CN210118164U - 砾石充填模拟实验系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种砾石充填模拟实验系统，包括：混砂容器，混砂容器内配制有混砂液；充填模拟装置，包括：模拟管柱，模拟管柱沿其纵长延伸方向具有相对的第一端和第二端，第一端与混砂容器连通，第二端固定有过滤管；模拟管柱具有中空腔体，中空腔体内设置有分隔板，分隔板将中空腔体分隔形成第一腔室和第二腔室，第二腔室与过滤管相连通形成排液流道；套设在模拟管柱外部的套筒，套筒具有相对的顶端和底端，底端封闭，顶端敞开；设置在顶端的盖板，模拟管柱在与盖板配合连接后，套筒与模拟管柱之间能形成封闭的环形空腔，模拟管柱的中轴线与套筒的中轴线不重合。本申请提供的实验系统能模拟井内管柱的偏心状态，从而与实际工程情况较为贴近。

Description

砾石充填模拟实验系统

技术领域

本申请涉及石油开采防砂技术领域，具体涉及一种砾石充填模拟实验系统。

背景技术

油、气井出砂是石油开采中遇到的重要问题之一，油、气井出砂容易导致地面和井下设备磨损、油井停产，从而加大了油田的开采难度。目前，通常采用砾石或其他类似材料对筛管与井壁或套管之间的环形空间进行填充，并挤入到井筒周围的地层，砾石层则充当砂墙，成为阻挡地层出砂的可靠屏障，达到控制地层出砂的目的。

在砾石填充防砂完井技术领域中，关于定向井的砾石充填技术的研究还存在有较大的技术难度。这是因为定向井相较于普通的直井通常具有井斜和方位变化，这导致井中携砂液的流动方向与砾石重力方向存在一定的角度。另外，在实际工况中，管柱由于自重等原因在井内往往处于偏心状态，这使得砾石填充时在筛管两侧分布不均，从而影响防砂效果。

现有技术中，传统的室内充填模拟实验装置存在较大的局限性，往往不能模拟井内管柱偏心等井下真实情况，模拟效果不好。因此，非常有必要提供一种砾石充填模拟实验系统，来解决上述问题。

实用新型内容

为实现上述目的，本申请提供了一种砾石充填模拟实验系统，该实验系统能模拟井内管柱偏心状态，贴近实际工程情况，能够有效模拟砾石在井内的充填过程。提供的技术方案如下所述：

一种砾石充填模拟实验系统，包括：

混砂容器，所述混砂容器内配制有混砂液，所述混砂液具体为砾石和液体以预定比例组成的混合物；

充填模拟装置，包括：

模拟管柱，所述模拟管柱与水平面呈预定夹角，所述预定夹角小于90°，所述模拟管柱沿其纵长延伸方向具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述混砂容器连通，所述第二端固定有过滤管；所述模拟管柱具有中空腔体，所述中空腔体内设置有分隔板，所述分隔板将所述中空腔体分隔形成第一腔室和第二腔室，其中，所述第二腔室与所述过滤管相连通形成排液流道；

套设在所述模拟管柱外部的套筒，所述套筒具有相对的顶端和底端，所述底端封闭，所述顶端敞开；

设置在所述顶端的盖板，所述模拟管柱在与所述盖板配合连接后，所述套筒与所述模拟管柱之间能形成封闭的环形空腔，所述模拟管柱的中轴线与所述套筒的中轴线不重合；

所述混砂容器中的混砂液沿所述模拟管柱的第一腔室进入所述环形空腔，所述混砂液中经所述过滤管过滤后的液体沿所述排液流道排出至所述套筒的外部。

作为一种优选的实施方式，所述第一腔室具有第一出液口，所述第一出液口设置在所述第一腔室的侧壁上；所述排液流道具有第二出液口，所述第二出液口设置在所述第二腔室的侧壁上，所述套筒的侧壁上设置有能与所述第二出液口相连通的排液口，所述排液口处具有开关控制阀，所述开关控制阀上设置有压力检测单元；

所述第一出液口靠近所述模拟管柱的第二端，所述第二出液口靠近所述模拟管柱的第一端，所述第一出液口与所述第二出液口之间设置有封隔器，所述封隔器与所述模拟管柱密封连接，所述封隔器的外轮廓尺寸大于所述套筒的横截面尺寸。

