CN116498279A - 模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统及方法。该系统包括反应釜、气体驱替与控制系统、轴压伺服控制系统和气液固分离系统；反应釜中，模拟井筒、模拟储层和高渗可压缩层由中部向外周层叠设置，不透气片覆盖在模拟井筒及模拟储层的顶部上，透水透气层设置在高渗可压缩层和不透气片的上表面上，活塞设置在透水透气层的顶部上且与反应容器之间具有施压空间；气体驱替与控制系统用于向透水透气层注入实验气体；轴压伺服控制系统用于向施压空间注液；气液固分离系统用于分离实验产出物。本发明能够探究储层气藏开采过程中储层气液固产出的演化规律，最终探明高泥质含量弱胶结储层出砂机理及气液固运移规律。

Description

模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统及方法

技术领域

本发明涉及油气开发技术领域，特别涉及一种模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统及方法。

背景技术

浅层气是指埋藏深度比较浅（一般在1500米以内）、储量比较小的各类天然气资源，主要包括生物气、油型气、煤层甲烷气、水溶气等。为了提高国家能源储备，目前浅层气的开采在能源开采中不断被重视。然而由于储层主要为泥质粉砂地层，埋藏深度浅，胶结程度差，在开采阶段易发生出砂情况，随着浅层气开采的发展，泥质粉砂储层出砂机理逐渐被重视。

对于弱胶结砂岩的储层而言，出砂的根本原因在于开采过程中储层结构的破坏，导致沉积物颗粒间胶结强度弱化，砂泥在气-水渗流过程中逐渐被携带产出。浅层气不同于常规油气，相变复杂，储层结构易溃散，出砂严重，区域滑坡风险大。高束缚水、高泥质含量的特点会导致泥质粉砂储层生产测试过程出砂机理更为复杂。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，能够探究储层气藏开采过程中地层气液固产出的演化规律，最终探明高泥质含量弱胶结储层出砂机理及气液固运移规律。

根据本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，包括：

反应釜，所述反应釜包括反应容器、模拟井筒、模拟储层、高渗可压缩层、不透气片、透水透气层、活塞、温压检测器和位移检测器；所述模拟井筒的侧壁上设有孔眼，所述模拟井筒、所述模拟储层和所述高渗可压缩层在所述反应容器内由中部向外周层叠设置，所述不透气片覆盖在所述模拟井筒的顶部及所述模拟储层的顶部上，所述不透气片与所述模拟井筒的顶部贴合，所述不透气片与所述模拟井筒正对的部位表面上设有避让凹槽，所述透水透气层贴合地设置在所述高渗可压缩层的顶部和所述不透气片的上表面上，所述活塞贴合地设置在所述透水透气层的顶部上，所述活塞与所述反应容器之间具有施压空间，所述温压检测器分布在所述模拟储层中，所述位移检测器设置在所述活塞上；

气体驱替与控制系统，所述气体驱替与控制系统用于向所述透水透气层注入实验气体；

轴压伺服控制系统，所述轴压伺服控制系统用于向所述施压空间注液，以对活塞施加向下的轴向力，模拟上覆地应力；

气液固分离系统，所述气液固分离系统与所述模拟井筒底部相连，用于进行实验产出物的气液固分离。

根据本发明实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，在模拟气藏开采实验时，通过轴压伺服控制系统向施压空间注液，对活塞施加向下的轴向力，模拟上覆地应力；基于流速等效原则，依据实际储层产气量计算实验所需的气体流量，调节气体驱替与控制系统的流量至计算得到的实验所需的气体流量，气体驱替与控制系统供给的实验气体依次通过透水透气层、高渗可压缩层，从径向流入模拟储层中，模拟产气过程中气体从远井端向近井端的径向运移过程，并将携带产出的液固物质经模拟井筒上的孔眼汇集到模拟井筒中；气体驱替出砂实验的过程中，通过位移检测器实时获取模拟储层整体沉降情况，通过温压检测器实时获取模拟储层中的温度压力分布情况；每一段时间的气体驱替后，停止气体驱替与控制系统的注气和轴压伺服控制系统的注液，开启气液固分离系统，进行实验产出物的气液固分离，并进行出砂量及出砂粒径分布的测量分析。通过获得出砂速度、出砂粒径、出砂矿物成分等可以探明高泥质含量弱胶结储层出砂机理，通过获得储层温度压力场、出砂量、产气量、产水量等可以探明高泥质含量弱胶结储层内气液固运移规律。

