专利名称：一种用于测定气井出砂临界流速的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测定气井出砂临界流速的试验装置，本发明还涉及应用该试 验装置的方法。
背景技术：
对于疏松砂岩气藏，为了提高气井产量势必要加大生产压差、增加气井中天然气 的流速，从而造成气井不同程度的出砂。随着开发的延续，出砂井日益增多，出砂情况也更 趋复杂、加剧。气井出砂致使生产周期缩短，产量下降，甚至造成气井停产、报废，严重制约 了气井潜能的发挥，同时也使开采设备、地面工艺情况迅速恶化，严重影响了气田的高效稳 产。因此，只有准确测定气井的出砂临界流速，才能为合理确定生产压差和配产提供依据。目前大多数气藏的开发，出砂临界流速的确定缺乏可靠依据。近几年，确定出砂临 界流速的方法主要有现场试验、理论公式及室内试验等。利用现场试验成本太高，且对近井 地层有一定伤害；利用理论公式只能进行大致估算，误差很大；室内试验多采用小岩心一 维直线流驱替，代表性不强，和真实径向渗流特性有一定差别。已经使用的全直径岩心径向 渗透率测定仪与本发明有相似之处，但其气源太小，无法使岩心达到出砂临界流速，且出口 无过滤装置，无法鉴别是否出砂。目前石油行业还未形成成熟的测定气井出砂临界流速的 装置及方法，因此，为了合理确定生产压差和配产，急需研制一种用于测定气井出砂临界流 速的装置及方法，以指导现场生产。
发明内容
本发明目的在于改变目前测定气井出砂临界流速不够准确、方便、经济的现状，提 供一种用于室内测定气井出砂临界流速的试验装置及方法，模拟疏松砂岩气藏气井的出砂 现象以确定气井出砂的临界流速，为现场确定生产压差和配产提供依据。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是发明了测定气井出砂临界流速的装 置，该装置由轴向加压系统、气体供给系统、模拟系统、测量及采集系统、砂处理系统连接组 成。所述轴向加压系统由储油罐101、轴压泵102、轴压控制装置103组成，轴压控制装置 103可精确控制轴向加载速度、压力和时间，轴向加压系统为模拟系统里岩心夹持器305夹 持的全直径岩心308提供轴向加压。所述气体供给系统由空气压缩泵201、高压储气罐202、 恒温恒压装置203组成，气体供给系统提供稳定压力和足够气源模拟气藏的天然气供给。 所述模拟系统由高压釜302、岩心夹持器305、自粘密封带306、橡胶密封垫307、全直径岩心 308、橡胶密封垫310组成，模拟系统模拟气井裸眼完井条件下的生产过程；其中所述高压 釜302上带有活塞301、进气口 303、排气口 304，所述全直径岩心308开有岩心中孔309但 一端不钻通；所述橡胶密封垫310孔径与岩心中孔309直径相等或稍大。所述测量及采集 系统由进口压力表401、出口压力表402、旋进旋涡流量计403、数据采集卡404、数据输出显 示器405组成，测量及采集系统进行压力、流量数据的采集和保存。所述砂处理系统由过滤 器501、高温烤箱502、电子天平503组成，过滤器501过滤全直径岩心308中的产出砂，高
3温烤箱502对清洗后产出砂烘干，电子天平503对烘干后产出砂称重。本发明还提出使用该测定气井出砂临界流速装置的方法包含以下步骤1)在全直径岩心308不开孔端面上放置橡胶密封垫307，后利用自粘密封带306 密封全直径岩心308、橡胶密封垫307和岩心夹持器305的上压头；全直径岩心308开孔端 面下放置橡胶密封垫310，后利用自粘密封带306密封全直径岩心308、橡胶密封垫310和 岩心夹持器305下压头；2)打开高压釜302，将夹持全直径岩心308的岩心夹持器305放入高压釜302内， 关闭高压釜302 ；3)启动轴压泵102，通过轴压控制装置103轴向加压至设定压力；4)启动气体供给系统，通过恒温恒压装置203调节进口压力至设定压力，并保持 一定时间；5)启动测量及采集系统，自动记录进口压力、出口压力、出口流量；6) 一定时间后关闭气源、测量及采集系统，卸下过滤器501，对过滤器501中砂样 清洗，烘干，称重，记录数据；7)重新连接过滤器501，启动测量及采集系统，加大进口压力继续试验；8)重复步骤6和步骤7，逐级加大气体进口压力，当全直径岩心308出砂量/气体 流量> 0. 001g/m3时，停止试验。采用本发明测定气井出砂临界流速的装置及方法，解决了测定疏松砂岩气藏气井 裸眼完井条件下的出砂临界流速问题，为现场合理确定生产压差及配产提供了依据。
