测量预充填砾石防砂管压降的系统和方法与流程

本发明疏松砂岩油藏挡砂介质堵塞研究领域，具体涉及一种测量预充填砾石防砂管压降的系统和方法。

背景技术：

防砂是指在采油过程中针对油层及油井条件，正确选择固井、完井方式，制定合理的开采措施，控制生产压差，限制渗流速度防止砂堵的措施。目前，机械防砂可分为两类，第一类主要采用机械管柱进行防砂，机械管柱例如绕丝筛管、割缝衬管、各种滤砂管等；该方法虽简单易行，然而防砂效果较差，防砂管柱易被地层砂堵塞，从而无法有效阻止地层砂进入井筒。第二类主要为管柱砾石充填，其在井筒内下入绕丝筛管或割缝衬管等机械管柱后，再用砾石或其它类似材料充填在机械管柱与套管的环形空间内，从而形成多级滤砂屏障，防砂效果相对较好。

疏松砂岩油藏防砂井的生产实践表明，挡砂介质(机械筛管的挡砂层和砾石层)的堵塞已经逐步成为困扰防砂井正常生产的主要问题之一。防砂井生产过程中，地层流体携带地层细砂、机械杂质、黏土泥质等固相堵塞物冲击挡砂介质，如果固相介质不能顺利通过挡砂层，则会附着或侵入挡砂层内部；如果无法排出，则会造成挡砂层渗透率降低，形成堵塞，进而严重影响油井产量。

目前，针对防砂井堵塞机制的测试系统和方法通常存在测压不准或无法测压、传感器易损坏、测压孔易堵塞、玻璃管加工后强度降低等问题。

技术实现要素：

本发明提供一种测量预充填砾石防砂管压降的系统和方法，该系统和方法能够精确地测量预充填砾石防砂管堵塞后的压降。

本发明提供一种测量预充填砾石防砂管压降的系统，包括承载部、防砂部和检测部，

所述承载部包括同轴设置的外管和内管，所述内管设置在所述外管出口侧的内部，在所述内管进口端与所述外管之间设有密封件；

所述防砂部包括与所述内管同轴设置的防砂模组和由多个引流管组成的引流模组，所述防砂模组包括外网、内网和设置在所述外网与内网之间的砾石层，所述外网和内网密封固定在所述内管出口侧的内壁上，在所述内管出口侧的内壁上间隔设有多个导流口，每一导流口与每一引流管的进口端连通；

所述检测部包括多个压力传感器，每一压力传感器设置在每一引流管的出口端。

本发明的系统用于测量预充填砾石防砂管的压降；其中，预充填砾石防砂管为本领域常规结构。具体地，预充填砾石防砂管包括基管、套设在基管外侧的防砂管外壳和填充在基管与防砂管外壳之间的砾石层，在基管和防砂管外壳上均匀分布有多个用于导流的孔隙。

在本发明的系统中，防砂模组为待测量的预充填砾石防砂管的局部结构；其中，防砂模组的外网对应于预充填砾石防砂管的防砂管外壳，防砂模组的内网对应于预充填砾石防砂管的基管，防砂模组的砾石层对应于预充填砾石防砂管的砾石层。由此，本发明的系统能够精确地测量防砂管外壳内外侧的压降、防砂管基管内外侧压降以及防砂管砾石层不同位置的压降。

进一步地，本发明的系统还包括进料系统，所述进料系统包括电机、搅拌部和进料部，所述进料部密封设置在所述外管的进口端，在所述进料部上设有进砂口和进油口，所述搅拌部插设在所述外管内部并且通过所述电机带动。

