CN217106955U - 一种水平井砾石充填模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及油气田开采技术领域，特别提供了一种水平井砾石充填模拟实验装置。主要包括:基管、带计量功能的漏失阀门、流速传感器、压力表、可视窗口、万能闸门、密封闸门、盲板、控制中心、泵组等。本实用新型突破传统地面水平井砾石充填模拟实验装置的局限性，通过多种调节控制仪器和监测仪器真实的模拟实际地层情况，通过多位置设置的漏失阀门模拟地层漏失；通过万能闸门的开关以及开关程度模拟地层坍塌，井径变化，可以验证水平井分段砾石充填的可能性；同时将井内管柱偏心情况加以考虑，使模拟更贴合实际井况，此外设有多种监测仪表、可视窗口，保证充填参数监测的准确性和完整性，确保模拟效果。

Description

一种水平井砾石充填模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及油气田开采技术领域，特别提供了一种水平井砾石充填模拟实验装置。

背景技术

在油气田开发过程中面临的一个重要问题是油气井井眼出砂，油气井出砂将导致地面和井下设备磨损、油气井井壁坍塌，减产、停产等，解决油气井出砂问题是油气田开发的一个重要研究课题。目前，砾石充填防砂是最主要的防砂手段之一，即在筛管与井壁或套管之间的环形空间进行填充，形成砾石层，成为阻挡地层出砂的可靠屏障，达到控制地层出砂的目的。在砾石填充防砂技术领域，水平井相较于直井通常具有大井斜，还可能存在方位变化，导致井中携砂液的流动方向与砾石重力方向存在90°左右的角度。另外，在实际施工中，地层往往具有漏失，坍塌等情况，导致砾石充填过程难以预测和模拟，同时，防砂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，因此对于水平井的砾石充填技术研究还存在一定技术难度。

当前，传统的地面水平井砾石充填模拟实验装置具有较大的局限性，往往不能模拟地层漏失，地层坍塌，井径变化，井内管柱偏心等井下真实情况，同时还存在充填参数监测不完整的缺陷，导致模拟效果不好，进而导致对现场指导意义有限。因此，有必要提供一种水平井砾石充填模拟实验装置来解决上述问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种水平井砾石充填模拟实验装置，可完成以下模拟内容：

(1)常规水平井砾石充填过程中砾石动态运移的实时监测；

(2)地层漏失情况下砾石充填形态的变化规律；

(3)水平井砾石充填过程中发生地层坍塌情况下的砾石充填形态的变化规律；验证水平井分段砾石充填工艺的可行性；

(4)井径变化对砾石充填形态的影响；

(5)井内管柱偏心状态砾石充填的过程。

本实用新型的技术解决方案是：

一种水平井砾石充填模拟实验装置，包括：基管1，第一漏失阀2，第二漏失阀3，第三漏失阀4，第四漏失阀5，第五漏失阀6，第六漏失阀7，第一流速传感器8，第二流速传感器9，第三流速传感器10，第四流速传感器11，第一压力表12，第二压力表13，第三压力表14，第四压力表15，第五压力表16，第六压力表17，万能闸门18，第一可视窗口19，第二可视窗口20，第三可视窗口21，控制中心22，泵组23，端部盲板24，根部挡板25，排液接口26，根部密封闸门27，其特征是：所述基管1长度设计为长度36m，由油气田标准Φ244.5mm套管连接而成，基管1的根部和端部分别焊接法兰；端部挡板24前端为法兰结构与基管1连接；根部挡板25后端为法兰结构，与基管1根部法兰连接，根部挡板25前端为开孔接口，泵组23的进液管线通过根部挡板25的开孔进入；距离基管根部端面12m位置处，在基管1下侧安装带有计量功能的第一漏失阀2；在基管1上侧与第一漏失阀垂直的位置安装第一压力表12；距离基管根部端面15m的位置处，在基管1下侧安装带有计量功能的第二漏失阀3；在基管1上侧与第二漏失阀垂直的位置安装第二压力表13；距离基管根部端面17m的位置处，在基管1下侧安装带有计量功能的第三漏失阀4；在基管1上侧与第三漏失阀垂直的位置安装第三压力表14；距离基管根部端面19m的位置处，在基管1下侧安装带有计量功能的第四漏失阀5；在基管1上侧与第四漏失阀垂直的位置安装第四压力表15；距离基管根部端面24m的位置处，在基管1下侧安装带有计量功能的第五漏失阀6；在基管1上侧与第五漏失阀垂直的位置安装第五压力表16；距离基管根部端面31m的位置处，在基管1下侧安装带有计量功能的第六漏失阀7；在基管1上侧与第六漏失阀垂直的位置安装第五压力表17；距离基管根部端面13m的位置处，在基管1内侧下部安装第一流速传感器8，通过电缆与控制中心22连接；距离基管根部端面13m的位置处，在基管1内侧上部安装第三流速传感器10，通过电缆与控制中心22连接；距离基管根部端面30m的位置处，在基管1内侧下部安装第二流速传感器9，通过电缆与控制中心22连接；距离基管根部端面30m的位置处，在基管1内侧上部安装第四流速传感器11，通过电缆与控制中心22连接；距离基管根部端面11.5m的位置处，在基管1上部安装第一可视窗口19；距离基管根部端面17.5m的位置处，在基管1上部安装第二可视窗口20；距离基管根部端面30.5m的位置处，在基管1上部安装第三可视窗口21；距离基管根部端面0.5m的位置处，在基管1内部安装根部密封闸门27；距离基管根部端面18m的位置处，在基管1内部安装万能闸门18；距离基管根部端面3m的位置处，在基管1设有排液接口26。

