水平井填砂试验井筒装置制造方法
【专利摘要】一种水平井填砂试验井筒装置，其由注入部、第一、第二试验段、第一观察段和回液部组成；所述注入部后端与第一试验段法兰连接，第一试验段的后端和第一观察段法兰连接，第一观察段的后端和第二试验段法兰连接，第二试验段后端连接回液部；油管横穿所述注入部、第一、第二试验段、第一观察段及回液部空腔后,两端分别由前堵板、后堵板密封支撑；注入管油壬接头和所述注入部的注入头连通；滤失液接管和所述第一、第二试验段的前法兰颈部连通；回液管油壬接头和所述回液部的回液头连通。本发明在实验室内完成水平井填砂模拟试验，为水平井填砂工具产品的结构改进和现场施工工艺参数的优化，提供可靠的试验数据和直观的试验效果。
【专利说明】水平井填砂试验井筒装置
[0001]
【技术领域】
本发明涉及石油钻采行业【技术领域】，具体的说是为石油钻采行业的水平井填砂工艺和填砂工具的研究和设计，提供一套室内地面模拟试验装置。
[0002]
【背景技术】
目前在油田疏松砂岩稠油油藏、高泥质、细粉砂岩油藏，水平井套管完井后，油藏开发过程中的防砂是一个难题。此类油藏泥质含量高，储油层出砂严重，防砂难度大，采用单一悬挂滤砂筛管的防砂方式，容易造成滤砂筛管堵塞，影响水平井产量。基于上述矛盾，为了延长这类油藏水平井防砂开采的有效期，实现良好综合防砂效果，确保油井正常生产出油，国内、外油田普遍采用砾石充填防砂工艺技术。
[0003]采用砾石填充防砂工艺技术，需要对水平井填砂机理及充填过程进行研究，开发适用于不同油藏及油井情况的循环充填工具，优化水平井填沙施工工艺。进行上述研究工作，需要在地面进行模拟试验，设计制造模拟试验装置。
[0004]
【发明内容】
本发明提供一套可以模拟油田水平井填砂作业的试验井筒装置，与注液系统、回液系统、反排系统和测控系统配合，可在实验室内完成水平井填砂模拟试验，以验证测量水平井砾石充填密实度，测量分支滤失量，通过透明套管观察填砂效果和携砂液的流动情况，测量不同试验参数下携砂液携砂能力、填砂效果。
[0005]为此，本发明所采用的技术方案如下:
一种水平井填砂试验井筒装置，其由注入部、第一、第二试验段、第一观察段和回液部组成；所述注入部后端与第一试验段法兰连接，第一试验段的后端和第一观察段法兰连接，第一观察段的后端和第二试验段法兰连接，第二试验段后端连接回液部；油管横穿所述注入部、第一、第二试验段、第一观察段及回液部空腔后，两端分别由前堵板、后堵板密封支撑；注入管油壬接头和所述注入部的注入头连通；滤失液接管和所述第一、第二试验段的前法兰颈部连通；回液管油壬接头和所述回液部的回液头连通。
[0006]所述注入部包括注入头和前堵板；该注入头后部与第一试验段的前法兰连接，前部和前堵板密封连接，该前堵板通过径向密封圈密封支撑油管。
[0007]所述第一、第二试验段包括前法兰、前外层套管、变径接箍、后外层套管、后法兰、割缝筛管和长筛管；前、后外层套管之间通过变径接箍连接，前法兰与前外层套管，后法兰与后外层套管之间均密封固接；割缝套管套装入前外层套管内，在变径接箍内部台阶定位，割缝套管两端由径向密封圈密封；后外层套管与割缝套管等径，长筛管整体由后法兰端部装入后外层套管和割缝套管内部，后法兰内台阶定位长筛管，长筛管两端分别由径向密封圈和端面密封圈密封，隔离长筛管与后外层套管和割缝套管之间的环空。
[0008]所述第一、第二试验段的后外层套管上间隔距离截面上对称安装反排液管油壬接头，试验时用反排液管堵头堵住，试验完成后卸去反排液管堵头，连接反排管线。
[0009]所述第一观察段包括前、后端法兰、透明套管、短筛管、V型橡胶密封圈、密封圈压盖；所述透明套管装在前、后端法兰之间，V型橡胶密封圈通过密封圈压盖压紧在透明套管的外圆上密封；短筛管套入透明套管内，两端与前、后端法兰平齐并由端面密封圈密封；所述后端法兰连接第二试验段的前法兰，第二试验段的后法兰与回液部的回液头连接。
[0010]所述前端法兰的颈部安装有安全爆破片。
