通过计算套管出砂量及沉降砂量所占百分系数、管体口排砂量所占百分系数及模拟裂缝中滞留砂量所占百分系数。本发明能够模拟油井压裂后井筒出砂情况，确定压裂后生产的最佳温度及压力，可减少出砂造成的堵塞致使油井产量降低及其它不可逆的损害，以及减少井筒内设备的磨蚀以及堵塞、地面管线的磨蚀堵塞等损害。

Description

油井压裂井筒出砂规律评价装置及评价方法

技术领域

本发明属于油田开发技术领域，尤其涉及一种油井压裂井筒出砂规律评价装置及评价方法。

背景技术

随着油气探勘以及油田开发技术的迅猛发展，近年来我国越来越多的油气资源被探测并实施开发。与此同时，随着国际石油需求量的持续增大，国际石油形势对于石油天然气的开发提出了更高的要求，油气资源的高效开发利用成为未来我国石油行业面临的首要为题。

我国地缘辽阔，境内的石油和天然气资源有着分布广、储量丰的特点，其中原油储层中疏松的砂岩储层占很大比重，一般都面临着高产砂和高采油成本的严峻挑战。对于油气开发而言，油气储层出砂是指在油气井开发的过程中，由于油气储层内岩石的胶结强度较低，同时由于开发前期的射孔压裂等工艺措施导致储层中靠近井筒地带的岩石层遭到破坏，伴随着地层流体对于岩石层的冲刷，最终导致地层砂粒随地层产出液一同运移的现象。油气储层出砂带来的危害巨大：

首先，地层出砂在油气储层的近井地带，极容易造成流通孔道的堵塞，降低油气的流通性能，随着地层砂在井筒附近的大量聚集，最终造成井眼的堵塞致使油井的产量降低甚至停产，同时在油井长时间生产后，出砂油井的近井地带将会出现大量的地层亏空，在加剧地层出砂的同时还会引起井壁坍塌等不可逆的损害。

其次，通过井筒的大量地层砂在随着产出液运移至地面的过程中，极易造成井筒内设备的磨蚀以及堵塞，致使抽油泵等地下设备失效无法完成抽油工作；最后，大量地层砂颗粒随产液被举升至地面，造成地面管线的磨蚀堵塞，同样会造成油气井的损害。由于压裂对地层的破坏，伴随着地层流体对于岩石层的冲刷，最终导致井筒出砂。

而生产过程中进行油井压裂是常用的方法，所以对油井压裂后井筒出砂规律进行研究是非常有必要的。而目前针对研究井筒出砂规律的评价装置及评价方法仍处于空白，亟需研发。因此，研发一种油井压裂井筒出砂规律评价装置，为油井开采过程中如何避免井筒堵塞提供科学指导。

发明内容

本发明的目的是提供一种油井压裂井筒出砂规律评价装置及评价方法，旨在解决现有技术中无法评价油井压裂后井筒出砂规律，出砂堵塞井筒对油气井造成损害的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种油井压裂井筒出砂规律评价装置，包括用于模拟油井压裂井筒的套管，所述套管内设有用于模拟油管的管体，所述管体的底部与套管内腔连通，所述管体的顶部与采出管路相连，用于模拟采出油井内的液体；所述套管的下部一侧设有用于模拟基质地层的耐压釜，所述耐压釜与注液管路及温控组件相连，用于控制耐压釜内压力及温度；所述耐压釜内设有能够填充不同成分不同含量沙砾的模拟裂缝，能够模拟井筒出砂情况。

优选的，所述采出管路包括采出管、抽液泵和储液箱，所述抽液泵设置于采出管上，所述抽液泵的进口侧的采出管上还设有止回阀和流量计，防止液体回流及便于测量液体流量。

优选的，所述管体的底部设有采出泵及连通管体及套管内腔的流道，方便将套管内的液体抽送至管体内。

优选的，所述管体与套管的顶部通过密封盖相连，所述采出管贯穿密封盖设置。借助密封盖使套管内部形成可以接受高压的密封环境。

优选的，所述耐压釜包括外壳及其内部的模拟基质地层，所述模拟裂缝设置于模拟基质地层的中部；所述外壳的侧壁夹层及模拟裂缝均与温控组件相连；所述注液管路与模拟裂缝连通，所述套管侧壁上设有与模拟裂缝连通的出砂口。

优选的，所述注液管路包括注液管和注液泵，所述注液泵设置于注液管上，所述注液管上还设有设置于注液泵出口端的压力计和止回阀，所述注液泵的进口端与储液箱相连。利用注液泵来控制耐压釜内的压力，使其形成高压环境，用于模拟不同的生产压力。

