人工井壁防砂模擬試驗裝置及試驗方法
2023-06-15 13:39:36
專利名稱：人工井壁防砂模擬試驗裝置及試驗方法
技術領域：
本發明涉及到一種試驗裝置及試驗方法，尤其是一種針對油田採油工程，能夠模擬對虧空地層的填砂質量和填砂效果的人工井壁防砂模擬試驗裝置以及試驗方法。
背景技術：
隨著油田開發的不斷進行，地層砂會隨著原油的產出，逐漸流入井底，尤其是針對疏鬆砂巖地層，問題更為嚴重。隨著地層砂的產出，井底附近就會出現虧空地帶。造成井眼砂堵或砂埋生產管柱的現象。為了確保油井的正常生產，通常在地層井眼與下入其內的套管之間，充填礫石，或者充填樹脂砂等材料，在套管外形成具有一定強度及滲透性的礫石人工井壁或地層砂和樹脂砂膠結形成的人工井壁，以阻止油層砂流入井內，起到通油擋砂的作用，同時對地層起到支撐作用，防止地層井眼的坍塌。目前，為了提高油井防砂效果，人們研製了多種防砂模擬試驗裝置，但其主要是針對水平井礫石充填防砂進行的研究，功能單一。如美國斯倫貝謝、哈利伯頓、雪佛龍、貝克休斯等公司和英國黑瑞特-瓦特爾大學從80年代初開始，利用大型實尺寸水平井礫石充填模擬試驗裝置，開展水平井礫石充填機理試驗研究，並建立水平井礫石充填數學模型，進行水平井礫石充填數值模擬、參數優選和防砂效果預測等研究，取得了理想的成果。國內勝利油田採油工藝研究院建立了一套適宜於水平井礫石充填的物理模擬試驗裝置。該套裝置屬於大型實際尺寸礫石防砂模擬實驗裝置，具有透明的模擬井筒，井筒外徑200mm，內徑160mm， 全長30m。井筒內配裝87mm的繞絲篩管、衝管和礫石充填工具組合管柱，通過供水離心泵、 砂漿攪拌罐和砂泵向模擬井筒內充填礫石。但該公知的試驗裝置只能在常溫狀態下進行水平井礫石充填防砂模擬試驗，無法實現地層砂和樹脂砂膠結形成的人工井壁防砂的模擬試驗功能。上述公知的模擬試驗裝置和方法均無法在對虧空地層中形成由地層砂、樹脂砂構成的人工井壁之前，獲得針對該地層設計的人工井壁模型中檢驗常溫高壓、高溫高壓狀態下樹脂砂、人工礫石的填砂質量和填砂效果、各種因素下對防砂效果的影響、填砂所需施工參數、以及不同型號樹脂砂的防砂能力的數據，因此不利於油田的人工井壁防砂施工作業。有鑑於上述公知技術存在的缺陷，本發明人根據多年從事本領域和相關領域的生產設計經驗，研製出本發明的人工井壁防砂模擬試驗裝置及方法，從而為油田現場的防砂作業提供有利的依據。
發明內容
本發明的目的是提供一種人工井壁防砂模擬試驗裝置和試驗方法，以克服公知技術存在的缺陷，方便地獲得試驗用樹脂砂的防砂效果。為此，本發明提出一種人工井壁防砂模擬試驗裝置，其至少包括筒體，其內能容置構成人工井壁的填充物；所述筒體的兩端分別密封固定有一端蓋，且在其中一個所述端蓋上設有進液口，在另一端蓋上設有出液口。
如上所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其中，具有所述出液口的端蓋朝向所述填充物一側設有防砂網。如上所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其中，所述筒體的外部包覆有加熱圈。所述加熱圈可以通過加熱板固定在所述筒體的外周壁上。如上所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其中，所述加熱圈的外部設有保溫層。如上所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其中，所述填充物為地層砂和含有樹脂砂的混砂液。如上所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其中，所述筒體的內周面設有一膠層，以防止樹脂砂粘覆在筒體的內表面上。如上所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其中，具有所述出液口的端蓋延伸至所述筒體內，且該伸入端的端部與一託環固定連接，所述託環的外徑與所述膠層的內徑相配合，以支撐所述膠層；所述託環沿軸向設有多個貫通孔，一防砂網固定在所述託環上，以阻擋所述筒體內的砂石流出。