一种水合物储层可视化砾石充填模拟实验系统

1.本实用新型涉及砾石充填实验技术领域，尤其涉及一种水合物储层可视化砾石充填模拟实验系统。


背景技术：

2.砾石充填防砂是将砾石、陶砾等固相颗粒充填到井筒或地层中的一种防砂工艺，它具有挡砂效果好、有效期长等优点，在传统油气完井工艺中被证明是行之有效的防砂方法，已成为国内外疏松砂岩油气田的主流防砂工艺。
3.中国南海神狐海域水合物储层属于未固结超细粉砂储层，但水合物的相变特性与储层的未固结性，令砾石充填工艺的应用遇到了新的问题。具体表现在如下几个方面：
4.一方面，需要通过选取合适的砾石充填工艺参数，令砾石随携砾液充填到需要防护的特定地层位置，并达到一定密实度，以起到防砂效果；另一方面，也需要防止砾石充填过程中由于携砾液温度效应、冲刷效应等造成地层内水合物的分解，乃至千固结泥质粉砂地层的损伤。
5.由于此类防砂工艺施工相对复杂、成本较高，加上现阶段对于水合物储层砾石充填施工经验缺乏等原因，目前相关研究均处于起步阶段，对于水合物储层的砾石充填工艺参数优化、充填过程对地层损伤评价等缺乏较为有效的实验手段。
6.现阶段的水平井砾石充填机理研究，大部分装置均针对常规油气储层而不涉及水合物储层，相关仪器的功能也多关注砾石充填效果评价，而较少涉及储层损伤评价，观测手段方面多采用局部区域观测与充填参数监测，而较少采用全流程可视化监测。


技术实现要素：

7.本实用新型提供一种水合物储层可视化砾石充填模拟实验系统，以用来解决现有装置无法开展不同井型、不同筛套管组合、不同砾石充填工艺参数、不同水合物地层情况下的砾石充填效果优选评价实验的技术问题。
8.为解决上述问题，本实用新型提供一种水合物储层可视化砾石充填模拟实验系统，包括：
9.固液供给系统；
10.反应釜，其顶端通过管路与所述固液供给系统1相连接，所述反应釜用于模拟井筒轴向不同位置的砾石充填与地层损伤情况；
11.所述反应釜包括同轴设置的反应釜釜体和填砂管柱，所述填砂管柱的一端适于插入到所述反应釜釜体内，且所述填砂管柱与所述反应釜釜体的内壁之间具有环形空隙，所述反应釜釜体的内壁面涂有模拟地层填充物；
12.起升系统，所述反应釜固定于所述起升系统上，且所述起升系统适于控制所述反应釜的倾角，以进行不同倾角下的砾石充填实验；
13.储液罐，所述储液罐通过所述管路与所述反应釜的侧壁相连通，所述储液罐用于
储存自所述反应釜中返回的携砾液。
14.进一步的，所述反应釜釜体包括弧形釜底和盖设在所述弧形釜底上的透明玻璃窗，所述弧形釜底与所述透明玻璃窗之间形成一端封闭、另一端开口的容纳空间，且所述容纳空间的开口上盖设有釜盖。
15.进一步的，所述填砂管柱包括同轴顺次连接的上管柱和筛管，所述上管柱靠近所述筛管的一侧适于插入到所述筛管的底部，且所述上管柱与所述筛管之间处于封堵状态。
16.进一步的，所述上管柱包括外管柱和三通管，所述外管柱的顶端开设有携砾液进口，侧壁开设有多个对称设置的携砾液出口，所述三通管的第一端口携砾液适于从所述携砾液进口进入到所述上管柱内，并适于从所述携砾液出口流出。
17.进一步的，所述筛管的外圆周表面开设有均匀分布的筛孔，以适于将所述反应釜釜体和所述填砂管柱之间多余的携砾液进行过滤，以使液体进入所述所述筛管内。
18.进一步的，所述釜盖的中心开设有圆孔，所述填砂管柱的一端适于通过所述圆孔插入到所述反应釜釜体内。
19.进一步的，所述固液供给系统包括通过管路依次连接的泵、压力流量计和搅拌装置，所述泵适于将所述搅拌装置内预先混合的携砾液泵入到所述反应釜内进行砾石填充实验。