上述一种水平井砾石充填模拟实验装置，基管采用油气田标准Φ244.5mm套管，长度36m，可以真实模拟井下砾石充填。

上述一种水平井砾石充填模拟实验装置，第一漏失阀2，第二漏失阀3，第三漏失阀4，第四漏失阀5，第五漏失阀6，第六漏失阀7，分布在距离基管端面不同的位置，具有相同的结构，具有计量功能，可以通过漏失阀开关程度调节漏失量。六个漏失阀全部打开可以模拟全井筒发生漏失的情况；单独打开第一漏失阀2可模拟水平井砾石充填过程中根部漏失的情况；单独打开第六漏失阀7可以模拟水平井砾石充填过程中端部漏失的情况；不同位置的漏失阀打开可模拟水平井不同位置的漏失情况。

上述一种水平井砾石充填模拟实验装置，第一流速传感器8，第二流速传感器9，第三流速传感器10，第四流速传感器11，四个分布在基管不同位置的流速传感器可以监测记录充填过程中水平井不同位置携砂液的流速以及返排液的流速。

上述一种水平井砾石充填模拟实验装置，第一压力表12，第二压力表13，第三压力表14，第四压力表15，第五压力表16，第六压力表17分布在基管的不同位置，可以实时指示砾石充填过程中各个位置的压力，泵组适时调节充填排量。

上述一种水平井砾石充填模拟实验装置，第一可视窗口19，第二可视窗口20，第三可视窗口21分布在基管的不同位置，三个可视窗口均采用透明的高强度玻璃，通过在基管上开设方形口，然后安装高强度玻璃，再进行密封的方式完成安装，最高可以承受35Mpa压力，可以直接观测砾石充填过程中砾石的形态变化，位移变化等。

上述一种水平井砾石充填模拟实验装置，万能闸门18由环形胶芯和阀体构成，通过调节闸门的开关程度实现模拟水平井井眼井径的变化，当完全关闭闸门时实现模拟砾石充填过程中井壁坍塌的情况；在完全关闭闸门的情况下，同时可以验证水平井分段砾石充填工艺的可行性。

上述一种水平井砾石充填模拟实验装置，根部密封闸门27由环形胶芯和阀体构成，当砾石充填工具下入之后，关闭根部密封闸门，同时排液接口接反洗管线，实现返排液的流出与收集。

本实用新型具有以下优点：

①实验装置的尺寸和规格与现场一致，可以最大限度的模拟现场情况；

②实验装置设计有多种控制装置和监测装置，可以模拟地层漏失，地层坍塌，井眼井径变化等多种复杂井况，进而可以作为多种水平井砾石充填工具工艺的实验场所；

③实验装置设有可视窗口，可以直接观测砾石充填的全过程，解决同统砾石充填工具不能直接观测的难题；

④结构简单，后处理省时省力，抗压能力高。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型工作状态下的示意图。