如上所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其中，在所述筒體內沿其長度方向設有多個壓力傳感器。如上所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其中，所述壓力傳感器沿所述筒體的長度和圓周方向均勻設置。本發明還提出一種人工井壁防砂模擬試驗方法，包括在如上所述的人工井壁防砂試驗裝置的筒體內充入地層砂；由所述進液口注入含有樹脂砂的混砂液，並充滿所述筒體，且多餘的液體從所述出液口排出；保持所述筒體內壓力與所模擬油井的實際壓力相同； 由設置在所述筒體外部的加熱圈加熱所述筒體內的地層砂和含有樹脂砂的混砂液，使所述地層砂和樹脂砂膠結構成人工井壁；再由所述出液口向所述筒體內注入相似液，所述相似液穿過所述人工井壁，由所述進液口流出；在向所述筒體內注入相似液的過程中，由所述壓力傳感器獲得所述筒體內不同部位的壓力變化，並由所述進液口排出的流體中獲得出砂量和出砂粒度，以確定所述樹脂砂的防砂效果。如上所述的人工井壁防砂模擬試驗方法，其中，所述加熱溫度為大於室內溫度，小於等於95度。如上所述的人工井壁防砂模擬試驗方法，其中，所述筒體內的壓力小於等於 30MPa。本發明的特點和優點是本發明的人工井壁防砂模擬試驗裝置結構簡單、使用操作方便，既可進行油井在相應的試驗條件下模擬油井人工井壁防砂施工的過程，又可模擬油井人工井壁防砂後的油井生產的過程，從而達到有效指導防砂施工設計和現場的防砂施工的目的。本發明可以在筒體內填充不同類型的地層砂，從而可以分別對不同區塊、不同油井的人工井壁防砂情況進行模擬試驗。地層砂預製層可允許模擬的混砂液進入，如允許含有樹脂砂的混砂液進入，通過在一定的壓力下注入混砂液，並通過在裝置中不同的部位安置的壓力傳感器傳遞的壓力數據，來判斷其填充質量和填充效果；設置在筒體出液口端的防砂網允許流體通過，並可阻擋砂子的流出。防砂模擬結束後，待樹脂砂和地層砂膠結形成人工井壁後，可進行油井防砂後的生產模擬過程。此時，採取反向注入，通過在出液口觀察是否出砂，出砂量以及出砂粒度，就可檢測樹脂砂的防砂效果，從而能夠根據不同地質條件選擇與之相適應的樹脂砂。因此，本發明能夠對防砂材料、攜砂液配方的篩選、防砂施工參數的優化，提供可靠依據。
以下附圖僅旨在於對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。其中，圖1為本發明的人工井壁防砂模擬試驗裝置的整體結構示意圖；圖2為圖1中I處的局部放大示意圖；圖3為本發明的人工井壁防砂模擬試驗裝置的原理圖。附圖標號說明1、壓力傳感器5、填充物80、筒身本體11、託環16、出液口
具體實施例方式本發明提出的一種人工井壁防砂模擬試驗裝置至少包括筒體，其內能容置構成人工井壁的填充物；所述筒體的兩端分別密封固定有一端蓋，且在其中一個所述端蓋上設有進液口，在另一端蓋上設有出液口。本發明的人工井壁防砂模擬試驗裝置結構簡單，操作方便。其中，所述填充物可以是地層砂、含有樹脂砂的混砂液。進一步地，所述筒體的外部包覆有加熱圈。在一個具體技術方案中，所述加熱圈可以固定在加熱板上，通過加熱板將所述加熱圈固定在筒體的外周壁上，可以採用常規的方法將三者固定設置。通過在筒體的外部設置加熱圈，可以對筒體進行加熱，以固化進入模型筒體的樹脂砂，模擬井下地層的溫度，並試驗在規定溫度下充入筒體的樹脂砂的防砂效果。為了提高加熱效率，可以在所述加熱圈的外部設置保溫層。此外，為防止注入筒體內的樹脂砂粘覆在筒體的內表面上，還可以在所述筒體的內周面設置一膠層。進一步地，為了防止筒體內的砂石流出，優選在具有所述出液口的端蓋朝向所述填充物一側設置防砂網。在一個可行的方案中，具有所述出液口的端蓋延伸至所述筒體內，且該伸入端的端部與一託環固定連接，所述託環的外徑與所述膠層的內徑相配合，以支撐所述膠層；所述託環沿軸向設有多個貫通孔，防砂網固定在所述託環上。在本發明的一個具體技術方案中，在所述筒體內沿其長度方向設有多個壓力傳感器，通過設置所述壓力傳感器就能夠獲知筒體內不同部位的壓力的變化。本發明還提出一種人工井壁防砂模擬試驗方法，包括在上述人工井壁防砂試驗裝置的筒體內充入地層砂；向所述進液口注入含有樹脂砂的混砂液，並充滿所述筒體，且多餘的液體從所述出液口排出；保持所述筒體內壓力與所模擬油井的實際壓力相同；由設置