作为一种优选的实施方式，所述套筒包括：第一对接部和第二对接部，所述第一对接部与所述第二对接部对接后形成所述环形空腔，所述封隔器位于所述第一对接部与所述第二对接部之间。

作为一种优选的实施方式，所述盖板的外轮廓尺寸大于所述套筒的横截面尺寸，所述盖板能带动所述模拟管柱沿所述套筒的径向移动。

作为一种优选的实施方式，所述充填模拟装置还包括：第一千斤组件和第二千斤组件，所述第一千斤组件和所述第二千斤组件分别作用于所述套筒的底端和所述顶端处的盖板。

作为一种优选的实施方式，所述实验系统还包括：试验台，所述充填模拟装置放置在所述试验台上，所述试验台的底部设置有抬升支座，所述抬升支座能改变所述试验台的倾斜角度。

作为一种优选的实施方式，所述混砂容器与所述模拟管柱之间设置有压力脉冲泵，所述压力脉冲泵能以预定压力或预定频率将所述混砂容器内的混砂液输入至所述模拟管柱内。

作为一种优选的实施方式，所述混砂容器的上游设置有混砂装置，所述混砂装置包括：

供砂机构，包括：储砂容器和与所述储砂容器相连通的注砂泵；

供液机构，包括：储液容器和与所述储液容器相连通的注液泵；

所述注砂泵与所述注液泵均与所述混砂容器连通。

作为一种优选的实施方式，所述实验系统还包括：控制器，所述控制器与所述注砂泵、注液泵、压力脉冲泵均电性连接，所述控制器能调节所述注砂泵、所述注液泵、所述压力脉冲泵的输出量。

作为一种优选的实施方式，所述套筒和所述模拟管柱为透明材料，所述实验系统还包括：摄像组和摄像控制装置，所述摄像组架设在所述套筒外部，所述摄像组电性连接所述摄像控制装置，所述摄像控制装置能控制并记录所述摄像组的信息采集。

本申请实施方式提供的砾石充填模拟实验系统具有以下优点和特点：模拟管柱与套筒之间形成有环形空腔，能够模拟井筒周围的填充层。模拟管柱内置有分隔板，从而将模拟管柱分为第一腔室和第二腔室，混砂容器内的混砂液能经第一腔室进入所述环形空腔进行填充，进入环形空腔的混砂液在过滤后能沿过滤管与第二腔室形成的排液流道排出至套筒外，该模拟管柱的结构能够实现完整的砾石充填模拟过程。

所述套筒的顶端为敞口端，其设置有与模拟管柱相连接的盖板，所述盖板在与所述模拟管柱配合后能将所述环形空腔进行封闭。在本申请实施方式中，模拟管柱的中轴线与套筒的中轴线不重合，模拟管柱在套筒中为偏心状态，从而能够贴近实际工程情况，更有利于研究砾石的充填规律。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1为本申请实施方式中的砾石充填模拟实验系统的结构示意图；

图2为本申请实施方式中的充填模拟装置的结构示意图；

图3为本申请实施方式中的充填模拟装置的主视图；

图4为本申请实施方式中的充填模拟装置的俯视图。

附图标记说明：

100、水浴加热控制器；1、储砂容器；11、注砂泵；12、砂泵控制器；2、储液容器；21、注液泵；22、液泵控制器；3、混砂容器；4、压力脉冲泵；41、压力脉冲泵控制器；5、充填模拟装置；50、模拟管柱；500a、第一腔室；500b、第二腔室；501、过滤管；502、分隔板；503、封隔器；504、第一出液口；505、第二出液口；51、套筒；511、盖板；512、排液口；513、开关控制阀；514、压力表；515、温度计；53、第一千斤组件；54、第二千斤组件；6、试验台；61、抬升支座；7、摄像组；8、摄像控制装置。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本实用新型的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所限定的范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本申请提供了一种砾石充填模拟实验系统，如图1和图2所示，混砂容器3，所述混砂容器3内配制有混砂液，所述混砂液具体为砾石和液体以预定比例组成的混合物；充填模拟装置5，包括：模拟管柱50，所述模拟管柱50与水平面呈预定夹角，所述预定夹角小于90°，所述模拟管柱50沿其纵长延伸方向具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述混砂容器3连通，所述第二端固定有过滤管501；所述模拟管柱50具有中空腔体，所述中空腔体内设置有分隔板502，所述分隔板502将所述中空腔体分隔形成第一腔室500a和第二腔室500b，其中，所述第二腔室500b与所述过滤管501相连通形成排液流道；套设在所述模拟管柱50外部的套筒51，所述套筒51具有相对的顶端和底端，所述底端封闭，所述顶端敞开；设置在所述顶端的盖板511，所述模拟管柱50在与所述盖板511配合连接后，所述套筒51与所述模拟管柱50之间能形成封闭的环形空腔，所述模拟管柱50的中轴线与所述套筒51的中轴线不重合；所述混砂容器3中的混砂液沿所述模拟管柱50的第一腔室500a进入所述环形空腔，所述混砂液中经所述过滤管501过滤后的液体沿所述排液流道排出至所述套筒51的外部。

