一种化学防砂配砂及固砂评价实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种化学防砂配砂及固砂评价实验装置，属于石油化工技术领域。

背景技术：

我国油气储集层中砂岩占有很大比例，经过多年勘探与开发，随着开采时间的延长，油井吞吐轮次增加、地层压力下降、地层亏空大、油井出砂也越来越严重，不仅影响油井的正常生产，还会造成设备的损坏和环境的污染，增加生产成本，因此必须采用防砂技术进行补救。

但目前能对化学防砂配砂固砂工艺进行模拟或评价的室内装置较少，或功能单一，不能连续反映从树脂涂敷砂的制备和注入到人工井壁的形成、生产过程的模拟，再到各种影响因素作用下防砂配砂固砂效果的测评，最终通过实验优选、验证最优涂敷砂配制方案的整个流程。

因此，在化学防砂配砂固砂的室内研究中迫切需要一种结构简单，使用方便的实验仪器装置，能模拟现场施工工艺的整个流程，并能对化学防砂配砂固砂的结果进行评价，验证最优涂敷砂配置方案。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种化学防砂配砂及固砂评价实验装置，其目的在于，解决现有技术中存在的上述问题。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供的化学防砂配砂及固砂评价实验装置包括配砂装置、注砂装置、固砂装置和测评装置，配砂装置、注砂装置、固砂装置和测评装置依次相连。

在本实用新型实施例中，上述配砂装置包括树脂储罐、树脂辅助剂储罐、固化剂储罐、固化剂辅助剂储罐、第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀、平流泵、第一截止阀和混合釜；

树脂储罐、树脂辅助剂储罐、固化剂储罐和固化剂辅助剂储罐并列连接至平流泵，平流泵又通过第一截止阀和混合釜相连；

树脂储罐、树脂辅助剂储罐、固化剂储罐和固化剂辅助剂储罐上分别设有第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和第四调节阀。

在本实用新型实施例中，上述混合釜包括釜盖、釜体、转动轴、搅拌叶片、电机、波轮搅拌机；

釜盖和釜体固定连接，转动轴一端和釜体相连，转动轴另一端穿过釜盖和电机相连，转动轴上设有搅拌叶片，波轮搅拌机和釜体相连；

釜体上设有第一加热层、树脂入口、固化剂入口、混合涂敷砂出口。

在本实用新型实施例中，上述转动轴上还设有可拆卸的隔板，该隔板将釜体内腔分为两个独立的腔室，一个腔室上设有树脂入口，另一个腔室上设有固化剂入口。

在本实用新型实施例中，上述注砂装置包括涂敷砂注入管线和携砂液注入管线；

涂敷砂注入管线一端和混合釜相连，另一端和固砂装置相连，该涂敷砂注入管线在靠近混合釜的一端依次设有泥浆泵和第二截止阀；

携砂液注入管线一端和混合釜相连，另一端和固砂装置相连，该携砂液注入管线在靠近混合釜的一端依次设有第五调节阀、携砂液储罐、第三截止阀和第一滤砂网。

在本实用新型实施例中，上述固砂装置包括氮气瓶、第六调节阀和固砂模型，固砂模型和氮气瓶相连，氮气瓶上设有第六调节阀。

在本实用新型实施例中，上述固砂模型包括外筒体、内筒体、试验管件、出口端盖和入口端盖，内筒体和外筒体固定连接，且形成第一空腔，内筒体中设有第二空腔，第二空腔内设有试验管件，第二空腔一端设有出口端盖，出口端盖和相邻内筒体固定连接，第二空腔另一端设有入口端盖，入口端盖和相邻内筒体固定连接；

