填砂管及油藏物理模拟实验装置的制作方法

本实用新型涉及采油工艺技术领域，尤其涉及一种填砂管及油藏物理模拟实验装置。

背景技术：

在油田的开发中后期，普遍存在采收率低的问题。在进行实际作业提高采收率之前，通常先进行室内物理模拟实验，为数值模拟以及工艺参数的优化提供基础数据。其中，填砂管是室内物理模拟实验的基础装置，通过在填砂管中填充不同材质、不同粒径的颗粒模拟不同湿润性、孔隙度及渗透率等油藏条件，使用范围非常广泛。

现有技术中，普遍采用的填砂管为固定长度式，即：填砂管的长度固定，在使用过程中需用颗粒将填砂管填充满后方可使用，模拟岩心的长度即为填砂管的长度，通过设置一系列不同长度的填砂管满足不同的实验要求。

但是，在实际实验中，固定长度式填砂管长度不可调，实验室需要配备不同长度的填砂管，不便存放，且增加了经济成本。

技术实现要素：

本实用新型提供一种填砂管及油藏物理模拟实验装置，以克服现有固定式填砂管长度不可调整、经济成本高的问题。

本实用新型提供一种填砂管，包括：管筒以及容纳在所述管筒内的柱塞组件；所述柱塞组件包括推杆以及连接在所述推杆底部的活塞件；所述活塞件包括：底板、盖板以及气囊；所述底板与所述管筒的底壁之间形成容纳岩心的容纳空间；所述底板与所述盖板相连，且所述底板与所述盖板之间形成有用于容纳所述气囊的容纳腔；所述气囊与所述管筒的内侧面接触，以密封所述容纳空间；所述推杆与所述盖板相连，所述推杆推动所述盖板沿所述管筒的轴向移动，以调节所述容纳空间的轴向长度

如上所述的填砂管，其中，所述底板包括套设在所述推杆上的连接部以及与所述连接部相连的的抵接部；所述抵接部和所述管筒的底壁之间形成所述容纳空间；所述盖板套设在所述连接部上。

如上所述的填砂管，其中，所述活塞件还包括压紧螺母；所述压紧螺母与所述连接部螺纹连接；所述盖板的底面与所述气囊接触，所述盖板的顶面与所述压紧螺母抵接。

如上所述的填砂管，其中，所述柱塞组件还包括第一管线；所述盖板上开设有第一通孔，所述第一管线的一端与所述气囊连通，所述第一管线的另一端穿过所述第一通孔用于与气源连通。

如上所述的填砂管，其中，所述推杆内设有集液通道；所述集液通道的一端与所述容纳空间连通，所述集液通道的另一端用于与收集装置连通。

如上所述的填砂管，其中，所述集液通道的一端设置有过滤网。

如上所述的填砂管，还包括顶盖；所述管筒的顶端设置有第一法兰，所述顶盖通过固定螺栓与所述第一法兰固定连接；所述顶盖上开设有第二通孔和第三通孔；所述第一管线的另一端穿过所述第一通孔和所述第二通孔后，用于与气源连通；所述推杆的另一端穿过所述第三通孔后，用于与所述收集装置连通，且所述推杆的另一端与所述顶盖固定连接。

如上所述的填砂管，其中，所述第一法兰和所述顶盖之间设置有密封圈。

如上所述的填砂管，其中，所述第一管线和/或所述推杆的外侧面设置有标识部，用于标识所述容纳空间的轴向长度。

本实用新型还提供一种油藏物理模拟实验装置，包括电泵以及如上所述的填砂管；所述填砂管的管筒底壁开设有连接孔，所述电泵通过管道与所述连接孔连通，用于向所述填砂管的容纳空间中充入实验液体。

本实用新型填砂管及油藏物理模拟实验装置，通过在填砂管的管筒内设置柱塞组件，柱塞组件包括推杆以及连接在推杆底部的活塞件；活塞件包括底板、盖板及气囊，底板与管筒的底壁之间形成容纳岩心的容纳空间，通过气囊与管筒的内侧面接触密封容纳空间，通过推杆推动盖板沿管筒的轴向移动，以调节容纳空间的轴向长度，从而调节填砂管的长度，以适应不同的实验要求，节省填砂管的成本。

附图说明

通过参照附图的以下详细描述，本实用新型实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本实用新型的多个实施例进行说明，其中：