进一步地，多个所述导流口的设置位置包括所述外网的进口端位置、所述外网的出口端位置、所述砾石层的任一位置和所述内网的进口端位置。

进一步地，本发明的系统还包括调节部，所述调节部包括压盖和穿设于所述压盖中部的压杆，所述压盖设在所述内网的出口端，所述压杆螺纹连接在所述压盖上。

进一步地，所述内管的进口侧是截面形状为梯形的喇叭状开口，喇叭状开口的大端朝向所述内管的进口端。

进一步地，所述梯形的底角为20-30度，所述梯形的高度为20-40mm。

进一步地，在所述导流口上设置有筛网，所述筛网的孔径为0.5mm。

进一步地，所述外管和内管均为pc透明管，所述pc透明管的耐压强度为10mpa以上。

本发明还提供一种测量预充填砾石防砂管压降的方法，采用上述任一所述的系统进行，所述方法包括：

使混砂液自所述外管的进口端进入所述外管；

进入外管的混砂液随后进入所述防砂部并流出；

在混砂液流出过程中，通过多个所述压力传感器采集每一引流管中流体的压力值。

本发明还提供一种测量预充填砾石防砂管压降的方法，采用上述具有进料系统的系统进行，所述方法包括：

使砂和油分别通过所述进砂口和进油口进入所述外管，利用所述搅拌部对进入外管的砂和油进行搅拌，形成混砂液；

所述混砂液随后进入所述防砂部并流出；

在混砂液流出过程中，通过多个所述压力传感器采集每一引流管中流体的压力值。

本发明的系统和方法解决了现有测量方法所存在的砾石层测压不准、传感器易损坏、测压孔易堵塞、玻璃管加工后强度降低等问题，利用本发明的系统和方法可以精确地测量防砂管外壳内外侧的压降、防砂管基管内外侧压降以及防砂管砾石层不同位置的压降，从而能够真实地模拟地层压差条件下的预充填砾石防砂管的堵塞过程，为疏松砂岩油藏挡砂介质的堵塞研究提供了一定技术支持。

附图说明

图1为本发明一实施方式的测量预充填砾石防砂管压降的系统的立体图；

图2为本发明一实施方式的测量预充填砾石防砂管压降的系统的剖面图；

图3为图2的a处放大图；

图4为本发明一实施方式的导流口的设置位置示意图；

图5为本发明另一实施方式的导流口的设置位置示意图；

图6为本发明一实施方式的端盖的结构示意图；

图7为本发明一实施方式的进料系统的结构示意图；

图8为本发明一实施方式的调节部的结构示意图。

附图标记说明：

11：外管111：排气口12：内管

121：导流口1211：第一导流口1212：第二导流口

1213：第三导流口1214：第四导流口122：喇叭状开口

123：台阶13：密封件14：法兰

15：拉杆16：端盖161：出油口

162：螺纹孔163：引流管出口164：密封件

17：间隙21：外网211：密封件

22：内网221：密封件23：砾石层

24：引流管241：第一引流管242：第二引流管

243：第三引流管244：第四引流管31：压力传感器

41：电机42：搅拌部421：搅拌轴

422：叶片43：进料部431：进砂口

432：进油口433：放空阀44：轴连接器

45：轴密封装置46：压帽47：法兰

51：压盖511：出口52：压杆

53：螺丝61：支架

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图和实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

结合图1至图8所示，本发明的测量预充填砾石防砂管压降的系统包括承载部、防砂部和检测部，承载部包括同轴设置的外管11和内管12，内管12设置在外管11出口侧的内部，在内管12进口端与外管11之间设有密封件13；防砂部包括与内管12同轴设置的防砂模组和由多个引流管24组成的引流模组，防砂模组包括外网21、内网22和设置在外网21与内网22之间的砾石层23，外网21和内网22密封固定在内管12出口侧的内壁上，在内管12出口侧的内壁上间隔设有多个导流口121，每一导流口121与每一引流管24的进口端连通；检测部包括多个压力传感器31，每一压力传感器31设置在每一引流管24的出口端。

