专利名称：人工井壁防砂模拟试验装置及试验方法
技术领域：
本发明涉及到一种试验装置及试验方法，尤其是一种针对油田采油工程，能够模拟对亏空地层的填砂质量和填砂效果的人工井壁防砂模拟试验装置以及试验方法。
背景技术：
随着油田开发的不断进行，地层砂会随着原油的产出，逐渐流入井底，尤其是针对疏松砂岩地层，问题更为严重。随着地层砂的产出，井底附近就会出现亏空地带。造成井眼砂堵或砂埋生产管柱的现象。为了确保油井的正常生产，通常在地层井眼与下入其内的套管之间，充填砾石，或者充填树脂砂等材料，在套管外形成具有一定强度及渗透性的砾石人工井壁或地层砂和树脂砂胶结形成的人工井壁，以阻止油层砂流入井内，起到通油挡砂的作用，同时对地层起到支撑作用，防止地层井眼的坍塌。目前，为了提高油井防砂效果，人们研制了多种防砂模拟试验装置，但其主要是针对水平井砾石充填防砂进行的研究，功能单一。如美国斯伦贝谢、哈利伯顿、雪佛龙、贝克休斯等公司和英国黑瑞特-瓦特尔大学从80年代初开始，利用大型实尺寸水平井砾石充填模拟试验装置，开展水平井砾石充填机理试验研究，并建立水平井砾石充填数学模型，进行水平井砾石充填数值模拟、参数优选和防砂效果预测等研究，取得了理想的成果。国内胜利油田采油工艺研究院建立了一套适宜于水平井砾石充填的物理模拟试验装置。该套装置属于大型实际尺寸砾石防砂模拟实验装置，具有透明的模拟井筒，井筒外径200mm，内径160mm， 全长30m。井筒内配装87mm的绕丝筛管、冲管和砾石充填工具组合管柱，通过供水离心泵、 砂浆搅拌罐和砂泵向模拟井筒内充填砾石。但该公知的试验装置只能在常温状态下进行水平井砾石充填防砂模拟试验，无法实现地层砂和树脂砂胶结形成的人工井壁防砂的模拟试验功能。上述公知的模拟试验装置和方法均无法在对亏空地层中形成由地层砂、树脂砂构成的人工井壁之前，获得针对该地层设计的人工井壁模型中检验常温高压、高温高压状态下树脂砂、人工砾石的填砂质量和填砂效果、各种因素下对防砂效果的影响、填砂所需施工参数、以及不同型号树脂砂的防砂能力的数据，因此不利于油田的人工井壁防砂施工作业。有鉴于上述公知技术存在的缺陷，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本发明的人工井壁防砂模拟试验装置及方法，从而为油田现场的防砂作业提供有利的依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种人工井壁防砂模拟试验装置和试验方法，以克服公知技术存在的缺陷，方便地获得试验用树脂砂的防砂效果。为此，本发明提出一种人工井壁防砂模拟试验装置，其至少包括筒体，其内能容置构成人工井壁的填充物；所述筒体的两端分别密封固定有一端盖，且在其中一个所述端盖上设有进液口，在另一端盖上设有出液口。
如上所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其中，具有所述出液口的端盖朝向所述填充物一侧设有防砂网。如上所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其中，所述筒体的外部包覆有加热圈。所述加热圈可以通过加热板固定在所述筒体的外周壁上。如上所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其中，所述加热圈的外部设有保温层。如上所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其中，所述填充物为地层砂和含有树脂砂的混砂液。如上所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其中，所述筒体的内周面设有一胶层，以防止树脂砂粘覆在筒体的内表面上。如上所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其中，具有所述出液口的端盖延伸至所述筒体内，且该伸入端的端部与一托环固定连接，所述托环的外径与所述胶层的内径相配合，以支撑所述胶层；所述托环沿轴向设有多个贯通孔，一防砂网固定在所述托环上，以阻挡所述筒体内的砂石流出。