本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，具有如下的优点：第一、基于等比例原则，依据反应容器内壁和模拟井筒的尺寸参数，实现对实际浅层气储层井周地区的大范围实验模拟，也就是说，反应容器的内壁和模拟井筒的尺寸足够大，可实现对实际浅层气储层井周地区的大范围实验模拟；第二、基于气体流速等效原则，通过改变实验气体流量模拟实际生产时不同气体流量条件下的储层出砂情况；第三、利用透水透气层、高渗可压缩层和不透气片，模拟实际储层内的流体可进行径向流，实现模拟实际储层中远井端向近井端气液固运移的情况；第四、可通过改变模拟井筒，模拟不同的完井方式及防砂精度条件下的出砂情况。总之，本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，通过对反应釜与气体驱替与控制系统、轴压伺服控制系统和气液固分离系统的整合应用，能够获取不同注气流量、储层性质、完井方式条件下储层产砂量、产砂速度情况，探究泥质粉砂储层气藏开采过程中储层气液固产出的演化规律，最终探明高泥质含量弱胶结储层出砂机理及气液固运移规律。

在一些实施例中，所述高渗可压缩层为高渗砾石层。

在一些实施例中，所述透水透气层为透水石层。

在一些实施例中，所述温压检测器在所述模拟储层中沿周向及径向间隔均匀地分布，且在所述模拟储层中径向由外向内的方向上，所述温压检测器的高度依次降低。

在一些实施例中，所述反应釜还包括注气接口、注液接口、位移检测器连线口和气液固出口，所述注气接口的上端设置在所述反应容器的顶壁上且和所述气体驱替与控制系统相连，所述注气接口的下端设置在所述活塞的中部且延伸至所述透水透气层的顶部处，所述注液接口设置在所述反应容器的顶壁上且和所述轴压伺服控制系统相连，所述位移检测器连线口设置在所述反应容器的顶壁上，用于供所述位移检测器的导线穿过，使所述位移监测器的导线与位于所述反应容器外的位移信号接收器相连，所述气液固出口设置在所述反应容器的底壁上且和所述气液固分离系统相连。

在一些实施例中，所述气体驱替与控制系统包括气体循环装置、进气管、流量控制元件、单向阀、第一开关和第一压力传感器，所述进气管连接在所述气体循环装置与所述反应釜之间，所述流量控制元件、所述单向阀、所述第一开关和所述第一压力传感器自所述进气管的上游至下游方向上依次设置在所述进气管上。

在一些实施例中，所述轴压伺服控制系统包括压力液容器、进液管、液体恒流泵、流量计、第二压力传感器和第二开关，所述进液管连接于所述压力液容器与所述反应釜之间，所述液体恒流泵、所述流量计、所述第二压力传感器和所述第二开关自所述进液管的上游至下游方向上依次设置在所述进液管上。

在一些实施例中，所述气液固分离系统包括输送管、第三压力传感器、第三开关、固体分离装置、过滤器、背压阀和气液分离器，所述输送管连接在所述反应釜与所述气体循环装置之间，所述第三压力传感器、所述第三开关、所述固体分离装置、所述过滤器、所述背压阀和所述气液分离器自所述输送管的上游至下游方向上依次设置在所述输送管上。

在一些实施例中，所述反应容器的底部上表面上设有锥形口，所述锥形口的上端与所述模拟井筒的底部相连，所述锥形口的下端与所述气液固出口相连。

本发明第二方面还提出了一种模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验方法。

根据本发明第二方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验方法，包括如下步骤：

S1：搭建如本发明第一方面实施例所述的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，通过所述轴压伺服控制系统向所述施压空间注液，对所述活塞施加向下的轴向力，模拟上覆地应力；

S2：通过所述气体驱替与控制系统将实验气体充填至所述模拟储层的孔隙中，模拟实际地层的赋存环境；

S3：基于流速等效原则，依据实际地层产气量计算实验所需的气体流量，调节所述气体驱替与控制系统的流量至计算得到的实验所需的气体流量，所述气体驱替与控制系统供给的实验气体依次通过所述透水透气层、所述高渗可压缩层，从径向流入所述模拟储层中，模拟产气过程中气体从远井端向近井端的径向运移过程，并将携带产出的液固物质汇集到所述模拟井筒中；