图1为本实用新型填砂管的剖视图；

图2为本实用新型填砂管的俯视图；

图3为本实用新型填砂管的仰视图；

图4为本实用新型填砂管的管筒的剖视图；

图5为图1中A的放大示意图；

图6为本实用新型填砂管的底板的剖视图；

图7为图1中B的放大示意图；

图8为本实用新型油藏物理模拟实验装置一实施例的结构示意图。

附图标记说明：

10：管筒； 11：第一法兰；

12：顶盖； 121：第二通孔；

122：第三通孔； 13：第二法兰；

14：底盖； 141：封堵件；

20：柱塞组件； 21：底板；

211：连接部； 212：抵接部；

213：连接孔； 214：安装槽；

22：盖板； 221：第一通孔；

23：气囊； 231：气囊支管；

24：压紧螺母； 25：第一管线；

26：推杆； 30：容纳空间；

40：过滤网； 50：固定螺栓；

60：固定件； 70：密封圈；

80：第一转换接头； 90：第二转换接头；

100：试压盲堵； 1：填砂管；

2：第一管道； 3：压力表；

4：气源； 5：收集装置；

6：第二管道； 7：电泵；

8：第一压力容器； 9：第二压力容器。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

图1为本实用新型填砂管的剖视图；图2为本实用新型填砂管的俯视图；图3为本实用新型填砂管的仰视图；图4为本实用新型填砂管的管筒的剖视图；图5为图1中A的放大示意图；图6为本实用新型填砂管的底板的剖视图；图7为图1中B的放大示意图；图8为本实用新型油藏物理模拟实验装置一实施例的结构示意图。

首先需要说明的是，在本实用新型中方位词“底”、“底端”、“底部”指的是靠近填充岩心的容纳空间的一端，即图1中N方向；方位词“顶”、“顶端”“顶部”指的是远离填充岩心的容纳空间的一端，即图1中M方向。

参照图1至图4，本实施例提供一种填砂管，包括：管筒10以及容纳在管筒10内的柱塞组件20；柱塞组件20包括推杆26以及连接在推杆26底部的活塞件；活塞件包括底板21、盖板22以及气囊23；底板21与管筒10的底壁之间形成容纳岩心的容纳空间30；底板21与盖板22相连，且底板21与盖板22之间形成有用于容纳气囊23的容纳腔，气囊23与管筒10的内侧面接触，以密封容纳空间30；推杆26与盖板22相连，推杆26推动盖板22沿管筒10的轴向移动，以调节容纳空间30的轴向长度。

具体地，本实施例提供一种填砂管，可以应用于油藏物理模拟实验，可以是封堵物理模拟实验、水驱油物理模拟实验等。填砂管包括管筒10和柱塞组件20，柱塞组件20容纳在管筒10内。管筒10的横截面可以是任意形状，本实施例优选管筒10的横截面为圆形。管筒10可以包括筒体以及底壁，且筒体与所述底壁一体成型，底壁上开设有用于实验管道连接的通孔。或者，管筒10还可以包括筒体以及底盖，底盖盖设在筒体的底端，底盖可以与筒体的底端卡接、螺纹连接等，底盖形成管筒的底壁。优选地，管筒10的底端设置有第二法兰13，第二法兰13的外边缘部分开设有多个螺纹孔，多个螺纹孔沿第二法兰13的圆周方向均匀间隔设置；底盖14与第二法兰13通过多个螺栓50固定连接，本实用新型对螺栓的数量不做限定。底盖14的中心开设有连接孔，用于与实验中的充入液体管道连接，在非实验时，封堵件141与连接孔连接，进行封堵，避免岩心泄露。可选地，为了增加容纳空间30的密封性，第二法兰13和底盖14之间还设置有密封圈，密封圈可以是橡胶密封圈、铜密封圈等，在此对密封圈的结构形式不做限定。

柱塞组件20包括推杆26以及连接在推杆26底部的活塞件；活塞件与管筒10的底壁之间形成容纳岩心的容纳空间30；推杆26推动活塞件沿管筒10的轴向移动，以调节填充岩心的容纳空间30的轴向长度，实现填砂管的长度调节。活塞件可以包括活塞体以及设置在活塞体外的密封件，通过施加作用力给推杆推动活塞体沿管筒10的轴向移动以调节填充岩心的容纳空间30的轴向长度；密封件用于密封容纳空间30，提高填砂管的密封性，从而保证实验的准确度。

活塞件包括底板21、盖板22以及气囊23。底板21可以形成有连接部，用于与盖板22相连，或者，底板21和盖板22都与推杆26连接。底板21与管筒10的底壁之间形成容纳空间30，底板21的外侧面与管筒10的内侧面接触，推杆26通过盖板22推动底板21沿整管筒10的轴向移动。底板21的横截面形状与管筒10的横截面形状一致，优选地，底板21的横截面优选为圆形。