图中：1、基管；2第一漏失阀；3第二漏失阀；4第三漏失阀；5第四漏失阀；6第五漏失阀；7第六漏失阀；8第一流速传感器；9第二流速传感器；10第三流速传感器；11第四流速传感器；12第一压力表；13第二压力表；14第三压力表；15第四压力表；16第五压力表；17第六压力表；18万能闸门；19第一可视窗口；20第二可视窗口；21第三可视窗口；22控制中心；23泵组；24端部盲板；25根部挡板；26排液接口；27根部密封闸门。

2-1、一种水平井砾石充填模拟实验装置；2-2、防砂封隔器；2-3、砾石充填工具；2-4、管线。

具体实施方式

以下结合附图详述本实用新型，并非限制本实用新型的保护范围，凡使用本实用新型的设计思路得出的改进均属于本实用新型的保护范畴。

地面设备调试正常后，将防砂封隔器2-2和砾石充填工具2-3进行组合，下入到基管1内，连接地面管线2-4，泵组23泵入清水，坐封防砂封隔器，丢手，关闭根部密封闸门27，关闭排液接口26的阀门，验封，验封合格后打开排液接口26的阀门；将防砂工具放置到充填位置；泵组23泵入清水确定循环通道，分别记录各个压力表的压力(第一压力表12、第二压力表13、第三压力表14、第四压力表15、第五压力表16、第六压力表17)，分别记录各个流速传感器(第一流速传感器8、第二流速传感器9、第三流速传感器10)回传的流速信息；压力正常后进行砾石充填实验，打开第一漏失阀门2，模拟砾石充填过程中漏失情况的影响，记录漏失量，分别记录各个压力表的压力值，分别记录各个流速传感器的回传值；依次打开各个漏失阀，每次打开漏失阀都分别记录压力值和流速值；通过调节万能闸门18的开关程度模拟井眼井径对砾石充填的影响，分别记录各个压力表的压力值，分别记录各个流速传感器的回传值；完全关闭万能闸门18，模拟砾石充填过程中地层坍塌情况的影响，分别记录各个压力表的压力值，分别记录各个流速传感器的回传值；整个砾石充填过程中通过三个可视窗口(第一可视窗口19、第二可视窗口20、第三可视窗口21)观察充填砾石的铺砂状态，在条件成熟的情况下，可以用摄像机记录整个充填过程；达到脱砂压之后，调节泵组23，反洗，将管线内残余砾石反洗出来；停泵组23；砾石充填实验结束之后，分别打开端部盲板24和根部挡板25，从端部冲砂，将充填砂全部冲出，从根部提出防砂封隔器和砾石充填工具总成，完成实验，检查设备。

Claims (8)