需要说明的是，上文所述的砾石充填模拟实验系统不仅适用于模拟砾石填充过程。在可预想的实施例中，本领域技术人员可将本申请所提供的实施例的技术方案扩展运用于任意合适的场景中，本实用新型实施例对此不作限定。下文是以砾石填充的模拟过程作为主述场景来阐述的。但基于上文描述可知，本实用新型实施例的保护范围并不因此而受到限定。

本申请实施方式提供的砾石充填模拟实验系统具有以下优点和特点：模拟管柱50与套筒51之间形成有环形空腔，能够模拟井筒周围的填充层。模拟管柱50内置有分隔板502，从而将模拟管柱50分为第一腔室500a和第二腔室500b，混砂容器3内的混砂液能经第一腔室500a进入所述环形空腔进行填充，进入环形空腔的混砂液在过滤后能沿过滤管501与第二腔室500b形成的排液流道排出至套筒51外，该模拟管柱50的结构能够实现完整的砾石充填模拟过程。

所述套筒51的顶端为敞口端，其设置有与模拟管柱50相连接的盖板511，所述盖板511在与所述模拟管柱50配合后能将所述环形空腔进行封闭。在本申请实施方式中，模拟管柱50的中轴线与套筒51的中轴线不重合，模拟管柱50在套筒51中为偏心状态，从而能够贴近实际工程情况，更有利于研究砾石的充填规律。

所述混砂容器3用于盛放混砂液，从而为模拟管柱50提供混砂液。所述混砂容器3的具体形状和选用材质均不作限定。所述混砂液具体为砾石和液体以预定比例配制成的混合物，所述砾石和液体的配制比例可根据模拟情况进行调整。混砂容器3内可以进一步设置有旋转叶片，具体可以通过动力源来带动旋转叶片进行旋转，所述动力源的类型不作限定。旋转叶片能够对混砂容器3内的混砂液进行充分搅拌，从而防止砂石沉积。

如图2所示，所述模拟管柱50整体为中空的管体，其沿着纵长延伸的方向具有相对的第一端和第二端，该模拟管柱50可以与水平面呈预定的夹角，例如当该模拟管柱50与水平面的夹角等于或接近0度时，该模拟管柱50用于模拟水平井水平段的内部管柱；当该模拟管柱50与水平面的夹角为一预定的锐角时，该模拟管柱50用于模拟定向井的倾斜段的内部管柱。

所述模拟管柱50的第一端与混砂容器3连通，模拟管柱50的第二端固定有过滤管501。所述过滤管501用于隔离混砂液中的砂石，具体的，过滤管501上设置有开设有若干缝隙，所述缝隙用于防止砂石进入过滤管501中，经过滤管501过滤后的混砂液，能够实现液体与砂石的分离，液体可由过滤管501中的缝隙进入过滤管501，然后排出至套筒51外部。

所述套筒51套设在模拟管柱50的外部，从而能够用于模拟砾石填充层。具体的，套筒51具有相对的顶端和底端，所述底端封闭，顶端敞开。所述顶端设置有盖板511，所述盖板511在与模拟管柱50的第一端配合连接后，套筒51与模拟管柱50之间能形成封闭的环形空腔。所述盖板511具有一定的厚度，其可以是长方形，也可以是椭圆形或其他形状，本申请对盖板511的形状和材质均不作限定。模拟管柱50穿设盖板511并与盖板511刚性密封连接，盖板511能够将模拟管柱50的周向封堵。模拟管柱50在与盖板511进行配合后，模拟管柱50的中轴线与套筒51的中轴线不重合，在实验过程中，可以根据所需要的实验场景调整模拟管柱50与盖板511之间的相对位置，从而改变模拟管柱50的偏心状态，能够贴近实际工程情况，更有利于研究砾石的充填规律。