如上所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其中，在所述筒体内沿其长度方向设有多个压力传感器。如上所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其中，所述压力传感器沿所述筒体的长度和圆周方向均勻设置。本发明还提出一种人工井壁防砂模拟试验方法，包括在如上所述的人工井壁防砂试验装置的筒体内充入地层砂；由所述进液口注入含有树脂砂的混砂液，并充满所述筒体，且多余的液体从所述出液口排出；保持所述筒体内压力与所模拟油井的实际压力相同； 由设置在所述筒体外部的加热圈加热所述筒体内的地层砂和含有树脂砂的混砂液，使所述地层砂和树脂砂胶结构成人工井壁；再由所述出液口向所述筒体内注入相似液，所述相似液穿过所述人工井壁，由所述进液口流出；在向所述筒体内注入相似液的过程中，由所述压力传感器获得所述筒体内不同部位的压力变化，并由所述进液口排出的流体中获得出砂量和出砂粒度，以确定所述树脂砂的防砂效果。如上所述的人工井壁防砂模拟试验方法，其中，所述加热温度为大于室内温度，小于等于95度。如上所述的人工井壁防砂模拟试验方法，其中，所述筒体内的压力小于等于 30MPa。本发明的特点和优点是本发明的人工井壁防砂模拟试验装置结构简单、使用操作方便，既可进行油井在相应的试验条件下模拟油井人工井壁防砂施工的过程，又可模拟油井人工井壁防砂后的油井生产的过程，从而达到有效指导防砂施工设计和现场的防砂施工的目的。本发明可以在筒体内填充不同类型的地层砂，从而可以分别对不同区块、不同油井的人工井壁防砂情况进行模拟试验。地层砂预制层可允许模拟的混砂液进入，如允许含有树脂砂的混砂液进入，通过在一定的压力下注入混砂液，并通过在装置中不同的部位安置的压力传感器传递的压力数据，来判断其填充质量和填充效果；设置在筒体出液口端的防砂网允许流体通过，并可阻挡砂子的流出。防砂模拟结束后，待树脂砂和地层砂胶结形成人工井壁后，可进行油井防砂后的生产模拟过程。此时，采取反向注入，通过在出液口观察是否出砂，出砂量以及出砂粒度，就可检测树脂砂的防砂效果，从而能够根据不同地质条件选择与之相适应的树脂砂。因此，本发明能够对防砂材料、携砂液配方的筛选、防砂施工参数的优化，提供可靠依据。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，图1为本发明的人工井壁防砂模拟试验装置的整体结构示意图；图2为图1中I处的局部放大示意图；图3为本发明的人工井壁防砂模拟试验装置的原理图。附图标号说明1、压力传感器5、填充物80、筒身本体11、托环16、出液口
具体实施例方式本发明提出的一种人工井壁防砂模拟试验装置至少包括筒体，其内能容置构成人工井壁的填充物；所述筒体的两端分别密封固定有一端盖，且在其中一个所述端盖上设有进液口，在另一端盖上设有出液口。本发明的人工井壁防砂模拟试验装置结构简单，操作方便。其中，所述填充物可以是地层砂、含有树脂砂的混砂液。进一步地，所述筒体的外部包覆有加热圈。在一个具体技术方案中，所述加热圈可以固定在加热板上，通过加热板将所述加热圈固定在筒体的外周壁上，可以采用常规的方法将三者固定设置。通过在筒体的外部设置加热圈，可以对筒体进行加热，以固化进入模型筒体的树脂砂，模拟井下地层的温度，并试验在规定温度下充入筒体的树脂砂的防砂效果。为了提高加热效率，可以在所述加热圈的外部设置保温层。此外，为防止注入筒体内的树脂砂粘覆在筒体的内表面上，还可以在所述筒体的内周面设置一胶层。进一步地，为了防止筒体内的砂石流出，优选在具有所述出液口的端盖朝向所述填充物一侧设置防砂网。在一个可行的方案中，具有所述出液口的端盖延伸至所述筒体内，且该伸入端的端部与一托环固定连接，所述托环的外径与所述胶层的内径相配合，以支撑所述胶层；所述托环沿轴向设有多个贯通孔，防砂网固定在所述托环上。在本发明的一个具体技术方案中，在所述筒体内沿其长度方向设有多个压力传感器，通过设置所述压力传感器就能够获知筒体内不同部位的压力的变化。本发明还提出一种人工井壁防砂模拟试验方法，包括在上述人工井壁防砂试验装置的筒体内充入地层砂；向所述进液口注入含有树脂砂的混砂液，并充满所述筒体，且多余的液体从所述出液口排出；保持所述筒体内压力与所模拟油井的实际压力相同；由设置
