CN217270177U - 用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒，包括支撑架；支撑架底部固定在圆柱钢质外筒，圆柱钢质外筒内部设有钢质锥形填砂筒，圆柱钢质外筒的左右两端分别设有左端堵盖和右端堵盖；左端堵盖的内部端面设有大直径不锈钢密纹网，右端堵盖的内部端面设有小直径不锈钢密纹网；圆柱钢质外筒的顶部设有差压计支撑架，差压计支撑架的顶部固定有第一差压计、第二差压计及第三差压计；圆柱钢质外筒设有温度传感器，差压计的检测端分别通过一个金属管伸入所述圆柱钢质外筒内部。该装置可以模拟注采井近井地带由渗流截面积减小导致的高速渗流特征，解决常规渗流实验系统或岩心夹持器难以模拟近井地带渗流特征的问题。

Description

用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒

技术领域

本实用新型具体涉及一种用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒。

背景技术

油气开发室内物理模拟实验是揭示地下油气渗流规律、渗流机理及油气渗流动态等的基础手段。室内实验结果的客观性与可靠性，除了与本身的实验手段有关外，主要取决于实验条件对地层真实情况的反映程度或模拟程度。因此，开展油气田开发室内物理模拟实验装置的研制，形成适用于特定应用场景的实验条件，有助于解决常规渗流实验装置或驱替系统不能有效应用于特定渗流场景的问题。

通常，室内渗流实验开展的前提，首先需要取得研究区块的天然岩心，经过机械加工后装入岩心夹持器中，组成渗流实验系统的重要组成部分。对于无法取到天然岩心的情况或机理性的室内实验研究，也可以采用人造岩心来替代天然岩心以模拟特定的地层条件。除了常规的依靠岩心开展的渗流实验外，填砂筒在油气田开发室内实验的应用较为广泛。对于机理性或不过分强调岩心柱塞矿物成分的室内实验，填砂筒具备较强的灵活性，成本相对较低。

其次，研究者对岩心物性参数的要求，需要考虑岩心的选用或驱替系统的选用问题。一般来说，天然岩心由于取芯地层物性的随机性，很难取到完全均质(岩心物性参数不随位置发生变化)的岩心。世界上，没有一块天然岩心是完全的均质岩心，岩心物性参数主要取决于沉积环境、成岩作用、古水流方向等多种因素的影响。对于特定的渗流实验应用场景，选用人造岩心或填砂筒是模拟均质条件的有效手段。人造岩心或填砂筒使用不同粒径砂，按照一定的比例混合(人造岩心有时会添加胶结剂)来符合客户指定的物性参数要求。模拟岩心的均质性主要取决于砂粒搅拌的均匀程度。因此，利用人造岩心和填砂筒是模拟均质地层条件经济有效的手段。

再次，由于油气在近井地带渗流与广大的地层渗流相比，具有不同的渗流特征。以气藏开发为例，当气体流入井中，垂直于流动方向的过流断面愈接近井轴愈小，渗流速度急剧增加，压降漏斗比线性渗流更陡，井轴周围的高速流动相当于紊流流动，即气藏近井地带渗流存在高速非达西效应。利用常规岩心夹持器，流体通过圆柱岩心近似看做一维单向流，不同位置渗流截面积相同，而实际的近井地带渗流截面积随靠近井轴的距离缩小，渗流速度在井筒附近达到最大，一般的短岩心夹持器和长岩心夹持器(或圆柱岩心)，显然无法模拟渗流断面随位置变化的特点，即无法模拟近井地带高渗流速度的特点。

最后，近些年关于储气库建设、CO₂捕集与封存及未来氢能源的地下储存等研究和应用领域，更为关注的是注采井近井地带的渗流特征。深入研究储气库注采井、CO₂或氢能源注入井等近井地带流体的渗流规律、渗流机理及运行过程中潜在的风险或安全问题，形成从理论到应用的系统性的地下注采技术，关系到我国天然气储气库的长期安全稳定运行、CO₂地下封存的安全性与稳定性及未来氢能源的地下建库运行可行性。

