为了解决浅软易漏失地层充填、水平井砾石充填、超轻质陶粒充填体系及运移堆积模式、套管外环空的不同储改方式后的井内空间形态和工作液对充填扰动及充填效果评价的难题，在该工况下作业，会呈现不同的充填施工形态、施工结果，因此也需要不同的砾石充填施工参数，这就需要针对浅软未固结的储层砾石充填专门开发一套多功能的砾石充填实验装置和方法。本发明专利技术通过创新设计，在井壁上设置多组可灵活组合的近井改造空腔，通过不同空腔的搭配，利用同一套实验装置，实验对不同地层、不同改造形式、不同充填参数下的充填效果评价及充填参数优化，应用后，将大大减少了研究成本，提高了实验研究效率，提高研究成果的可靠性。提高研究成果的可靠性。提高研究成果的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
一种砾石充填实验装置及实验方法
[0001]本专利技术涉及天然气水合物开采实验设备，具体涉及一种砾石充填实验装置及实验方法。
技术介绍
[0002]天然气水合物或油气井开采时，为了应对地层出砂造成的减产和井筒复杂情况，通常需进行砾石充填作业，以提高开采井的稳产周期。砾石充填能够在筛管
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套管环空、套管与井壁环空、以及近井地层一定范围内形成一层致密且高渗的挡砂层，起到稳定地层和提高近井渗透率的作用。对油气田、水合物资源、非常规油气的长效开发具有重要意义。
[0003]能源开发领域的砾石充填作业，涉及携砾液体系、充填颗粒、充填砂比、充填排量、充填循环摩阻、充填脱砂压力、充填效果评价等工艺参数，有效的实施砾石充填作业，能够缩短作业周期，缩减施工成本，因此一般施工前，需要开展充填模拟与试验验证。在海域水合物、深海疏松砂岩油气井开采过程中，地层软弱易垮塌、破裂压力低，成为砾石充填不利因素。因此，需要研发一种多用途的砾石充填实验评价装置，用于开展复杂条件下的砾石充填模拟研究。以水平井为例，水平井的筛管外砾石充填，涉及含固相流体的轴向与径向流动，以及不同套管孔眼间的扰流、跃流、激流等作用，流态复杂，并存在流体之间质量与动量的交换。携砂液性质类似非牛顿流体，其携带的不同性质的砾石，产生不同的堆积前缘和堆积形态，增加了充填后的效果评价难度。
[0004]目前，现有科技人员对砾石充填的实验装置、模拟方法等开展了一定程度的研究，如专利CN 112177571 A开发了一种砾石充填储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，虽然可以高度模拟油井由于长时间开采而存在多轮次出砂亏空的地层条件，但需下入井下声波成像测井系统，对岩心进行成像检测后才可进行深入分析；专利CN 114320243 A为一种天然气水合物储层多分支水平井砾石充填模拟实验系统，但未可考虑多点漏失对充填造成的影响；专利CN 111980636 B提供了一种油层防砂用砾石充填装置及方法，但不针对复杂充填情况开展研究；专利CN 111305797 A研发的一种半潜式平台砾石充填装置和方法，但适用于实际生产，不适于开展研究实验；专利CN 108756830 B针对常规充填提出一种水平井砾石充填模拟计算方法，但未考虑漏失充填的复杂性；专利CN 107795303 A根据实际井身结构安装井筒管柱，进行充填作业仿真及充填质量检测，但尺寸过大同时未考虑漏失，不能完全体现水合物充填的特殊性；专利CN 107100596 A提供了一种预充填防砂筛管的加工设备，未考虑筛管外砾石充填；陈彬等(2016)提出了一种套管井砾石充填工艺优化及盲管外砂高计算方法，但也局限于常规充填的工艺和参数，对充填后效果评价尚未涉及；张继伟等(2018)提出了一种疏松砂岩充填砂量的预测模型，但仅考虑地层未漏失时的充填量模拟。
[0005]综上，针对浅软易漏失地层充填、水平井砾石充填、超轻质陶粒充填体系及运移堆积模式、套管外环空的不同储改方式后的充填形式及效果等进行研究的相关专利技术几乎没有。
技术实现思路
[0006]为了解决浅软易漏失地层充填、水平井砾石充填、超轻质陶粒充填体系及运移堆积模式、套管外环空的不同储改方式后的井内空间形态和工作液对充填扰动及充填效果评价的难题，本专利技术提供一种砾石充填实验装置及实验方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0008]一种砾石充填实验装置，包括实验釜体、冲管、近井改造空腔、混砂撬、充填撬、流量传感器、流速传感器、压力传感器、数据处理终端以及数据显示终端；
[0009]所述实验釜体包括井壁，所述井壁表面分布有井壁孔眼；在所述井壁内设置有套管，两者之间环空，所述套管表面分布有与所述井壁孔眼相对应的套管孔眼；在所述套管内设置有筛管，两者之间环空，所述筛管允许流体从筛管外侧进入内侧，但充填颗粒无法进入；
[0010]所述冲管一端依次插入至井壁、套管、筛管内，另一端伸出远离所述实验釜体并通过固液输送管线和储液罐相连接；
[0011]所述近井改造空腔的一端和井壁孔眼相连通，另一端采用直接敞口的方式，用以模拟充填过程中漏失的携砾液和充填砾石；另一端或采用金属丝网封口的方式，用以模拟挤压充填或增渗充填；
[0012]所述混砂撬用于将充填砾石和海水搅拌混合，以形成两相流体；
[0013]所述充填撬用于将所述两相流体泵送至充填口，所述充填口连通至井壁和套管之间的环空和/或套管和筛管之间的环空；