优选的，所述温控组件包括介质管和电控温水箱，所述介质管上设有流量计、止回阀和介质泵，通过介质泵将电控温水箱内恒温介质输送至外壳的侧壁夹层，用于调节模拟基质地层温度；所述介质管通过多个并联支管与外壳的侧壁夹层连通。

优选的，所述套管及耐压釜均设置于底座上，所述套管与底座为可拆卸连接；所述底座内设有与介质管相连的通道，用于向外壳底部侧壁夹层输送介质。

优选的，所述套管的底部设有沉降槽，用于沉积沙砾；所述沉降槽与套管为可拆卸连接。

本发明还提供一种油井压裂井筒出砂规律评价方法，采用上述油井压裂井筒出砂规律评价装置模拟井筒出砂情况，包括以下步骤：

计算套管出砂量：

式中：μ—粘度，Pa·s；

T—温度，K；

q—流量，m³；

Δp—生产压差，MPa；

R_e—雷诺数；

D—模拟裂缝半径，m；

L—模拟裂缝长度，m；

Q_t—出砂量，m³；

A、B、C—Antoine型方程式中的经验常数；

预先向模拟裂缝中填充的沙砾量为m_s，注液打压后模拟裂缝中滞留砂量为：

m_so＝m_s-m_s1-m_s2

Q_t＝m_s1+m_s2

式中：m_s—放入人工模拟裂缝的总砂量，m³；

m_s1—套管底部沉降槽中沉降砂量，m³；

m_s2—管体口排砂量，m³；

m_so—模拟裂缝中滞留砂量，m³；

沉降槽中沉降砂量所占百分系数：

P₁＝m_s1/m_s×100％

管体口排砂量所占百分系数：

P₂＝m_s2/m_s×100％

模拟裂缝中滞留砂量所占百分系数：

P_o＝m_so/m_s×100％。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过在模拟油井压裂井筒的套管内安装与之内腔连通的管体来模拟油管，将管体顶部与采出管路相连，能够模拟油井开采；在套管一侧安装耐压釜来模拟基质地层，并借助注液管路及温控组件来控制耐压釜内压力及温度；通过在耐压釜的模拟裂缝内填充不同成分不同含量沙砾来模拟油井压裂状态，进而模拟井筒出砂。本发明装置结构简单、操作简单、使用方便、运行稳定、能耗较低，通过模拟油井压裂后井筒出砂情况，确定压裂后生产的最佳温度及压力，可减少出砂造成流通孔道的堵塞、井眼的堵塞致使油井的产量降低甚至停产、油井的近井地带将会出现大量的地层亏空、井壁坍塌等不可逆的损害，以及减少井筒内设备的磨蚀以及堵塞、地面管线的磨蚀堵塞等损害。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例提供的一种油井压裂井筒出砂规律评价装置的结构示意图；

图2是图1中套管与耐压釜的外形图；

图3是图2中套管与耐压釜的内部结构示意图；

图4是图2中耐压釜的外形图；

图5是图3中采出泵的结构示意图；

图6是图1中沉降槽的结构示意图；

图7是图3中外壳的外形图；

图8是图1中底座的外形图；

图中：1-管体，2-套管，3-采出泵，4-沉降槽，5-模拟裂缝，6-模拟基质地层，7-密封盖，8-外壳，9-底座，10-耐压釜，11-采出管，12-流量计，13-止回阀，14-抽液泵，15-储液箱，16-介质管，17-电控温水箱，18-注液管，19-压力计，20-注液泵，21-介质泵；22-介质接口，23-定位槽。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

为了要解决背景技术中的问题，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1-3，本发明提供的一种油井压裂井筒出砂规律评价装置包括用于模拟油井压裂井筒的套管2，所述套管2内设有用于模拟油管的管体1，所述管体1的底部与套管2内腔连通，所述管体1的顶部与采出管路相连，用于模拟采出油井内的液体；所述套管2的下部一侧设有用于模拟基质地层的耐压釜10，所述耐压釜10与注液管路及温控组件相连，用于控制耐压釜10内压力及温度；所述耐压釜10内设有能够填充不同成分不同含量沙砾的模拟裂缝5，能够模拟井筒出砂。采用该方案能够模拟不同生产应力条件下油井压裂后井筒出砂过程，基于压力变化特征、温度变化特征和裂缝中填充物的变化，评价油井压裂后井筒出砂规律，进而制定合理的采出压力，避免堵塞井筒。