图1为本发明装置示意图；图2为本发明具体实施方式
中采集的一定时间的进口压力、出口压力、流量随时 间的变化图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明测定气井出砂临界流速的装置及方法作 进一步的阐述。如图1所示，本发明轴向加压系统由储油罐101、轴压泵102、轴压控制装置103通 过高压管线连接组成，其轴压控制装置103可精确控制轴向加载速度、压力和时间。气体供 给系统由空气压缩泵201、高压储气罐202、恒温恒压装置203通过高压管线连接组成，主 要提供稳定压力和足够气源模拟气藏的天然气供给。模拟系统由高压釜302、岩心夹持器 305、自粘密封带306、橡胶密封垫307、全直径岩心308、橡胶密封垫310组成；其中高压釜 302上带有活塞301、进气口 303、排气口 304，轴向加压系统通过活塞301对高压釜302内 的全直径岩心308进行轴向加压；气体供给系统通过高压管线与进气口 303连接。测量及 采集系统由进口压力表401、出口压力表402、旋进旋涡流量计403、数据采集卡404、数据输 出显示器405通过数据线连接组成；通过数据采集卡404及计算机接口采集数据输出并保 存。砂处理系统由过滤器501、高温烤箱502、电子天平503组成，从过滤器501中收集岩心 的出砂量，用高温烤箱502烘干，后用电子天平503称重，记录数据。
如图1所示的高压釜302内全直径岩心308，试验前需进行全直径岩心样品的加 工，钻岩心中孔309但一端不钻通；其不开孔端面放置橡胶密封垫307，后利用自粘密封带 306密封全直径岩心308、橡胶密封垫307和岩心夹持器305的上压头；全直径岩心308开 孔端面放置带孔橡胶密封垫310，橡胶密封垫310孔径与岩心中孔309直径相等或稍大，后 利用自粘密封带306密封全直径岩心308、橡胶密封垫310和岩心夹持器305下压头。试验 时打开高压釜302，将夹持全直径岩心308的岩心夹持器305放入高压釜302内。测定气井出砂临界流速的试验方法如下实验前需进行全直径岩心样品的加工， 钻岩心中孔309，两端面磨平，处理掉岩心中孔309中由于钻孔残留的砂子；岩心夹持器305 夹持全直径岩心308，利用橡胶密封垫307、自粘密封带306、橡胶密封垫310密封后放入高 压釜302 ；根据预设压力启动轴压系统，稳定后启动气体供给系统及测量采集系统，自动采 集进口压力、出口压力、气体流量；一定时间后停止气体供给，收集过滤器中砂岩，并烘干、 称重、记录数据；重新连接过滤器，加大进口压力试验，当全直径岩心308出砂量/气体流量 > 0. 001g/m3时，停止试验。具体实施例如下1)按照图1所示示意图，连接轴向加压系统、气体供给系统、模拟系统、测量及采 集系统、砂处理系统，检查各部件及管线密封性；2)全直径岩心308不开孔端面放置橡胶密封垫307，后利用自粘密封带306密封 全直径岩心308、橡胶密封垫307和岩心夹持器305的上压头；全直径岩心308开孔端面放 置带孔橡胶密封垫310，橡胶密封垫310孔径与岩心中孔309直径相等或稍大，后利用自粘 密封带306密封全直径岩心308、橡胶密封垫310和岩心夹持器305下压头；如下表1所示 为某气田钻井取心加工后的全直径岩心尺寸表。表 1
岩心直径总闻度中心孔径孔深渗流高度编号(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)1100. 678. 417. 667. 665. 03)打开高压釜302，将夹持全直径岩心308的岩心夹持器305放入高压釜302内， 关闭高压釜302，检查密封性；4)启动轴压泵102，通过轴压控制装置103轴向加压至1. OMPa ；5)启动气体供给系统，通过恒温恒压装置203调节进口压力至0.2MPa，并保持1 小时；6)启动测量及采集系统，自动记录进口压力、出口压力、出口流量；7)1小时后关闭气源、测量及采集系统暂停试验，卸下过滤器501，对过滤器501中 砂样清洗，烘干，称重，记录数据；8)重新连接过滤器501，启动测量及采集系统，加大进口压力继续试验；9)重复步骤7和步骤8，逐级加大气体进口压力并保持轴向压力稍大于进口气体 压力，当全直径岩心308出砂量/气体流量> 0. 001g/m3时，停止试验。以上述方法进行试验后，图2为采集的一定时间的进口压力、出口压力、流量随时 间的变化图，表2为全直径岩心出砂临界流速测试数据表。