入口端盖上设有砂浆入口，砂浆入口和第一空腔连通，该入口端盖和试验管件之间设有密封圈；

出口端盖上设有生产流体出口和携砂液出口，生产流体出口和试验管件连通，携砂液出口和第一空腔连通，且该携砂液出口处设有第二滤砂网；

外筒体和第一空腔相接的一侧上设有胶层，远离的一侧上依次设有第二加热层、保温层、保护外壳和角度调节器、温度传感器和压力传感器；

外筒体上还设有至少一个生产流体入口。

在本实用新型实施例中，上述测评装置包括进液管线、排液管线和生产流体储罐，生产流体储罐上设有进液管线和排液管线；

进液管线一端和生产流体储罐相连，另一端和固砂装置上生产流体入口相连，进液管线靠近生产流体储罐的一端依次设有输油泵、第七调节阀和第一流量计；

排液管线一端和生产流体储罐相连，另一端和固砂装置上生产流体出口相连，排液管线靠近固砂装置的一端依次连有取样阀、第四截止阀、第三滤砂网和第二流量计。

在本实用新型实施例中，上述测评装置可对固砂质量进行评价。

在本实用新型实施例中，上述固定连接为螺栓连接。

本实用新型的有益效果为：配砂装置可配备不同方案的涂敷砂，注砂装置将配好的涂敷砂注入固砂模型后，调节固砂模型的角度、更换固砂模型内的试验管件、控制固砂模型内的温度、压力，从而真实的模拟化学防砂配砂固砂的整个工艺过程，测评装置可对化学固结体的形成过程、生产时渗透率和防砂效果进行评价。实现了对现场化学防砂配砂及固砂施工工艺从配砂、注砂、固砂到固砂质量测评整个工艺流程的室内实验模拟，此外，通过实验可优选出与出砂层匹配度最高的涂敷砂配置方案，对现场施工提供了可靠的理论依据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1本实用新型提供的化学防砂配砂及固砂评价实验装置结构图；

图2本实用新型提供的混合釜结构图；

图3本实用新型提供的固砂模型结构图；

图中所示：100-化学防砂配砂及固砂评价实验装置；40-配砂装置；50-注砂装置；60-固砂装置；70-测评装置；1-树脂储罐；2-树脂辅助剂储罐；3-固化剂储罐；4-固化剂辅助剂储罐；5-第一调节阀；6-第二调节阀；7-第三调节阀；8-第四调节阀；9-平流泵；10-第一截止阀；11-混合釜；110-釜盖；111-第一加热层；112-釜体；113-树脂入口；114-转动轴；115-固化剂入口；116-搅拌叶片；117-混合涂敷砂出口；118-隔板；119-波轮搅拌机；12-携砂液注入管线；13-涂敷砂注入管线；14-泥浆泵；15-第二截止阀；16-第五调节阀；17-携砂液储罐；18-第三截止阀；19-第一滤砂网；20-氮气瓶；21-第六调节阀；22-固砂模型；220-外筒体；2200-胶层；2201-第二加热层；2202-保温层；2203-保护外壳；2204-角度调节器；2205-生产流体入口；221-内筒体；222-试验管件；223-入口端盖；2230-砂浆入口；224-出口端盖；2240-生产流体出口；2241-携砂液出口；225-密封圈；226-第三滤砂网；227-第一空腔；228-第二空腔；23-温度压力传感器；230-温度传感器；231-压力传感器；24-取样阀；25-第四截止阀；26-第三滤砂网；27-第二流量计；28-第一流量计；29-第七调节阀；30-输油泵；31-进液管线；32-排液管线；33-生产流体储罐；34-计算机；35-电机；36-螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

如图1，本实施例提供了一种化学防砂配砂及固砂评价实验装置100，包括配砂装置40、注砂装置50、固砂装置60和测评装置70，配砂装置40、注砂装置50、固砂装置60和测评装置70依次相连。

配砂装置40包括树脂储罐1、树脂辅助剂储罐2、固化剂储罐3、固化剂辅助剂储罐4、第一调节阀5、第二调节阀6、第三调节阀7、第四调节阀8、平流泵9、第一截止阀10和混合釜11。树脂储罐1、树脂辅助剂储罐2、固化剂储罐3和固化剂辅助剂储罐4并列连接至平流泵9，平流泵9又通过第一截止阀10和混合釜11相连。树脂储罐1、树脂辅助剂储罐2、固化剂储罐3和固化剂辅助剂储罐4上分别设有第一调节阀5、第二调节阀6、第三调节阀7和第四调节阀8。