S4：气体驱替出砂实验的过程中，通过所述位移检测器实时获取所述模拟储层整体沉降情况，通过所述温压检测器实时获取所述模拟储层中的温度压力分布情况；气液固产出物流经所述气液固分离系统进行分离；

S5：每一段时间的气体驱替后，停止所述气体驱替与控制系统的注气，关闭所述反应釜与所述气液固分离系统之间的出口，开启所述气液固分离系统，进行实验产出物的气液固分离，并进行出砂量及出砂粒径分布的测量分析。

本发明第二方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验方法，具有如下的优点：第一、基于等比例原则，依据反应容器内壁和模拟井筒的尺寸参数，实现对实际浅层气储层井周地区的大范围实验模拟，也就是说，反应容器的内壁和模拟井筒的尺寸足够大，可实现对实际浅层气储层井周地区的大范围实验模拟；第二、基于气体流速等效原则，通过改变实验气体流量模拟实际生产时不同气体流量条件下的储层出砂情况；第三、利用透水透气层、高渗可压缩层和不透气片，模拟实际储层内的流体可进行径向流，实现模拟实际储层中远井端向近井端气液固运移的情况；第四、可通过改变模拟井筒，模拟不同的完井方式及防砂精度条件下的出砂情况。总之，本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，通过对反应釜与气体驱替与控制系统、轴压伺服控制系统和气液固分离系统的整合应用，能够获取不同注气流量、储层性质、完井方式条件下储层产砂量、产砂速度情况，探究泥质粉砂储层气藏开采过程中储层气液固产出的演化规律，最终探明高泥质含量弱胶结储层出砂机理及气液固运移规律。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统结构示意图；

图2为本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统的反应釜的结构示意图；

图3为本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统的反应釜中气体流入模拟储层的方向示意图；

图4为本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统的反应釜模拟储层内温压检测布置截面图。

附图标记

反应釜1；反应容器101；锥形口1011；环形壳体1012；上法兰盘1013；下法兰盘1014；模拟井筒102；模拟储层103；高渗可压缩层104；不透气片105；避让凹槽1051；透水透气层106；活塞107；温压检测器108；位移检测器109；施压空间110；注气接口111；注液接口112；位移检测器连线口113；气液固出口114；气体驱替与控制系统2；气体循环装置201；进气管202；流量控制元件203；单向阀204；第一开关205；第一压力传感器206；轴压伺服控制系统3；压力液容器301；进液管302；液体恒流泵303；流量计304；第二压力传感器305；第二开关306；气液固分离系统4；输送管401；第三压力传感器402；第三开关403；固体分离装置404；第一阀门4041；过滤器405；背压阀406；气液分离器407；第二阀门4071；位移信号接收器5。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图4来描述本发明实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统及方法。

如图1至图4所示，本发明第一方面提出了在一种模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统。

根据本发明实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，包括反应釜1、气体驱替与控制系统2、轴压伺服控制系统3和气液固分离系统4。

其中，反应釜1包括反应容器101、模拟井筒102、模拟储层103、高渗可压缩层104、不透气片105、透水透气层106、活塞107、温压检测器108和位移检测器109。模拟井筒102的侧壁上设有孔眼（图中未示出）。模拟井筒102、模拟储层103和高渗可压缩层104在反应容器101内由中部向外周层叠设置，也就是说，模拟井筒102设置在反应容器101的中部位置，模拟储层103设置在模拟井筒102的外周壁上，高渗可压缩层104设置在模拟储层103的外周壁与反应容器101的内周壁之间，高渗可压缩层104具有可透气透水且可被压缩的特点。不透气片105具有不透水、不透气的特点，可以为金属材质或其他材质；不透气片105覆盖在模拟井筒102的顶部及模拟储层103的顶部上，不透气片105与模拟井筒102的顶部贴合，不透气片105与模拟井筒102正对的部位表面上设有避让凹槽1051。透水透气层106能够透水透气且具有一定的强度能够传递压力，透水透气层106贴合地设置在高渗可压缩层104的顶部和不透气片105的上表面上，活塞107贴合地设置在透水透气层106的顶部上，活塞107与反应容器101之间具有施压空间110，温压检测器108分布在模拟储层103中，位移检测器109设置在活塞107上。