在本发明的一个具体实施例中，如图1、5所示，所述采出管路包括采出管11、抽液泵14和储液箱15，所述抽液泵14设置于采出管11上，所述抽液泵14的进口侧的采出管11上还设有止回阀13和流量计12。其中，抽液泵14可采用平流泵，止回阀可避免液体回流；所述管体1的底部设有采出泵3及连通管体1及套管2内腔的流道。通过采出泵将套管内的液体抽至管体内，再通过抽液泵将管体内液体抽送至储液箱内，实现模拟油井开采过程的目的。

具体制作时，如图1-3所示，所述管体1与套管2的顶部通过密封盖7相连，所述采出管11贯穿密封盖7设置。借助密封盖实现管体及套管的密封，模拟井筒和油井的密封状态。

在本发明的一个具体实施例中，如图1、3、4、7所示，所述耐压釜包括外壳8及其内部的模拟基质地层6，所述模拟裂缝5设置于模拟基质地层6的中部；所述外壳8的侧壁夹层及模拟裂缝5均与温控组件相连；所述注液管路与模拟裂缝5连通，所述套管2侧壁上设有与模拟裂缝5连通的出砂口。其中，所述注液管路包括注液管18和注液泵20，所述注液泵20设置于注液管18上，所述注液管18上还设有设置于注液泵20出口端的压力计19和止回阀13，所述注液泵20的进口端与储液箱15相连，可实现试验过程中液体的循环利用，减少废水排放量。具体设计时，注液泵选用平流泵；在模拟裂缝中填充不同成分不同含量的沙砾，可以模拟不同情况的压裂后油井开采；通过注液泵向模拟裂缝中注液，来模拟不同的生产压力，可以模拟不同压力条件下出砂规律。

作为一种优选方案，如图，所述温控组件包括介质管16和电控温水箱17，所述介质管16上设有流量计12、止回阀13和介质泵21，通过介质泵21将电控温水箱17内恒温介质输送至外壳8的侧壁夹层，用于调节模拟基质地层6的温度。具体制作时，介质管16可通过多个并联支管与外壳8的侧壁夹层连通。通过在外壳的侧壁上加工出于介质管相连的介质接口22，方便安装介质管。通过电控温水箱使介质保持试验所需温度，向外壳壁夹层输送设定温度的介质，为耐压釜提供所需的恒定温度环境；或者根据实验需要改变介质温度。

具体制作时，为了确保装置整体稳定可靠，如图1、8所示，所述套管2及耐压釜10均设置于底座9上，所述套管2与底座9为可拆卸连接；所述底座9内设有与介质管16相连的通道，用于向外壳8底部侧壁夹层输送介质。其中，在底座内加工出上方敞口的定位槽23，套管及耐压釜与定位槽采取紧配合，方便对耐压釜及套管安装就位；并在底座的侧壁上预留与内部通道及介质管相连的介质接口22，方便安装介质管。

进一步优化上述计算方案，如图1、6所示，所述套管2的底部设有沉降槽4，用于沉积沙砾；所述沉降槽4与套管2为可拆卸连接。实验完毕拆卸沉降槽，称量其中沙砾质量。

本发明还提供一种油井压裂井筒出砂规律评价方法，采用上述油井压裂井筒出砂规律评价装置模拟井筒出砂情况，包括以下步骤：

计算井筒出砂量：

式中：μ—粘度，Pa·s；

T—温度，K；

q—流量，m³；

Δp—生产压差，MPa；

R_e—雷诺数；

D—模拟裂缝半径，m；

L—模拟裂缝长度，m；

Q_t—出砂量，m³；

A、B、C—Antoine型方程式中的经验常数；

预先向模拟裂缝中填充的沙砾量为m_s，注液打压后模拟裂缝中滞留砂量为：

m_so＝m_s-m_s1-m_s2

Q_t＝m_s1+m_s2

式中：m_s—放入人工模拟裂缝的总砂量，m³；

m_s1—套管底部沉降槽中沉降砂量，m³；

m_s2—管体口排砂量，m³；

m_so—模拟裂缝中滞留砂量，m³；

沉降槽中沉降砂量所占百分系数：

P₁＝m_s1/m_s×100％

管体口排砂量所占百分系数：

P₂＝m_s2/m_s×100％

模拟裂缝中滞留砂量所占百分系数：

P_o＝m_so/m_s×100％。

采用上述试验步骤可通过称量落入套管内的沙砾质量来模拟井底出砂量，来比较不同开采条件下的出砂特性及出砂规律，实现不同生产条件下油井压裂后井筒出砂规律研究。

综上所述，本发明具有结构简单、操作简单、使用方便、运行稳定、能耗较低的优点，通过模拟储层在指定砂砾成分、温度以及压力条件下的井筒出砂情况，根据多次实验确定压裂后生产的最佳温度及压力，分析油井压裂条件下井筒出砂特性及规律，减少出砂造成流通孔道的堵塞、井眼的堵塞致使油井的产量降低甚至停产、油井的近井地带将会出现大量的地层亏空、井壁坍塌等不可逆的损害，以及造成井筒内设备的磨蚀以及堵塞、地面管线的磨蚀堵塞等现象，确保开采过程顺利无故障。