2、空间 6、保温层 81、连接端 13、胶层 17、伸入端
3、贯通孔 7、加热圈 9、防砂网 14、支架
4、12、端盖 8、筒体 10、螺栓 15、进液口在所述筒体外部的加热圈加热所述筒体内的地层砂和含有树脂砂的混砂液，使所述地层砂和树脂砂胶结构成人工井壁；再由所述出液口向所述筒体内注入相似液，所述相似液穿过所述人工井壁，由所述进液口流出；在向所述筒体内注入相似液的过程中，由所述压力传感器获得所述筒体内不同部位的压力变化，并由所述进液口排出的流体中获得出砂量和出砂粒度，以确定所述树脂砂的防砂效果。进一步地，本发明的加热温度为大于室内温度，小于等于95度。优选，所述筒体内的压力小于等于30MPa。为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的人工井壁防砂模拟试验装置及试验方法的具体实施方式
、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式
的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。图1为本发明的人工井壁防砂模拟试验装置的整体结构示意图；图2为图1中I 处的局部放大示意图；图3为本发明的人工井壁防砂模拟试验装置的原理图。如图1、2所示，本发明提出的人工井壁防砂模拟试验装置，至少包括筒体8，其内能容置构成人工井壁的填充物5;所述筒体8的两端分别密封固定有一端盖4、12，且在其中一个所述端盖上设有与筒体8相连通的进液口 15，在另一端盖上设有与筒体8相连通的出液口 16。其中，其中，所述填充物5可以是地层砂、含有树脂砂的混砂液。所述筒体8优选由具有良好导热性能的不锈钢制成。在一个可行的实施例中，在所述筒体8的外部包覆有加热板(图中未示出)，加热板上固定有加热圈7，通过加热圈7可以对筒体8进行加热，固化进入模型筒体的树脂砂，模拟井下地层的温度，并试验在规定温度下充入筒体的树脂砂的防砂效果。进一步地，所述加热圈7的外部设有保温层6，以提高加热效率，保持筒体8内的温度。为了防止加热所述筒体8后，注入筒体8内的树脂砂粘覆在筒体8的内表面上，降低试验装置的使用寿命，在所述筒体8的内周面上可以设置一胶层13。所述胶层13可以是涂覆在所述筒体8的内表面上，也可以是制成与所述筒体8的内径相配合的胶套。进一步，为防止所述胶层13与筒体8的内表面脱离，在所述筒体8内设有一托环 11，以支撑所述胶层13，该托环11设置在所述筒体8的一端。具体是，具有出液口 16的端盖12的一端伸入所述筒体8内，所述托环11固定在该端盖12的伸入端17上。所述托环 11沿轴向设有多个贯通孔3，一防砂网9固定在所述托环11上，以阻挡所述筒体8内的砂
石流出。优选该防砂网9固定在所述托环11朝向所述填充物5的一侧面上。如图3所示，在所述筒体8内沿其长度方向设有多个压力传感器1。优选，所述压力传感器1沿所述筒体的长度和圆周方向均勻设置。本发明提出的人工井壁防砂模拟试验方法包括在上述的人工井壁防砂试验装置的筒体8内充入地层砂；通过进液管向所述进液口 15注入含有树脂砂的混砂液，并充满所述筒体8;保持所述筒体8内压力与所模拟油井的实际压力相同；由设置在所述筒体8外部的加热圈加热所述筒体内的地层砂和含有树脂砂的混砂液，使所述地层砂和树脂砂胶结构成人工井壁，在注入含有树脂砂的混砂液、以及含有树脂砂的混砂液与地层砂的胶结的过程中，多余的液体从所述出液口 16排出。