气体驱替与控制系统2用于向透水透气层106注入实验气体，该实验气体通常为高压气体。

轴压伺服控制系统3用于向施压空间110注液，以对活塞107施加向下的轴向力，模拟上覆地应力。

气液固分离系统4与模拟井筒102底部相连，用于进行实验产出物的气液固分离。

需要说明的是，本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统中，模拟井筒102上的孔眼用于在模拟气藏开采实验过程模拟储层103内气液固运移物质汇聚于井筒中，模拟井筒102可拆卸，通过更换不同参数的模拟井筒102来模拟不同完井防砂方式；通过透水透气层106、高渗可压缩层104和不透气片105的配合设计，可实现实验气体从径向注入模拟储层103，模拟实际远井端与近井端的气液运移，还原气藏开采时储层内气液的流动；不透气片105上的避让凹槽1051用于在模拟气藏开采实验过程中消除模拟储层103沉降时模拟井筒102对透水透气层106及活塞107的支撑作用，以保证活塞107与模拟储层103的沉降量相同。

根据本发明实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，在模拟气藏开采实验时，通过轴压伺服控制系统3向施压空间110注液，对活塞107施加向下的轴向力，模拟上覆地应力；基于流速等效原则，依据实际储层产气量计算实验所需的气体流量，调节气体驱替与控制系统2的流量至计算得到的实验所需的气体流量，气体驱替与控制系统2供给的实验气体依次通过透水透气层106、高渗可压缩层104，从径向流入模拟储层103中，模拟产气过程中气体从远井端向近井端的径向运移过程（参见图3中由高渗可压缩层104指向模拟储层103的径向箭头），并将携带产出的液固物质经模拟井筒102上的孔眼汇集到模拟井筒102中；气体驱替出砂实验的过程中，通过位移检测器109实时获取模拟储层103整体沉降情况，通过温压检测器108实时获取模拟储层103中的温度压力分布情况；每一段时间的气体驱替后，停止气体驱替与控制系统2的注气和轴压伺服控制系统3的注液，开启气液固分离系统4，进行实验产出物的气液固分离，并进行出砂量及出砂粒径分布的测量分析。通过获得出砂速度、出砂粒径、出砂矿物成分等可以探明高泥质含量弱胶结储层出砂机理，通过获得储层温度压力场、出砂量、产气量、产水量等可以探明高泥质含量弱胶结储层内气液固运移规律。

本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，具有如下的优点：第一、基于等比例原则，依据反应容器101内壁和模拟井筒102的尺寸参数，实现对实际浅层气储层井周地区的大范围实验模拟，也就是说，反应容器101的内壁和模拟井筒102的尺寸足够大，可实现对实际浅层气储层井周地区的大范围实验模拟；例如，反应容器101的外径选定400mm，反应容器101的厚度选定为20mm，模拟井筒102的内径选定80mm，用于模拟开采井中井底周围地层情况；第二、基于气体流速等效原则，通过改变实验气体流量模拟实际生产时不同气体流量条件下的储层出砂情况；第三、利用透水透气层106、高渗可压缩层104和不透气片105，模拟实际储层内的流体可进行径向流，实现模拟实际储层中远井端向近井端气液固运移的情况；第四、可通过改变模拟井筒102，模拟不同的完井方式及防砂精度条件下的出砂情况。总之，本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，通过对反应釜1与气体驱替与控制系统2、轴压伺服控制系统3和气液固分离系统4的整合应用，能够获取不同注气流量、储层性质、完井方式条件下储层产砂量、产砂速度情况，探究泥质粉砂储层气藏开采过程中储层气液固产出的演化规律，最终探明高泥质含量弱胶结储层出砂机理及气液固运移规律。

在一些实施例中，高渗可压缩层104为高渗砾石层，具有透水透气和可压缩的特点。

在一些实施例中，透水透气层106为透水石层，具有透水、透气、且具有一定强度，能够传递压力。

在一些实施例中，温压检测器108在模拟储层103中沿周向及径向间隔均匀地分布，且在模拟储层103中径向由外向内的方向上，温压检测器108的高度依次降低。这样，可以均匀地测量模拟储层103的温度压力。

在一些实施例中，反应容器101包括环形壳体1012、固定在环形壳体1012上端和下端的上法兰盘1013和下法兰盘1014。这样，方便反应容器101内的各功能部件如模拟井筒102、模拟储层103、高渗可压缩层104等的安装。