综上所述，本专利提出一种用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒可作为渗流实验系统中驱替系统的替代设备。尤其对于模拟均质地层条件的机理性研究应用场景，利用锥形填砂筒可更为高效、灵活、低成本的模拟地层近井地带渗流特点，方便以上所述问题或困难的解决。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒，该用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒可以很好地解决上述问题。

为达到上述要求，本实用新型采取的技术方案是：提供一种用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒，包括支撑架；支撑架底部固定在圆柱钢质外筒，所述圆柱钢质外筒内部设有钢质锥形填砂筒，所述圆柱钢质外筒的左右两端分别设有左端堵盖和右端堵盖；左端堵盖的内部端面设有大直径不锈钢密纹网，所述右端堵盖的内部端面设有小直径不锈钢密纹网；圆柱钢质外筒的顶部设有差压计支撑架，所述差压计支撑架的顶部固定有第一差压计、第二差压计及第三差压计；圆柱钢质外筒设有温度传感器，所述第一差压计、第二差压计及第三差压计的检测端分别通过一个金属管伸入所述圆柱钢质外筒内部，所述金属管上设有节流阀。

该用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒具有的优点如下：

(1)利用改进的模拟岩心，可以模拟注采井近井地带由渗流截面积减小导致的高速渗流特征，解决常规渗流实验系统或岩心夹持器难以模拟近井地带渗流特征的问题。

(2)本专利提出一种用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒可作为渗流实验系统中驱替系统的替代设备，尤其对于模拟均质地层条件的机理性实验研究应用场景，利用钢质锥形填砂筒可更为高效、灵活、低成本的模拟地层近井地带渗流特征。

(3)本专利提供一种用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒可为油气藏注采井、储气库注采井及CO2封存注入井的近井地带渗流规律、渗流机理及渗流引发的地层污染问题等的室内物理模拟实验研究提供必备实验条件。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示意性地示出了根据本申请一个实施例的用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒的结构示意图。

图2示意性地示出了根据本申请一个实施例的用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒的左端堵盖的结构示意图。

图3示意性地示出了根据本申请一个实施例的用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒的右端堵盖的结构示意图。

其中：1、支撑架；2、差压计支撑架；3、温度传感器；4、节流阀；5、右端堵盖；6、左端堵盖；7、插销孔；8、第一差压计；9、第二差压计；10、第三差压计；11、大直径不锈钢密纹网；12、小直径不锈钢密纹网；13、圆柱钢质外筒；14、钢质锥形填砂筒；15、固定螺丝。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。

在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

根据本申请的一个实施例，提供一种用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒，如图1-3所示，包括支撑架1；支撑架1顶部固定有圆柱钢质外筒13，所述圆柱钢质外筒13内部设有钢质锥形填砂筒14，所述圆柱钢质外筒13的左右两端分别设有左端堵盖6和右端堵盖5；左端堵盖6的内部端面设有大直径不锈钢密纹网11，所述右端堵盖5的内部端面设有小直径不锈钢密纹网12；圆柱钢质外筒13的顶部设有差压计支撑架2，所述差压计支撑架2的顶部固定有第一差压计8、第二差压计9及第三差压计10；圆柱钢质外筒13的顶部设有温度传感器3，所述第一差压计8、第二差压计9及第三差压计10的两个检测端分别通过一个金属管伸入所述圆柱钢质外筒13内部，所述金属管上设有节流阀4。左端堵盖6和右端堵盖5上均设有插销孔7。所述温度传感器3的检测端通过一个金属管伸入所述圆柱钢质外筒13的内部。所述钢质锥形填砂筒14左端孔径大右端孔径小。

根据本申请的一个实施例，钢质锥形填砂筒14外焊接圆柱钢质外筒，钢质锥形填砂筒14分布四个测压孔(测压孔1、2、3、4)和中间测温孔，圆柱钢质外筒13中间位置焊接差压计支撑架2，用于固定第一差压计8、第二差压计9、第三差压计10。圆柱钢质外筒13分三个测压段(三个差压计各自支路处由6个节流阀控制)。右端堵盖5和左端堵盖6与钢质锥形填砂筒14是由螺纹连接。右端堵盖5和左端堵盖6上配有插销孔7，用于堵盖的拆卸。右端堵盖5和左端堵盖6内部内凸出一段不锈钢平纹网(500目或0.03mm)，安装后堵住钢质锥形填砂筒14内充填沙粒，以避免砂粒流入。如图1所示，第二差压计9的两个检测端分别与第一差压计8和第三差压计10的一个检测端连通并伸入圆柱钢质外筒13，第一差压计8和第三差压计10的另一个检测端同样伸入圆柱钢质外筒13。