盖板22的底面和底板21的顶面之间形成的容纳腔，用于容纳气囊23。气囊23与管筒10的内侧面接触，以密封容纳空间30，提高容纳空间30的密封性，保证实验的准确度。

在具体使用过程中，在管筒10的外组装好柱塞组件20，即，将盖板22与底板21连接，并将气囊23安装在底板21与盖板22之间的容纳腔中，然后将组装好的柱塞组件20安装在管筒10内，底板21沿管筒10的轴向移动，调节底板21与管筒10的底壁之间的容纳空间30的轴向长度；然后，向气囊23中充入预设压力的气体，对容纳空间30进行密封，其预设压力可以根据实际实验要求进行设置，在此不做限定。

本实施例提供的填砂管，通过在管筒内设置柱塞组件，柱塞组件包括推杆以及连接在推杆底部的活塞件；活塞件包括底板、盖板及气囊，底板与管筒的底壁之间形成容纳岩心的容纳空间，通过气囊与管筒的内侧面接触密封容纳空间，推杆推动盖板沿管筒的轴向移动，以调节容纳空间的轴向长度，从而调节填砂管的长度，以适应不同的实验要求，节省填砂管的成本。

在一些具体的实施例中，底板21包括套设在推杆26上的连接部211以及与连接部211相连的抵接部212；抵接部212和管筒10的底壁之间形成容纳空间30；盖板22套设在连接部211上。

底板21包括连接部211和抵接部212，抵接部212的底面和管筒10的底壁之间形成容纳空间30，抵接部212的底面与容纳空间30内填充的岩心抵接，抵接部212的外侧面与管筒10的内侧面接触，抵接部212可以沿整管筒10的轴向移动。抵接部212的横截面形状与管筒10的横截面形状一致，优选地，抵接部212的横截面优选为圆形。抵接部212的顶面设置有连接部211，连接部211的直径小于抵接部212的直径。连接部211用于与盖板22固定连接，盖板22可以开设有螺纹孔，与连接部211螺纹连接；或者，盖板22套设在连接部211的外侧，通过压紧螺母实现盖板22与连接部211的固定连接；再或者，盖板22与连接部211为一体成型的一体件。

底板21的抵接部212和连接部211开设有同轴的连接孔213，推杆26与连接孔213螺纹连接或者过盈配合等，或者，推杆26与连接部211为一体成型的一体件。

更进一步地，为了方便安装，作为盖板与连接部连接的一种具体实施方式，活塞件还包括压紧螺母24；压紧螺母24与连接部211螺纹连接；盖板22的底面与气囊23接触，盖板22的顶面与压紧螺母24抵接。

具体地，活塞件还包括压紧螺母24；底板21的连接部211设置有外螺纹，盖板22的中心开设有通孔，盖板22套设在连接部211外，压紧螺母24与连接部211螺纹连接，压紧螺母24的底面与盖板22的顶面接触，压紧螺母24压紧盖板22，使得盖板22的底面与气囊23接触，盖板22的底面与抵接部212的顶面之间形成容纳气囊23的容纳空间。

更进一步地，柱塞组件20还包括第一管线25；盖板22上开设有第一通孔221，第一管线25的一端与气囊23连通，第一管线25的另一端穿过第一通孔221用于与气源连通。

具体地，为了方便对气囊23进行充气，柱塞组件20还包括第一管线25，气源通过第一管线25对气囊23进行充入预设压力的气体，保证容纳空间30的密封性。在一些实施例中，第一管线25的一端直接与气囊23连通，第一管线25的另一端穿过第一通孔221与气源连通。

在另一些实施例中，气囊23还包括气囊支管231；盖板22上开设第一通孔221，气囊支管231穿过第一通孔221之后与第一管线25的一端连接，第一管线25的另一端与气源连接。气囊支管231与第一管线25之间通过第二转换接头90连接，优选地，第二转换接头90为气密封扣，以提高气囊23充气的密封性。

更进一步地，柱塞组件20还包括第二管线；第二管线的一端与容纳空间30连通，第二管线的另一端用于与收集装置连通。在具体实验中，第二管线用于排出实验液体，例如水、油、聚合物溶液等。第二管线与推杆26可以为两个单独的零件；或者，第二管线与推杆26为一体成型的一体件。

作为一个优选地实施例，推杆26内设有集液通道，集液通道的一端与容纳空间30连通，集液通道的另一端用于与收集装置连通。

集液通道的一端通过连接孔213与容纳空间30连通。优选地，连接孔213为螺纹孔，推杆26的外侧面设置有外螺纹，推杆26的一端容纳在连接孔213内，推杆26的集液通道在与容纳空间30连通的同时，实现推杆26与抵接部212的固定连接，即集液通道在连通容纳空间30与收集装置的同时，柱塞组件20不需要设置额外的推杆，通过设置有集液通道的推杆26即可实现抵接部212在管筒10内轴向移动。