20.进一步的，所述起升系统包括水平导轨、与所述水平导轨一端垂直连接的竖直导轨、卷扬机和与所述反应釜两端固定连接的滑轮，所述卷扬机适于驱动所述反应釜的滑轮分别在所述水平导轨和所述竖直导轨内滑移。
21.进一步的，所述弧形釜底上沿轴线方向均布有若干组返液口，若干组所述返液口通过管路与所述储液罐连接。
22.本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
23.1、固液供给系统用于用于以特定流量、压力泵送携砾液，为后续的反应釜2模拟井筒的砾石充填与地层损伤情况提供物质技术基础，起升系统3控制反应釜2的倾角，以进行不同倾角下的砾石充填实验，通过调整反应釜的轴向倾角与内部填砂管柱的偏置度，实现模拟不同井型的砾石充填评价实验，研究不同井型对应的最优砾石充填工艺参数，反应釜主体采用透明有机玻璃且在截面位置留有观察窗，可以直观实时监测砾石充填全过程的砾石运移、堆积过程与地层损伤状态，为评价砾石充填工艺参数的有效性与合理性提供依据。
24.2、通过更换填砂管柱的通道段、筛管段配件，开展对于不同筛管形式、尺寸组合下的砾石充填效果评价与工艺参数优化实验，可为填砂管柱设计优化提供实验支撑。
25.3、通过更换模拟地层的骨架材料、水合物合成基质，可实现对于不同类型水合物储层的近似模拟，用于开展针对不同水合物储层的砾石充填实验，优选对应的充填工艺参数。
附图说明
26.图1是本实用新型实施例中水合物储层可视化砾石充填模拟实验系统的结构示意图；
27.图2是本实用新型实施例中反应釜的剖面结构示意图；
28.图3是本实用新型实施例中反应釜横截面的结构示意图；
29.图4是本实用新型实施例中砾石填砂管柱的结构示意图；
30.图5是本实用新型实施例中上管柱的横截面结构示意图；
31.图6是本实用新型实施例中筛管的横截面结构示意图。
32.附图标记：
33.1-固液供给系统；
34.11-泵；12-压力流量计；13-搅拌装置；14-管路；
35.2-反应釜；
36.21-反应釜釜体；211-弧形釜底；2111-返液口；212-透明玻璃窗；213-釜盖；2131-圆孔；22-填砂管柱；221-上管柱；2211-外管柱；22111-返液通道；2212-多通管；22121-携砾液进口；22122-携砾液出口；222-筛管；2221-筛管内孔；23-环形空隙；
37.3-起升系统；
38.31-水平导轨；32-竖直导轨；33-卷扬机；34-滑轮；
39.4-储液罐；5-模拟地层填充物。
具体实施方式
40.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
41.请参阅图1-6所示，本实用新型实施例提供了一种水合物储层可视化砾石充填模拟实验系统，所述水合物储层可视化砾石充填模拟实验系统包括固液供给系统1、反应釜2、起升系统3和储液罐4，其中：
42.固液供给系统1，固液供给系统1用于制作合成水合物，为后续的反应釜2模拟井筒的砾石充填与地层损伤情况提供物质技术基础；
43.反应釜2，所述反应釜2的顶端通过管路与所述固液供给系统1相连接，用于模拟井筒轴向不同位置的砾石充填与地层损伤情况；
44.起升系统3，反应釜2固定于起升系统3上，且起升系统3适于控制反应釜2的倾角，以进行不同倾角下的砾石充填实验；
45.储液罐4通过管路与反应釜2的侧壁相连通，用于储存自反应釜2中返回的携砾液。
