專利名稱：復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于石油工業(yè)中一種室內(nèi)模擬試驗裝置，尤其涉及一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在疏松砂巖油藏開發(fā)過程中，適度出砂技術(shù)的應(yīng)用提高了油井產(chǎn)能，但與傳統(tǒng)防砂方法相比，適度出砂技術(shù)允許一定粒徑的地層砂進入防砂篩管，并通過保持一定的產(chǎn)量， 使進入防砂管路的砂粒被攜帶出井筒。在垂直和井斜角較小的井中，可在Mokes準(zhǔn)則理論基礎(chǔ)上建立理論模型。但在定向井、水平井和近于水平的井中，砂粒間的相互作用使得原有的理論模型不再適用，定量描述仍處于理論研究階段，并限于理論模型中的部分參數(shù)是由前人通過實驗結(jié)果回歸得到，并不一定適用。2006年，中國石油大學(xué)(北京)鄧金根、王治中等人設(shè)計了井筒砂粒運移規(guī)律室內(nèi)模擬實驗裝置9 (如圖9所示)，該室內(nèi)模擬實驗裝置9由水箱91、泵體92、垂直設(shè)置的實驗管體93以及水管94、流量計95、多個閥體96構(gòu)成，所述實驗管體93的長度為4. 2m、內(nèi)徑為63mm，在實驗管體93入口處設(shè)置一承托盤97，固相為預(yù)先放在實驗管體底部的承托盤97 中的砂粒。該室內(nèi)模擬實驗裝置存在的缺點是(1)由于在實驗段管體的管壁上沒有設(shè)計入流孔，故該實驗過程實際為定質(zhì)量流動，不能模擬實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)層變質(zhì)量流動規(guī)律； (2)由于固相為預(yù)先放在實驗管體底部的承托盤中的砂粒，所以在該實驗過程中，固相砂粒為后混合式，通過實驗流體流動以使固相砂粒流動，勢必會造成液固摻混的不均勻，對實驗結(jié)果會產(chǎn)生一定影響。2001年，上海理工大學(xué)胡壽根、白曉寧等人設(shè)計并制作了固液管道輸送實驗裝置 8 (如圖8所示)，該實驗裝置8由貯漿桶801、泥漿泵802、清水桶803、壓力表804、閥門805、 軟管806、觀測管807、快卸接頭808、測試管809、系統(tǒng)管810、差壓變送器811、壓差信號數(shù)字顯示儀812、計算機813、電磁流量計814、流量信號數(shù)字顯示儀815和分流換向器816等構(gòu)成。其中，實驗管路總長50m，工作臺為水平布置的金屬臺架，長Sm、寬lm，整個工作臺靠設(shè)置在中間部位的主支座來支撐重量，由銷軸進行連接，通過螺旋變坡機構(gòu)工作臺可在0° 到16°范圍內(nèi)作任意角度的調(diào)整。但是該實驗裝置存在的缺點是(1)該實驗裝置在實驗過程中可通過螺旋變坡機構(gòu)改變管路傾角，但由于螺旋變坡機構(gòu)特性和支撐點位于管路中間部位等結(jié)構(gòu)方面限制，該實驗裝置只能模擬0°到16°傾角下流體流動情況；(2)該實驗過程中，采用預(yù)混合壓力輸送方式，但由于動力泵采用離心式渣漿泵，在輸送過程中，由于離心泵的運動方式，必然引起動力泵出口固液摻混不均勻；(3)該實驗裝置的實驗段也未設(shè)置入流孔，故只能模擬定質(zhì)量流動，不能模擬存在壁面入流情況下壁面入流對圓管固液兩相流流動的影響規(guī)律。有鑒于此，為了進一步深入研究疏松砂巖油藏開發(fā)過程中砂粒隨產(chǎn)出液進入管路以及被攜帶至井口的整個過程，模擬固液兩相變質(zhì)量流的流動情況，本發(fā)明人提出一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，可模擬油氣開采過程中地層砂粒隨產(chǎn)出液(石油)進入井筒的固液兩相變質(zhì)量流動過程，以及地層砂粒與產(chǎn)出液在井筒中的固液兩相定質(zhì)量流動過程，由此可進一步深入研究疏松砂巖油藏開發(fā)中砂粒進入管路以及被攜帶至井口的整個過程。本發(fā)明的另一目的在于提供一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)， 可實現(xiàn)模擬井筒的0° -90°的調(diào)節(jié)，以模擬不同角度的目標(biāo)井段。