人工井壁形成后，再由所述出液口 16向所述筒体8内注入相似液，所述相似液穿过所述人工井壁由所述进液口 15流出，其中所述相似液是具有和油井产出的液体性能相似的液体，如具有相似的粘度、相似的密度、相似的流动性等。在向所述筒体8内注入相似液的过程中，由所述压力传感器1获得所述筒体8内不同部位的压力变化，并由所述进液口排出的流体中获得出砂量和出砂粒度，以确定所述树脂砂的防砂效果。采用本发明的装置进行模拟试验时，对所述筒体8进行加热时的加热温度为大于室内温度，小于等于95度。进一步地，所述筒体8内的压力应小于等于30MPa。下面结合一个具体实施例，进一步说明本发明的工作原理本发明的人工井壁防砂模拟试验装置，筒体8可由不锈钢材质的空心管制成，构成人工井壁防砂的模拟井筒。如图2所示，所述筒体8可以制成为两端部的连接端81的外径大于筒身本体80的外径，在筒体8的筒身本体80的外部设置加热圈7，该加热圈7由两个相对应的半圆形构成，以便于拆装，加热圈7可以固定在加热板上，通过加热板固定在所述筒身本体80的外周面。在加热圈7的外部设有用硅酸铝保温棉制成的保温层6，该保温层6也可以由两个半圆形筒体构成，以方便安装。在图2中表示的一个具体实施例中，所述保温层6的内径大于所述加热圈7的外径，与所述筒体8的连接端81的外径相配合，从而使加热圈7的外周面与保温层6的内周面之间形成有一定的空间2，该空间2能够有效提高对筒体8的保温较果。此外，设置在所述筒体8内与其内径相配合的胶层13可以是由橡胶制成的圆柱形胶筒，通过该胶筒的设置，一方面可以避免树脂砂粘覆在筒体8的内表面上，提高设备的使用寿命，另一方面，由于设置了该胶筒，当试验完成后可以方便地将固化的人工井壁整体取出ο为了便于试验操作，还可以在人工井壁防砂模拟试验装置的下部设置一支架14。组装时，在筒体8内壁设置胶层(圆筒形胶套)13，将钢支架14焊接在筒体8的外侧中部；在筒体8的右端设有防砂网9，该防砂网9固定在托环11朝向筒体内的一侧面上， 并将托环11通过螺栓10固定在右侧的端盖12上，将端盖12盖合在筒体8的右端，并通过密封圈与筒体8的内壁相密封，由螺栓将该端盖12固定在筒体8的右端。将地层砂装满筒体8，在装填地层砂的同时，将压力传感器1沿轴向和圆周方向均勻布置在地层砂内，然后， 在筒体8的左端盖合端盖4，端盖4同样通过密封圈与筒体8的内壁相密封连接，由螺栓将端盖4固定在筒体8左端。为了便于连接，在左、右两端盖4、12中部的进、出液口 15、16处形成一外凸的丁字形连接部。本发明的试验装置既可进行油井在相应的试验条件下模拟油井人工井壁防砂施工的过程，又可模拟油井人工井壁防砂后的油井生产的过程。且适用于室内常温至95°C，压力彡30MPa的油井人工井壁防砂模拟试验。模拟油井人工井壁防砂施工过程时，在筒体8内充入地层砂，通过进液口 15向筒体8内注入含有树脂砂的混砂液，然后加热筒体8内部的地层砂和注入的含有树脂砂的混砂液，多余的液体从出液口 16排出。待筒体8内的地层砂和树脂砂固结后，可进行模拟油井人工井壁防砂后的油井生产的过程。此时，根据所模拟的油井的实际压力状况，从出液口 16注入规定压力的相似液，通过压力传感器1 了解筒体8内不同部位的压力的变化，并从进液口 15流出模拟后的油井产出的液体，然后进行旋流分离、过滤，进入储液系统以备循环利用。在此过程中，通过对产出液的砂量进行在线监测和计量，来评价该试验装置的防砂效果，即，通过观察出液口 15流出的流体中是否含砂、出砂量以及出砂粒度，就可检测出树脂砂的防砂效果。因此，在采油过程中，针对亏空地层，通过本发明的试验装置和方法能够在所设计的模型筒体8中检验常温高压、高温高压状态下树脂砂的填砂质量和填砂效果，试验各种因素对防砂效果的影响，优选出填砂施工参数，评价不同型号树脂砂的防砂能力，从而为为人工井壁防砂设计和防砂施工提供有利的依据。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
权利要求