46.由此，通过设计一种可用于实验室内进行的水合物储层可视化砾石充填模拟实验系统，用于评价水合物储层砾石的充填过程与地层损伤状态，且能够模拟开展不同井型、不同筛套管组合、不同砾石充填工艺参数、不同水合物地层情况下的砾石充填效果优选评价实验，提供直观的可视化图像结果，以描述砾石运移、堆积、充填过程与地层损伤状态，从而为现场的砾石充填防砂工艺提供帮助与指导。
47.具体地，请参阅图2、3所示，在本实用新型的实施例当中，反应釜2包括同轴设置的反应釜釜体21和填砂管柱22，填砂管柱22的一端适于插入到反应釜釜体21内，且填砂管柱22与反应釜釜体21的内壁之间具有环形空隙23，反应釜釜体21的内壁面涂有模拟地层填充物5，用于模拟观测砾石充填过程对于地层的损伤情况。
48.需要说明的是，为模拟砾石充填过程中对地层的冲蚀效应，可在反应釜釜体21的内壁使用粘土等材料制作的模拟地层填充物5，从而实现对充填过程中的地层损伤的可视化。
49.在本实施例中，可选的，填砂管柱22的外径为68mm，壁厚为10mm，单根长度为1m，上下两截采用螺纹连接方式；反应釜釜体21的内径为80mm，壁厚为25mm，采用透明亚克力玻璃制成。
50.具体地，请参阅图2、3所示，在本实用新型的实施例当中，反应釜釜体21包括弧形釜底211和盖设在弧形釜底211上的透明玻璃窗212，弧形釜底211与透明玻璃窗212之间形成一端封闭、另一端开口的容纳空间，且容纳空间的开口上盖设有釜盖213。
51.本实施例当中，在反应釜釜体21的半径1/2截面处设置有透明玻璃窗212，透明玻璃窗212沿轴向方向贯穿整个反应釜釜体21，可用于观测砾石充填过程中的砾石运移堆积情况。优选地，透明玻璃窗212采用透明亚克力玻璃制成，其厚度为25mm。
52.具体地，请参阅图4、5、6所示，在本实用新型的实施例当中，填砂管柱22包括上管柱221和同轴设置且穿设在上管柱221底侧的筛管222，上管柱221的管壁上沿轴向方向均设有贯穿的返液通道22111，筛管222的内部具有筛管内孔2221，且返液通道22111与筛管内孔2221相连通。另外，筛管222可以为复合筛管、旁通筛管等不同形制的筛管。
53.由此，填砂管柱22下部的筛管段采用螺纹连接，方便更换，并且筛管222方便携砾液在环空内运移。
54.具体地，请参阅图4、5、6所示，在本实用新型的实施例当中，上管柱221包括外管柱2211和位于外管柱2211内同轴设置的多通管2212，多通管2212位于外管柱2211远离筛管222的一侧，且多通管2212的顶端具有与外管柱2211开口平齐的携砾液进口22121，多通管2212的每个侧端穿设在外管柱2211的侧壁上且具有携砾液出口22122，携砾液适于从多通管2212的携砾液进口22121进入到上管柱221内，并适于从多通管2212的携砾液出口22122流出上管柱221，并进入到反应釜釜体21和填砂管柱22之间的环形空隙23。
55.由此，上管柱221上设置有携砾液进口22121、携砾液出口22122与返液通道22111，其下端与筛管222的筛管内孔2221相连。上管柱221与筛管222两者共同组成砾石充填作业时携砾液的运移通道，携砾液自携砾液出口22122流出后便进入环形空隙23中。
56.具体地，请参阅图4、5、6所示，在本实用新型的实施例当中，筛管222的外圆周表面开设有均匀分布的筛孔，以适于将反应釜釜体21和填砂管柱22之间多余的携砾液进行过滤，从而使液体返回至筛管222内。
57.具体地，请参阅图2所示，在本实用新型的实施例当中，釜盖213的中心开设有圆孔2131，填砂管柱22的一端适于通过圆孔2131插入到反应釜釜体21内。