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，該模擬系統(tǒng)包括一模擬井筒，所述模擬井筒是由多段兩端設(shè)有法蘭盤的管體固定連通構(gòu)成；該模擬井筒的入口端通過入口管路連接有主流固液兩相流體供給裝置，該模擬井筒的出口端通過出口管路連接有固液兩相流體分離裝置；所述模擬井筒上由入口端至出口端依次設(shè)為入口段、實驗測量段和出口段，所述入口段長度大于出口段長度；所述實驗測量段的管體由內(nèi)管和外管套設(shè)構(gòu)成，所述內(nèi)管和外管之間形成環(huán)形密閉空腔，所述內(nèi)管的管壁上均布有多個滲流孔，所述外管的管壁上設(shè)有多個入流孔，所述多個入流孔通過入流管路連接有入流固液兩相流體供給裝置；在所述入口管路、出口管路和入流管路上設(shè)有流體流量、壓力采集及處理裝置。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述主流固液兩相流體供給裝置由第一儲漿桶和連接在該第一儲漿桶出口的第一螺桿泵構(gòu)成；所述入流固液兩相流體供給裝置由第二儲漿桶和連接在該第二儲漿桶出口的第二螺桿泵構(gòu)成。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述第一儲漿桶和第二儲漿桶分別由桶體和設(shè)于桶體內(nèi)的攪拌器構(gòu)成；所述桶體為底部呈錐形的圓桶。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述固液兩相流體分離裝置由固液分離器和與該固液分離器連接的沉沙池構(gòu)成。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述流體流量、壓力采集及處理裝置包括有設(shè)置在第一螺桿泵出口的第一流量計和濃度計、設(shè)置在第二螺桿泵出口的第二流量計、以及并聯(lián)設(shè)置在實驗測量段兩端的壓差傳感器。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述模擬井筒入口端的入口管路上設(shè)有一取樣處。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述內(nèi)管管壁的一側(cè)均布有多個滲流孔。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述內(nèi)管管壁的相對應(yīng)的兩側(cè)分別均布有多個滲流孔。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述內(nèi)管管壁上下左右四側(cè)分別均布有多個滲流孔。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述模擬井筒固定架設(shè)在一工作臺上，所述工作臺一端設(shè)有支撐架，另一端設(shè)有長度能伸縮并固定的定位架，在所述支撐架與定位架之間設(shè)有液壓升降器。由上所述，本發(fā)明的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)在使用時，由主流固液兩相流體供給裝置提供的流體從模擬井筒的入口端進入模擬井筒中，由入流固液兩相流體供給裝置提供的流體從實驗測量段的多個入流孔流入環(huán)形密閉空腔，再由多個滲流孔進入模擬井筒中，從而模擬油氣開采過程中地層砂粒隨產(chǎn)出液進入井筒的固液兩相變質(zhì)量流動過程，以及地層砂粒與產(chǎn)出液在井筒中的固液兩相定質(zhì)量流動過程，由此可在實驗室中通過該模擬系統(tǒng)進一步深入研究疏松砂巖油藏開發(fā)中砂粒進入管路以及被攜帶至井口的整個過程。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，圖1 為本發(fā)明復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 為本發(fā)明中模擬井筒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3A 為本發(fā)明中第一儲漿桶的結(jié)構(gòu)示意圖。