在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (10)

1.一种油井压裂井筒出砂规律评价装置，其特征在于：包括用于模拟油井压裂井筒的套管，所述套管内设有用于模拟油管的管体，所述管体的底部与套管内腔连通，所述管体的顶部与采出管路相连，用于模拟采出油井内的液体；所述套管的下部一侧设有用于模拟基质地层的耐压釜，所述耐压釜与注液管路及温控组件相连，用于控制耐压釜内压力及温度；所述耐压釜内设有能够填充不同成分不同含量沙砾的模拟裂缝，能够模拟井筒出砂。

2.根据权利要求1所述的油井压裂井筒出砂规律评价装置，其特征在于：所述采出管路包括采出管、抽液泵和储液箱，所述抽液泵设置于采出管上，所述抽液泵的进口侧的采出管上还设有止回阀和流量计。

3.根据权利要求2所述的油井压裂井筒出砂规律评价装置，其特征在于：所述管体的底部设有采出泵及连通管体及套管内腔的流道。

4.根据权利要求2所述的油井压裂井筒出砂规律评价装置，其特征在于：所述管体与套管的顶部通过密封盖相连，所述采出管贯穿密封盖设置。

5.根据权利要求2所述的油井压裂井筒出砂规律评价装置，其特征在于：所述耐压釜包括外壳及其内部的模拟基质地层，所述模拟裂缝设置于模拟基质地层的中部；所述外壳的侧壁夹层及模拟裂缝均与温控组件相连；所述注液管路与模拟裂缝连通，所述套管侧壁上设有与模拟裂缝连通的出砂口。

6.根据权利要求5所述的油井压裂井筒出砂规律评价装置，其特征在于：所述注液管路包括注液管和注液泵，所述注液泵设置于注液管上，所述注液管上还设有设置于注液泵出口端的压力计和止回阀，所述注液泵的进口端与储液箱相连。

7.根据权利要求5所述的油井压裂井筒出砂规律评价装置，其特征在于：所述温控组件包括介质管和电控温水箱，所述介质管上设有流量计、止回阀和介质泵，通过介质泵将电控温水箱内恒温介质输送至外壳的侧壁夹层，用于调节模拟基质地层温度。

8.根据权利要求7所述的油井压裂井筒出砂规律评价装置，其特征在于：所述套管及耐压釜均设置于底座上，所述套管与底座为可拆卸连接；所述底座内设有与介质管相连的通道，用于向外壳底部侧壁夹层输送介质。

9.根据权利要求2所述的油井压裂井筒出砂规律评价装置，其特征在于：所述套管的底部设有沉降槽，用于沉积沙砾；所述沉降槽与套管为可拆卸连接。

10.一种油井压裂井筒出砂规律评价方法，其特征在于，采用如权利要求2-9任一项所述的油井压裂井筒出砂规律评价装置模拟井筒出砂情况，包括以下步骤：

计算套管出砂量：

式中：μ—粘度，Pa·s；

T—温度，K；

q—流量，m³；

Δp—生产压差，MPa；

R_e—雷诺数；

D—模拟裂缝半径，m；

L—模拟裂缝长度，m；

Q_t-出砂量，m³；

A、B、C-Antoine型方程式中的经验常数；

预先向模拟裂缝中填充的沙砾量为m_s，注液打压后模拟裂缝中滞留砂量为：

m_s0＝m_s-m_s1-m_s2

Q_t＝m_s1+m_s2

式中：m_s-放入人工模拟裂缝的总砂量，m³；

m_s1-套管底部沉降槽中沉降砂量，m³；

m_s2-管体口排砂量，m³；

m_so-模拟裂缝中滞留砂量，m³；

沉降槽中沉降砂量所占百分系数：

P₁＝m_s1/m_s×100％

管体口排砂量所占百分系数：

P₂＝m_s2/m_s×100％

模拟裂缝中滞留砂量所占百分系数：

P₀＝m_s0/m_s×100％。

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