CN219015840U - 一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油钻采实验中水流冲刷对井周地层产生的影响实验技术领域，尤其涉及一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置，所述实验装置包括若干个的注水模块，地层实验模型以及紊流实验模块，其中注水模块与地层实验模型相连通，所述紊流实验模块设置在注水模块与地层实验模型相连通之间。本装置通过对地层实验模型注入水流或化学防砂剂，并且通过设置多个电磁阀及电磁阀控制器，可以实现多级注水强度调节的同时，亦能够实验模拟单独水流流速强度调节等，可以较为直观地模拟不同情况下水流对地层冲刷影响效果，实现紊流态注水岩心冲刷出砂以及防砂实验研究。

Description

一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置

技术领域

本实用新型涉及石油钻采实验中水流冲刷对井周地层产生的影响实验技术领域，尤其涉及一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置。

背景技术

在石油开采过程中，由于随着生产开发后期井底压力的降低，在井周地层应力的等作用下，岩石结构出现失稳的情况导致容易出砂；其次，注入水及地层流体的不断冲刷使胶结物含量偏低的地带亦容易逐渐失去稳定性，砂粒剥落或破碎后随流体发生运移，继续磨损接触面，含水饱和度以及流速的增加亦会进一步加剧出砂；

而地层出砂后，砂粒的堆积可能掩埋产油层、堵塞井筒或随管线进入地面设备发生腐蚀，增加维修成本，严重的导致出砂井停产或报废；同时沙粒在被石油浸染后会变为油砂，对油砂的处理也会造成环境污染，因此地层出砂情况的发生是会严重影响石油钻采现场作业进度和经济效益。

因此在针对上述情况，室内模拟实验中常需要进行一些岩心冲刷、筛管及化学防砂等实验，以获取防砂精度、出砂率等数据；

但是现有的实验装置中，还没有涉及到模拟评估紊流态注水对地层的出砂伤害，以及不同防砂措施对防砂效果的影响的实验装置和设备。

实用新型内容

本实用新型提供一种能够模拟评估紊流态注水对地层的出砂伤害作用情况，以及试验不同防砂措施情况下对防砂效果产生影响的多级注水紊流模拟冲刷实验装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为，一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置，所述实验装置包括若干个的注水模块，地层实验模型以及紊流实验模块，其中注水模块与地层实验模型相连通，所述紊流实验模块设置在注水模块与地层实验模型相连通之间。

进一步，所述注水模块包括注水压力泵以及中间容器罐，所述中间容器罐的进水端与注水压力泵相连通，其出水端与地层实验模型相连通。

进一步，所述中间容器罐的内部中间设有活动活塞，并且分别在活动活塞两端分别形成驱动溶液腔以及实验溶液腔，所述驱动溶液腔与注水压力泵相连通，所述实验溶液腔与地层实验模型相连通。

进一步，所述中间容器罐的实验溶液腔内盛装有水、化学防砂剂实验溶液。

进一步，所述紊流实验模块包括电磁阀以及用于控制电磁阀工作的电磁阀控制器，所述电磁阀分别设置在注水模块与地层实验模型相连通之间，所述电磁阀控制器与相对应的电磁阀电连接。

进一步，所述电磁阀包括总控开关电磁阀以及与若干个所述注水模块相对应的分控开关电磁阀，所述分控开关电磁阀分别对应设置在若干个所述注水模块与地层实验模型连通之间；所述总控开关电磁阀设置在分控开关电磁阀与地层实验模型连接之间。

进一步，所述地层实验模型包括实验箱体，所述实验箱体内部设有滤网、填砂槽以及出砂槽，所述滤网设置在填砂槽与出砂槽之间。

进一步，所述填砂槽内填充有石英砂一种或多种的石油钻采现场砂石土壤。

进一步，所述实验箱体为透明材料组成，所述实验箱体的上方设有可拆卸的顶盖。

进一步，所述地层实验模型还设有稳压模块，所述稳压模块包括回压调节阀以及蓄液容器，所述回压调节阀的进水端与地层实验模型连通，其出水端与蓄液容器连通；所述回压调节阀的一侧还连接设有用于对回压调节阀进行调节压力界限的注水增压泵。

本实用新型的有益效果如下：

本装置通过对地层实验模型注入水流或防砂液体，并且通过设置多个电磁阀及电磁阀控制器，可以实现多级注水强度调节的同时，亦能够实验模拟单独水流流速强度调节等，可以较为直观地模拟不同情况下水流对地层冲刷影响效果，实现紊流态注水岩心冲刷出砂以及防砂实验研究。