1.一种人工井壁防砂模拟试验装置，其特征在于，所述试验装置至少包括筒体，其内能容置构成人工井壁的填充物；所述筒体的两端分别密封固定有一端盖，且在其中一个所述端盖上设有进液口，在另一端盖上设有出液口。
2.如权利要求1所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其特征在于，具有所述出液口的端盖朝向所述填充物一侧设有防砂网。
3.如权利要求1所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其特征在于，所述筒体的外部包覆有加热圈。
4.如权利要求3所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其特征在于，所述加热圈的外部设有保温层。
5.如权利要求1至4任一项所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其特征在于，所述填充物为地层砂和含有树脂砂的混砂液。
6.如权利要求5所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其特征在于，所述筒体的内周面设有一胶层，以防止树脂砂粘覆在筒体的内表面上。
7.如权利要求6所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其特征在于，具有所述出液口的端盖延伸至所述筒体内，且该伸入端的端部与一托环固定连接，所述托环的外径与所述胶层的内径相配合，以支撑所述胶层；所述托环沿轴向设有多个贯通孔，一防砂网固定在所述托环上，以阻挡所述筒体内的砂石流出。
8.如权利要求1至4任一项所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其特征在于，在所述筒体内沿其长度方向设有多个压力传感器。
9.如权利要求8所述的人工井壁防砂模拟试验装置，其特征在于，所述压力传感器沿所述筒体的长度和圆周方向均勻设置。
10.一种人工井壁防砂模拟试验方法，其特征在于，所述试验方法包括在如权利要求1至9任一项所述的人工井壁防砂试验装置的筒体内充入地层砂；由所述进液口注入含有树脂砂的混砂液，并充满所述筒体，且多余的液体从所述出液口排出；保持所述筒体内压力与所模拟油井的实际压力相同；由设置在所述筒体外部的加热圈加热所述筒体内的所述地层砂和含有树脂砂的混砂液，使所述地层砂和树脂砂胶结构成人工井壁；再由所述出液口向所述筒体内注入相似液，所述相似液穿过所述人工井壁，由所述进液口流出；在向所述筒体内注入相似液的过程中，由所述压力传感器获得所述筒体内不同部位的压力变化，并由所述进液口排出的流体中获得出砂量和出砂粒度，以确定所述树脂砂的防砂效果。
11.如权利要求10所述的人工井壁防砂模拟试验方法，其特征在于，所述加热温度为大于室内温度，小于等于95度。
12.如权利要求10所述的人工井壁防砂模拟试验方法，其特征在于，所述筒体内的压力小于等于30MPa。
全文摘要
本发明涉及到一种人工井壁防砂模拟试验装置及试验方法，其中，所述试验装置至少包括筒体，其内能容置构成人工井壁的填充物；所述筒体的两端分别密封固定有一端盖，且在其中一个所述端盖上设有进液口，在另一端盖上设有出液口。本发明可以在筒体内填充不同类型的地层砂和树脂砂，从而可以分别对不同区块、不同油井的人工井壁防砂情况进行模拟试验。本发明的人工井壁防砂模拟试验装置结构简单、使用操作方便。此外，采用本发明的试验方法，既可进行油井在相应的试验条件下模拟油井人工井壁防砂施工的过程，又可模拟油井人工井壁防砂后的油井生产的过程，从而能达到有效指导防砂施工设计和现场的防砂施工的目的。
文档编号E21B43/02GK102278096SQ20111025342
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者仲景儒, 傅维武, 元荣震, 刘德铸, 吴志勇, 孙厚利, 孙守国, 王宝权, 赵洪钟, 阚新伟, 黄文民 申请人:中国石油天然气股份有限公司