[0014]所述流量传感器用于测量实验过程中携砂流体或不含砂流体的流量；
[0015]所述流速传感器用于测量实验过程中携砂流体或不含砂流体的流速；
[0016]所述压力传感器用于测量实验过程中携砂流体、不含砂流体、以及实验釜体的压力测量数据；
[0017]所述数据处理终端用于接收所述流量传感器、流速传感器以及压力传感器所测量到的数据，并进行数据处理、保存；
[0018]所述数据显示终端，用于实时显示所述数据处理终端处理后的信号数据，监测实验整个过程。
[0019]进一步地，所述井壁由不同直径大小的井段组成，不同井段之间通过变径接头连接。
[0020]进一步地，所述井壁孔眼在井壁上的分布方式根据地层特性和改造方式相结合进行设计，在近井改造空腔不需要与井壁孔眼连接的时候，将井壁孔眼封堵。
[0021]进一步地，所述井壁孔眼在井壁周向按照15
°
/个，轴向分布间距0.2m/组分布；所述井壁孔眼内壁设置有螺纹，以和所述近井改造空腔螺纹连接。
[0022]进一步地，所述套管的一端通过第一法兰盘和所述井壁连接；所述筛管一端通过第二法兰盘和所述第一法兰盘相连接。
[0023]进一步地，所述冲管一端通过密封的方式依次插入至井壁、套管、筛管内，并和所述第二法兰盘之间留有孔隙。
[0024]进一步地，所述近井改造空腔设置有可视观察窗。
[0025]进一步地，所述近井改造空腔通过金属材料或聚合物材料加工制作而成，形状成
纺锤体或鱼廓体或多维缝网体。
[0026]进一步地，在所述充填撬和充填口相连通的管路上设置有双向液控阀。
[0027]进一步地，所述的砾石充填实验装置，还包括：
[0028]振动筛，所述振动筛和所述近井改造空腔相连接，用于对从所述近井改造空腔流出的含充填砾石的液体进行筛分，其中筛分出的充填砾石收集，计量后再利用，流体则流入至储液罐中，循环利用。
[0029]第二方面，本专利技术提供一种砾石充填实验方法，所述方法基于上述的装置，所述方法包括：
[0030]步骤一：利用混砂撬将陶粒与海水进行混合，形成两相流体，利用充填撬将两相流体泵入套管与筛管的环空，两相流体进入环空后，将按照优势通道的原则进行流动，首先在环空中，其次，会分流一部分两相流体通过套管上的套管孔眼进入套管与井壁的环空、继续进入近井改造空腔；通过实验釜体上设置的多组压力、流速传感器获取釜体各部分的压力与流速数据，利用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种砾石充填实验装置，其特征在于，包括实验釜体、冲管、近井改造空腔、混砂撬、充填撬、流量传感器、流速传感器、压力传感器、数据处理终端以及数据显示终端；所述实验釜体包括井壁，所述井壁表面分布有井壁孔眼；在所述井壁内设置有套管，两者之间环空，所述套管表面分布有与所述井壁孔眼相对应的套管孔眼；在所述套管内设置有筛管，两者之间环空，所述筛管允许流体从筛管外侧进入内侧，但充填颗粒无法进入；所述冲管一端依次插入至井壁、套管、筛管内，另一端伸出远离所述实验釜体并通过固液输送管线和储液罐相连接；所述近井改造空腔的一端和井壁孔眼相连通，另一端采用直接敞口的方式，用以模拟充填过程中漏失的携砾液和充填砾石；另一端或采用金属丝网封口的方式，用以模拟挤压充填或增渗充填；所述混砂撬用于将充填砾石和海水搅拌混合，以形成两相流体；所述充填撬用于将所述两相流体泵送至充填口，所述充填口连通至井壁和套管之间的环空和/或套管和筛管之间的环空；所述流量传感器用于测量实验过程中携砂流体或不含砂流体的流量；所述流速传感器用于测量实验过程中携砂流体或不含砂流体的流速；所述压力传感器用于测量实验过程中携砂流体、不含砂流体、以及实验釜体的压力测量数据；所述数据处理终端用于接收所述流量传感器、流速传感器以及压力传感器所测量到的数据，并进行数据处理、保存；所述数据显示终端，用于实时显示所述数据处理终端处理后的信号数据，监测实验整个过程。2.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述井壁由不同直径大小的井段组成，不同井段之间通过变径接头连接。3.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述井壁孔眼在井壁上的分布方式根据地层特性和改造方式相结合进行设计，在近井改造空腔不需要与井壁孔眼连接的时候，将井壁孔眼封堵。4.如权利要求3所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述井壁孔眼在井壁周向按照15
°
/个，轴向分布间距0.2m/组分布；所述井壁孔眼内壁设置有螺纹，以和所述近井改造空腔螺纹连接。5.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述套管的一端通过第一法兰盘和所述井壁连接；所述筛管一端通过第二法兰盘和所述第一法兰盘相连接；所述冲管一端通过密封的方式依次插入至井壁、套管...
【专利技术属性】
技术研发人员：史浩贤，于彦江，王英圣，李博，李晶，欧芬兰，王偲，陈静，刘坊，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局，
类型：发明
国别省市：
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