防砂井筒堵塞‑解堵一体化评价实验模拟装置及方法与流程

本发明属于油气田开发技术领域，具体地涉及一种防砂井筒堵塞-解堵一体化评价实验模拟装置及方法。

背景技术：

目前，产层出砂是疏松砂岩油藏开采过程中面临的主要问题之一。相关人员为了最大限度地减小出砂对油气开采的影响进行了大量的研究，发明了能够对油层出砂堵塞防砂层过程进行模拟试验的装置，可以模拟出在不同防砂方式下，实际井底的径向流动状态及对防砂井的堵塞过程；此外，还研究出了多种用于解堵的配方、装置和技术，探明了在一定条件下适用于解除一些特定堵塞状况的方案和技术。

但是，需要指出的是，目前并没有专门的装置能够用于对不同类型的解堵装置和技术的解堵效果进行对比分析，对于防砂层不同的堵塞状况，无法判别各种解堵工具的解堵效果和其适用性，更没有能够将防砂井的堵塞和解堵过程结合起来进行实验的装置。

技术实现要素：

基于上述技术问题，本发明提供一种防砂井筒堵塞-解堵一体化评价实验模拟装置及方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种防砂井筒堵塞-解堵一体化评价实验模拟装置，包括模拟井筒系统、防砂井全井段堵塞模拟系统、防砂井局部井段堵塞模拟系统和解堵系统；所述模拟井筒系统包括模拟地层套管和筛管，模拟地层套管和筛管均固定安装在支撑架上，筛管位于模拟地层套管内部中心处，二者轴线重合，在模拟地层套管和筛管之间形成砾石充填层，在筛管的顶端设置有顶盖，所述顶盖通过螺栓与模拟地层套管连接，连接后顶盖内部封闭形成与筛管连通的空腔；所述防砂井全井段堵塞模拟系统包括多个模拟射孔孔眼，所有模拟射孔孔眼均设置在模拟地层套管上，且呈上下间隔分布，在模拟射孔孔眼上设置有第二压力传感器，模拟射孔孔眼通过第二进水管线连通第二水箱，在第二进水管线上设置有第二流量计、第二阀门、稳压装置、第二压力表和第二工作泵；所述防砂井局部井段堵塞模拟系统包括模拟地层填砂管，模拟地层填砂管的一端固定在模拟地层套管上，并与砾石充填层连通，另一端通过第三进水管线连通第二水箱，在第三进水管线上设置有第三工作泵、第三压力表、第三阀门和第三流量计，在模拟地层填砂管上沿轴向安装多个第三压力传感器；所述解堵系统包括油管和出水管线，油管设置在筛管的中心，在油管上从下至上依次设置有解堵装置、扶正器和过滤器，油管通过第一进水管线连通第一水箱，在第一进水管线上设置有第一工作泵、第一阀门、第一流量计和第一压力表，所述出水管线的一端连通顶盖内部空腔，另一端连通第三水箱，在出水管线上设置有第一压力传感器。

优选的，在油管的上端连接有装配吊环。

优选的，在出水管线上还设置有围压调节阀。

优选的，在第三水箱中设置有筛布。

优选的，所述模拟地层套管和筛管均是由透明有机玻璃材料制成的。

一种防砂井筒堵塞-解堵一体化评价实验模拟方法，采用上述的装置，具体步骤如下：

a在连接好实验装置后，先在第二水箱中加入清水作为工作液，模拟在不出砂状况下的产液状况，根据各压力表、压力传感器和流量计的显示，记录相应的流量和压力数值；

b随后，在清水中加入一定量的砂粒作为工作液，模拟防砂井筒的堵塞过程；若模拟防砂井筒全井段堵塞过程，打开第二工作泵，使第二水箱内的工作液经第二进水管线进入模拟井筒系统中；若模拟防砂井筒局部堵塞过程，打开第三工作泵，使第二水箱内的工作液经第三进水管线进入模拟井筒系统中；

c打开第一工作泵，使第一水箱中的解堵液经第一进水管线进入模拟井筒系统中，进行解堵；若对局部堵塞进行解堵，则需要通过装配吊环将解堵装置上提至与模拟地层填砂管同一高度；若对全井段堵塞进行解堵，在解堵装置工作的同时需通过装配吊环以一定速度上下提放油管；

d在实验过程中，记录不同时刻不同位置的压力和流经各处的流量，参照相关公式，根据记录的压力和流量计算出井筒局部渗透率和全井段综合渗透率；

e对比堵塞前、堵塞后和解堵后相应的渗透率数值，并结合对实验过程的观察评价某一种解堵装置的解堵效果；在进行全井段解堵实验时，通过改变油管上下移动的速度、第一工作泵的工作压力和排量，分析评价不同工作参数下的解堵效果；在相同的实验条件下，应用不同类型的解堵装置或解堵工艺进行解堵，根据解堵效果得出在一定条件下最佳的解堵装置或解堵工艺。