当然，为了避免容纳空间30的岩心碎渣、粉末等进入集液通道而堵塞集液通道，集液通道的一端设置有过滤网40。具体地，连接孔213的底端开设有安装槽214，安装槽214的横截面积大于连接孔213的横截面积，安装槽214内安装有过滤网40，不同孔隙度的过滤网40可以根据具体实验的岩心进行设置，在此不做限定。

参照图1至图4以及图7，本实施例填砂管还包括顶盖12；管筒10的顶端设置有第一法兰11，顶盖12通过固定螺栓50与第一法兰11固定连接；顶盖12上开设有第二通孔121和第三通孔122；第一管线25的另一端穿过第一通孔221和第二通孔121后，用于与气源连通；推杆26的另一端穿过第三通孔122后，用于与收集装置连通，且推杆26的另一端与顶盖12固定连接。

具体地，管筒10的顶端设置有第一法兰11，第一法兰11的外边缘部分开设有多个螺纹孔，多个螺纹孔沿第一法兰11的圆周方向均匀间隔设置；顶盖12与第一法兰11通过多个螺栓50固定连接，本实用新型对螺栓的数量不做限定。顶盖12上的中心部分开设有第二通孔121和第三通孔122；第一管线25的另一端穿过第一通孔221和第二通孔121后，连接有第二转换接头90与气源连通；推杆26的另一端穿过第三通孔122后，连接有第一转换接头80与收集装置连通。可选地，在具体实验过程中，需要验证容纳空间30的密封性，在验证容纳空间30的密封性的过程中，第一转换接头80的另一端连接有试压盲堵100而封堵推杆26内开设的集液通道。

为了避免在实验过程中，推杆26因容纳空间30的压力而向外移动，推杆26的另一端与顶盖12固定连接。例如，推杆26的外侧面设置有外螺纹，与顶盖12的第三通孔122设置的内螺纹固定连接；或者，推杆26与顶盖12通过设置的其他卡接结构进行固定连接。优选地，推杆26通过固定件60与顶盖12固定连接。具体地，固定件60包括上下两段，第一段的直径大于第二段的直径，第二段的外侧面设置有外螺纹，与顶盖12的第三通孔122设置的内螺纹固定连接；第一段用于施加作用力。固定件60的中心开设有轴向螺纹孔，该螺纹孔与推杆26螺纹连接，安装简单方便。

可选地，第一法兰11和顶盖12之间设置有密封圈70。密封圈70可以是橡胶密封圈、铜密封圈等，在此对密封圈的结构形式不做限定。

为了准确方便的知道容纳空间30的轴向长度，第一管线25和/或推杆26的外侧面设置有标识层，用于标识容纳空间30的轴向长度。第一种情况，第一管线25和推杆26的外侧面设置有标识层，两个标识层上的长度刻度可以相互验证；第二种情况，只有推杆26的外侧面设置有标识层。优选地，第三种情况，推杆26的外侧面设置有外螺纹，为了避免在推杆26的外侧面设置标识层的不简便，仅第一管线25的外侧面设置有标识层。

下面描述一具体使用的实施例的填砂管结构，本实用新型不以此为限：

填砂管包括管筒10，管筒10的顶端设置有第一法兰11，管筒10的底端设置有第二法兰13。管筒10的内径40mm，轴向长度800mm，管筒10的顶端设置有顶盖12，顶盖12通过固定螺栓50与第一法兰11固定连接；管筒10的底端设置有底盖14，底盖14通过固定螺栓50与第二法兰13固定连接。

柱塞组件20包括底板21、盖板22、气囊23、压紧螺母24、过滤网40、第一管线25以及推杆26。底板21的抵接部212和盖板22的外径均为39mm，点21的连接孔213为气密封母扣，气囊23的内径为12mm，外径为39mm，厚度为18mm，第二转换接头90的两端均为气密封母扣，外径7mm，内径2mm。容纳空间30的轴向长度为200mm，填充有石英砂岩心。过滤网40的外径为9mm。气囊23的气囊支管231与第一管线25采用气密封扣连接。第一管线25的外径为2mm，内径为1mm，长度为800mm，外侧面设置有长度刻度。推杆26通过固定件60与顶盖12固定连接，推杆26的两端均为气密封公扣，外径为8mm、内径为2mm、长度为800mm。第一转换接头80的一端为与推杆26配合的母扣，另一端为四分扣(母扣)，用于与气源连接管线配合连接。