圖;3B 為本發(fā)明中第二儲漿桶的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4A 為本發(fā)明模擬井筒中實驗測量段的結(jié)構(gòu)示意圖一。圖4B 為圖4A中A-A剖視示意圖。圖5A 為本發(fā)明模擬井筒中實驗測量段的結(jié)構(gòu)示意圖二。圖5B 為圖5A中B-B剖視示意圖。圖6A 為本發(fā)明模擬井筒中實驗測量段的結(jié)構(gòu)示意圖三。圖6B 為圖6A中C-C剖視示意圖。圖7 為本發(fā)明中工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8 為一現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9 為另一現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照

本發(fā)明的具體實施方式
。如圖1所示，本發(fā)明提供一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)100， 該模擬系統(tǒng)100包括一模擬井筒1 ；所述模擬井筒1是由多段兩端設(shè)有法蘭盤的管體固定連通構(gòu)成(如圖2所示)；該模擬井筒1的入口端通過入口管路連接有主流固液兩相流體供給裝置2，該模擬井筒1的出口端通過出口管路連接有固液兩相流體分離裝置3 ；所述模擬井筒1上由入口端至出口端依次設(shè)為入口段11、實驗測量段12和出口段13，所述入口段 11的長度大于出口段13的長度；所述實驗測量段12的管體121由內(nèi)管1211和外管1212 套設(shè)構(gòu)成，所述內(nèi)管1211和外管1212之間形成環(huán)形密閉空腔1213，所述內(nèi)管1211的管壁上均布有多個滲流孔12111，所述外管1212的管壁上設(shè)有多個入流孔12121，所述多個入流孔12121通過入流管路連接有入流固液兩相流體供給裝置4 ；在所述入口管路、出口管路和入流管路上設(shè)有流體的流量、壓力采集及處理裝置。本發(fā)明的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)在使用時，由主流固液兩相流體供給裝置2提供的流體從模擬井筒1的入口端進入模擬井筒1中，由入流固液兩相流體供給裝置4提供的流體從實驗測量段12的多個入流孔12121流入環(huán)形密閉空腔1213， 再由多個滲流孔12111進入模擬井筒1中，從而模擬油氣開采過程中地層砂粒隨產(chǎn)出液(石油)進入井筒的固液兩相變質(zhì)量流動過程，以及地層砂粒與產(chǎn)出液在井筒中的固液兩相定質(zhì)量流動過程，由此可在實驗室中通過該模擬系統(tǒng)進一步深入研究疏松砂巖油藏開發(fā)中砂粒隨產(chǎn)出液進入管路以及被攜帶至井口的整個過程。在本實施方式中，所述用以測量和觀察固液兩相流動的模擬井筒1總長為8m，由 Im 一段的八段管體連通構(gòu)成，各管體之間通過法蘭盤螺釘固定；為便于觀察實驗過程中固相運移過程，模擬井筒材質(zhì)采用透明有機玻璃管，在機玻璃管外側(cè)表面上還可沿其徑向方向設(shè)置刻度線，可方便觀察砂粒在模擬井筒中的沉積情況。所述模擬井筒1的入口段11長度為5m，出口段13長度為lm，可由此消除入口效應(yīng)和出口效應(yīng)；實驗測量段12長度為2m， 每段實驗測量段的外管上均勻開三個入流孔。進一步，在本實施方式中，如圖1所示，所述主流固液兩相流體供給裝置2由第一儲漿桶21和連接在該第一儲漿桶21出口的第一螺桿泵22構(gòu)成；所述入流固液兩相流體供給裝置4由第二儲漿桶41和連接在該第二儲漿桶41出口的第二螺桿泵42構(gòu)成。本發(fā)明中選擇螺桿泵提供流體的動力輸出，可避免固相與實驗流體摻混過程中不均勻以及泵出口波動壓力的現(xiàn)象，可以在實驗段入口之前做到均勻混合。如圖3A、圖;3B所示，所述第一儲漿桶21和第二儲漿桶41分別由桶體211、411和設(shè)于桶體內(nèi)的攪拌器212、412構(gòu)成；所述桶體211、411為底部呈錐形的圓桶。由于第一儲漿桶21的容量較大，故在本實施方式中，在第一儲漿桶21中分別設(shè)置了一個正轉(zhuǎn)和一個反轉(zhuǎn)兩個攪拌器。根據(jù)實驗流體的特殊性，儲漿桶不能簡單的設(shè)計為長方形或正方形，因為這些形狀易在儲漿桶內(nèi)壁的直角部位形成“死區(qū)”，使混合液流動緩慢或產(chǎn)生滯流，故儲漿桶設(shè)計為一底部帶有15°錐度的斗狀鋼制圓桶。