一种模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置，包括高压反应釜、压力控制系统和数据采集系统；高压反应釜置于温控箱内，内部中空形成腔体，腔体内设置有岩心加载胶套、岩心固定架和固相控制装置，岩心加载胶套和固相控制装置内均设置有声波探头和温度控制器，岩心固定架、固相控制装置内均设置有与固液回收装置相连通的流体管道，流体管道内均设置有流速流量计，流速流量计、声波探头和温度控制器均与数据采集系统相连接，压力控制系统用于向岩心施加轴压、围压和孔压。本发明专利技术还公开了三轴应力作用下预测油井三维动态出砂及固相控制措施效果的实验方法，模拟了三轴应力作用下油井的三维出砂过程，为固相控制措施的效果评价提供了依据。施的效果评价提供了依据。施的效果评价提供了依据。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置及方法


[0001]本专利技术涉及石油工程
，具体涉及一种模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置及方法。

技术介绍

[0002]油井生产出砂与固相控制作为世界范围内石油工业中普遍存在的问题，给石油生产带来的巨大经济损失，每年用于研究智力油气井出砂的费用高达数亿美元。因此，在完井前以及动态生产过程中，准确预测油井出砂并进行固相控制效果评价至关重要。
[0003]近年来，技术人员逐步尝试通过室内试验的方法进行油井动态出砂与固相控制效果评价，但是，室内试验预测结果与实际生产过程中的出砂现象存在很大误差。例如，专利CN109826622A中公开了一种模拟砂岩储层出砂的模拟系统，该模拟系统模拟地层状况适应性差且未考虑储层温度对出砂过程的影响，不可用于进行固相控制效果评价实验；专利CN106680435A中公开了一种水合物开采出砂模拟实验系统，该模拟实验系统只能加载孔隙压力和轴压，不能加载围压，所以该实验系统无法用于模拟三轴应力状态下的出砂实验，并且该实验系统仅仅是针对二维平面进行的出砂预测模拟，无法模拟井筒三维状态下的出砂情况。
[0004]因此，亟需研制一种模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置及方法，用于地层三维动态出砂模拟及固相控制效果评价，为油气生产过程中动态出砂的预测和固相控制措施的制定提供依据。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决上述问题，提供了一种模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置及方法，实现了对油井动态出砂及固相控制过程的室内模拟，通过室内模拟获取开采过程中油井所在地层的动态出砂规律，以利于精确评价油井中固相控制措施的实施效果，为油气生产过程中动态出砂的预测和固相控制措施的制定提供依据。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置，包括高压反应釜、压力控制系统、固液回收装置和数据采集系统；
[0008]所述高压反应釜置于温控箱内，高压反应釜包括反应釜本体、顶盖和底盖，顶盖上设置有加压孔，底盖上设置排液孔，反应釜本体内部中空形成腔体，腔体内设置有岩心加载胶套，岩心加载胶套的顶面边缘处设置有注入孔，侧壁上设置有多个声波探头和多个温度传感器，底面中心处设置有第一排出孔，岩心加载胶套底部固定于岩心固定架上，岩心固定架内设置有第一管道，第一管道与第一排出孔相连通，岩心固定架的底部固定于固相控制装置顶部，固相控制装置底部嵌于高压反应釜底盖内，固相控制装置内设置有岩心固定腔；
[0009]所述岩心固定腔通过第一管道与岩心加载胶套内部相连通，岩心固定腔内壁上设置有多个声波探头和多个温度传感器，岩心固定腔底面设置有第二排出孔，第二排出孔上
设置有可拆卸的固定孔板，第二排出孔与第二管道相连通，第二管道经排液孔从高压反应釜内穿出，与固液回收装置相连接；
