本發(fā)明涉及石油工程領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種疏松砂泥巖互層防砂篩管堵塞評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)裝置和方法。

背景技術(shù)：

油井出砂是石油開采過程中最常見的問題之一，目前通常采用機(jī)械篩管或篩管礫石填充進(jìn)行防砂，常用的機(jī)械篩管包括割縫篩管、繞絲篩管和金屬網(wǎng)布篩管等。由于地層出砂造成的篩管堵塞失效會(huì)嚴(yán)重影響油水井的生產(chǎn)，防砂篩管堵塞已成為困擾各大油田防砂井筒正常生產(chǎn)的重要問題之一。砂泥巖互層是指地層中砂巖和泥巖的薄層交互出現(xiàn)，它有一個(gè)很重要的特征就是每相鄰兩層的巖性不同，巖性相同的薄層及隔層重復(fù)出現(xiàn)。對(duì)砂泥巖互層儲(chǔ)集層來說，砂巖為主要油氣儲(chǔ)集體，泥巖為相對(duì)非滲透層，尤其是在疏松砂泥巖互層油氣藏的開采中，防砂篩管非均勻堵塞非常明顯。

通過實(shí)驗(yàn)的方法來評(píng)價(jià)篩管堵塞是為完井篩管結(jié)構(gòu)優(yōu)選和參數(shù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)的有效手段，而目前對(duì)于防砂篩管堵塞的研究中，并沒有針對(duì)砂泥巖互層地層中防砂篩管堵塞的研究。這是由于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置的有效防砂高度一般不超過400mm，難以模擬砂泥巖互層的地層條件及其出砂特征，以及實(shí)際工況中防砂篩管不同部位的非均勻堵塞特征。而且現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置多為垂直固定式結(jié)構(gòu)，無法模擬定向井和水平井中防砂篩管的堵塞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種疏松砂泥巖互層防砂篩管堵塞評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)裝置和方法，用于模擬砂泥巖互層地層中防砂篩管的堵塞并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過此裝置可以進(jìn)行砂泥巖互層地層中不同泥質(zhì)含量、泥巖厚度、互層層數(shù)、井斜角等條件下機(jī)械篩管堵塞模擬實(shí)驗(yàn)，并對(duì)機(jī)械篩管堵塞進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種疏松砂泥巖互層防砂篩管堵塞評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：其包括模擬井筒系統(tǒng)、供液系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述模擬井筒系統(tǒng)包括一縱向可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在支撐裝置上的高壓釜體、兩釜體封頭、一防砂防砂篩管、一篩管外罩、兩帶通孔的篩管封堵接口以及一可拆卸模擬徑向流動(dòng)壁罩；所述高壓釜體為中空?qǐng)A柱形結(jié)構(gòu)，所述高壓釜體側(cè)壁上設(shè)置有三對(duì)內(nèi)螺紋孔，第一對(duì)內(nèi)螺紋孔用于與所述支撐裝置相連，第二對(duì)內(nèi)螺紋孔作為進(jìn)液接口與所述供液系統(tǒng)相連，第三對(duì)內(nèi)螺紋孔作為壓力傳感器安裝孔與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連；兩所述釜體封頭通過所述高壓釜體上下兩端內(nèi)口設(shè)置的臺(tái)階孔和螺紋孔與所述高壓釜體緊密配合形成密閉高壓釜體；兩所述釜體封頭內(nèi)分別插設(shè)所述篩管封堵接口，兩所述篩管封堵接口之間夾設(shè)所述防砂篩管和套設(shè)在所述防砂篩管外部的所述篩管外罩，且所述防砂篩管和篩管外罩通過兩所述篩管封堵接口端部設(shè)置的多臺(tái)階外圓柱面與所述篩管封堵接口緊密配合；所述防砂篩管內(nèi)空腔與兩所述篩管封堵接口的通孔連通，兩所述篩管封堵接口的另一端作為出液口與出液管線相連；所述篩管外罩的外壁與密閉高壓釜體內(nèi)壁形成封閉空間，用于填入不同模擬地層砂；所述可拆卸模擬徑向流動(dòng)壁罩通過下端所述釜體封頭上設(shè)置的外端部孔眼設(shè)置在所述高壓釜體內(nèi)下部。