固液混合物是一種容易分離和沉降的混合物，因此一定要在儲漿桶內(nèi)不停的轉(zhuǎn)動使?jié){體保持流動，才能使其濃度保持均勻，這就需要進行漿體的攪拌。在本實施方式中，采用浸入式攪拌器進行機械攪拌，攪拌器是由相應(yīng)的電機、減速機、旋轉(zhuǎn)軸、動葉片等組成。如圖1所示，在本實施方式中，所述固液兩相流體分離裝置3由固液分離器31和與該固液分離器31連接的沉沙池32構(gòu)成，所述固液分離器31為一振動篩。由于試驗介質(zhì)為液固兩相流體，流體必然攜帶大部分砂粒至實驗管路末端，并攜帶出實驗段，為了重復(fù)利用實驗流體，故設(shè)置震動篩以使固相從流體中分離，但由于振動篩的工作特性決定了在振動篩出口處必然存在細小顆粒的固相，故設(shè)置沉沙池，用于進一步進行固液分離，以回收利用實驗流體。在本實施方式中，如圖1所示，所述流體的流量、壓力采集及處理裝置包括有設(shè)置在第一螺桿泵22出口的第一流量計51和濃度計52、設(shè)置在第二螺桿泵42出口的第二流量計53、以及并聯(lián)設(shè)置在實驗測量段12兩端的壓差傳感器M ；調(diào)節(jié)實驗流體主流流量，通過壓差傳感器M來測量并記錄實驗段流動壓降。所述模擬井筒1入口端的入口管路上還設(shè)有一取樣處55，可由該取樣處55取出流體樣品并測得樣品的濃度值，由此來校正濃度計52的值；在所述入口管路和入流管路上還分別設(shè)有控制實驗段主流流量的節(jié)流閥56和控制實驗測量段入流流量的節(jié)流閥57 ；所述節(jié)流閥56與第一儲漿桶21的進口之間設(shè)有第一分流支路58 ；所述節(jié)流閥57與第二儲漿桶41的進口之間設(shè)有第二分流支路59。當(dāng)流量較大時，可以由分流支路將部分流體導(dǎo)引流
6回相應(yīng)的儲漿桶中。進一步，本發(fā)明的模擬系統(tǒng)100中，實驗測量段12的內(nèi)管1211管壁上設(shè)置的滲流孔12111可有多種不同的設(shè)置和分布方式，由此，用于模擬不同完井方式(射孔完井、割縫篩管完井等)下固液兩相變質(zhì)量流動規(guī)律。如圖4A、圖4B所示，第一種分布方式為多個滲流孔12111均布在內(nèi)管1211管壁的一側(cè)。第二種分布方式為，如圖5A、圖5B所示，所述多個滲流孔12111均布在內(nèi)管1211管壁的相對應(yīng)的兩側(cè)。第三種分布方式為，如圖6A、圖6B所示，所述多個滲流孔12111均布在內(nèi)管1211管壁的上下左右四側(cè)。由此，可制作出不同管徑、不同入流面的實驗測量段管體。由于模擬井筒是通過各管體的法蘭盤進行連接的，故可較為方便的更換不同管徑、不同入流面的實驗測量段的配套管路。如圖1、圖7所示，在本實施方式中，所述模擬井筒1固定架設(shè)在一工作臺6上，所述工作臺6 —端設(shè)有支撐架61，另一端設(shè)有長度能伸縮并固定的定位架62，在所述支撐架 61與定位架62之間設(shè)有液壓升降器63。工作臺6通過支撐架61進行支撐，通過調(diào)節(jié)液壓升降器63調(diào)節(jié)工作臺角度，同時在調(diào)整好角度后通過定位架62來定位支撐。通過該工作臺6可實現(xiàn)模擬井筒的0° -90°的調(diào)節(jié)，以模擬不同角度的目標(biāo)井段。綜上所述，本發(fā)明的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)用于模擬油氣開采過程中，地層砂粒隨產(chǎn)出液(石油)進入井筒的固液兩相變質(zhì)量流動過程，及地層砂粒與產(chǎn)出液在井筒中的固液兩相定質(zhì)量流動過程，實驗過程中可針對固液兩相、單相(石油) 變質(zhì)量流動壓降分布規(guī)律，固液兩相定質(zhì)量壓降分布規(guī)律等內(nèi)容進行測量，同時本發(fā)明實驗測量段可以更換不同入流方式的實驗管路，用于模擬不同完井方式(射孔完井、割縫篩管完井等)下，固液兩相(或單相)變質(zhì)量流動規(guī)律。