泡排井筒攜砂可視化實驗裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種泡排井筒攜砂可視化實驗裝置，包括有呈豎直設置且內外間隔套設的透明內管和外管；外管頂部和底部分別設有第一和第二出口，外管下端設有加砂口；內管頂部設有介質注入管路，該管路通過一泡沫發(fā)生器并聯(lián)有氣體管路和液體管路；液體管路中設有儲液罐、第一離心泵和液體流量計；氣體管路中設有空氣壓縮機、貯氣罐和氣體流量計；外管的第一出口通過一排砂管路連接至一沉砂室進口；外管的側壁上間隔設有多個流速測速儀傳感器，傳感器電連接一數(shù)據(jù)接收處理裝置；外管的一側設有高清攝像裝置。該實驗裝置用于可視化井筒攜砂實驗，模擬井筒中液體、氣體攜砂或泡沫攜砂過程，研究攜砂效果，并且可以推導得到其臨界攜砂速度。
【專利說明】泡排井筒攜砂可視化實驗裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是關于一種模擬井筒排砂實驗裝置，尤其涉及一種泡排井筒攜砂可視化實驗裝置及方法。
【背景技術】
[0002]在疏松砂巖油藏開發(fā)中，油田為獲得最大經濟效益，采用防砂與攜砂相結合的生產工藝。與傳統(tǒng)防砂方法相比，出砂管理成本低，但存在一定風險。其中，評估產出的砂粒在不同井型條件下能否被攜帶出井筒是此種工藝風險性研究的重要內容，產出的砂粒應能被攜帶到地面而非沉積到井底。因此，對于給定的井況、地層條件和流體組成，必須保持一定的產量，使砂粒搬運能量能克服其沉積力，砂粒的最小攜帶速度就成為重要的設計參數(shù)。
[0003]泡沫流體由于具有密度小、濾失量低、攜砂性能好、助排能力強及對地層傷害小等特性，廣泛應用于低壓、漏失和水敏性地層的鉆井、完井、修井和油氣井增產作業(yè)中。國外泡沫流體應用于油田已有50多年的歷史，我國于20世紀60年代開始在油田應用泡沫流體。1984年玉門油田首次進行了泡沫負壓沖砂工藝試驗，證實泡沫沖砂洗井是恢復油井產量的一項重要措施，從此開始了泡沫流體沖砂洗井工藝在我國陸上和海上油田的應用。
[0004]現(xiàn)有的泡沫排砂洗井研究多集中于發(fā)泡劑及其添加劑的配方優(yōu)化、泡沫流變參數(shù)性能測試、泡沫攜砂能力的井筒數(shù)值模擬以及油田現(xiàn)場試驗。目前，也有學者開展清水和泡沫的井筒攜砂實驗，研究砂粒直徑和井筒傾角對泡沫流體攜砂的影響，并觀察了砂粒在井筒中的運移方式，以期為現(xiàn)場進行泡沫流體排砂洗井作業(yè)提供理論基礎和參考依據(jù)。
[0005]現(xiàn)有清水井筒攜砂實驗裝置9，如圖2所示，該裝置包括液體泵送裝置91、液體存儲罐92、砂粒投放口、砂粒承托裝置、透明有機玻璃攜砂管93、油/水回收裝置、流量調節(jié)閥94、計量裝置和管線。該實驗裝置9由于沒有高壓氣體來源和裝置限制，具有以下缺點:1)只能進行清水或純液體攜砂實驗，不能對泡沫流體攜砂進行模擬；2)該裝置的數(shù)據(jù)采集需要人工手動記錄。
[0006]現(xiàn)有垂直氣井氣流攜砂實驗裝置8，如圖3所示，該裝置包括電動機、空氣壓縮機81、高壓氮瓶82、輸氣管83、多相流體實驗裝置記錄儀84、進砂裝置85、垂直塑料管、排砂口86、氣流攜砂出砂管87、出砂管末端871(與大氣相通)。該裝置可采用不同的氣量和壓力進行實驗，觀測不同條件下氣流攜砂的狀況，可用于推導驗證氣體臨界攜砂速度。該技術的主要目的是模擬氣井垂直井筒攜砂實驗，具有以下幾方面的缺陷:1)該裝置只能研究氣井垂直井筒攜砂規(guī)律，不能研究液體或者泡沫井筒攜砂；2)該裝置只能研究垂直井筒攜砂規(guī)律。
[0007]上述現(xiàn)有的井筒攜砂實驗中，由于設備或者實驗思路原因，沒有進行泡沫井筒攜砂實驗，也沒有把泡沫井筒攜砂實驗與清水井筒攜砂實驗進行對比，沒有對泡沫的攜砂能力進行系統(tǒng)的理論研究；對清水和壓裂液的臨界攜砂速度進行了測量，但是沒有測量井筒中泡沫的臨界攜砂速度。
[0008]由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關行業(yè)的經驗與實踐，提出一種泡排井筒攜砂可視化實驗裝置及方法，以克服現(xiàn)有技術的缺陷。
【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種泡排井筒攜砂可視化實驗裝置及方法，模擬井筒中液(氣)體攜砂和泡沫攜砂的過程，研究井筒中液(氣)體和泡沫攜砂的效果，為油氣田泡沫沖砂解堵和油氣井防砂提供理論依據(jù)和技術支持。
[0010]本發(fā)明的另一目的在于提供一種泡排井筒攜砂可視化實驗裝置及方法，根據(jù)雙層有機玻璃管上安裝的流速傳感儀測得的數(shù)據(jù)，可以推導得到其臨界攜砂速度，研究液(氣)體和泡沫流體在井筒中的流動規(guī)律。