表 2 由表2可知，当气体流量由30. 029m3/h加大到33. 865m3/h时，全直径岩心的出 砂量由0. 008g/h加大到0. 153g/h，产出砂清晰可见，出砂量/气体流量> 0. 001g/m3, 30. 029m3/h的气体流量即为出砂临界流量。根据岩心尺寸，计算中孔壁上的渗流速度 2. 326m/s,即为气井的出砂临界流速。为该气田的生产压差和配产的制定提供依据。以上是本发明的具体试验方法及在生产中的具体应用，能够很好的应用在气井的 生产现场，大大降低了气井的出砂风险，节约了成本，提高了经济效益。
权利要求
一种用于测定气井出砂临界流速的装置，其特征在于由轴向加压系统、气体供给系统、模拟系统、测量及采集系统、砂处理系统组成；所述轴向加压系统由储油罐(101)、轴压泵(102)和轴压控制装置(103)组成；所述气体供给系统由空气压缩泵(201)、高压储气罐(202)和恒温恒压装置(203)组成；所述模拟系统由高压釜(302)、岩心夹持器(305)、自粘密封带(306)、橡胶密封垫(307)、全直径岩心(308)和橡胶密封垫(310)组成；所述高压釜(302)上带有活塞(301)、进气口(303)、排气口(304)；所述全直径岩心(308)下端开有岩心中孔(309)但不钻通；所述橡胶密封垫(310)孔径与岩心中孔(309)直径相等或稍大；所述测量及采集系统由进口压力表(401)、出口压力表(402)、旋进旋涡流量计(403)、数据采集卡(404)和数据输出显示器(405)组成；所述砂处理系统由过滤器(501)、高温烤箱(502)和电子天平(503)组成。
2.一种使用权利要求1所述的用于测定气井出砂临界流速的装置测定气井出砂临界 流速的方法，其特征在于包含以下步骤1)在全直径岩心(308)不开孔端面上放置橡胶密封垫(307)，后利用自粘密封带(306) 密封全直径岩心(308)、橡胶密封垫(307)和岩心夹持器(305)的上压头；全直径岩心 (308)开孔端面下放置橡胶密封垫(310)，后利用自粘密封带(306)密封全直径岩心(308)、 橡胶密封垫(310)和岩心夹持器(305)下压头；2)打开高压釜(302)，将夹持全直径岩心(308)的岩心夹持器(305)放入高压釜(302) 内，关闭高压釜(302)；3)启动轴压泵(102)，通过轴压控制装置(103)轴向加压至设定压力；4)启动气体供给系统，通过恒温恒压装置(203)调节进口压力至设定压力，并保持一 定时间；5)启动测量及采集系统，自动记录进口压力、出口压力、出口流量；6)一定时间后关闭气源、测量及采集系统，卸下过滤器(501)，对过滤器(501)中砂样 清洗，烘干，称重，记录数据；7)重新连接过滤器(501)，启动测量及采集系统，加大进口压力继续试验；8)重复步骤6和步骤7，逐级加大气体进口压力，全直径岩心308出砂量/气体流量> 0. 001g/m3时，停止试验。
全文摘要
本发明提供一种用于测定气井出砂临界流速的装置及方法，该装置由轴向加压系统、气体供给系统、模拟系统、测量及采集系统、砂处理系统组成。该方法通过气体供给系统为模拟气井生产状态的模拟系统提供不同供给压力，测出进口压力、出口压力、气体流量及试验一定时间后的出砂量等参数，通过测试结果得到出砂临界流量，结合岩心尺寸求出出砂临界流速，从而形成确定现场气井出砂临界流速的一项技术。采用本发明装置及方法，其试验条件与气藏地质条件接近，准确、方便、经济的解决了测定气井裸眼完井条件下出砂临界流速的问题，为指导气藏的现场生产提供了试验依据。
文档编号G01M10/00GK101915854SQ20101024640
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者刘书杰, 曹砚峰, 李萍, 王利华, 范永涛, 邓金根 申请人:中国石油大学(北京)