本发明的系统用于测量混砂液通过预充填砾石防砂管后的压降；在本发明中，将混砂液进入的一端设为进口端，将混砂液流出的一端设为出口端。

在本发明的系统中，防砂模组为待测量的预充填砾石防砂管的局部结构；其中，防砂模组的外网21对应于预充填砾石防砂管的防砂管外壳，防砂模组的内网22对应于预充填砾石防砂管的基管，防砂模组的砾石层23对应于预充填砾石防砂管的砾石层。

在本发明中，承载部主要用于承载防砂部；结合图1和图2所示，承载部的主要结构包括内管12和套设在内管12外部的外管11；可以理解的是，外管11的直径大于内管12的直径，从而使内管12与外管11同轴设置时具有一定的间隙17。

在本发明的承载部中，内管12主要作为防砂部的安装载体，外管11主要为内管12提供支撑作用，内管12与外管11之间的密封件13使内管12与外管11相对固定，同时该密封件13能够使混砂液全部进入内管12进而完全进入防砂部中进行压降的测量。在压降测量过程中，内管12与外管11之间的间隙17会充满流体(即通过防砂部的混砂液)，内管12在测量过程中所承受的压力会通过该流体和密封件13传递至外管11，进而保证了内管12的强度。

本发明对内管12和外管11的材质不作严格限制，只要能够保证其强度即可。在一实施方式中，外管11和内管12均可以为pc透明管，pc透明管的耐压强度为10mpa以上；pc透明管既便于对试验过程进行观察，并且能够使外管11和内管12具备所需要的耐压强度。在该设置方式下，本发明的系统能够耐受5-10mpa的高压。

在本发明中，外管11为常规的管状结构；如图1所示，在外管11的进口端和出口端可以设置法兰14，从而便于与其它部件(例如进料系统等)进行固定连接；此外，外管11两端的法兰14之间可以通过多个拉杆15进行固定连接，进而保证了外管11的强度。

进一步地，在外管11上可以设置排气口111，排气口111用于在每次试验开始前对系统进行抽真空，以便使导流口121和引流管24饱和满实验油，进而保证测量结果的准确性。

结合图2和图3所示，在本发明中，内管12的进口侧可以设置为截面形状为梯形的喇叭状开口122，喇叭状开口122的大端朝向内管12的进口端；该喇叭状开口122有利于改变流体的流态，有利于混砂液在外管11形成径向流。进一步地，上述梯形的底角可以为20-30度，例如22度；梯形的高度可以为20-40mm，例如30mm。

在本发明中，导流口121设置在内管12的内壁上，其不完全贯通内管12内壁，从而能够避免内管12的强度大幅下降。

进一步地，还可以在每一导流口121上设置筛网(未图示)；该筛网与导流口121同心且同直径，其用来阻挡细固相颗粒，从而避免细固相颗粒堵塞导流口121导致无法进行压降测量。对筛网的孔径和固定方式不作严格限制，筛网的孔径例如可以设置为0.5mm；此外，筛网可以通过粘合剂固定在导流口121上。

本发明对内管12内壁上的导流口121的设置位置不作严格限制，可根据实际测量需要合理设置。具体地，多个导流口121的设置位置可以包括外网21的进口端位置、外网21的出口端位置、砾石层23的任一位置和内网22的进口端位置。上述设置位置便于精确测量防砂部外网21内外侧的压降、内网22内外侧压降以及砾石层23不同位置的压降。

如图4所示，第一导流口1211可以设置在外网21的进口端位置，第二导流口1212可以设置在外网21的出口端位置，此时能够精确测量防砂部外网21内外侧的压降；如图5所示，第三导流口1213可以设置在砾石层23的任一位置，第四导流口1214可以设置在内网22的进口端位置，此时既可以精确测量砾石层23上述位置的压降，还能够精确测量防砂部内网22内外侧的压降。

在本发明中，可以通过端盖16对外管11的出口端进行封闭；如图6所示，端盖16具有用于流体流出的出油口161、用于将端盖16固定在外管11上的多个螺纹孔162，用于多个引流管穿出的多个引流管出口163以及用于密封的密封件164。可以理解的是，在外管11的出口端对应开设有多个螺纹孔，端盖16可以通过常规螺纹连接件固定在外管11的出口端。