同时本装置通过设置可视化的地层实验模型，从而通过改变滤网防砂精度及填充槽内石英砂中值粒径等，实现评价筛管防砂精度及化学固砂效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

其中，100 注水模块，110 注水压力泵，120 中间容器罐，121 活动活塞，122 驱动溶液腔，123 实验溶液腔；

200 地层实验模型，210 实验箱体，211 滤网，212 填砂槽，213 出砂槽，220 稳压模块，221回压调节阀，222 蓄液容器，223 注水增压泵；

300 紊流实验模块，310 电磁阀，311 总控开关电磁阀，312 分控开关电磁阀；320电磁阀控制器。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本实用新型的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本实用新型中所使用的上、下、左、右、顶、底等描述仅仅是相对于附图中本实用新型各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。

参照图1所述，在一些实施例中，根据本实用新型的一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置，所述实验装置包括若干个的注水模块100，地层实验模型200以及紊流实验模块300，其中注水模块100与地层实验模型200相连通，所述紊流实验模块300设置在注水模块100与地层实验模型200相连通之间。本装置通过对地层实验模型注入水流或化学防砂剂，并且通过设置多个电磁阀310及电磁阀控制器320，可以实现多级注水强度调节的同时，亦能够实验模拟单独水流流速强度调节等，可以较为直观地模拟不同情况下水流对地层冲刷影响效果，实现紊流态注水岩心冲刷出砂以及防砂实验研究。

如图1所示，为了便于对地层实验模型200进行注入实验溶液进行化学防砂和岩心注水冲刷等实验，所述注水模块100包括注水压力泵110以及中间容器罐120，所述中间容器罐120的进水端与注水压力泵110相连通，其出水端与地层实验模型200相连通。因此能够通过注水压力泵110进行施压将中间容器罐120内的实验溶液注入至地层实验模型200中进行实验。

进一步，所述中间容器罐120的内部中间设有活动活塞121，并且分别在活动活塞121两端分别形成驱动溶液腔122以及实验溶液腔123，所述驱动溶液腔122与注水压力泵110相连通，所述实验溶液腔123与地层实验模型200相连通。所示注水压力泵110通过对驱动溶液腔122内注入液体，从而施压推动活动活塞121，使活动活塞121将实验溶液腔123内的实验溶液往地层实验模型200方向注入。

其中，所述中间容器罐120的实验溶液腔123内盛放有水、化学防砂剂等实验溶液。因此每个中间容器罐120的实验溶液腔123内可以盛放不同的实验溶液，例如注入水、化学防砂剂等，从而可以同时进行化学防砂和岩心注水冲刷等实验，能够更加方便地满足实际需要实验的作业需求。

如图1所示，为了能够模拟不同的注水强度，实现多级注水强度调节，所述紊流实验模块300包括电磁阀310以及用于控制电磁阀310工作的电磁阀控制器320，所述电磁阀310分别设置在注水模块100与地层实验模型相连通之间，所述电磁阀控制器320与相对应的电磁阀310电连接。因此在注水模块100正常注水过程中，可以通过电磁阀控制器320设定开关的频率，从而实现控制注水不同的频率脉冲式注入地层实验模型200中。

进一步，为了能够方便实验溶液多种组合方式进行不同的化学防砂和岩心注水冲刷实验，所述电磁阀310包括总控开关电磁阀311以及与若干个所述注水模块100相对应的分控开关电磁阀312，所述分控开关电磁阀312分别对应设置在若干个所述注水模块100与地层实验模型200连通之间；所述总控开关电磁阀311设置在分控开关电磁阀312与地层实验模型200连接之间。因此能够通过设定开启或关闭特定的注水模块100，从而实现不同的组合方式进行化学防砂和岩心注水冲刷实验。

其中根据本实用新型一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置进一步的实施方式，若干个注水模块100可以分别设置为①号、②号、③号的中间容器罐120并且并联设置，其出口与地层实验模型200之间共用一个总控开关电磁阀311，在①号、②号的中间容器罐120出口与地层实验模型200之间各设置有一个分控开关电磁阀312，可通过相应的电磁阀控制器320设定频率来控制总控开关电磁阀311和分控开关电磁阀312开启关闭，通过控制总控开关电磁阀311和分控开关电磁阀312，从而实现按照不同频率的脉冲、不同实验溶液组合方式进行多级注水紊流冲刷实验。