在一个实施方式中，所述盖板511的外轮廓尺寸大于所述套筒51的横截面尺寸，所述盖板511能带动所述模拟管柱50沿所述套筒51的径向移动。

当沿套筒51的径向方向移动盖板511时，盖板511能够带动模拟管柱50沿套筒51的径向移动，可实现模拟管柱50在套筒51内的位置变化，当根据所需的实验工况对模拟管柱50的偏心状态进行调整时，通过操作移动盖板511，可实现模拟管柱50偏心状态的改变。

进一步的，所述模拟管柱50具有中空腔体，所述中空腔体内设置有分隔板502，所述分隔板502将所述中空腔体分隔形成第一腔室500a和第二腔室500b；所述第一腔室500a与所述过滤管501不连通，所述第二腔室500b与所述过滤管501相连通形成排液流道。

具体的，所述混砂容器3内的混砂液由模拟管柱50的第一端输入至第一腔室500a，进入环形空腔，混砂液在环形空腔内流通时，混砂液中的砂石将被过滤管501阻挡在外面，然后填充环形空腔，混砂液中的液体则通过过滤管501的缝隙进入过滤管501中，然后通过与过滤管501相连通的第二腔室500b输送至套筒51的外部。在本实施例中，模拟管柱50通过分隔板502将中空腔体分为两个腔室，所述第一腔室500a用于输入混砂液，所述第二腔室500b用于排出混砂液中过滤后的液体，能够较为准确的模拟实际场景中砾石的填充过程，且实验成本低，无需通过设置多层组合管柱便可进行模拟实验。

请参阅图2、图3和图4，在本实施方式中，所述第一腔室500a具有第一出液口504，所述第一出液口504设置在所述第一腔室500a的侧壁上，混砂液能从第一腔室500a侧壁上的第一出液口504导出，流入环形空腔中。所述排液流道具有第二出液口505，所述第二出液口505设置在所述第二腔室500b的侧壁上，被过滤管501过滤后的液体能从第二腔室500b侧壁上的第二出液口505导出，所述套筒51的侧壁上设置有能与所述第二出液口505相连通的排液口512，液体将从排液口512流出至套筒51的外部，所述排液口512处具有开关控制阀513，所述开关控制阀513上设置有压力检测单元。

具体的，所述第一出液口504靠近所述模拟管柱50的第二端，所述第二出液口505靠近所述模拟管柱50的第一端。所述第一出液口504与所述第二出液口505之间还设置有封隔器503，该封隔器503能够阻止环形空腔内的混砂液由第二出液口505进入至排液流道，从而能阻止混砂液进入过滤管501，避免过滤管501因进入砂石而造成阻塞。

所述封隔器503的具体形状不作限定，所述封隔器503与所述模拟管柱50配合连接后能将所述环形空腔分隔形成第一环形空腔和第二环形空腔。具体的，第一出液口504位于第二环形空腔内，第一腔室与第二环形空腔相连通；第二出液口505位于第一环形空腔内，排液流道与第一环形空腔相连通。混砂液能沿所述第一腔室500a经第一出液口504进入第二环形空腔，由于过滤管501与第二环形空腔连通，被过滤管501过滤后的液体沿排液流道经第二出液口505进入第一环形空腔，最终通过排液口512排出至所述套筒51的外部。

所述封隔器503的具体形状不作限定，优选采用橡胶材质，环设于模拟管柱50的周向。所述封隔器503与所述模拟管柱50密封连接，所述封隔器503的外轮廓尺寸大于所述套筒51的横截面尺寸。从而当模拟管柱50沿套筒51的径向方向移动时，能保证封隔器503的分隔功能，避免混砂液未经过滤沿第二出液口505进入排液流道，从而堵塞过滤管501。优选的，封隔器503的长度与盖板511的长度相同，从而保证整个充填模拟装置5的平衡性。

