水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统及其实验方法技术方案

本发明专利技术公开了水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统及其实验方法，实验系统包括中央控制系统与通过管道依次连接的储液罐、水泵、储层模拟单元、透明井筒、砂液分离集砂器以及回流泵，实验方法包括水平井非均匀出水剖面及其动态演化模拟实验与水平井控砂控水水平井综合流动模拟实验、水平井砂水协同产出剖面及其动态演化模拟实验与水平井非均匀出砂剖面及其动态演化模拟实验、水平井循环砾石充填防砂过程模拟实验等多种实验，通过本发明专利技术开展系列实验，有助于得到更加准确的数学模拟计算结果，对提高石油与天然气储层水平井开发效果具有重要科学价值和工程指导意义，同时对非常规油气和天然气水合物储层的水平井开发也有重要借鉴价值。

【技术实现步骤摘要】
水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统及其实验方法
本专利技术涉及石油与天然气开采行业的水平井控砂控水和开采完井实验模拟
，具体涉及水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统及其实验方法。
技术介绍
水平井具有生产井段长、泄流面积大、单井产量高等优点，长久以来是石油与天然气开发的重要技术手段。大量出水和严重出砂是水平井开采技术面临最棘手的问题。水平井一旦见水，整个井筒会在短期内水淹，导致油气井的产水迅速上升，严重降低水平井开采效率，并大幅消耗举升能量和增加地面处理费用。水平井出水的同时，弱胶结疏松砂岩易出砂储层在开发过程中会有严重出砂现象，地层细微砂粒在地层微应力和流体冲刷双重作用下从岩石基体剥落，被地层产出流体携带进入水平井生产段，造成井筒堵塞、磨损设备等一系列负面后果。鉴于出砂和出水引发的棘手问题，控砂和控水一直是疏松砂岩油气藏水平井高效开发的主导技术策略。但是，由于水平井的生产段长带来的一系列复杂问题，目前长井段的水平井控水和控砂效果并不理想，严重制约水平井开发效果。高效控水及砂水协同控制成为水平井开发的工程难题，主要表现在：1水平井长生产段的出水剖面和出砂剖面具有非均质性，大量出水和出砂位置难以准确获取，使得控水控砂无的放矢；2水平井生产段的砂水产出剖面随着长期生产延续是不断变化的，控砂控水措施缺乏应对策略；3水平井长井段的笼统强化控砂控水造成总体渗流阻力和能量消耗增加，降低产能，增大作业和生产成本。由于上述水平井砂水协同控制的工程难题，通过室内模拟实验进行出砂出水规律和控砂控水优化是主要的研究手段之一。但是，目前关于水平井控砂控水完井实验模拟系统存在的缺陷和问题主要有：(1)目前的实验系统均是出砂与控砂、出水与控水单独模拟设计。实际上，水平井的出水(液)和出砂具有协同影响效应。出砂促进产液，砂粒的产出又是被地层液体携带产出。现有实验系统未能将水平井水平段的砂水协同产出和协同控制结合起来同时模拟。实验结果与实际不符；(2)对于长井段的水平井生产段，出砂和出水剖面具有明显非均质性，先有实验装置难有模拟这种非均质性；(3)水平井生产段的砂水产出剖面是随着生产过程不断演化的。现有实验系统无法模拟这种砂水产出剖面的动态演化；(4)现有的关于水平井控砂控水的实验装置功能单一，只能完成局部小尺度储层的单独工程现象或作业过程模拟实验，比如局部出水、局部出砂、防砂充填作业模拟等。尚无一套能够完成非均质储层长井段水平井非均匀剖面出砂、出水、砂水协同产出、控水筛管测试、管内循环砾石充填作业、管外挤压砾石充填作业、控水控砂井综合流动模拟等功能于一体的综合开放式实验系统平台。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供了水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统及其实验方法，实验系统能够实施水平井非均匀出水剖面及其动态演化模拟、出砂剖面及其动态演化模拟、砂水协同产出剖面及其动态演化模拟、循环砾石充填防砂过程模拟、管外地层挤压充填防砂施工过程模拟、控水控砂筛管性能测试、控砂控水水平井综合流动模拟多种实验模拟。本专利技术的提供的实验系统能够模拟长井段水平井砂水产出剖面的非均质性及其动态演化过程，以及模拟储层非均质性对砾石充填作业、防砂后的储层渗流阻力、控砂控水筛管综合性能的综合影响。考虑上述综合影响的实验模拟非常有助于模拟长井段水平井的非均匀砂水产出剖面及其变化规律，找准确水平井出砂出水高流速位置，使防砂控水有的放矢，提供水平井控砂控水效果；基于实验模拟的结果拟合有助于得到更加准确的数学模拟计算结果，对于提高水平井流动阻力预测、砾石充填效果预测、控水防砂与开采完井参数优化结果具有直接帮助。