如图2，混合釜11包括釜盖110、釜体112、转动轴114、搅拌叶片116、电机35、波轮搅拌机119。釜盖110和釜体112固定连接，转动轴114一端和釜体112相连，另一端通过釜盖110和电机35相连，转动轴114上设有搅拌叶片116和可拆卸的隔板118，隔板118将釜体112内腔分为两个独立的腔室，一个腔室上设有树脂入口113、另一个腔室上设有固化剂入口115，波轮搅拌机119和釜体112相连，釜体112上设有第一加热层111和混合涂敷砂出口117。

注砂装置50包括涂敷砂注入管线13和携砂液注入管线12。涂敷砂注入管线13一端和混合釜11上的混合涂敷砂出口117相连，另一端和固砂模型22上的砂浆入口2230相连，该涂敷砂注入管线13在靠近混合釜11的一端依次设有泥浆泵14和第二截止阀15。携砂液注入管线12一端和混合釜11的混合涂敷砂出口117相连，另一端和固砂模型22上的携砂液出口2241相连，该携砂液注入管线12在靠近混合釜11的一端依次设有第五调节阀16、携砂液储罐17、第六调节阀21和第一滤砂网19。

固砂装置60包括氮气瓶20、第七调节阀29和固砂模型22，固砂模型22和氮气瓶20相连，氮气瓶20上设有第七调节阀29。

如图3，固砂模型22包括外筒体220、内筒体221、试验管件222、出口端盖224和入口端盖223。内筒体221和外筒体220固定连接，且形成第一空腔227，内筒体221中设有第二空腔228，第二空腔228内设有试验管件222，第二空腔228一端设有出口端盖224，出口端盖224和相邻内筒体221固定连接，第二空腔228另一端设有入口端盖223，入口端盖223和相邻内筒体221固定连接。入口端盖223上设有砂浆入口2230，砂浆入口2230穿过内筒体221和第一空腔227连通，该入口端盖223和试验管件222之间设有密封圈225。出口端盖224上设有生产流体出口2240和携砂液出口2241，生产流体出口2240和试验管件222连通，携砂液出口2241和第一空腔227连通，且该携砂液出口2241处设有第二滤砂网。外筒体220和第一空腔227相接的一侧上设有胶层2200，远离的一侧上依次设有第二加热层2201、保温层2202、保护外壳2203和角度调节器2204、温度传感器230和压力传感器231。外筒体220上还设有至少一个生产流体入口2205。

测评装置70包括进液管线31、排液管线32和生产流体储罐33。生产流体储罐33上设有进液管线31和排液管线32。进液管线31一端和生产流体储罐33相连，另一端和固砂模型22上生产流体入口2205相连，进液管线31靠近生产流体储罐33的一端依次设有输油泵30、第七调节阀29和第一流量计28。排液管线32一端和生产流体储罐33相连，另一端和固砂模型22上生产流体入口2240相连，排液管线32靠近固砂装置60的一端依次连有取样阀24、第四截止阀25、第三滤砂网26和第二流量计27。

在本实施例中固定连接为螺栓36连接。

本实施例提供的化学防砂注砂及固砂评价实验装置100的工作原理及操作方法如下：

步骤1：向树脂储罐1、树脂辅助剂储罐2、固化剂储罐3、固化剂辅助剂储罐4储罐和生产流体储罐33内注入相应液体，安装好固砂模型22和混合釜11的隔板118，通过角度调节器2204调节固砂模型22到合理角度，通过氮气瓶20给固砂模型22加压到实验所需压力，通过第一加热层111和第二加热层2201分别将混合釜11和固砂模型22预热到所需温度。