如图1所示，为了能够有效直观地实验不同地层砂、不同防砂精度下的出砂情况及防砂效果，所述地层实验模型包括实验箱体210，所述实验箱体210内部设有滤网211、填砂槽212以及出砂槽213，所述滤网211设置在填砂槽212与出砂槽213之间。其中，在实验时，通过对填砂槽212进行注水冲刷后，被冲刷后的石砂会通过滤网211漏出至出砂槽213，因此能够通过出砂槽213进行观察以及计算出砂率等实验结果；同时，可以通过改变滤网211的不同滤孔大小，从而适应实验不同防砂精度；以及通过在填砂槽212内改变填充石英砂目数，从而更加直观方便模拟不同地层砂、不同防砂精度下的出砂情况及防砂效果。

其中，所述填砂槽212内填充有石英砂等一种或多种的石油钻采现场砂石土壤。因此能够通过更换填砂槽212内的填充物，例如石英砂目数等，从而能够快速模拟不同种类的地层结构。

进一步，为了便于直观地观察实验效果，所述实验箱体210为透明材料组成，所述透明材料为亚力克材料、玻璃材料等透明材料；所述实验箱体210的上方设有可拆卸的顶盖，因此可以通过拆卸顶盖方便进行更换滤网211以及填砂槽212内的实验填充物。

如图1所示，为了能够给地层实验模型200提供稳定压力，模拟真实场景的地层压力，所述地层实验模型还设有稳压模块220，所述稳压模块220包括回压调节阀221以及蓄液容器222，所述回压调节阀221的进水端与地层实验模型200连通，其出水端与蓄液容器222连通；所述回压调节阀221的一侧还连接设有用于对回压调节阀221进行调节压力界限的注水增压泵223。

其中，回压调节阀221是用来在流体流动研究中的压力调节。这个回压调节阀221有两个内腔，这两个内腔是由一个活塞隔开，活塞由一根针状物连在较低的内腔一边。较高的内腔受到顶部气体的压力而较低的内腔受系统压力。回压调节阀221起到一个比较装置的作用。当顶部的压力大于地层实验模型200压力时，针状物封堵以维持这个压力。相反的当地层压力模型压力高于顶部压力时，针状物打开，超额部分的流体流出。当连续流动时这两个过程不断的循环，以维持地层实验模型200内部压力和顶部设定的定值保持平衡。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。都应属于本实用新型的保护范围。在本实用新型的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (6)

1.一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置，其特征在于，所述实验装置包括若干个的注水模块（100），地层实验模型（200）以及紊流实验模块（300），其中注水模块（100）与地层实验模型（200）相连通，所述紊流实验模块（300）设置在注水模块（100）与地层实验模型（200）相连通之间；所述紊流实验模块（300）包括电磁阀（310）以及用于控制电磁阀（310）工作的电磁阀控制器（320），所述电磁阀（310）分别设置在注水模块（100）与地层实验模型（200）相连通之间，所述电磁阀控制器（320）与相对应的电磁阀（310）电连接；所述地层实验模型（200）包括实验箱体（210），所述实验箱体（210）内部设有滤网（211）、填砂槽（212）以及出砂槽（213），所述滤网（211）设置在填砂槽（212）与出砂槽（213）之间。

2.根据权利要求1所述的一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置，其特征在于，所述注水模块（100）包括注水压力泵（110）以及中间容器罐（120），所述中间容器罐（120）的进水端与注水压力泵（110）相连通，其出水端与地层实验模型（200）相连通。

3.根据权利要求2所述的一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置，其特征在于，所述中间容器罐（120）的内部中间设有活动活塞（121），并且分别在活动活塞（121）两端分别形成驱动溶液腔（122）以及实验溶液腔（123），所述驱动溶液腔（122）与注水压力泵（110）相连通，所述实验溶液腔（123）与地层实验模型（200）相连通。

4.根据权利要求1所述的一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置，其特征在于，所述电磁阀（310）包括总控开关电磁阀（311）以及与若干个所述注水模块（100）相对应的分控开关电磁阀（312），所述分控开关电磁阀（312）分别对应设置在若干个所述注水模块（100）与地层实验模型（200）连通之间；所述总控开关电磁阀（311）设置在分控开关电磁阀（312）与地层实验模型（200）连接之间。

5.根据权利要求1所述的一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置，其特征在于，所述实验箱体（210）为透明材料组成，所述实验箱体（210）的上方设有可拆卸的顶盖。

6.根据权利要求1所述的一种多级注水紊流模拟冲刷实验装置，其特征在于，所述地层实验模型（200）还设有稳压模块（220），所述稳压模块（220）包括回压调节阀（221）以及蓄液容器（222），所述回压调节阀（221）的进水端与地层实验模型（200）连通，其出水端与蓄液容器（222）连通；所述回压调节阀（221）的一侧还连接设有用于对回压调节阀（221）进行调节压力界限的注水增压泵（223）。

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