[0011]所述回液部包括回液头、内隔套、后堵板；所述回液头前端和第二试验段的后法兰连接，后端密封安装后堵板，而后堵板通过径向密封圈密封支撑油管；回液管油壬接头和回液头连通。
[0012]所述第一、第二试验段的变径接箍及后法兰颈部上安装压实度传感器，实时测量后外层套管与长筛管之间环空填砂层的密实度；所述压实度传感器由过渡接头、导压块、密封圈和压力传感器组成；导压块和压力传感器装入过渡接头，两者之间充入导压介质，过渡接头通过密封螺纹装到变径接箍及后法兰颈部上，导压块和过渡接头之间设置密封圈。
[0013]所述滤失液接管上安装流量传感器。
[0014]所述第一、第二试验段、第一观察段均为独立的试验段、观察段，其对接法兰尺寸相同，可在所述的第二试验段和回液部之间续接若干观察段和试验段，加长水平井填砂试验井筒装置的试验井筒长度。
[0015]本发明配合其它试验系统，可以模拟施工现场水平井填沙作业，通过试验井筒装置上的压实度传感器，测量试验过程中填砂层密实度变化；通过滤失管路上安装的流量传感器，测量填充层厚度变化过程中滤失液的流量变化；通过试验装置上安装透明套管实际观察充填过程，观察固液两相流在管柱内的流动状态，试验不同性质的携砂液携砂效果，为制定合理的水平井填砂施工工艺参数，改进和研制水平井填砂工具，提供可靠的实验数据，进而提高水平井充填防砂后的油井的产量。
[0016]
【专利附图】
【附图说明】
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中的I局部视图；
图3为图1中的II局部放大视图；。
[0017]图4为图1中的III局部视图；
图5为图1中的IV局部放大视图图6为图1中的V局部视图
图7为图5中的A-A剖面的剖视图
图中:1一前堵板；2—注入头；3—前法兰；4一前外层套管；5—割缝筛管；6—变径接箍；7—长筛管；8—后外层套管；9一油管；10—后法兰；11一前端法兰；12—安全爆破片；13—密封圈压盖；14一透明套管；15—短筛管；16—V型橡胶密封圈；17—后端法兰；18—压实度传感器；19—回液头；20—堵头；21—后堵板；22—回液管油壬接头；23—内隔套；24—反排液管油壬接头；25—反排液管堵头；26—流量传感器；27—滤失液接管；28—反排液管；29—注入管油壬接头；30—径向密封圈；31—端面密封圈；32—过渡接头；33—导压块；34—密封圈；35—压力传感器。
【具体实施方式】
[0018]本发明需要与现有的其他试验系统配合，如:注液系统、回液系统、反冲洗系统、测控系统等组合，才能在实验室内进行完整的水平井填砂模拟试验。为水平井填砂工具产品的结构改进和现场施工工艺参数的优化，提供可靠的试验数据和直观的试验效果。
[0019]下面结合附图对本发明及其有益效果作进一步详细描述。
[0020]实施例1，参照图1至图7，一个完整的水平井填砂试验井筒装置由注入部、第一、第二试验段、第一观察段和回液部组成。注入部包括注入头2和前堵板1，注入头2与第一试验段的前法兰3连接；第一、第二试验段包括前法兰3、前外层套管4、变径接箍6、后外层套管8、后法兰10、割缝筛管5和长筛管7等。前、后外层套管4、8之间通过变径接箍6连接，前法兰3与前外层套管4，后法兰10与后外层套管8，均采用密封螺纹连接或焊接，割缝套管5套装入前法兰3与前外层套管4内，在变径接箍6内部台阶定位，外部与前法兰3平齐，两端径向密封圈30密封。后外层套管8与割缝套管5等径，长筛管7整体由后法兰10端部装入后外层套管8和割缝套管5内，后法兰10内台阶定位长筛管7，有径向密封圈30和端面密封圈31密封，隔离长筛管7及后外层套管8和割缝套管5之间的环空。第一试验段的后法兰10与第一观察段的前端法兰11连接，第一观察段主要包括:前端法兰11、透明套管14、短筛管15、V型橡胶密封圈16、密封圈压盖13、后端法兰17 ;透明套管14装在前、后端法兰11、17之间，V型橡胶密封圈16通过密封圈压盖13压紧在透明套管14的外圆上密封，短筛管15套入透明套管14内，两端与前后端法兰11、17平齐，端面密封圈31密封；第一观察段的后端法兰17连接第二试验段的前法兰3，第二试验段的后法兰10与回液部分的回液头19连接，回液部包括回液头19、内隔套23、后堵板21等。所述回液头19前端和第二试验段的后法兰10连接，后端密封安装后堵板21，而后堵板21支撑油管9通过径向密封圈30密封；回液管油壬接头22和回液头19连通。