在本发明中，防砂部用于模拟预充填砾石防砂管的堵塞过程。其中，外网21、砾石层23和内网22均可以为本领域的常规结构；可以理解的是，外网21和内网22分别具有用于导流的导流孔，外网21和内网22例如可以是8.5in筛管上切割的一组直径为60mm左右的同心圆片筛网，砾石层23的砾石例如可以为20-70目的陶粒支撑剂。

对外网21和内网22在内管12上的固定方式不作严格限制，只要与内管12同轴设置并且能够使内管12中的混砂液完全通过外网21、砾石层23和内网22即可。具体地，如图2和图3所示，在外网21与内管12之间可以设置密封件211，在内网22与内管12之间可以设置密封件221，其能够使内管12中的混砂液完全通过外网21及内网22，并且能够防止流体通过外网21及内网22与内管12管壁之间的孔隙泄压而导致压力测量不准确，保证了测量结果的准确性。此外，可以在内管12的内壁上设置台阶123，该台阶123可以作为外网21的固定位点；外网21可以通过耐高温高压环氧树脂胶胶粘固定在内管12的台阶123上。

在本发明中，引流管24用于将导流口121处的流体引出至外部的压力传感器31进行压力测量，各引流管24轴向设置；可以理解的是，多个引流管24的设置数量与多个导流口121的设置数量相同，每一引流管24对应一导流口121，从而每一导流口121处的流体可以通过一引流管24引出。该方式在轴向上将流体引流至外部的压力传感器31进行测压，有利于提高内管12的承压能力。此外，多个引流管24的长度可以设置为相同，其有利于避免压力延迟问题，进而保证了测量结果的准确性。对引流管24的尺寸不作严格限制，引流管24的内径例如可以为1.3mm，外径例如可以为3mm。

具体地，如图4所示，第一引流管241引出第一导流口1211处的流体，第二引流管242引出第二导流口1212处的流体，第三引流管243引出第三导流口1213处的流体，第四引流管244引出第四导流口1214处的流体，从而能够根据各导流处流体的压力精确测量防砂部外网21内外侧的压降、内网22内外侧压降以及砾石层23不同位置的压降。

在本发明中，检测系统包括多个压力传感器31(未图示)；可以理解的是，多个压力传感器31的设置数量与多个引流管24的设置数量相同，从而每一引流管24引出的流体可以通过一压力传感器31进行测压。对压力传感器31不作严格限制，例如可以采用微型压力传感器，压力传感器31的量程可以为0-5mpa，测量精度可以为0.001mpa。此外，各压力传感器31可与电脑等采集系统相连接，从而便于对测量数据进行记录和分析。

进一步地，本发明的系统还可以包括进料系统；结合图7所示，进料系统包括电机41、搅拌部42和进料部43，进料部43密封设置在外管11的进口端，在进料部43上设有进砂口431和进油口432，搅拌部42插设在外管11内部并且通过电机41带动。上述进料系统能够边搅拌边加砂，其在外管11内部即可进行混砂从而形成混砂液，无需大型的外部混砂装置，节省了成本。

具体地，进料部43可以通过法兰47与外管11上的法兰14进行连接，从而使进料系统密封设置在外管11的进口端；进料部43上设置的进砂口431用于进砂，进油口432用于进油，从而便于搅拌形成混砂液，在进料部43上还可以设置用于放空的放空阀433；此外，进料部43的进口端可以通过轴密封装置45进行密封，并且可以通过压帽46等常规固定件对轴密封装置45进行固定。搅拌部42可以为常规结构，搅拌部42例如可以包括搅拌轴421和叶片422，叶片422设置在搅拌轴421的出口端。电机41可以通过轴连接器44与搅拌轴421连接，从而便于驱动搅拌轴421转动。