[0010]所述压力控制系统包括轴压伺服控制系统、孔压伺服控制系统和围压伺服控制系统；所述轴压伺服控制系统包括轴压油罐、轴压伺服控制泵和轴压加载柱塞，轴压油罐和轴压伺服控制泵依次通过第三管道与轴压加载柱塞相连接，轴压加载柱塞的施压端置于腔体内；所述孔压伺服控制系统包括孔压液罐和孔压伺服控制泵，孔压液罐和孔压伺服控制泵依次通过第四管道与高压反应釜腔体相连通；所述围压伺服控制系统包括围压油罐和围压伺服控制泵，围压油罐和围压伺服控制泵依次通过第五管道与高压反应釜腔体相连通；
[0011]所述岩心加载胶套与轴压加载柱塞之间设置有带中心孔的上垫片，岩心加载胶套与岩心固定架之间设置有带中心孔的下垫片；
[0012]所述第一管道上设置有第一流速流量计，第二管道上设置有第二流速流量计，第一流速流量计、第二流速流量计、声波探头和温度传感器均与数据采集系统相连接；
[0013]所述第三管道上设置有控制阀门，第二管道靠近固液回收装置一侧设置有安全阀。
[0014]优选地，所述岩心加载胶套内放置有出砂岩心试样，出砂岩心试样与岩心加载胶套内壁之间充填有钢珠。
[0015]优选地，所述高压反应釜呈圆柱体结构，反应釜本体与顶盖、底盖均为螺纹连接。
[0016]优选地，所述固定孔板包括防砂网和两个固定孔板，防砂网设置于两个固定孔板之间。
[0017]一种用于预测三轴应力下油井三维动态出砂的实验方法，采用如上所述的用于模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置，具体包括以下步骤：
[0018]步骤1，根据模拟油井的地质资料，获取模拟油井所处地层的岩心资料、上覆地层压力、地层压力、地层温度和孔隙流体资料，孔隙流体资料包括孔隙流体压力和孔隙流体类型，并根据孔隙流体的制备孔压液罐内的孔压液；
[0019]步骤2，根据模拟油井所处地层的岩心资料制备出砂岩心试样，将出砂岩心试样置于岩心加载胶套内，并在岩心加载胶套与出砂岩心试样之间的间隙内充填钢珠，拆除岩心固定腔内的固定孔板，依次安装固相控制装置、岩心固定架、下垫片、岩心加载胶套、上垫片后，将第四管道穿过加压孔将孔压伺服控制系统与岩心加载胶套的注入孔相连接，第五管道穿过加压孔将围压伺服控制系统与高压反应釜腔体相连通，再将轴压加载柱塞置于高压反应釜腔体内，第三管道穿过加压孔将轴压加载柱塞与轴压伺服控制泵相连接后，密封高压反应釜；
[0020]步骤3，根据模拟油井所处地层的地层温度设置温控箱的温度，开启温控箱，实验过程中保持温控箱的温度恒定；
[0021]步骤4，开启围压伺服控制系统，利用围压伺服控制泵将围压油罐内的液压油经第五管道注入高压反应釜腔体内，控制围压油罐内液压油的注入压力，使得围压油罐内的液压油挤压岩心加载胶套侧壁，向出砂岩心试样施加与地层压力值相同的围压；
[0022]步骤5，开启控制阀门和轴压伺服控制系统，利用轴压伺服控制泵将轴压油罐内的液压油经第三管道注入轴压加载柱塞内，推动轴压加载柱塞下降，控制轴压油罐内液压油的注入压力，向出砂岩心试样施加与上覆地层压力值相同的轴压；
[0023]步骤6，开启孔压伺服控制系统，利用孔压伺服控制泵将孔压液罐内的孔压液经第四管道注入岩心加载胶套内，使得孔压液充填于岩心加载胶套内壁与出砂岩心试样之间，控制孔压液罐内孔压液的注入压力，向出砂岩心试样施加与孔隙流体压力值相同的孔压；
[0024]步骤7，开启安全阀，使得出砂岩心试样内的固液两相流混合物经第一管道、第二管道流入固液回收装置内，实验过程中每隔5min更换固液回收装置，同时利用数据采集系统记录第一流速流量计、第二流速流量计、各声波探头和各温度传感器的测量结果，获取三轴应力下油井的三维动态出砂数据；
[0025]步骤8，记录多组油井三维动态出砂数据后，关闭轴压伺服控制泵、围压伺服控制泵和孔压伺服控制泵，出砂岩心试样卸压后关闭温控箱，从高压反应釜内取出出砂岩心试样，对各固液回收装置内的固液两相流混合物进行烘干，获取各固液回收装置中砂体的重量和粒度，确定出砂岩心试样的出砂速度；