第二出液口505与套筒51侧壁上的排液口512连通，排液口512上设置有控制通断的开关控制阀513。所述开关控制阀513可以调节流量的大小。该开关控制阀513进一步设置有压力检测单元，通过该压力检测单元的显示数据可以调节开关控制阀513的开度大小，从而控制流量。当关闭该开关控制阀513时，第一环形空腔将与外界大气隔绝，处于密闭状态，第二环形空腔由于过滤管501上的缝隙能够与第一环形空腔连通，第二环形空腔在第一环形空腔密闭的状态下同样与外界大气隔绝，从而整个环形空腔与外界大气隔绝。实验初始时，可通过关闭该开关控制阀513实现套筒51内的密封状态，通过开关控制阀513上的压力检测单元检测套筒51的密封性，若套筒51内密封性不好，在模拟过程中容易造成压力的损失，从而影响模拟结果。

在本实施方式中，所述充填模拟装置5还包括：第一千斤组件53和第二千斤组件54，所述第一千斤组件53和所述第二千斤组件54分别作用于所述套筒51的底端和所述顶端处的盖板511。该第一千斤组件53和第二千斤组件54具体为千斤顶，通过在套筒51两端设置千斤组件，能够为套筒51提供压力密闭组合。

在一个实施方式中，所述套筒51包括：第一对接部和第二对接部，所述第一对接部与所述第二对接部对接后形成所述环形空腔，所述封隔器503位于所述第一对接部与所述第二对接部之间。

所述第一对接部为中空的筒体，具有相对的顶部和底部，其顶部和底部均具有开口，所述第一对接部的顶部设置所述盖板511。所述第二对接部为中空的筒体，具有相对的顶部和底部，第二对接部的顶部开口，第二对接部的底部封闭。所述第一对接部在与所述第二对接部对接时，封隔器503位于两者之间。第一对接部的顶部盖板511通过设置第一千斤组件53，第二对接部的底部通过设置第二千斤组件54，将第一对接部、封隔器503、第二对接部三者压紧，保证了充填模拟装置5的密封性能。

在本实施方式中，如图1所示，所述实验系统还包括：试验台6，所述充填模拟装置5放置在所述试验台6上，所述试验台6的底部设置有抬升支座61，所述抬升支座61能改变所述试验台6的倾斜角度。

所述抬升支座61可以是液压千斤顶，通过操作该抬升支座61能够改变试验台6的倾斜角度，从而能够改变该充填模拟装置5的倾斜角，实现模拟不同井斜角下的定向井砾石充填实验。该试验台6上可以进一步设置有与所述盖板511和所述封隔器503相配合的凹槽，由于盖板511和封隔器503的长度大于套筒51，通过设置有所述凹槽，充填模拟装置5放置于试验台6上时，盖板511和封隔器503能够插入至与之进行配合的凹槽中，能够保证充填模拟装置5在试验台6上的稳定性。另外，该凹槽还能够起到限位作用，具体的，当操作该抬升支座61时，通过凹槽对盖板511和封隔器503的限位，防止充填模拟装置5因倾斜角过大而在试验台6上滑动。

在本实施方式中，所述混砂容器3与所述模拟管柱50之间设置有压力脉冲泵4，所述压力脉冲泵4能以预定压力或预定频率将所述混砂容器3内的混砂液输入至所述模拟管柱50内。

混砂容器3与压力脉冲泵4连通，为压力脉冲泵4提供混砂液，压力脉冲泵4与模拟管柱50连通。压力脉冲泵4能够按照预定压力或预定频率将混砂液输入至模拟管柱50中。所述预定压力或预定频率具体不作限定，可根据模拟的工况进行调整。压力脉冲泵4从而能够以脉冲振动的方式将混砂液输出，能够优化混砂液的填充效果。

在本实施方式中，所述混砂容器3的上游设置有混砂装置，所述混砂装置包括：供砂机构，包括：储砂容器1和与所述储砂容器1相连通的注砂泵11；供液机构，包括：储液容器2和与所述储液容器2相连通的注液泵21；所述注砂泵11与所述注液泵21均与所述混砂容器3连通。

具体的，储砂容器1与注砂泵11相连通，注砂泵11能将储砂容器1中的砂石输入至混砂容器3中；储液容器2与注液泵21相连通，注液泵21能将储液容器2中的液体输入至混砂容器3中。通过混砂装置将砂石与液体自动输入至混砂容器3中，经过混砂容器3中的旋转叶片搅拌形成均匀的混砂液。

在本实施方式中，所述实验系统还包括：控制器，所述控制器与所述注砂泵11、注液泵21、压力脉冲泵4均电性连接，所述控制器能调节所述注砂泵11、所述注液泵21、所述压力脉冲泵4的输出量。