[0021]上述各段连接好后，再将油管9由注入头2插入穿过长筛管7、短筛管15，进入第二试验段的长筛管7后通过内隔套23,由回液头19穿出，油管9前、后端套入前堵板1、后堵板21，通过径向密封圈30在油管9外圆上密封。
[0022]试验井筒部分安装好后，再在注入头2上装注入管油壬接头29，连接注入系统管线；前法兰3颈部的滤失液接管27与流量传感器26连接，用于实时测量滤失液流量，再连接滤失液管线，后外层套管8上的反排液管油壬接头24需要装上反排液管堵头25,回液头19上的回液管油壬接头22与回液系统管线连接，回液头19上的备用注入口上需装堵头20。试验时用反排液管堵头25堵住,试验完成后卸去反排液管堵头25,连接反排管线28,用清水反排冲洗出试验井筒中的试验形成的沉积填沙，方便下次试验进行。
[0023]再将整体装好的压实度传感器18装到变径接箍6和后法兰10颈部，一个截面上呈夹角120°装三个压实度传感器18。实时测量后外层套管8与长筛管7之间环空填砂层的密实度；所述压实度传感器18由过渡接头32、导压块33、密封圈34和压力传感器35组成；导压块33和压力传感器35依次装入过渡接头32，两者之间充入导压介质(硅油或液压油)，过渡接头32通过NPT密封螺纹装到变径接箍6及后法兰10颈部上，导压块33和过渡接头32之间设置密封圈34而隔离试验填沙和导压介质，导压介质将试验填沙压实力传给压力传感器35。
[0024]安全爆破片12装到前端法兰11颈部，设定好爆破压力，保护透明套管14防止压力过高损坏。所有传感器信号接入测控系统，即可开始水平井填沙试验。
[0025]所述的注入管油壬接头可与配套的注入系统管线连接，向试验井筒装置中连续注入携砂试验液，前外层套管与割缝套管之间的环空，为滤失液的流道，通过装在前法兰颈部的滤失液接管引出试验滤失液，长筛管与后外层套管之间的环空为试验携砂液的流道，此流道延伸到观察段；回液管油壬接头连接回液系统管线可以引出通过各段筛管过滤后回流液。第一、第二试验段后外层套管的中部外圆上间隔装有多个反排管油壬接头，试验时用油壬堵头堵住。试验完毕卸去油壬堵头连接反排冲洗管线，可以反排冲洗出后外层套管与筛管环空填充层的沉积试验填砂，方便下次试验的进行。
[0026]本发明的滤失管线上装流量传感器可测量滤失液的排量，变径接箍和后法兰颈部上装有压实度传感器，可以实时测量不同位置填砂层密实度变化；观察段的透明套管可以直观观察携砂的流动状态，填砂层的形成过程；变化不同试验工艺参数下，比较携砂液携砂情况和填砂效果。
[0027]实施例2，在所述的第二试验段和回液部之间按观察段、试验段的顺序续接若干观察段和试验段，以适应不同的水平井填砂试验井筒装置的长度。余通实施例1。
【权利要求】
1.一种水平井填砂试验井筒装置，其特征在于:其由注入部、第一、第二试验段、第一观察段和回液部组成；所述注入部后端与第一试验段法兰连接，第一试验段的后端和第一观察段法兰连接，第一观察段的后端和第二试验段法兰连接，第二试验段后端连接回液部；油管(9)横穿所述注入部、第一、第二试验段、第一观察段及回液部空腔后，两端分别由前堵板(I)、后堵板(21)密封支撑；注入管油壬接头(29)和所述注入部的注入头连通；滤失液接管(27)和所述第一、第二试验段的前法兰(3)颈部连通；回液管油壬接头(22)和所述回液部的回液头连通。