本专利技术解决技术问题的技术方案为：水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统，包括中央控制系统与通过管道依次连接的储液罐、水泵、储层模拟单元、透明井筒、砂液分离集砂器以及回流泵，所述的回流泵的出液口与储液罐的进液口连通，所述的储层模拟单元包括的水平设置的长条形储层容器，储层容器的内腔断面为上宽下窄的梯形，所述储层容器的上端均匀地设置有多个入流口，所述的入流口通过管道并联连通后通过主管道与水泵的出液口连接，所述水泵的出液端设置有第二流量计，且水泵与入流口之间的主管道上设置有第一阀门，所述的透明井筒包括水平设置的圆筒容器，所述的透明井筒与储层模拟单元通过多个柔性连接管连接，所述的柔性连接管的两端分别均匀地分布于透明井筒的侧壁与储层模拟单元的底壁上，每根柔性连接管上安装有第二阀门、第二液压传感器和第一流量传感器，所述的透明井筒的右端设置有出液口，且透明井筒的出液口通过管道依次连接第三阀门、第一液压传感器、第一流量计、砂液分离集砂器，所述的第一流量传感器、第一液压传感器、第一流量计分别与中央控制系统连接。进一步地，所述的透明井筒内设置有筛管，所述的筛管与透明井筒同轴设置，所述的筛管与透明井筒的侧壁之间具有环形空白区域，所述筛管的左右两端设置于透明井筒的左右两端，且所述出液口设置于筛管与透明井筒的侧壁之间的环形空白区域。进一步地，所述的筛管的内设置有冲管，所述的冲管与筛管同轴设置，所述的冲管的左端设置于筛管的左端。进一步地，所述的透明井筒的左端设置有第一进液口，所述的第一进液口与筛管和透明井筒之间的空白区域连通，所述的第一进液口通过管道依次与第四液压传感器、第八阀门、第四阀门、加砂器、第八阀门、水泵连接，所述的第四液压传感器与中央控制系统连接。进一步地，透明井筒的左端设置有第二进液口，所述的第二进液口与冲管的左端连通，所述的第二进液口通过管道依次连接第五液压传感器、第六阀门和第一液压传感器，所述的第五液压传感器与中央控制系统连接；所述的透明井筒的侧壁上有连接沿母线方向分布的多根滤失管线，多根滤失管线汇通至主管后依次连接第五阀门、第一液压传感器，且每根滤失管线上设置有第三阀门、第三液压传感器和第二流量传感器，第三液压传感器和第二流量传感器分别与中央控制系统连接。进一步地，所述的第二进液口连接第五液压传感器后通过支管与水泵连接，且所述支管上设置有第九阀门。进一步地，所述的入流口通过管道并联连通后通过主管道与第一液压传感器连接，所述的入流口与第一液压传感器之间的主管道上设置有第七阀门。进一步地，所述的透明井筒包括多节井筒段，相邻的井筒段通过法兰连接，所述透明井筒的左右两端分别安装有左封头和右封头，且冲管的左端穿出左封头后与第二进液口连通，所述的左封头上设置有第一进液口，所述的第一进液口第一进液口与筛管和透明井筒之间的空白区域连通，所述的筛管与冲管的左端通过左衔接环连接，所述的左衔接环设置于左封头上，所述的筛管的右端通过右衔接环连接有筛管调节套，所述的右衔接环设置于筛管调节套的左端，所述的筛管调节套为圆筒状，所述的筛管调节套的内径与右衔接环卡接处的外径相配合，所述的筛管调节套的右端设置于第三衔接环上，所述的第三衔接环的右端连接有伸缩杆，所述的伸缩杆穿过右封头后滑动设置于滑架内，所述的滑架设置于右封头的右端，伸缩杆沿左右方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统，其特征在于，包括中央控制系统与通过管道依次连接的储液罐(1)、水泵(2)、储层模拟单元、透明井筒(4)、砂液分离集砂器(6)以及回流泵(7)，所述的回流泵(7)的出液口与储液罐(1)的进液口连通，所述的储层模拟单元包括的水平设置的长条形储层容器(5)，储层容器(5)的内腔断面为上宽下窄的梯形，所述储层容器(5)的上端均匀地设置有多个入流口(51)，所述的入流口通过管道并联连通后通过主管道与水泵的出液口连接，所述水泵的出液端设置有第二流量计(82)，且水泵与入流口之间的主管道上设置有第一阀门(52)，所述的透明井筒包括水平设置的圆筒容器，所述的透明井筒与储层模拟单元通过多个柔性连接管(53)连接，所述的柔性连接管(53)的两端分别均匀地分布于透明井筒的侧壁与储层模拟单元的底壁上，每根柔性连接管(53)上安装有第二阀门(531)、第二液压传感器和第一流量传感器(532)，所述的透明井筒的右端设置有出液口(46)，且透明井筒的出液口通过管道依次连接第三阀门(43)、第一液压传感器(44)、第一流量计(45)、砂液分离集砂器(6)，所述的第一流量传感器(532)、第一液压传感器(44)、第一流量计(45)分别与中央控制系统连接。/n...