1.一种水平井砾石充填模拟实验装置，包括：基管(1)，第一漏失阀(2)，第二漏失阀(3)，第三漏失阀(4)，第四漏失阀(5)，第五漏失阀(6)，第六漏失阀(7)，第一流速传感器(8)，第二流速传感器(9)，第三流速传感器(10)，第四流速传感器(11)，第一压力表(12)，第二压力表(13)，第三压力表(14)，第四压力表(15)，第五压力表(16)，第六压力表(17)，万能闸门(18)，第一可视窗口(19)，第二可视窗口(20)，第三可视窗口(21)，控制中心(22)，泵组(23)，端部盲板(24)，根部挡板(25)，排液接口(26)，根部密封闸门(27)，其特征是：所述基管(1)根部和端部分别焊接法兰；端部盲板(24)前端为法兰结构与基管(1)连接；根部挡板(25)后端为法兰结构，与基管(1)根部法兰连接，根部挡板(25)前端为开孔接口，泵组(23)的进液管线通过根部挡板(25)的开孔进入；距离基管(1)根部端面12m的位置处，在基管(1)下侧安装带有计量功能的第一漏失阀(2)；在基管(1)上侧与第一漏失阀(2)垂直的位置安装第一压力表(12)；距离基管(1)根部端面15m的位置处，在基管(1)下侧安装带有计量功能的第二漏失阀(3)；在基管(1)上侧与第二漏失阀(3)垂直的位置安装第二压力表(13)；距离基管(1)根部端面17m的位置处，在基管(1)下侧安装带有计量功能的第三漏失阀(4)；在基管(1)上侧与第三漏失阀(4)垂直的位置安装第三压力表(14)；距离基管(1)根部端面19m的位置处，在基管(1)下侧安装带有计量功能的第四漏失阀(5)；在基管(1)上侧与第四漏失阀(5)垂直的位置安装第四压力表(15)；距离基管(1)根部端面24m的位置处，在基管(1)下侧安装带有计量功能的第五漏失阀(6)；在基管(1)上侧与第五漏失阀(6)垂直的位置安装第五压力表(16)；距离基管(1)根部端面31m的位置处，在基管(1)下侧安装带有计量功能的第六漏失阀(7)；在基管(1)上侧与第六漏失阀(7)垂直的位置安装第六压力表(17)；距离基管(1)根部端面13m的位置处，在基管(1)内侧下部安装第一流速传感器(8)，通过电缆与控制中心(22)连接；距离基管(1)根部端面13m的位置处，在基管(1)内侧上部安装第三流速传感器(10)，通过电缆与控制中心(22)连接；距离基管(1)根部端面30m的位置处，在基管(1)内侧下部安装第二流速传感器(9)，通过电缆与控制中心(22)连接；距离基管(1)根部端面30m的位置处，在基管(1)内侧上部安装第四流速传感器(11)，通过电缆与控制中心(22)连接；距离基管(1)根部端面11.5m的位置处，在基管(1)上部安装第一可视窗口(19)；距离基管(1)根部端面17.5m的位置处，在基管(1)上部安装第二可视窗口(20)；距离基管(1)根部端面30.5m的位置处，在基管(1)上部安装第三可视窗口(21)；距离基管(1)根部端面0.5m的位置处，在基管(1)内部安装根部密封闸门(27)；距离基管(1)根部端面18m的位置处，在基管(1)内部安装万能闸门(18)；距离基管(1)根部端面3m的位置处，在基管(1)设有排液接口(26)。

2.根据权利要求1所述一种水平井砾石充填模拟实验装置，其特征是：基管(1)采用油气田标准Φ244.5mm套管，长度36m。

3.根据权利要求1所述一种水平井砾石充填模拟实验装置，其特征是：所述第一漏失阀(2)，第二漏失阀(3)，第三漏失阀(4)，第四漏失阀(5)，第五漏失阀(6)，第六漏失阀(7)，具有相同的结构，可以通过漏失阀开关程度调节漏失量，六个漏失阀全部打开可以模拟全井筒发生漏失的情况；单独打开第一漏失阀(2)可模拟水平井砾石充填过程中根部漏失的情况；单独打开第六漏失阀(7)可以模拟水平井砾石充填过程中端部漏失的情况；其他漏失阀打开可模拟水平井不同位置的漏失情况。

4.根据权利要求1所述一种水平井砾石充填模拟实验装置，其特征是：第一流速传感器(8)，第二流速传感器(9)，第三流速传感器(10)，第四流速传感器(11)，具有相同结构，监测记录实验过程流速传感器所在位置的流速。

5.根据权利要求1所述一种水平井砾石充填模拟实验装置，其特征是：第一压力表(12)，第二压力表(13)，第三压力表(14)，第四压力表(15)，第五压力表(16)，第六压力表(17)，具有相同结构，实时指示实验过程中压力表所在位置的压力。

6.根据权利要求1所述一种水平井砾石充填模拟实验装置，其特征是：第一可视窗口(19)，第二可视窗口(20)，第三可视窗口(21)，三个可视窗口均采用透明的高强度玻璃，通过在基管(1)上开设方形口，然后安装高强度玻璃，再进行密封的方式完成安装，最高可以承受35Mpa压力，实现直接观测砾石充填过程。

7.根据权利要求1所述一种水平井砾石充填模拟实验装置，其特征是：万能闸门(18)，万能闸门(18)由环形胶芯和阀体构成，通过调节闸门的开关程度模拟水平井井眼井径的变化，当完全关闭万能闸门(18)时实现模拟砾石充填过程中井壁坍塌的情况；在完全关闭万能闸门(18)的情况下，可以验证水平井分段砾石充填工艺的可行性。

8.根据权利要求1所述一种水平井砾石充填模拟实验装置，其特征是：根部密封闸门(27)，闸门由环形胶芯和阀体构成，当砾石充填工具下入之后，关闭根部密封闸门(27)，同时排液接口(26)接反洗管线，实现返排液的流出与收集。

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