2、空間 6、保溫層 81、連接端 13、膠層 17、伸入端
3、貫通孔 7、加熱圈 9、防砂網 14、支架
4、12、端蓋 8、筒體 10、螺栓 15、進液口在所述筒體外部的加熱圈加熱所述筒體內的地層砂和含有樹脂砂的混砂液，使所述地層砂和樹脂砂膠結構成人工井壁；再由所述出液口向所述筒體內注入相似液，所述相似液穿過所述人工井壁，由所述進液口流出；在向所述筒體內注入相似液的過程中，由所述壓力傳感器獲得所述筒體內不同部位的壓力變化，並由所述進液口排出的流體中獲得出砂量和出砂粒度，以確定所述樹脂砂的防砂效果。進一步地，本發明的加熱溫度為大於室內溫度，小於等於95度。優選，所述筒體內的壓力小於等於30MPa。為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，以下結合附圖及較佳實施例，對本發明的人工井壁防砂模擬試驗裝置及試驗方法的具體實施方式
、結構、特徵及功效，詳細說明如後。另外，通過具體實施方式
的說明，當可對本發明為達成預定目的所採取的技術手段及功效得以更加深入具體的了解，然而所附圖僅是提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。圖1為本發明的人工井壁防砂模擬試驗裝置的整體結構示意圖；圖2為圖1中I 處的局部放大示意圖；圖3為本發明的人工井壁防砂模擬試驗裝置的原理圖。如圖1、2所示，本發明提出的人工井壁防砂模擬試驗裝置，至少包括筒體8，其內能容置構成人工井壁的填充物5;所述筒體8的兩端分別密封固定有一端蓋4、12，且在其中一個所述端蓋上設有與筒體8相連通的進液口 15，在另一端蓋上設有與筒體8相連通的出液口 16。其中，其中，所述填充物5可以是地層砂、含有樹脂砂的混砂液。所述筒體8優選由具有良好導熱性能的不鏽鋼製成。在一個可行的實施例中，在所述筒體8的外部包覆有加熱板(圖中未示出)，加熱板上固定有加熱圈7，通過加熱圈7可以對筒體8進行加熱，固化進入模型筒體的樹脂砂，模擬井下地層的溫度，並試驗在規定溫度下充入筒體的樹脂砂的防砂效果。進一步地，所述加熱圈7的外部設有保溫層6，以提高加熱效率，保持筒體8內的溫度。為了防止加熱所述筒體8後，注入筒體8內的樹脂砂粘覆在筒體8的內表面上，降低試驗裝置的使用壽命，在所述筒體8的內周面上可以設置一膠層13。所述膠層13可以是塗覆在所述筒體8的內表面上，也可以是製成與所述筒體8的內徑相配合的膠套。進一步，為防止所述膠層13與筒體8的內表面脫離，在所述筒體8內設有一託環 11，以支撐所述膠層13，該託環11設置在所述筒體8的一端。具體是，具有出液口 16的端蓋12的一端伸入所述筒體8內，所述託環11固定在該端蓋12的伸入端17上。所述託環 11沿軸向設有多個貫通孔3，一防砂網9固定在所述託環11上，以阻擋所述筒體8內的砂
石流出。優選該防砂網9固定在所述託環11朝向所述填充物5的一側面上。如圖3所示，在所述筒體8內沿其長度方向設有多個壓力傳感器1。優選，所述壓力傳感器1沿所述筒體的長度和圓周方向均勻設置。本發明提出的人工井壁防砂模擬試驗方法包括在上述的人工井壁防砂試驗裝置的筒體8內充入地層砂；通過進液管向所述進液口 15注入含有樹脂砂的混砂液，並充滿所述筒體8;保持所述筒體8內壓力與所模擬油井的實際壓力相同；由設置在所述筒體8外部的加熱圈加熱所述筒體內的地層砂和含有樹脂砂的混砂液，使所述地層砂和樹脂砂膠結構成人工井壁，在注入含有樹脂砂的混砂液、以及含有樹脂砂的混砂液與地層砂的膠結的過程中，多餘的液體從所述出液口 16排出。人工井壁形成後，再由所述出液口 16向所述筒體8內注入相似液，所述相似液穿過所述人工井壁由所述進液口 15流出，其中所述相似液是具有和油井產出的液體性能相似的液體，如具有相似的粘度、相似的密度、相似的流動性等。