所述模擬井筒系統(tǒng)中所述支撐裝置包括兩軸座、兩橫向支撐軸、兩立管、兩緊定螺釘、兩立管座、一底板和兩行走機(jī)構(gòu)；兩所述軸座為圓柱狀，其中部設(shè)置有一軸向內(nèi)螺紋孔，端部設(shè)置有垂直于所述軸向內(nèi)螺紋孔且貫穿所述軸座上下兩端的徑向內(nèi)螺紋孔；兩所述橫向支撐軸一端分別通過所述第一對(duì)內(nèi)螺紋孔可轉(zhuǎn)動(dòng)地插設(shè)在所述高壓釜體內(nèi)，兩所述橫向支撐軸的另一端分別通過兩所述軸座中部的所述軸向內(nèi)螺紋孔插設(shè)在兩所述軸座中；兩所述立管上端分別通過兩所述軸座內(nèi)的徑向內(nèi)螺紋孔插設(shè)在兩所述軸座中，且兩所述立管頂端分別與兩所述橫向支撐軸相連，并通過兩所述緊定螺釘固定；兩所述立管下端與兩所述立管座螺紋連接，兩所述立管座通過螺栓組件固定在所述底板上部，兩所述行走機(jī)構(gòu)通過螺栓組件固定在所述底板底部。

所述高壓釜體外壁上的所述第一對(duì)內(nèi)螺紋孔對(duì)稱設(shè)置在所述高壓釜體中部，所述第二對(duì)內(nèi)螺紋孔設(shè)置在所述高壓釜體下部兩側(cè)，所述第三對(duì)內(nèi)螺紋孔分別設(shè)置在所述高壓釜體的上部和下部，且所述第一對(duì)內(nèi)螺紋孔與所述高壓釜體內(nèi)部不連通，所述第二對(duì)內(nèi)螺紋孔和第三對(duì)內(nèi)螺紋孔與所述高壓釜體內(nèi)部連通。

所述防砂篩管長度為1m。

所述供液系統(tǒng)包括水泵、射流泵和分流頭；所述水泵的入口與實(shí)驗(yàn)用水源相連，所述水泵的出口通過管線與所述射流泵的入口相連，所述射流泵的吸入口敞開，所述射流泵的出口與所述分流頭入口相連，所述分流頭的兩出口分別通過管線與設(shè)置在所述高壓釜體上的兩進(jìn)液接口即所述第二對(duì)內(nèi)螺紋孔相連。

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一流量計(jì)、若干壓力傳感器、若干測壓接頭、兩延伸裝置、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)；所述流量計(jì)設(shè)置在所述水泵出口與所述射流泵入口之間，實(shí)時(shí)檢測所述水泵出口的流量，并發(fā)送到所述數(shù)據(jù)采集器；第一、第二壓力傳感器分別通過所述測壓接頭設(shè)置在所述高壓釜體壁面上的所述第三對(duì)螺紋孔處，并且通過所述延伸裝置深入所述高壓釜體內(nèi)部，實(shí)時(shí)檢測所述高壓釜體內(nèi)部的壓力，并發(fā)送到所述數(shù)據(jù)采集器；第三、第四壓力傳感器分別通過所述測壓接頭設(shè)置在所述分流頭處以及所述射流泵入口處，實(shí)時(shí)檢測所述分流頭處和所述射流泵入口處的壓力，并發(fā)送到所述數(shù)據(jù)采集器；所述數(shù)據(jù)采集器將接收到的流量信號(hào)以及各壓力信號(hào)發(fā)送到所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。