所述电性连接方式可以为有线连接，当然所述电性连接方式也可以为无线连接，例如利用现有技术中的WIFI、红外、蓝牙等技术，或者也可以利用其他无线通信技术，本申请在此并不作具体的限定。在本实施例中，所述控制器可以同时控制注砂泵11、注液泵21和压力脉冲泵4的输入量，具体可以通过分别设定注砂泵11的输入时间或输入流量、注液泵21的输入时间或输入流量、压力脉冲泵4的输入时间或输入流量，来实现砂石和液体按照预定比例进行配制以及混砂液的输出。当然，所述控制器也可以分别控制注砂泵11、注液泵21和压力脉冲泵4的工作，具体的，所述控制器可以包括：砂泵控制器12、液泵控制器22和压力脉冲泵控制器41，其中，注砂泵11与砂泵控制器12电性连接，注液泵21与液泵控制器22电性连接，压力脉冲泵4与压力脉冲泵控制器41电性连接，上述控制器可以操作打开或关闭泵，也可以设定泵的操作参数。需要说明的是，在本实施例中，所述砂泵控制器12、所述液泵控制器22、所述压力脉冲泵控制器41可以进一步连接中央控制器，从而通过控制砂泵控制器12、液泵控制器22和压力脉冲泵控制器41，调节注砂泵11、注液泵21、压力脉冲泵4的工作，实现混砂与注砂过程的自动化。

本申请中所提供的各个控制器用于发出控制信号，可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该微处理器或处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)和嵌入微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)的形式。

在一个实施方式中，所述套筒51内设置有温度计515和压力表514，所述供液机构设置有用于为储液容器2加热的水浴加热控制器100。

所述压力表514用于监测套筒51内的压力变化，监测套筒51的密封性能。所述温度计515用于测量套筒51内的温度变化，当所述温度计515显示的套筒51内混砂液的温度下降时，混砂液的粘度增高，将影响砂石的填充效果，此时可以启动水浴加热控制器100对液体进行加热，从而通过输入加热后的混砂液，调节套筒51内的温度。

在一个扩展的实施例中，所述温度计515可以为电子温度计，其可以与水浴加热控制器100电性连接。具体的，当所述温度计515监测到的套筒51内的温度下降时，将该温度信号传递给水浴加热控制器100，水浴加热控制器100在接收到温度信号后，启动加热，从而实现套筒51内混砂液温度的自动调节。

在另一个扩展的实施例中，所述温度计515可以为电子温度计，所述电子温度计与所述压力表514连接数据采集装置，该数据采集装置可以记录电子温度计和压力表514的显示数据，从而实现自动记录，可以不再依靠人员操作读取的数据，节省了时间。

在本实施方式中，所述模拟管柱50和所述套筒51均为透明材料，所述实验系统还包括：摄像组7和摄像控制装置8，所述摄像组7架设在所述套筒51外部，所述摄像组7电性连接所述摄像控制装置8，所述摄像控制装置8能控制并记录所述摄像组7的信息采集。

所述模拟管柱50和所述套筒51均采用透明材料，实现了该充填模拟装置5的可视化，观察效果佳。另外，通过在套筒51外部架设摄像组7，能够记录套筒51内的砾石填充过程。摄像组7电性连接摄像控制装置8，所述摄像控制装置8能够控制摄像组7的打开和关闭，同时能够记录摄像组7的图像采集，实现实时监控。

本申请实施例提供的砾石充填模拟实验系统具有以下优点：

(1)该砾石充填模拟实验系统能够有效模拟完整的砾石充填模拟过程；

(2)该砾石充填模拟实验系统中的模拟管柱的偏心状态可以进行调整，从而能够贴近实际工程情况，更有利于研究砾石的充填规律。

(3)该砾石充填模拟实验系统中的充填模拟装置的倾斜角可以改变，从而能够模拟不同井斜角下的定向井砾石充填过程；

(4)该砾石充填模拟实验系统能够实现室内全自动化模拟，能够自动按照砂石和液体的预定比例配制好混砂液；

(5)该砾石充填模拟实验系统能够实时监测实验过程中的参数变化，并能够实时记录实验数据；

(6)该砾石充填模拟实验系统能够实现清晰观察砾石的充填过程，对研究砾石充填规律、优化砾石充填方案提供极大便利。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不是为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照本申请中所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。