在向所述筒體8內注入相似液的過程中，由所述壓力傳感器1獲得所述筒體8內不同部位的壓力變化，並由所述進液口排出的流體中獲得出砂量和出砂粒度，以確定所述樹脂砂的防砂效果。採用本發明的裝置進行模擬試驗時，對所述筒體8進行加熱時的加熱溫度為大於室內溫度，小於等於95度。進一步地，所述筒體8內的壓力應小於等於30MPa。下面結合一個具體實施例，進一步說明本發明的工作原理本發明的人工井壁防砂模擬試驗裝置，筒體8可由不鏽鋼材質的空心管制成，構成人工井壁防砂的模擬井筒。如圖2所示，所述筒體8可以製成為兩端部的連接端81的外徑大於筒身本體80的外徑，在筒體8的筒身本體80的外部設置加熱圈7，該加熱圈7由兩個相對應的半圓形構成，以便於拆裝，加熱圈7可以固定在加熱板上，通過加熱板固定在所述筒身本體80的外周面。在加熱圈7的外部設有用矽酸鋁保溫棉製成的保溫層6，該保溫層6也可以由兩個半圓形筒體構成，以方便安裝。在圖2中表示的一個具體實施例中，所述保溫層6的內徑大於所述加熱圈7的外徑，與所述筒體8的連接端81的外徑相配合，從而使加熱圈7的外周面與保溫層6的內周面之間形成有一定的空間2，該空間2能夠有效提高對筒體8的保溫較果。此外，設置在所述筒體8內與其內徑相配合的膠層13可以是由橡膠製成的圓柱形膠筒，通過該膠筒的設置，一方面可以避免樹脂砂粘覆在筒體8的內表面上，提高設備的使用壽命，另一方面，由於設置了該膠筒，當試驗完成後可以方便地將固化的人工井壁整體取出ο為了便於試驗操作，還可以在人工井壁防砂模擬試驗裝置的下部設置一支架14。組裝時，在筒體8內壁設置膠層(圓筒形膠套)13，將鋼支架14焊接在筒體8的外側中部；在筒體8的右端設有防砂網9，該防砂網9固定在託環11朝向筒體內的一側面上， 並將託環11通過螺栓10固定在右側的端蓋12上，將端蓋12蓋合在筒體8的右端，並通過密封圈與筒體8的內壁相密封，由螺栓將該端蓋12固定在筒體8的右端。將地層砂裝滿筒體8，在裝填地層砂的同時，將壓力傳感器1沿軸向和圓周方向均勻布置在地層砂內，然後， 在筒體8的左端蓋合端蓋4，端蓋4同樣通過密封圈與筒體8的內壁相密封連接，由螺栓將端蓋4固定在筒體8左端。為了便於連接，在左、右兩端蓋4、12中部的進、出液口 15、16處形成一外凸的丁字形連接部。本發明的試驗裝置既可進行油井在相應的試驗條件下模擬油井人工井壁防砂施工的過程，又可模擬油井人工井壁防砂後的油井生產的過程。且適用於室內常溫至95°C，壓力彡30MPa的油井人工井壁防砂模擬試驗。模擬油井人工井壁防砂施工過程時，在筒體8內充入地層砂，通過進液口 15向筒體8內注入含有樹脂砂的混砂液，然後加熱筒體8內部的地層砂和注入的含有樹脂砂的混砂液，多餘的液體從出液口 16排出。待筒體8內的地層砂和樹脂砂固結後，可進行模擬油井人工井壁防砂後的油井生產的過程。此時，根據所模擬的油井的實際壓力狀況，從出液口 16注入規定壓力的相似液，通過壓力傳感器1 了解筒體8內不同部位的壓力的變化，並從進液口 15流出模擬後的油井產出的液體，然後進行旋流分離、過濾，進入儲液系統以備循環利用。在此過程中，通過對產出液的砂量進行在線監測和計量，來評價該試驗裝置的防砂效果，即，通過觀察出液口 15流出的流體中是否含砂、出砂量以及出砂粒度，就可檢測出樹脂砂的防砂效果。因此，在採油過程中，針對虧空地層，通過本發明的試驗裝置和方法能夠在所設計的模型筒體8中檢驗常溫高壓、高溫高壓狀態下樹脂砂的填砂質量和填砂效果，試驗各種因素對防砂效果的影響，優選出填砂施工參數，評價不同型號樹脂砂的防砂能力，從而為為人工井壁防砂設計和防砂施工提供有利的依據。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。而且需要說明的是，本發明的各組成部分並不僅限於上述整體應用，本發明的說明書中描述的各技術特徵可以根據實際需要選擇一項單獨採用或選擇多項組合起來使用，因此，本發明理所當然地涵蓋了與本案發明點有關的其它組合及具體應用。
權利要求