优选的，在实验过程中，通过调节围压调节阀门以对模拟井筒系统进行憋压，进而模拟不同井深处的防砂井段，模拟井筒系统内的压力值通过第一压力传感器获得。

优选的，上述步骤中，通过改变第二水箱内工作液中砂粒尺寸和砾石充填层内充填砾石的尺寸，模拟出防砂管柱不同的堵塞类型。

优选的，在进行解堵实验的过程中，在解堵液中加入染色剂，并用高速摄影仪记录解堵过程以便于后期解堵效果的评价。

本发明的有益技术效果是：

利用本发明装置能够对防砂井的堵塞和解堵两个过程进行模拟实验，可以对井筒内仅下筛管防砂和筛管砾石充填防砂这两种工况下全井段和局部堵塞过程进行模拟，探索防砂筛管和砾石充填层的堵塞机理和方式；还可以对不同地层环境下，各种解堵装置的解堵效果进行对比分析评价，从而优选出适合于具有不同堵塞特征的防砂井的最佳解堵装置和方法；通过选取透明有机玻璃作为实验装置的材料，使得整个实验过程都可以进行直观的观察，能够更充分地了解防砂井的堵塞过程以及不同解堵工具的解堵效果，结合实验所测得的相关数据，使解堵工具的选取更加合理。此外，通过改变油管上下移动的速度、工作泵的压力、排量等因素，还可以分析评价不同解堵方式与工作参数对解堵效果的影响，能够更好的指导油田现场对防砂井的解堵工作。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为防砂井筒堵塞-解堵一体化评价实验模拟装置结构示意图；

图2为模拟地层出砂堵塞筛管砾石充填防砂井过程实验示意图；

图3为模拟对已堵塞的筛管砾石充填防砂井进行解堵过程实验示意图；

图中：101、第一水箱，102、第一工作泵，103、第一阀门，104、第一流量计，105、第一压力表，106、第一进水管线，107、装配吊环，108、油管，109、过滤器，110、扶正器，111、解堵装置，201、顶盖，202、第一压力传感器，203、围压调节阀门，204、螺栓，205、筛管，206、砾石充填层，207、模拟地层套管，208、支撑架，301、第二水箱，302、第二工作泵，303、第二压力表，304、稳压装置，305、第二进水管线，306、第二阀门，307、第二压力传感器，308、模拟射孔孔眼，309、第二流量计，310、第三工作泵，311、第三压力表，312、第三进水管线，313、第三阀门，314、第三流量计，315、第三压力传感器，316、模拟地层填砂管，4、出水管线，5、微细筛布，6、第三水箱。

具体实施方式

如图1所示，防砂井筒堵塞-解堵一体化评价实验模拟装置，包括：模拟井筒系统、解堵系统、防砂井全井段堵塞模拟系统和防砂井局部井段堵塞模拟系统。模拟井筒系统对防砂井的井下工况进行模拟，防砂井全井段堵塞模拟系统中的模拟射孔孔眼308和防砂井局部井段堵塞模拟系统中的模拟地层填砂管316接在全尺寸模拟井筒系统的模拟地层套管207上，通过向全尺寸模拟井筒系统中泵入含砂流体模拟防砂井的堵塞过程。解堵系统中的解堵装置111通过油管108下入全尺寸模拟井筒系统中，实现对解堵过程的模拟；解堵装置111的解堵效果可以通过压力表、流量计等测量的相关数据进行分析评价。

模拟井筒系统，包括：支撑架208、模拟地层套管207、筛管205和顶盖201。其中，模拟地层套管207和筛管205固定安装在支撑架208上，筛管205位于模拟地层套管207内部中心处，二者轴线重合。顶盖201为顶部带有圆孔的封隔结构，顶盖能够封固油管108，和扶正器110一起使油管108保持平稳并且保证上端内部和外部隔离开。顶盖201通过螺栓204与模拟地层套管207连接，且连接后顶盖内部封闭形成与筛管205连通的空腔，在顶盖上连接出水口，使液体只能从出水口流出。模拟砾石充填防砂井的堵塞和解堵过程时，需要在模拟地层套管207和筛管205的环空中填入砾石充填层206。

在筛管205的轴心设有油管108，油管108上从下至上依次连接着解堵装置111、扶正器110和过滤器109，油管108的上端连接装配吊环107，在进行解堵操作时，通过装配吊环107调整解堵装置111的高度。

模拟地层套管207侧壁上设置模拟地层填砂管316和多个模拟射孔孔眼308。每个模拟射孔孔眼308上设置第二压力传感器307，第二压力传感器307用于测量压力，模拟射孔孔眼308的另一端连接着第二进水管线305，在第二进水管线305上依次连接着第二流量计309、第二阀门306，稳压装置304、第二压力表303和第二工作泵302，第二进水管线的305另一端口插入到第二水箱301的液体中。通过使用第二工作泵302向全尺寸模拟井筒系统中泵入含砂液体模拟防砂井全井段的堵塞过程。