一種采用所述裝置的疏松砂泥巖互層防砂篩管堵塞評(píng)價(jià)方法，其特征在于包括以下步驟：1)將可拆卸徑向流動(dòng)壁罩安裝在下端釜體封頭上，然后將下端釜體封頭安裝在高壓釜體下部；2)將篩管外罩套設(shè)在防砂篩管外部，并將兩者通過上下篩管封堵接口安裝在高壓釜體內(nèi)部；3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求向篩管外罩外壁與高壓釜體內(nèi)壁構(gòu)成的環(huán)空中，填入模擬地層砂；4)將上端釜體封頭安裝在高壓釜體上，分別連接供液系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，調(diào)節(jié)高壓釜體的傾斜角度，進(jìn)行不同井斜角條件下篩管堵塞模擬實(shí)驗(yàn)；6)根據(jù)預(yù)先設(shè)定值調(diào)節(jié)射流泵流量，同時(shí)調(diào)節(jié)水泵的流量為初始排量，待數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作正常后，開始驅(qū)替過程，觀察流量計(jì)當(dāng)初始排量穩(wěn)定到一定流量時(shí)，觀察各壓力傳感器檢測的壓力變化；7)待各壓力傳感器采集的壓力值均穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)水泵的流量，觀察不同流量條件下，壓力隨時(shí)間的變化；8)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉水泵并將密閉高壓釜體拆開，取出防砂篩管，觀察防砂篩管的堵塞情況；9)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測得的流量和壓力，計(jì)算不同流量條件下防砂篩管的滲透率，繪制流量、壓力、滲透率隨時(shí)間變化曲線，并根據(jù)曲線變化趨勢以及實(shí)際觀察防砂篩管堵塞情況分析防砂篩管堵塞特征。

所述步驟5)中，高壓釜體傾斜角度的調(diào)節(jié)方法為：將高壓釜體旋轉(zhuǎn)到要求角度后，將緊定螺釘旋緊，使得兩橫向支撐軸與立管的相對(duì)位置固定，進(jìn)而固定高壓釜體。

所述步驟9)中，防砂篩管滲透率的計(jì)算公式為：

式中，k為防砂篩管滲透率，單位為m²；q為通過防砂篩管的流量，單位為m³/s；μ為實(shí)驗(yàn)流體的粘度，單位為pa·s；h為防砂篩管有效滲濾長度，單位為m；△p為防砂篩管內(nèi)外兩側(cè)壓差，單位為pa；do、di分別為防砂篩管的外半徑和內(nèi)半徑，單位為m。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明由于防砂篩管長度長達(dá)1m，通過在篩管外罩和高壓釜體內(nèi)的環(huán)空內(nèi)填充不同的模擬地層砂，對(duì)砂泥巖互層進(jìn)行模擬，更加接近砂泥巖互層的實(shí)際地層條件。2、本發(fā)明在密閉高壓釜體下部設(shè)置有可拆卸徑向流動(dòng)壁罩，使得驅(qū)替液體進(jìn)入高壓釜體內(nèi)后，流經(jīng)徑向流動(dòng)壁罩形成均勻的徑向流動(dòng)，同時(shí)通過調(diào)節(jié)射流泵流量對(duì)地層驅(qū)替壓力進(jìn)行模擬，進(jìn)行有不同生產(chǎn)壓差情況下徑向流動(dòng)出砂規(guī)律的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，使地層的出砂特征更加接近于實(shí)際砂泥巖互層的出砂特征。3、本發(fā)明由于射流泵的射流泵吸入口敞開，一方面可以防止實(shí)驗(yàn)過程中如果發(fā)生防砂管堵塞造成管路系統(tǒng)壓力過高帶來的安全事故，另一方面在實(shí)驗(yàn)過程中射流泵吸入口會(huì)形成負(fù)壓從而可以通過射流泵吸入口對(duì)模擬地層補(bǔ)充已篩選好的模擬地層砂。4、本發(fā)明由于密閉高壓釜體可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在支撐裝置上，使得高壓釜體可沿縱向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過調(diào)整高壓釜體的傾斜角度，可以進(jìn)行定向井和水平井條件下篩管堵塞模擬實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用范圍更加寬廣。因而，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于疏松砂泥巖互層防砂篩管堵塞評(píng)價(jià)中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置中釜體縱向旋轉(zhuǎn)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置填砂方法示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明疏松砂泥巖互層防砂篩管堵塞評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)裝置包括模擬井筒系統(tǒng)1、供液系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3。