Claims (10)

1.一种砾石充填模拟实验系统，其特征在于，包括：

混砂容器，所述混砂容器内配制有混砂液，所述混砂液具体为砾石和液体以预定比例组成的混合物；

充填模拟装置，包括：

模拟管柱，所述模拟管柱与水平面呈预定夹角，所述预定夹角小于90°，所述模拟管柱沿其纵长延伸方向具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述混砂容器连通，所述第二端固定有过滤管；所述模拟管柱具有中空腔体，所述中空腔体内设置有分隔板，所述分隔板将所述中空腔体分隔形成第一腔室和第二腔室，其中，所述第二腔室与所述过滤管相连通形成排液流道；

套设在所述模拟管柱外部的套筒，所述套筒具有相对的顶端和底端，所述底端封闭，所述顶端敞开；

设置在所述顶端的盖板，所述模拟管柱在与所述盖板配合连接后，所述套筒与所述模拟管柱之间能形成封闭的环形空腔，所述模拟管柱的中轴线与所述套筒的中轴线不重合；

所述混砂容器中的混砂液沿所述模拟管柱的第一腔室进入所述环形空腔，所述混砂液中经所述过滤管过滤后的液体沿所述排液流道排出至所述套筒的外部。

2.如权利要求1所述的砾石充填模拟实验系统，其特征在于，所述第一腔室具有第一出液口，所述第一出液口设置在所述第一腔室的侧壁上；所述排液流道具有第二出液口，所述第二出液口设置在所述第二腔室的侧壁上，所述套筒的侧壁上设置有能与所述第二出液口相连通的排液口，所述排液口处具有开关控制阀，所述开关控制阀上设置有压力检测单元；

所述第一出液口靠近所述模拟管柱的第二端，所述第二出液口靠近所述模拟管柱的第一端，所述第一出液口与所述第二出液口之间设置有封隔器，所述封隔器与所述模拟管柱密封连接，所述封隔器的外轮廓尺寸大于所述套筒的横截面尺寸。

3.如权利要求2所述的砾石充填模拟实验系统，其特征在于，所述套筒包括：第一对接部和第二对接部，所述第一对接部与所述第二对接部对接后形成所述环形空腔，所述封隔器位于所述第一对接部与所述第二对接部之间。

4.如权利要求1所述的砾石充填模拟实验系统，其特征在于，所述盖板的外轮廓尺寸大于所述套筒的横截面尺寸，所述盖板能带动所述模拟管柱沿所述套筒的径向移动。

5.如权利要求1-4任一项所述的砾石充填模拟实验系统，其特征在于，所述充填模拟装置还包括：第一千斤组件和第二千斤组件，所述第一千斤组件和所述第二千斤组件分别作用于所述套筒的底端和所述顶端处的盖板。

6.如权利要求1所述的砾石充填模拟实验系统，其特征在于，所述实验系统还包括：试验台，所述充填模拟装置放置在所述试验台上，所述试验台的底部设置有抬升支座，所述抬升支座能改变所述试验台的倾斜角度。

7.如权利要求1所述的砾石充填模拟实验系统，其特征在于，所述混砂容器与所述模拟管柱之间设置有压力脉冲泵，所述压力脉冲泵能以预定压力或预定频率将所述混砂容器内的混砂液输入至所述模拟管柱内。

8.如权利要求7所述的砾石充填模拟实验系统，其特征在于，所述混砂容器的上游设置有混砂装置，所述混砂装置包括：

供砂机构，包括：储砂容器和与所述储砂容器相连通的注砂泵；

供液机构，包括：储液容器和与所述储液容器相连通的注液泵；

所述注砂泵与所述注液泵均与所述混砂容器连通。

9.如权利要求8所述的砾石充填模拟实验系统，其特征在于，所述实验系统还包括：控制器，所述控制器与所述注砂泵、注液泵、压力脉冲泵均电性连接，所述控制器能调节所述注砂泵、所述注液泵、所述压力脉冲泵的输出量。

10.如权利要求1所述的砾石充填模拟实验系统，其特征在于，所述套筒和所述模拟管柱为透明材料，所述实验系统还包括：摄像组和摄像控制装置，所述摄像组架设在所述套筒外部，所述摄像组电性连接所述摄像控制装置，所述摄像控制装置能控制并记录所述摄像组的信息采集。

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