模拟地层填砂管316上沿轴向安装多个第三压力传感器315，用来测量不同位置处的压力。模拟地层填砂管316的另一端连接着第三进水管线312，第三进水管312的另一端同第二进水管线305一样插入第二水箱301的液面下。在第三进水管线312上还依次连接着第三工作泵310、第三压力表311、第三阀门313和第三流量计314。使用第三工作泵310从第二水箱301内抽取含砂液体，经第三进水管线312和模拟地层填砂管316进入模拟井筒系统中，实现对防砂井局部堵塞过程的模拟。

解堵系统除了包括上述的油管108、过滤器109、扶正器110和解堵装置111，还包括第一工作泵102、第一阀门103、第一流量计104和第一压力表105等装置，这些装置依次连接在第一进水管线106上，而第一进水管线106的两端分别通向第一水箱101和油管108。

出水管线4连接在顶盖201的侧壁上，在出水管线4上还连接着测量压力的第一压力传感器202和调节压力的围压调节阀门203。出水管线4的另一端通向第三水箱6，在第三水箱6中放置着微细筛布5，用来过滤流出液体中的砂粒。

防砂井筒堵塞过程模拟实验流程如下：

将筛管205和模拟地层套管207安装在支撑架208上，使筛管205和模拟地层套管207的轴线相重合，即筛管205处于模拟地层套管207的中心处。若模拟井筒内仅下筛管防砂工况下防砂井的堵塞过程则不需在模拟地层套管207和筛管205之间充填砾石；若模拟筛管砾石充填防砂工况下防砂井的堵塞过程，则需要在模拟地层套管207和筛管205之间充填砾石，图2为模拟筛管砾石充填防砂工况下防砂井的堵塞过程。

在模拟地层套管207的侧壁上安装模拟射孔孔眼308和模拟地层填砂管316，并按图2中各实验装置的相对位置依次连接其它实验装置。

在连接好实验装置后，先在第二水箱301中加入清水作为工作液，模拟在不出砂状况下的产液状况，根据各压力表、压力传感器和流量计的显示，记录相应的流量和压力数值。

随后，在清水中加入一定量的砂粒作为工作液，模拟防砂井筒的堵塞过程。本装置可模拟防砂井筒全井段堵塞过程，也可以模拟防砂井筒局部堵塞过程。若模拟防砂井筒全井段堵塞过程，打开第二工作泵302，使第二水箱301内的工作液经第二进水管线305进入模拟井筒系统中。若模拟防砂井筒局部堵塞过程，打开第三工作泵310，使第二水箱301内的工作液经第三进水管线312进入模拟井筒系统中。

在实验过程中，调节围压调节阀门203可对井筒进行憋压，进而模拟不同井深处的防砂井段，井筒内的压力值可通过第一压力传感器202获得。

通过改变第二水箱301内工作液中砂粒尺寸和砾石充填层206内充填砾石的尺寸，模拟出防砂管柱不同的堵塞类型。

已发生堵塞的防砂井筒的解堵实验流程如下：

在油管108的一端依次连接过滤器109、扶正器110和解堵装置111，在另外一端连接第一进水管线106，在第一进水管线106上连接好第一工作泵102和第一流量计104等装置，并将连接好的油管108放置在模拟井筒中，处于居中状态，如图3所示。

打开第一工作泵102，使解堵液经第一进水管线106进入模拟井筒中，进行解堵。若对局部堵塞进行解堵，则需要通过装配吊环107将解堵装置111上提至与模拟地层填砂管316同一高度；若对全井段堵塞进行解堵，在解堵装置111工作的同时需通过装配吊环107以一定速度上下提放油管108。

在进行解堵实验的过程中，可在解堵液中加入染色剂，并用高速摄影仪记录解堵过程以便于后期解堵效果的评价。

在实验过程中，记录不同时刻不同位置的压力和流经各处的流量，参照相关公式，根据记录的压力和流量可计算出井筒局部渗透率和全井段综合渗透率。井筒局部渗透率可根据公式：

求得，式(1)中，ki为模拟地层填砂管316上第i段渗透率；q为通过模拟地层填砂管的流量；μ为流体的粘度；δli为第i段的长度；a为模拟地层填砂管316的横截面积；δpi为第i段两端压差。

全井段综合渗透率可根据公式：

求得，式(2)中，ksj为第j时刻防砂井筒全段综合渗透率；qj为第j时刻流量；δpj为第j时刻井筒内外两侧压差；μ为试验流体粘度；ls为试验筛管205的有效长度；ds为模拟地层套管207内径；ds为试验筛管205内径。

对比堵塞前、堵塞后和解堵后相应的渗透率数值，并结合对实验过程的观察可评价某一种解堵装置的解堵效果。在进行全井段解堵实验时，通过改变油管108上下移动的速度、第一工作泵102的工作压力、排量等，可分析评价不同工作参数下的解堵效果。

在相同的实验条件下，即砾石充填层206的充填砾石和工作液中的砂粒尺寸相同，堵塞和解堵过程工作泵的泵压和流量相同，应用不同类型的解堵装置或解堵工艺进行解堵，根据解堵效果可得出在一定条件下最佳的解堵装置或解堵工艺。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。