1.一種人工井壁防砂模擬試驗裝置，其特徵在於，所述試驗裝置至少包括筒體，其內能容置構成人工井壁的填充物；所述筒體的兩端分別密封固定有一端蓋，且在其中一個所述端蓋上設有進液口，在另一端蓋上設有出液口。
2.如權利要求1所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其特徵在於，具有所述出液口的端蓋朝向所述填充物一側設有防砂網。
3.如權利要求1所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其特徵在於，所述筒體的外部包覆有加熱圈。
4.如權利要求3所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其特徵在於，所述加熱圈的外部設有保溫層。
5.如權利要求1至4任一項所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其特徵在於，所述填充物為地層砂和含有樹脂砂的混砂液。
6.如權利要求5所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其特徵在於，所述筒體的內周面設有一膠層，以防止樹脂砂粘覆在筒體的內表面上。
7.如權利要求6所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其特徵在於，具有所述出液口的端蓋延伸至所述筒體內，且該伸入端的端部與一託環固定連接，所述託環的外徑與所述膠層的內徑相配合，以支撐所述膠層；所述託環沿軸向設有多個貫通孔，一防砂網固定在所述託環上，以阻擋所述筒體內的砂石流出。
8.如權利要求1至4任一項所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其特徵在於，在所述筒體內沿其長度方向設有多個壓力傳感器。
9.如權利要求8所述的人工井壁防砂模擬試驗裝置，其特徵在於，所述壓力傳感器沿所述筒體的長度和圓周方向均勻設置。
10.一種人工井壁防砂模擬試驗方法，其特徵在於，所述試驗方法包括在如權利要求1至9任一項所述的人工井壁防砂試驗裝置的筒體內充入地層砂；由所述進液口注入含有樹脂砂的混砂液，並充滿所述筒體，且多餘的液體從所述出液口排出；保持所述筒體內壓力與所模擬油井的實際壓力相同；由設置在所述筒體外部的加熱圈加熱所述筒體內的所述地層砂和含有樹脂砂的混砂液，使所述地層砂和樹脂砂膠結構成人工井壁；再由所述出液口向所述筒體內注入相似液，所述相似液穿過所述人工井壁，由所述進液口流出；在向所述筒體內注入相似液的過程中，由所述壓力傳感器獲得所述筒體內不同部位的壓力變化，並由所述進液口排出的流體中獲得出砂量和出砂粒度，以確定所述樹脂砂的防砂效果。
11.如權利要求10所述的人工井壁防砂模擬試驗方法，其特徵在於，所述加熱溫度為大於室內溫度，小於等於95度。
12.如權利要求10所述的人工井壁防砂模擬試驗方法，其特徵在於，所述筒體內的壓力小於等於30MPa。
全文摘要
本發明涉及到一種人工井壁防砂模擬試驗裝置及試驗方法，其中，所述試驗裝置至少包括筒體，其內能容置構成人工井壁的填充物；所述筒體的兩端分別密封固定有一端蓋，且在其中一個所述端蓋上設有進液口，在另一端蓋上設有出液口。本發明可以在筒體內填充不同類型的地層砂和樹脂砂，從而可以分別對不同區塊、不同油井的人工井壁防砂情況進行模擬試驗。本發明的人工井壁防砂模擬試驗裝置結構簡單、使用操作方便。此外，採用本發明的試驗方法，既可進行油井在相應的試驗條件下模擬油井人工井壁防砂施工的過程，又可模擬油井人工井壁防砂後的油井生產的過程，從而能達到有效指導防砂施工設計和現場的防砂施工的目的。
文檔編號E21B43/02GK102278096SQ20111025342
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者仲景儒, 傅維武, 元榮震, 劉德鑄, 吳志勇, 孫厚利, 孫守國, 王寶權, 趙洪鐘, 闞新偉, 黃文民 申請人:中國石油天然氣股份有限公司