设计尺寸：圆柱钢质外筒长度为1.06米(模拟岩心有效长度1米，钢质锥形填砂筒14两端连接的右端堵盖5和左端堵盖6的内螺纹长度3cm，内螺纹壁厚0.5cm)，大截面半径R为10cm，小截面r取0.25R。圆柱钢质外筒外径15cm，外筒壁厚度0.5cm。

钢质锥形填砂筒14具体结构及实现：首先，钢质锥形填砂筒14连接渗流实验系统前，需要将前期充分搅拌的不同粒径砂密实充填入钢质锥形填砂筒14，连接好右端堵盖5和左端堵盖6及第一差压计8、第二差压计9、第三差压计10，与渗流实验系统组装。通过向驱替系统注入流体监测压力来检测密封性。模拟天然气的开采过程或储气库采气过程时，需要将注入介质向钢质锥形填砂筒14大截面(图中左侧)注入，小截面(图中右侧)流出，组成正向通路。当模拟天然气注入地层建库过程或CO₂地下封存注入过程，需要将注入介质向钢质锥形填砂筒14小截面注入，大截面流出，组成逆向通路。连接好本实用新型例提出的钢质锥形填砂筒后，根据具体渗流实验方案开展实验。压力数据是渗流实验的重要基础数据，本专利具备分段动态测压监控的功能，可对模拟岩心(或钢质锥形填砂筒)不同渗流位置、不同渗流时间进行压力监控。另外，本专利的钢质锥形填砂筒14中间位置的测温计也具备温度监控或测试的功能，以确认实验系统的模拟地层温度，监测渗流过程导致的温度变化。

需要说明的是，实验室用气体测定高渗透岩心时，普遍存在惯性(或紊流)效应。产生的原因除了与渗流阻力(或渗透率、粘度)的大小有关，更为重要的是出于计量的需要，采用的流速相对较大(若采用低速体积流量需要很低的压力梯度,测准难度大)。但是，对于渗流实验而言，压降导致的流速变化，具有很强的随机性(微观非均质性决定)，增加了实验的不确定性，对于模拟均质地层条件的应用场景，利用锥形填砂筒可更为高效、灵活、低成本的模拟地层近井地带高速渗流特征。

以上所述实施例仅表示本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型保护范围。因此本实用新型的保护范围应该以所述权利要求为准。

Claims (6)

1.一种用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒，其特征在于：包括支撑架；

所述支撑架底部固定在圆柱钢质外筒，所述圆柱钢质外筒内部设有钢质锥形填砂筒，所述圆柱钢质外筒的左右两端分别设有左端堵盖和右端堵盖；

所述左端堵盖的内部端面设有大直径不锈钢密纹网，所述右端堵盖的内部端面设有小直径不锈钢密纹网；

所述圆柱钢质外筒的顶部设有差压计支撑架，所述差压计支撑架的顶部固定有第一差压计、第二差压计及第三差压计；

所述圆柱钢质外筒设有温度传感器，所述第一差压计、第二差压计及第三差压计的检测端分别通过一个金属管伸入所述圆柱钢质外筒内部，所述金属管上设有节流阀。

2.根据权利要求1所述的用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒，其特征在于：所述左端堵盖和右端堵盖上均设有插销孔。

3.根据权利要求1所述的用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒，其特征在于：所述温度传感器的检测端通过一个金属管伸入所述圆柱钢质外筒内部。

4.根据权利要求1所述的用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒，其特征在于：所述钢质锥形填砂筒左端孔径大右端孔径小。

5.根据权利要求1所述的用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒，其特征在于：所述钢质锥形填砂筒具有分段动态测压功能。

6.根据权利要求1所述的用于近井地带渗流实验的钢质锥形填砂筒，其特征在于：所述钢质锥形填砂筒两端堵盖设有500目或0.03mm的不锈钢平纹网。

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