模擬井筒系統(tǒng)1包括一縱向可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在支撐裝置10上的高壓釜體11、兩釜體封頭12、一防砂篩管13、一篩管外罩14、兩帶通孔的篩管封堵接口15以及一可拆卸模擬徑向流動(dòng)壁罩16。高壓釜體11為中空?qǐng)A柱形結(jié)構(gòu)，高壓釜體11側(cè)壁上設(shè)置有三對(duì)內(nèi)螺紋孔17～19，第一對(duì)內(nèi)螺紋孔17用于與支撐裝置10相連，第二對(duì)內(nèi)螺紋孔18作為進(jìn)液接口與供液系統(tǒng)2相連，第三對(duì)內(nèi)螺紋孔19作為壓力傳感器安裝孔與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3相連。兩釜體封頭12通過高壓釜體11上下兩端內(nèi)口設(shè)置的臺(tái)階孔和螺紋孔與高壓釜體11緊密配合形成密閉高壓釜體。兩釜體封頭12內(nèi)分別插設(shè)一篩管封堵接口15，兩篩管封堵接口15之間夾設(shè)防砂篩管13和套設(shè)在防砂篩管13外部的篩管外罩14，且防砂篩管13和篩管外罩14通過兩篩管封堵接口15端部設(shè)置的多臺(tái)階外圓柱面與篩管封堵接口15緊密配合。防砂篩管13內(nèi)空腔與兩篩管封堵接口15的通孔連通，兩篩管封堵接口15的另一端作為出液口與出液管線相連。篩管外罩14的外壁與密閉高壓釜體內(nèi)壁形成封閉空間，用于填入不同模擬地層砂?？刹鹦赌M徑向流動(dòng)壁罩16通過下端釜體封頭13上設(shè)置的外端部孔眼設(shè)置在高壓釜體11內(nèi)下部。

支撐裝置10包括兩軸座100、兩橫向支撐軸101、兩立管102、兩緊定螺釘103、兩立管座104、一底板105和兩行走機(jī)構(gòu)106。兩軸座100為圓柱狀，其中部設(shè)置有一軸向內(nèi)螺紋孔，端部設(shè)置有與垂直于該軸向內(nèi)螺紋孔且貫穿軸座100上下兩端的徑向內(nèi)螺紋孔。兩橫向支撐軸101一端分別通過第一對(duì)內(nèi)螺紋孔17可轉(zhuǎn)動(dòng)地插設(shè)在高壓釜體11內(nèi)，兩橫向支撐軸101的另一端分別通過兩軸座101中部的軸向內(nèi)螺紋孔插設(shè)在兩軸座100中。兩立管102上端分別通過兩軸座101內(nèi)的徑向內(nèi)螺紋孔插設(shè)在兩軸座100中，且兩立管102頂端分別與兩橫向支撐軸101相連，并通過兩緊定螺釘103固定。兩立管102下端與兩立管座104螺紋連接，兩立管座104通過螺栓組件固定在底板105上部，兩行走機(jī)構(gòu)106通過螺栓組件固定在底板105底部。

供液系統(tǒng)2包括水泵20、射流泵21和分流頭22。水泵20的入口與實(shí)驗(yàn)用水源相連，水泵20的出口通過管線與射流泵21的入口相連，射流泵21的吸入口敞開，射流泵21的出口與分流頭23入口相連，分流頭22的兩出口分別通過管線與設(shè)置在高壓釜體11上的兩進(jìn)液接口即第二對(duì)內(nèi)螺紋孔18相連。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3包括一流量計(jì)30、若干壓力傳感器31～34、若干測壓接頭35～38、兩延伸裝置(圖中未示出)、數(shù)據(jù)采集器(圖中未示出)和計(jì)算機(jī)39。流量計(jì)30設(shè)置在水泵20出口與射流泵21入口之間，對(duì)水泵20出口的流量進(jìn)行測量，并發(fā)送到數(shù)據(jù)采集器。第一、第二壓力傳感器31、32分別通過測壓接頭35、36設(shè)置在密閉高壓釜體壁面上的兩壓力傳感器安裝孔即第三對(duì)螺紋孔19處，并且通過延伸裝置深入高壓釜體11內(nèi)部，對(duì)高壓釜體11內(nèi)部的壓力進(jìn)行測量，并發(fā)送到數(shù)據(jù)采集器。第三、第四壓力傳感器33、34分別通過測壓接頭37、38設(shè)置在分流頭22處以及射流泵21入口處，對(duì)分流頭22處和射流泵21入口處的壓力進(jìn)行測量，并發(fā)送到數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集器將接收到的流量信號(hào)以及各壓力信號(hào)發(fā)送到計(jì)算機(jī)33進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。