在一些实施例中，反应釜1还包括注气接口111、注液接口112、位移检测器连线口113和气液固出口114，注气接口111的上端设置在反应容器101的顶壁上且和气体驱替与控制系统2相连，注气接口111的下端设置在活塞107的中部且延伸至透水透气层106的顶部处，注液接口112设置在反应容器101的顶壁上且和轴压伺服控制系统3相连，位移检测器连线口113设置在反应容器101的顶壁上，用于供位移检测器109的导线穿过，使位移检测器109的导线与位于反应容器101外的位移信号接收器5相连，气液固出口114设置在反应容器101的底壁上且和气液固分离系统4相连。

在一些实施例中，气体驱替与控制系统2包括气体循环装置201、进气管202、流量控制元件203、单向阀204、第一开关205和第一压力传感器206，进气管202连接在气体循环装置201与反应釜1之间，具体地，进气管202连接在气体循环装置201与反应釜1的注气接口111之间流量控制元件203、单向阀204、第一开关205和第一压力传感器206自进气管202的上游至下游方向上依次设置在进气管202上。其中，气体循环装置201用于进行实验过程中气体的循环利用，进气管202用于向反应釜1内的透水透气层106输送实验气体，流量控制元件203用于调节实验气体的流量和流速，单向阀204用于放置实验气体回流到气体循环装置201中，第一压力传感器206用于测量气体驱替与控制系统2出口处的实验气体压力。具体地，气体循环装置201泵出的实验气体流经流量控制元件203、单向阀204、第一开关205、第一压力传感器206和注气接口111，用于向反应釜1内注入实验所需气体介质。注入的实验气体流经透水透气层106、高渗可压缩层104，径向流入模拟储层103中，流动的气体会携带模拟储层103中的砂泥一起流动，最后经由模拟井筒102和气液固出口114流入气液固分离系统4中。

在一些实施例中，轴压伺服控制系统3包括压力液容器301、进液管302、液体恒流泵303、流量计304、第二压力传感器305和第二开关306，进液管302连接于压力液容器301与反应釜1之间，具体地，进液管302连接于压力液容器301与反应釜1的注液接口112之间，液体恒流泵303、流量计304、第二压力传感器305和第二开关306自进液管302的上游至下游方向上依次设置在进液管302上。其中，压力液容器301用于盛放压力液，进液管302用于输送压力液至施压空间110，液体恒流泵303用于泵送压力液，流量计304用于测量压力液的流量第二压力传感器305用于测量轴压伺服控制系统3的出口压力。具体地，轴压伺服控制系统3利用液体恒流泵303将压力液容器301中的压力液加压，压力液流经流量计304、第二压力传感器305、第二开关306和注液接口112进入施压空间110，用于对整体模拟储层103试样施加上覆压力。

在一些实施例中，气液固分离系统4包括输送管401、第三压力传感器402、第三开关403、固体分离装置404、过滤器405、背压阀406和气液分离器407，输送管401连接在反应釜1与气体循环装置201之间，输送管401连接在反应釜1的气液固出口114与气体循环装置201之间，第三压力传感器402、第三开关403、固体分离装置404、过滤器405、背压阀406和气液分离器407自输送管401的上游至下游方向上依次设置在输送管401上。其中，第三压力传感器402用于测量输送管入口处的压力，第三开关403打开时，可以使模拟井筒102中的气液固产出物排出到气液固分离系统4中进行气液固分离，固体分离装置404用于从气液固产出物中分离出固体物质，过滤器405用于对气液两相物质进行过滤，背压阀406用于控制反应釜1出口压力，气液分离器407用于将气液两相物质进行分离，分离出气体和液体。具体地，从反应釜1的气液固出口114产出的混合物首先经过固体分离装置分离，固体的砂留在固体分离装置404内，气液两相流经过滤器405和背压阀406进入气液分离器407中，分离后的气体通过输送管401流入气体循环装置201中，可以被重新利用，分离后的液体留存在气液分离器407内。待实验进行固定时间后，关闭第三开关403及第一开关205，进行固体分离装置404中产出砂和气液分离器407中产出水的收集。需要说明的是，固体分离装置404的下端设有第一阀门4041，当需要收集固体分离装置中产出砂时，打开该第一阀门4041；气液分离器407下端设有第二阀门4071，当需要收集气液分离器407中水时，打开该第二阀门4071。

在一些实施中，反应容器101的底部上表面上设有锥形口1011，锥形口1011的上端与模拟井筒102的底部相连，锥形口1011的下端与气液固出口114相连。通过在反应容器101的底部上表面上设有锥形口1011，便于产出砂运移至气液固分离系统4中，防止产出砂泥滞留反应容器101中。