进一步地，如图8所示，本发明的系统还可以包括调节部，调节部包括压盖51和穿设于压盖51中部的压杆52，压盖51设在内网22的出口端，压杆52螺纹连接在压盖51上；具体地，压盖51可以常规方式固定在内网22的出口端，例如可以通过螺丝53等常规固定件进行固定；在压盖51上设有用于流体流出的出口511。压杆52在朝向进口端旋进时可对砾石层23进行压实，并且通过测量螺纹前进的距离，对砾石层23的压实程度定量化。

此外，如图1所示，本发明的系统还可以包括支撑系统，支撑系统用于对承载部进行支撑，可以为常规的支撑结构；支撑系统例如可以包括两个相对设置的支架61，进口端的支架61可以支撑电机41，出口端的支架61可以支撑外管11出口端的法兰14，从而保证整个系统的稳定性和易操作性。

本发明的系统解决了现有测量方法所存在的砾石层测压不准、传感器易损坏、测压孔易堵塞、玻璃管加工后强度降低等问题，利用本发明的系统可以精确地测量防砂管外壳内外侧的压降、防砂管基管内外侧的压降以及砾石层不同位置的压降，从而能够真实地模拟地层压差条件下的预充填砾石防砂管的堵塞过程，为疏松砂岩油藏挡砂介质的堵塞研究提供了一定技术支持。

实施例2

本发明的测量预充填砾石防砂管压降的方法，采用实施例1中不带进料系统的测量预充填砾石防砂管压降的系统进行，该方法包括如下步骤：

在外部混砂装置混好混砂液后，使混砂液自外管11的进口端进入外管11；进入外管11的混砂液随后进入防砂部并流出，在混砂液流出过程中，通过多个压力传感器31采集每一引流管24中流体的压力值。

更具体地，在试验开始前，通过排气口111对系统抽真空，使导流口121和引流管24饱和满实验油；随后，外部混好的混砂液自外管11的进口端进入外管11，进入外管11的混砂液依次流经外网21、砾石层23和内网22，最后经出油口流出。

在混砂液流出过程中，通过压力传感器31各自采集第一引流管241、第二引流管242、第三引流管243、第四引流管244中流体的压力值；其中，第一引流管241与第二引流管242流体之间的压力值即为外网21内外侧的压降，第二引流管242与第三引流管243流体之间的压力值即为砾石层23一对应位置之间的压降，第三引流管243与第四引流管244流体之间的压力值即为砾石层23另一对应位置之间的压降，第四引流管244流体与大气压之间的压力值即为内网22内外侧的压降。

实施例3

本发明的测量预充填砾石防砂管压降的方法，采用实施例1中带有进料系统的测量预充填砾石防砂管压降的系统进行，该方法包括如下步骤：

使砂和油分别通过进砂口431和进油口432进入外管11，利用搅拌部42对进入外管11的砂和油进行搅拌，形成混砂液；混砂液随后进入防砂部并流出，在混砂液流出过程中，通过多个压力传感器31采集每一引流管24中流体的压力值。

更具体地，在试验开始前，通过排气口111对系统抽真空，使导流口121和引流管24饱和满实验油；随后，使砂通过进砂口431进入外管11，同时使油通过进油口432进入外管11，利用搅拌部42对进入外管11的砂和油进行搅拌，形成混砂液。

混砂液随后依次流经外网21、砾石层23和内网22，最后经出油口流出；在混砂液流出过程中，通过压力传感器31各自采集第一引流管241、第二引流管242、第三引流管243、第四引流管244中流体的压力值；其中，第一引流管241与第二引流管242流体之间的压力值即为外网21内外侧的压降，第二引流管242与第三引流管243流体之间的压力值即为砾石层23一对应位置之间的压降，第三引流管243与第四引流管244流体之间的压力值即为砾石层23另一对应位置之间的压降，第四引流管244流体与大气压之间的压力值即为内网22内外侧的压降。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。