上述實(shí)施例中，第一對(duì)內(nèi)螺紋孔17對(duì)稱設(shè)置在高壓釜體11中部，第二對(duì)內(nèi)螺紋孔18設(shè)置在高壓釜體11下部兩側(cè)，第三對(duì)內(nèi)螺紋孔19分別設(shè)置在高壓釜體11的上部和下部，且第一對(duì)內(nèi)螺紋孔17與高壓釜體11內(nèi)部不連通，第二對(duì)內(nèi)螺紋孔18和第三對(duì)內(nèi)螺紋孔19與高壓釜體11內(nèi)部連通。

上述實(shí)施例中，防砂篩管13長度為1m。

基于上述疏松砂泥巖互層防砂篩管堵塞評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)裝置，本發(fā)明還提供一種疏松砂泥巖互層防砂篩管堵塞評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：

1)將可拆卸徑向流動(dòng)壁罩16安裝在下端釜體封頭12上，然后將下端釜體封頭12安裝在高壓釜體下部。

2)將篩管外罩14套設(shè)在防砂篩管13外部，并將兩者通過上下篩管封堵接口15安裝在高壓釜體11內(nèi)部。

3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求向篩管外罩14外壁與高壓釜體11內(nèi)壁構(gòu)成的環(huán)空中，填入模擬地層砂。

如圖2所示，本發(fā)明中使用的模擬地層砂是按一定質(zhì)量比的模擬地層砂膨潤土質(zhì)量配制，填砂方法為純砂層和砂泥層交替充填，純砂層和泥巖層厚度比可以為1:1～1:5。

4)將上端釜體封頭12安裝在高壓釜體11上，分別連接供液系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3。

5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，調(diào)節(jié)高壓釜體11的傾斜角度，進(jìn)行不同井斜角條件下篩管堵塞模擬實(shí)驗(yàn)。

如圖3所示，高壓釜體11中心線與鉛垂線夾角a范圍為0～90度。調(diào)節(jié)方法為：將高壓釜體11旋轉(zhuǎn)到要求角度后，將緊定螺釘103旋緊，使得兩橫向支撐軸101與立管102的相對(duì)位置固定，進(jìn)而固定高壓釜體11。

6)根據(jù)預(yù)先設(shè)定值調(diào)節(jié)射流泵流量，同時(shí)調(diào)節(jié)水泵20的流量為初始排量，待數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3工作正常后，開始驅(qū)替過程，觀察流量計(jì)30當(dāng)初始排量穩(wěn)定到一定流量時(shí)，觀察各壓力傳感器檢測的壓力變化。

水泵20的初始排量一般設(shè)置為較小排量。本發(fā)明通過調(diào)整射流泵21排量調(diào)節(jié)模擬地層驅(qū)替壓力，同時(shí)射流泵21吸入口敞開，一方面可以防止實(shí)驗(yàn)過程中如果發(fā)生防砂管堵塞造成管路系統(tǒng)壓力過高帶來的安全事故，并且實(shí)驗(yàn)過程中射流泵吸入口會(huì)形成負(fù)壓從而可以通過射流泵吸入口對(duì)模擬地層補(bǔ)充已篩選好的模擬地層砂。

7)待各壓力傳感器采集的壓力值均穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)水泵20的流量，觀察不同流量條件下，壓力隨時(shí)間的變化。其中，每調(diào)節(jié)至一個(gè)流量時(shí)，均穩(wěn)定一段時(shí)間，采集多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)后，再增加流量。

8)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉水泵20并將密閉高壓釜體拆開，取出防砂篩管13，觀察防砂篩管13的堵塞情況。

9)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測得的流量和壓力，計(jì)算不同流量條件下防砂篩管13的滲透率，并繪制流量、壓力、滲透率隨時(shí)間變化曲線。根據(jù)曲線變化趨勢以及實(shí)際觀察防砂篩管13堵塞情況分析防砂篩管13堵塞特征。

防砂篩管13滲透率通過實(shí)驗(yàn)所得流量、壓力和實(shí)驗(yàn)用篩管參數(shù)計(jì)算所得，計(jì)算公式為：

式中，k為防砂篩管滲透率，單位為m²；q為通過防砂篩管的流量，單位為m³/s；μ為實(shí)驗(yàn)流體的粘度，單位為pa·s；h為防砂篩管有效滲濾長度，單位為m；△p為防砂篩管內(nèi)外兩側(cè)壓差，單位為pa；do、di分別為防砂篩管的外半徑和內(nèi)半徑，單位為m。

上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。