需要说明的是，本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统的结构中，相应位置需采用密封垫和密封圈实施密封，防止气体和液体泄漏。

本发明第二方面还提出了一种模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验方法。

根据本发明第二方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验方法，包括如下步骤：

S1：搭建本发明第一方面任意一个实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统（如图1至图4所示）；具体地，可以先将模拟井筒102安装在反应容器101内的底部上；然后，在将模拟储层103材料装填进反应容器101前，检查整个实验系统的气密性，保证密封部件的密封性能良好，各功能部件安装到位，且工作性能正常；再将预先配置好的模拟储层103材料与高渗可压缩层104材料，如高渗砾石层材料，按照模具设定装填进反应容器101内；然后依次安装不透气片105、透水透气层106、活塞107，连接好气体驱替与控制系统2、轴压伺服控制系统3、气液固分离系统4等，保证模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统内部与外界环境隔绝，随后通过轴压伺服控制系统3向施压空间110注液，对活塞107施加向下的轴向力，模拟上覆地应力。

S2：通过气体驱替与控制系统2将实验气体充填至模拟储层103的孔隙中，模拟实际地层的赋存环境。

S3：基于流速等效原则，依据实际地层产气量计算实验所需的气体流量，调节气体驱替与控制系统2的流量至计算得到的实验所需的气体流量，气体驱替与控制系统2供给的实验气体依次通过透水透气层106、高渗可压缩层104，从径向流入模拟储层103中，模拟产气过程中气体从远井端向近井端的径向运移过程，并将携带产出的液固物质汇集到模拟井筒102中。

S4：气体驱替出砂实验的过程中，通过位移检测器109实时获取模拟储层103整体沉降情况，通过温压检测器108实时获取模拟储层103中的温度压力分布情况，气液固产出物即由气体携带产出的液体及固体混合流经气液固分离系统4进行分离。

S5：每一段时间的气体驱替后，停止气体驱替与控制系统2的注气，关闭反应釜1与气液固分离系统4之间的出口，开启气液固分离系统4，进行实验产出物的气液固分离，并进行出砂量及出砂粒径分布的测量分析。具体地，关闭第一开关205，关闭气液固出口114，开启固体分离装置404下端的第一阀门4041收集固体分离装置中的产出砂，开启气液分离器407下端的第二阀门4071收集气液分离装置中的产出水，随后进行出砂量及出砂粒径分布的测量分析。

根据本发明第二方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验方法，具有如下的优点：第一、基于等比例原则，依据反应容器101内壁和模拟井筒102的尺寸参数，实现对实际浅层气储层井周地区的大范围实验模拟，也就是说，反应容器101的内壁和模拟井筒102的尺寸足够大，可实现对实际浅层气储层井周地区的大范围实验模拟；例如，反应容器101的外径选定400mm，反应容器101的厚度选定为20mm，模拟井筒102的内径选定80mm，用于模拟开采井中井底周围地层情况；第二、基于气体流速等效原则，通过改变实验气体流量模拟实际生产时不同气体流量条件下的储层出砂情况；第三、利用透水透气层106、高渗可压缩层104和不透气片105，模拟实际储层内的流体的径向流，实现模拟实际储层中远井端向近井端气液固运移的情况；第四、可通过改变模拟井筒102，模拟不同的完井方式及防砂精度条件下的出砂情况。总之，本发明第一方面实施例的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，通过对反应釜1与气体驱替与控制系统2、轴压伺服控制系统3和气液固分离系统4的整合应用，探究泥质粉砂储层气藏开采过程中储层气液固产出的演化规律，最终探明高泥质含量弱胶结储层出砂机理及气液固运移规律。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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、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、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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，其特征在于，包括：

反应釜，所述反应釜包括反应容器、模拟井筒、模拟储层、高渗可压缩层、不透气片、透水透气层、活塞、温压检测器和位移检测器；所述模拟井筒的侧壁上设有孔眼，所述模拟井筒、所述模拟储层和所述高渗可压缩层在所述反应容器内由中部向外周层叠设置，所述不透气片覆盖在所述模拟井筒的顶部及所述模拟储层的顶部上，所述不透气片与所述模拟井筒的顶部贴合，所述不透气片与所述模拟井筒正对的部位表面上设有避让凹槽，所述透水透气层贴合地设置在所述高渗可压缩层的顶部和所述不透气片的上表面上，所述活塞贴合地设置在所述透水透气层的顶部上，所述活塞与所述反应容器之间具有施压空间，所述温压检测器分布在所述模拟储层中，所述位移检测器设置在所述活塞上；