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，該模擬系統(tǒng)包括一模擬井筒， 所述模擬井筒是由多段兩端設(shè)有法蘭盤的管體固定連通構(gòu)成；該模擬井筒的入口端通過入口管路連接有主流固液兩相流體供給裝置，該模擬井筒的出口端通過出口管路連接有固液兩相流體分離裝置；所述模擬井筒上由入口端至出口端依次設(shè)為入口段、實驗測量段和出口段，所述入口段長度大于出口段長度；其特征在于所述實驗測量段的管體由內(nèi)管和外管套設(shè)構(gòu)成，所述內(nèi)管和外管之間形成環(huán)形密閉空腔，所述內(nèi)管的管壁上均布有多個滲流孔，所述外管的管壁上設(shè)有多個入流孔，所述多個入流孔通過入流管路連接有入流固液兩相流體供給裝置；在所述入口管路、出口管路和入流管路上設(shè)有流體流量、壓力采集及處理直O(jiān)
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，其特征在于 所述主流固液兩相流體供給裝置由第一儲漿桶和連接在該第一儲漿桶出口的第一螺桿泵構(gòu)成；所述入流固液兩相流體供給裝置由第二儲漿桶和連接在該第二儲漿桶出口的第二螺桿泵構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，其特征在于 所述第一儲漿桶和第二儲漿桶分別由桶體和設(shè)于桶體內(nèi)的攪拌器構(gòu)成；所述桶體為底部呈錐形的圓桶。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，其特征在于 所述固液兩相流體分離裝置由固液分離器和與該固液分離器連接的沉沙池構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，其特征在于 所述流體流量、壓力采集及處理裝置包括有設(shè)置在第一螺桿泵出口的第一流量計和濃度計、設(shè)置在第二螺桿泵出口的第二流量計、以及并聯(lián)設(shè)置在實驗測量段兩端的壓差傳感器。
6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，其特征在于 所述模擬井筒入口端的入口管路上設(shè)有一取樣處。
7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，其特征在于 所述內(nèi)管管壁的一側(cè)均布有多個滲流孔。
8.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，其特征在于 所述內(nèi)管管壁的相對應(yīng)的兩側(cè)分別均布有多個滲流孔。
9.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，其特征在于 所述內(nèi)管管壁上下左右四側(cè)分別均布有多個滲流孔。
10.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，其特征在于 所述模擬井筒固定架設(shè)在一工作臺上，所述工作臺一端設(shè)有支撐架，另一端設(shè)有長度能伸縮并固定的定位架，在所述支撐架與定位架之間設(shè)有液壓升降器。
全文摘要
本發(fā)明為一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒固液兩相變質(zhì)量流動模擬系統(tǒng)，包括一模擬井筒，模擬井筒由多段管體固定連通構(gòu)成；模擬井筒的入口端連接有主流固液兩相流體供給裝置，模擬井筒的出口端連接有固液兩相流體分離裝置；模擬井筒上由入口端至出口端依次設(shè)為入口段、實驗測量段和出口段；實驗測量段的管體由內(nèi)管和外管套設(shè)構(gòu)成，內(nèi)管和外管之間形成環(huán)形密閉空腔，內(nèi)管的管壁上均布有多個滲流孔，外管的管壁上設(shè)有多個入流孔，多個入流孔連接有入流固液兩相流體供給裝置；所述入口管路、出口管路和入流管路上設(shè)有流體流量、壓力采集及處理裝置。由此可在實驗室中通過該模擬系統(tǒng)進一步深入研究疏松砂巖油藏開發(fā)中砂粒隨產(chǎn)出液進入管路以及被攜帶至井口的整個過程。
文檔編號E21B49/00GK102296946SQ20101021916
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者李幫民, 汪志明, 王小秋, 魏建光 申請人:中國石油大學(xué)(北京)