步骤2：向混合釜11的两个腔室内加入所需干净砂砾，打开平流泵9和第一截止阀10，打开树脂(根据需要选择环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂等)储罐1、树脂辅助剂(如偶联剂、补强剂等)储罐2相连的第一调节阀5和第二调节阀6，将树脂和树脂辅助剂通过树脂入口113按配比泵入混合釜11的一个腔室。

步骤3：关闭步骤2中第一调节阀5和第二调节阀6，打开固化剂储罐3和固化剂辅助剂(如促进剂等)储罐4对应的第三调节阀7和第四调节阀8，将固化剂和固化剂辅助剂通过固化剂入口115按配比泵入混合釜11的另一个腔室后，关闭配砂装置40的所有阀门和平流泵9。

步骤4：启动电机35，通过转动轴114带动搅拌叶片116旋转，使混合釜11两个腔室内的砂砾、化学剂充分混合并分别形成树脂涂敷砂和固化剂涂敷砂；取下隔板118及搅拌叶片116，打开波轮搅拌机119，使树脂涂敷砂和固化剂涂敷砂在短时间内充分混合。

步骤5：启动涂敷砂注入管线13上的泥浆泵14，打开第二截止阀15、通过砂浆入口2230按配比将混合后的砂浆泵入固砂模型22中，再打开携砂液注入管线12上的第三截止阀18和第五调节阀16，使多余的携砂液从携砂液出口2241经第一滤砂网19简单过滤后重新流入携砂液储罐17循环使用，砂浆注入完成后，关闭注砂装置50的所有阀门和泥浆泵14。

步骤6：待砂浆固化完成后，打开测评装置70进液管线31上的输油泵30和第七调节阀29，使生产流体储罐33中的生产流体通过固砂模型22上的生产流体入口2205进入到固砂模型22中，然后打开排液管线32上的第四截止阀25，使通过涂敷砂固结体后的生产流体通过生产流体出口2240，经第三滤砂网26进入生产流体储罐33循环利用，也可根据需要打开排液管线32上的取样阀24进行取样分析含砂量(cs)；

式中：M—砂子的质量(g)；ρ—生产流体密度(g/cm³)；V₁—生产流体的体积(cm³)；V—样品总体积(cm³)。

步骤7：由计算机34采集到的压力传感器231、第一流量计28和第二流量计27的数据，分析固砂模型22中涂敷砂固结体的渗透率(K)；

式中：K—涂敷砂固结体渗透率(D)；Q—生产流体流量(ml/s)；μ—生产流体粘度(mPa﹒s)；ΔL—涂敷砂固结体长度(cm)；A—涂敷砂固结体内截面积(cm²)；△P—涂敷砂固结体两端压差(MPa)。

步骤8：根据渗透率、含沙量对单组涂敷砂固化后的防砂效果进行评价，对多组不同配制方案的涂敷砂固化后的防砂效果进行对比分析，根据温度传感器230和压力传感器231的指示，通过第一加热层111和第二加热层2201可模拟不同地层温度、通过调节氮气瓶20上的第六调节阀21可模拟不同地层压力下，从而达到模拟不同地层温度和地层压力下的储层化学防砂配砂及固砂过程，通过各调节阀，调节注入流体流量，多次实验，直到优选出与储层匹配度最佳的涂敷砂配制方案。

本实施例提供的化学防砂配砂及固砂评价实验装置的有益效果为：配砂装置可配备不同方案的涂敷砂，注砂装置将配好的涂敷砂注入固砂模型后，调节固砂模型的角度、更换固砂模型内的试验管件、控制固砂模型内的温度、压力，从而真实地模拟化学防砂配砂固砂的整个工艺过程，测评装置可对涂敷砂固结体的形成过程、生产时渗透率和防砂效果进行评价。实现了对现场化学防砂配砂及固砂施工工艺从配砂、注砂、固砂到固砂质量测评整个工艺流程的室内实验模拟，此外，通过实验可优选出与出砂层匹配度最高的涂敷砂配置方案，对现场施工提供了可靠的理论依据。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。