本实施例还提供一种油藏物理模拟实验装置，包括电泵以及填砂管；填砂管的管筒10底壁开设有连接孔，电泵通过管道与连接孔连通，用于向填砂管的容纳空间中充入实验液体。

具体地，本实施例提供的油藏物理模拟实验装置可以用于水驱油物理实验模拟，也可以用于封堵实验模拟，在此不做限定。电泵可以是现有的电泵结构，本实用新型在此不做限定。填砂管包括：管筒10以及容纳在管筒10内的柱塞组件20；柱塞组件20包括推杆26以及连接在推杆26底部的活塞件；活塞件包括底板21、盖板22以及气囊23；底板21与管筒10的底壁之间形成容纳岩心的容纳空间30；底板21与盖板22相连，且底板21与盖板22之间形成有用于容纳气囊23的容纳腔，气囊23与管筒10的内侧面接触，以密封容纳空间30；推杆26与盖板22相连，推杆26推动盖板22沿管筒10的轴向移动，以调节容纳空间30的轴向长度。本实施例提供的填砂管的结构、功能和效果与上述实施例相同，具体可以参照上述实施例，在此不再进行赘述。

本实施例提供的油藏物理模拟实验装置，通过在填砂管的管筒内设置柱塞组件，柱塞组件包括推杆以及连接在推杆底部的活塞件；活塞件包括底板、盖板及气囊，底板与管筒的底壁之间形成容纳岩心的容纳空间，通过气囊与管筒的内侧面接触密封容纳空间，通过推杆推动盖板沿管筒的轴向移动，以调节容纳空间的轴向长度，从而调节填砂管的长度，以适应不同的实验要求，节省填砂管的成本。

下面具体描述一种水驱油物理模拟实验装置，但本实用新型不以此为限：

参照图8，本实施例提供的水驱油物理模拟实验装置包括：填砂管1、第一管道、压力表3、气源4、收集装置5、第二管道6、电泵7、第一压力容器8、第二压力容器9。填砂管1的第一管线25通过第二转换接头90与第一管道2的一端连通，第二管道2的另一端与气源4连通，并且第二管道2上安装有压力表3；推杆26内开设的集液通道通过第一转换接头80与第二管道6的一端连通，第二管道6的另一端与收集装置5连通。填砂管1低端的连接孔连接有管道，管道的另一端连接一个三通接头，三通接头的一端口通过管道与第一压力容器8连接，第一压力容器8通过管道与电泵7连接；三通接头的另一端口通过管道与第二压力容器9连接，第二压力容器9通过管道与另一电泵7连接。

利用上述水驱油物理模拟实验装置进行水驱油物理模拟实验，具体步骤如下：

(1)将底盖14与第二法兰13固定连接，向填砂管1中装入若干石英砂，获得一定长度的岩心；

(2)组装柱塞组件20，并将柱塞组件20坐入填砂管1中岩心之上，将第一管线25和推杆26从顶盖12中穿过，再将顶盖12与第一法兰11固定连接，使用固定件60将推杆26固定在顶盖12上；

(3)通过读取第一管线25外长度刻度，获取充填岩心的实际长度为201mm；

(4)将第一管线25通过第二转换接头90连接第一管道2及气源4，对柱塞组件20中的气囊23充气，充气压力为5MPa；

(5)将第一压力容器8与填砂管1的连接孔连接，在推杆26的第一转换接头80的另一端连接试压盲堵100，电泵7通过第一压力容器8泵入地层水对填砂管1试压，试压压力与充气压力相同，为5MPa，5分钟内压降为0.01MPa，小于0.1MPa，试压合格；

(6)试压合格后，打开试压盲堵100，卸去填砂管1中压力，将推杆26与收集装置5连通；

(7)打开第一压力容器8的阀门，调节电泵流量为0.1mL/min，对填砂管1饱和地层水；

(8)饱和地层水后，关闭第一压力容器8的阀门，打开第二压力容器9的阀门，调节电泵流量为0.1mL/min，对填砂管1饱和原油；

(9)第二管道6的出口端出油后，关闭第二压力容器9阀门，打开第一压力容器8阀门，调节电泵流量为1mL/min，开始水驱油实验，实验过程中，记录第二管道6的出口端液量、含水率随时间的变化；

(10)第二管道6的出口端产出液含水率达到98％时停止实验，关闭电泵，待出口端不出液后，卸去气囊23中压力，再对填砂管1进行拆解、清洗。

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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在以上描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。