气体驱替与控制系统，所述气体驱替与控制系统用于向所述透水透气层注入实验气体；

轴压伺服控制系统，所述轴压伺服控制系统用于向所述施压空间注液，以对活塞施加向下的轴向力，模拟上覆地应力；

气液固分离系统，所述气液固分离系统与所述模拟井筒底部相连，用于进行实验产出物的气液固分离。

2.根据权利要求1所述的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，其特征在于，所述高渗可压缩层为高渗砾石层。

3.根据权利要求1所述的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，其特征在于，所述透水透气层为透水石层。

4.根据权利要求1所述的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，其特征在于，所述温压检测器在所述模拟储层中沿周向及径向间隔均匀地分布，且在所述模拟储层中径向由外向内的方向上，所述温压检测器的高度依次降低。

5.根据权利要求1所述的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，其特征在于，所述反应釜还包括注气接口、注液接口、位移检测器连线口和气液固出口，所述注气接口的上端设置在所述反应容器的顶壁上且和所述气体驱替与控制系统相连，所述注气接口的下端设置在所述活塞的中部且延伸至所述透水透气层的顶部处，所述注液接口设置在所述反应容器的顶壁上且和所述轴压伺服控制系统相连，所述位移检测器连线口设置在所述反应容器的顶壁上，用于供所述位移检测器的导线穿过，使所述位移监测器的导线与位于所述反应容器外的位移信号接收器相连，所述气液固出口设置在所述反应容器的底壁上且和所述气液固分离系统相连。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，其特征在于，所述气体驱替与控制系统包括气体循环装置、进气管、流量控制元件、单向阀、第一开关和第一压力传感器，所述进气管连接在所述气体循环装置与所述反应釜之间，所述流量控制元件、所述单向阀、所述第一开关和所述第一压力传感器自所述进气管的上游至下游方向上依次设置在所述进气管上。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，其特征在于，所述轴压伺服控制系统包括压力液容器、进液管、液体恒流泵、流量计、第二压力传感器和第二开关，所述进液管连接于所述压力液容器与所述反应釜之间，所述液体恒流泵、所述流量计、所述第二压力传感器和所述第二开关自所述进液管的上游至下游方向上依次设置在所述进液管上。

8.根据权利要求6所述的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，其特征在于，所述气液固分离系统包括输送管、第三压力传感器、第三开关、固体分离装置、过滤器、背压阀和气液分离器，所述输送管连接在所述反应釜与所述气体循环装置之间，所述第三压力传感器、所述第三开关、所述固体分离装置、所述过滤器、所述背压阀和所述气液分离器自所述输送管的上游至下游方向上依次设置在所述输送管上。

9.根据权利要求5所述的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，其特征在于，所述反应容器的底部上表面上设有锥形口，所述锥形口的上端与所述模拟井筒的底部相连，所述锥形口的下端与所述气液固出口相连。

10.一种模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：搭建如权利要求1至9中任意一项所述的模拟泥质粉砂储层气藏出砂的实验系统，通过所述轴压伺服控制系统向所述施压空间注液，对所述活塞施加向下的轴向力，模拟上覆地应力；

S2：通过所述气体驱替与控制系统将实验气体充填至所述模拟储层的孔隙中，模拟实际地层的赋存环境；

S3：基于流速等效原则，依据实际地层产气量计算实验所需的气体流量，调节所述气体驱替与控制系统的流量至计算得到的实验所需的气体流量，所述气体驱替与控制系统供给的实验气体依次通过所述透水透气层、所述高渗可压缩层，从径向流入所述模拟储层中，模拟产气过程中气体从远井端向近井端的径向运移过程，并将携带产出的液固物质汇集到所述模拟井筒中；

S4：气体驱替出砂实验的过程中，通过所述位移检测器实时获取所述模拟储层整体沉降情况，通过所述温压检测器实时获取所述模拟储层中的温度压力分布情况；气液固产出物流经所述气液固分离系统进行分离；

S5：每一段时间的气体驱替后，停止所述气体驱替与控制系统的注气，关闭所述反应釜与所述气液固分离系统之间的出口，开启所述气液固分离系统，进行实验产出物的气液固分离，并进行出砂量及出砂粒径分布的测量分析。