[0026]步骤9，根据声波探头本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置，其特征在于，包括高压反应釜、压力控制系统、固液回收装置和数据采集系统；所述高压反应釜置于温控箱内，高压反应釜包括反应釜本体、顶盖和底盖，顶盖上设置有加压孔，底盖上设置排液孔，反应釜本体内部中空形成腔体，腔体内设置有岩心加载胶套，岩心加载胶套的顶面边缘处设置有注入孔，侧壁上设置有多个声波探头和多个温度传感器，底面中心处设置有第一排出孔，岩心加载胶套底部固定于岩心固定架上，岩心固定架内设置有第一管道，第一管道与第一排出孔相连通，岩心固定架的底部固定于固相控制装置顶部，固相控制装置底部嵌于高压反应釜底盖内，固相控制装置内设置有岩心固定腔；所述岩心固定腔通过第一管道与岩心加载胶套内部相连通，岩心固定腔内壁上设置有多个声波探头和多个温度传感器，岩心固定腔底面设置有第二排出孔，第二排出孔上设置有可拆卸的固定孔板，第二排出孔与第二管道相连通，第二管道经排液孔从高压反应釜内穿出，与固液回收装置相连接；所述压力控制系统包括轴压伺服控制系统、孔压伺服控制系统和围压伺服控制系统；所述轴压伺服控制系统包括轴压油罐、轴压伺服控制泵和轴压加载柱塞，轴压油罐和轴压伺服控制泵依次通过第三管道与轴压加载柱塞相连接，轴压加载柱塞的施压端置于腔体内；所述孔压伺服控制系统包括孔压液罐和孔压伺服控制泵，孔压液罐和孔压伺服控制泵依次通过第四管道与高压反应釜腔体相连通；所述围压伺服控制系统包括围压油罐和围压伺服控制泵，围压油罐和围压伺服控制泵依次通过第五管道与高压反应釜腔体相连通；所述岩心加载胶套与轴压加载柱塞之间设置有带中心孔的上垫片，岩心加载胶套与岩心固定架之间设置有带中心孔的下垫片；所述第一管道上设置有第一流速流量计，第二管道上设置有第二流速流量计，第一流速流量计、第二流速流量计、声波探头和温度传感器均与数据采集系统相连接；所述第三管道上设置有控制阀门，第二管道靠近固液回收装置一侧设置有安全阀。2.根据权利要求1所述的一种模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置，其特征在于，所述岩心加载胶套内放置有出砂岩心试样，出砂岩心试样与岩心加载胶套内壁之间充填有钢珠。3.根据权利要求1所述的一种模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置，其特征在于，所述高压反应釜呈圆柱体结构，反应釜本体与顶盖、底盖均为螺纹连接。4.根据权利要求1所述的一种模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置，其特征在于，所述固定孔板包括防砂网和两个固定孔板，防砂网设置于两个固定孔板之间。5.一种用于预测三轴应力下油井三维动态出砂的实验方法，其特征在于，采用如权利要求1～4中任一项所述的用于模拟油井动态出砂与固相控制的实验装置，具体包括以下步骤：步骤1，根据模拟油井的地质资料，获取模拟油井所处地层的岩心资料、上覆地层压力、地层压力、地层温度和孔隙流体资料，孔隙流体资料包括孔隙流体压力和孔隙流体类型，并根据孔隙流体的制备孔压液罐内的孔压液；步骤2，根据模拟油井所处地层的岩心资料制备出砂岩心试样，将出砂岩心试样置于岩心加载胶套内，并在岩心加载胶套与出砂岩心试样之间的间隙内充填钢珠，拆除岩心固定腔内的固定孔板，依次安装固相控制装置、岩心固定架、下垫片、岩心加载胶套、上垫片后，
将第四管道穿过加压孔将孔压伺服控制系统与岩心加载胶套的注入孔相连接，第五管道穿过加压孔将围压伺服控制系统与高压反应釜腔体相连通，再将轴压加载柱塞置于高压反应釜腔体内，第三管道穿过加压孔将轴压加载柱塞与轴压伺服控制泵相连接后，密封高压反应釜；步骤3，根据模拟油井所处地层的地层温度设置温控箱的温度，开启温控箱，实验过程中保持温控箱的温度恒定；步骤4，开启围压伺服控制系统，利用围压伺服控制泵将围压油罐内的液压油经第五管道注入高压反应釜腔体内，控制围压油罐内液压油的注入压力，使得围压油罐内的液压油挤压岩心加载胶套侧壁，向出砂岩心试样施...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩忠英，孙波，程远方，王芸涵，闫传梁，李阳，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：