2.根据权利要求1所述的一种水平井填砂试验井筒装置，其特征在于:所述注入部包括注入头(2)和前堵板(I);该注入头(2)后部与第一试验段的前法兰(3)连接,前部和前堵板(I)密封连接，该前堵板(I)通过径向密封圈(30 )密封支撑油管(9)。
3.根据权利要求2所述的一种水平井填砂试验井筒装置，其特征在于:所述第一、第二试验段包括前法兰(3)、前外层套管(4)、变径接箍(6)、后外层套管(8)、后法兰(10)、割缝筛管(5)和长筛管(7);前、后外层套管(4、8)之间通过变径接箍(6)连接,前法兰(3)与前外层套管(4)，后法兰(10)与后外层套管(8)之间均密封固接；割缝套管(5)套装入前外层套管(4)内，在变径接箍(6)内部台阶定位，割缝套管(5)两端由径向密封圈(30)密封；后外层套管(8)与割缝套管(5)等径，长筛管(7)整体由后法兰(10)端部装入后外层套管(8)和割缝套管(5)内部，后法兰(10)内台阶定位长筛管(7)，长筛管(7)两端分别由径向密封圈(30)和端面密封圈(31)密封，隔离长筛管(7)与后外层套管(8)和割缝套管(5)之间的环空。
4.根据权利要求3所述的一种水平井填砂试验井筒装置，其特征在于:所述第一、第二试验段的后外层套管(8)上间隔距离截面上对称安装反排液管油壬接头(24)，试验时用反排液管堵头(25 )堵住,试验完成后卸去反排液管堵头(25 ),连接反排管线(28 )。
5.根据权利要求1所述的一种水平井填砂试验井筒装置，其特征在于:所述第一观察段包括前、后端法兰(11、17)、透明套管(14)、短筛管(15)、V型橡胶密封圈(16)、密封圈压盖(13);所述透明套管(14)装在前、后端法兰(11、17)之间，V型橡胶密封圈(16)通过密封圈压盖(13)压紧在透明套管(14)的外圆上密封；短筛管(15)套入透明套管(14)内，两端与前、后端法兰(11、17)平齐并由端面密封圈(31)密封；所述后端法兰(17)连接第二试验段的前法兰(3)，第二试验段的后法兰(10)与回液部的回液头(19)连接。
6.根据权利要求5所述的一种水平井填砂试验井筒装置，其特征在于:所述前端法兰(11)的颈部安装有安全爆破片(12)。
7.根据权利要求1所述的一种水平井填砂试验井筒装置，其特征在于:所述回液部包括回液头(19)、内隔套(23)、后堵板(21);所述回液头(19)前端和第二试验段的后法兰(10)连接,后端密封安装后堵板(21)，而后堵板(21)通过径向密封圈(30 )密封支撑油管(9);回液管油壬接头(22)和回液头(19)连通。
8.根据权利要求1所述的水平井填砂试验井筒装置，其特征在于:所述第一、第二试验段的变径接箍(6)及后法兰(10)颈部上安装压实度传感器(18)，实时测量后外层套管(8)与长筛管(7)之间环空填砂层的密实度；所述压实度传感器(18)由过渡接头(32)、导压块(33)、密封圈(34)和压力传感器(35)组成；导压块(33)和压力传感器(35)装入过渡接头(32)，两者之间充入导压介质，过渡接头(32)通过密封螺纹装到变径接箍(6)及后法兰(10)颈部上，导压块(33)和过渡接头(32)之间设置密封圈(34)。
9.根据权利要求1所述的水平井填砂试验装置，其特征在于:所述滤失液接管(27)上安装流量传感器(26)。
10.根据权利要求1所述的水平井填砂试验装置，其特征在于: 所述第一、第二试验段、第一观察段均为独立的试验段、观察段，其对接法兰尺寸相同，可在所述的第二试验段和回液部之间续接若干观察段和试验段，加长水平井填砂试验井筒装置的试验井筒长度。
【文档编号】E21B43/02GK104265248SQ201410457295
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】章发明, 陈磊, 杨永安, 王航, 张永红, 王东, 刘金荣 申请人:甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司, 机械工业兰州石油化工设备检测所有限公司, 上海蓝滨石化设备有限责任公司