【技术特征摘要】
1.水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统，其特征在于，包括中央控制系统与通过管道依次连接的储液罐(1)、水泵(2)、储层模拟单元、透明井筒(4)、砂液分离集砂器(6)以及回流泵(7)，所述的回流泵(7)的出液口与储液罐(1)的进液口连通，所述的储层模拟单元包括的水平设置的长条形储层容器(5)，储层容器(5)的内腔断面为上宽下窄的梯形，所述储层容器(5)的上端均匀地设置有多个入流口(51)，所述的入流口通过管道并联连通后通过主管道与水泵的出液口连接，所述水泵的出液端设置有第二流量计(82)，且水泵与入流口之间的主管道上设置有第一阀门(52)，所述的透明井筒包括水平设置的圆筒容器，所述的透明井筒与储层模拟单元通过多个柔性连接管(53)连接，所述的柔性连接管(53)的两端分别均匀地分布于透明井筒的侧壁与储层模拟单元的底壁上，每根柔性连接管(53)上安装有第二阀门(531)、第二液压传感器和第一流量传感器(532)，所述的透明井筒的右端设置有出液口(46)，且透明井筒的出液口通过管道依次连接第三阀门(43)、第一液压传感器(44)、第一流量计(45)、砂液分离集砂器(6)，所述的第一流量传感器(532)、第一液压传感器(44)、第一流量计(45)分别与中央控制系统连接。


2.如权利要求1所述的水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统，其特征在于，所述的透明井筒内设置有筛管(48)，所述的筛管与透明井筒同轴设置，所述的筛管与透明井筒的侧壁之间具有环形空白区域，所述筛管(48)的左右两端设置于透明井筒的左右两端，且所述出液口(46)设置于筛管与透明井筒的侧壁之间的环形空白区域。


3.如权利要求2所述的水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统，其特征在于，所述的筛管(48)的内设置有冲管(49)，所述的冲管(49)与筛管(48)同轴设置，所述的冲管的左端设置于筛管(48)的左端。


4.如权利要求3所述的水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统，其特征在于，所述的透明井筒的左端设置有第一进液口(47)，所述的第一进液口与筛管和透明井筒之间的空白区域连通，所述的第一进液口(47)通过管道依次与第四液压传感器(32)、第四阀门(31)、加砂器(3)、第八阀门(81)、水泵(2)连接，所述的第四液压传感器(32)与中央控制系统连接。


5.如权利要求3所述的水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统，其特征在于，透明井筒(4)的左端设置有第二进液口(410)，所述的第二进液口(410)与冲管(49)的左端连通，所述的第二进液口(410)通过管道依次连接第五液压传感器(4101)、第六阀门(4102)和第一液压传感器(44)，所述的第五液压传感器(4101)与中央控制系统连接；
所述的透明井筒的侧壁上有连接沿母线方向分布的多根滤失管线(41)，多根滤失管线汇(41)通至主管后依次连接第五阀门(411)、第一液压传感器(44)，且每根滤失管线上设置有第三阀门(412)、第三液压传感器和第二流量传感器(413)，第三液压传感器和第二流量传感器(413)分别与中央控制系统连接。


6.如权利要求3所述的水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统，其特征在于，所述的入流口(51)通过管道并联连通后通过主管道与第一液压传感器(44)连接，所述的入流口与第一液压传感器(44)之间的主管道上设置有第七阀门(54)。


7.如权利要求3所述的水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统，其特征在于，所述的透明井筒(4)包括多节井筒段，相邻的井筒段通过法兰(421)连接，所述透明井筒的左右两端分别安装有左封头(424)和右封头(425)，且冲管(49)的左端穿出左封头(424)后与第二进液口(410)连通，所述的左封头(424)上设置有第一进液口(47)，所述的第一进液口第一进液口(47)与筛管(48)和透明井筒(4)之间的空白区域连通，所述的筛管(48)与冲管(49)的左端通过左衔接环(422)连接，所述的左衔接环(422)设置于左封头(424)上，所述的筛管(48)的右端通过右衔接环(422)连接有筛管调节套(426)，所述的右衔接环(422)设置于筛管调节套(426)的左端，所述的筛管调节套(426)为圆筒状，所述的筛管调节套的内径与右衔接环(422)卡接处的外径相配合，所述的筛管调节套(426)的右端设置于第三衔接环(427)上，所述的第三衔接环(427)的右端连接有伸缩杆(428)，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：董长银，周博，刘亚宾，王力智，皇凡生，尚校森，于乐香，宋洋，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37