58.由此，填砂管柱22贯穿釜盖213插入到反应釜2内，实现模拟砾石充填过程。
59.具体地，请参阅图1所示，在本实用新型的实施例当中，固液供给系统1包括通过管路14依次连接的泵11、压力流量计12和搅拌装置13，泵11适于将搅拌装置13内预先混合的携砾液泵入到反应釜2内进行砾石填充实验。其中压力流量计12、位于反应釜釜体21上的压力计及相应的传感器作为数据监测系统用于监测砾石充填过程中井筒轴向方向的压力变化情况。
60.由此，在本实施例当中，固液供给系统1包括泵11、压力流量计12、搅拌装置13和管路14。其中，携砾液在搅拌装置13内预先混合，随后通过泵11以一定流量向填砂管柱22泵送，压力流量计12用于监测携砾液进口22121处管路内部的压力和流量参数。
61.具体地，请参阅图1所示，在本实用新型的实施例当中，起升系统3包括水平导轨
31、与水平导轨31一端垂直连接的竖直导轨32、与反应釜2一端通过绳索固定连接的卷扬机33和分别与反应釜2两端固定连接的滑轮34，卷扬机33通过绳索适于牵引反应釜2，从而使得滑轮34分别在水平导轨31和竖直导轨32内滑移。
62.由此，在本实施例当中，起升系统3整体为一成直角的支架，用于放置反应釜2，起升系统3可改变反应釜2的倾角位置，以模拟不同井向，反应釜2的倾角调节范围为0-90度。
63.具体地，请参阅图2、3所示，在本实用新型的实施例当中，弧形釜底211上沿轴线方向均布有若干组返液口2111，若干组返液口2111通过管路与储液罐4连接。
64.本实施例当中，返液口2111沿弧形釜底211轴向方向复数多组设置，与储液罐4通过管路14相连接，返液口2111的设置密度为15组/m，每组沿弧形釜底211的周向均布有3个。
65.在本实施例当中，弧形釜底211上沿轴向等距设置有50组返液口2111，每组返液口2111在弧形釜底211径向方向上各有3个，在无观察窗的弧面上等弧度分布，用于排出多余携砾液以及安装压力传感器。
66.需要说明的是，返液口2111可根据需要复数设置，其位置也可自由设置。
67.由此，当砾石堆积后，多余携砾液通过筛管222上的筛孔返回至筛管222的筛管内孔2221中，并经填砂管柱22内的返液通道22111排出。
68.实验过程：采用水合物储层可视化砾石充填模拟实验系统采用如下步骤：
69.s1:样品装填：
70.将骨架材料与一定量的thf溶液和胶结剂均匀混合后，均匀涂抹于反应釜釜体21的内壁，在形成一定厚度的同时，与填砂管柱22的外壁留有一定间隙，以留出砾石充填环空；
71.s2:水合物合成：
72.安装填砂管柱22并封闭反应釜2，降低环境温度，令thf水合物合成得到模拟地层填充物5；
73.s3:管路连接与倾角设置：
74.将固液供给系统1与反应釜2通过管路连接，接入所需压力传感器，通过起升系统3调整反应釜2的倾角；
75.s4:携砾液混合：
76.预先将砾石与介质流体加入所述固液供给系统1中进行均匀搅拌待用；
77.s5:砾石充填实验：
78.设定固液供给系统1、反应釜2和起升系统3的充填参数，将携砾液泵入反应釜2中，令携砾液通过填砂管柱22进入反应釜釜体21与填砂管柱22之间的充填环空中充填，多余携砾液通过反应釜2的周围返液口及填砂管柱22的内部通道返回储液罐4中，连续拍摄反应釜2内的砾石运移堆积与地层损伤影像。
79.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。