[0011]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種泡排井筒攜砂可視化實驗裝置，該實驗裝置包括有呈豎直設置且內外間隔套設的透明內管和透明外管，以構成雙層透明實驗管體；所述透明外管頂部和底部分別設有第一出口和第二出口，透明外管下端設有加砂口 ；所述透明內管的底端延伸至透明外管的底部且與外管導通，透明內管頂部設有介質注入管路；所述介質注入管路通過一泡沫發(fā)生器并聯(lián)有氣體管路和液體管路；所述液體管路中順序設有儲液罐、第一離心泵和液體流量計；所述氣體管路中順序設有空氣壓縮機、貯氣罐和氣體流量計；所述透明外管的第一出口通過一排砂管路連接至一沉砂室進口，所述沉砂室中設有一第三出口，對應該第三出口設有一廢液罐；所述透明外管的側壁上間隔設有多個流速測速儀傳感器，所述多個流速測速儀傳感器電連接一數(shù)據(jù)接收處理裝置；所述透明外管的一側設有高清攝像裝置。
[0012]在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述介質注入管路中設有第一閥門和第一壓力表；所述氣體管路中的氣體流量計兩端分別設有一第二閥門；所述貯氣罐出口端設有第二壓力表；所述空氣壓縮機上設有一放空閥和第三壓力表；所述空氣壓縮機與貯氣罐之間設有第三閥門；所述液體管路中的第一離心泵兩端分別設有一第四閥門；在所述排砂管路中設有一第五閥門。
[0013]在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述沉砂室設有第四出口，所述第四出口通過一回收管路連接于所述儲液罐，所述回收管路中設有第二離心泵和第六閥門；在沉砂室內且位于沉砂室進口與第四出口之間設有一篩網(wǎng)。
[0014]本發(fā)明的目的還可以這樣實現(xiàn)，一種泡排井筒攜砂可視化實驗方法，所述實驗方法包括以下步驟:
[0015](I)向雙層透明實驗管體的外管內加砂；
[0016](2)使氣體和液體在泡沫發(fā)生器中生成泡沫；
[0017](3)通過介質注入管路和透明內管向透明外管內注入泡沫；泡沫攜砂通過內、外管之間的環(huán)空由外管上端第一出口排出并進入沉沙室；
[0018](4)通過流速測量儀傳感器和高清攝像裝置測量和觀察泡沫攜砂過程，并將相應數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)接收處理裝置。
[0019]在本發(fā)明的一較佳實施方式中，實驗開始前所有閥門和出口處于關閉狀態(tài)，將所需液體放入儲液罐，打開放空閥放空后再關閉放空閥；啟動空氣壓縮機產生高壓氣體并打開第三閥門，使高壓氣體進入儲氣罐，然后再關閉第三閥門。
[0020]在本發(fā)明的一較佳實施方式中，在步驟(2 )中，打開兩個第二閥門和兩個第四閥門并調節(jié)第二閥門和第四閥門開度及第一離心泵，使液體和氣體以特定比例混合進入泡沫發(fā)生器。
[0021]在本發(fā)明的一較佳實施方式中，在步驟(3)中，打開第一閥門、第五閥門、第六閥門并調節(jié)第一閥門開度，以控制泡沫流速。
[0022]由上所述，本發(fā)明的泡排井筒攜砂可視化實驗裝置，可以用于可視化井筒攜砂實驗，模擬井筒中液體、氣體攜砂或泡沫攜砂的過程，研究井筒中液體、氣體和泡沫攜砂的效果，并且可以推導得到其臨界攜砂速度，為油氣田泡沫沖砂解堵和油氣井防砂提供理論依據(jù)和技術支持；同時，還可根據(jù)雙層有機玻璃管上安裝的流速測速儀傳感器測得的數(shù)據(jù)研究液體、氣體和泡沫流體在井筒中的流動規(guī)律。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]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:
[0024]圖1:為本發(fā)明泡排井筒攜砂可視化實驗裝置的結構示意圖。
[0025]圖2:為現(xiàn)有清水井筒攜砂實驗裝置的結構示意圖。
[0026]圖3:為現(xiàn)有垂直氣井氣流攜砂實驗裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明提出一種泡排井筒攜砂可視化實驗裝置100，該實驗裝置100包括有呈豎直設置且內外間隔套設的透明內管I和透明外管2，以構成雙層透明實驗管體，所述透明外管用于模擬井筒套管，透明內管用于模擬井筒油管，所述透明內管和外管均由有機玻璃構成；所述透明外管2頂部和底部分別設有第一出口 21和第二出口 22，透明外管2下端設有加砂口 23 ;所述透明內管I的底端延伸至透明外管2的底部且與外管內部導通，透明內管I頂部設有介質注入管路3 ;所述介質注入管路3通過一泡沫發(fā)生器31并聯(lián)有氣體管路5和液體管路6 ;所述液體管路6中順序設有儲液罐61、第一離心泵62和液體流量計63，儲液罐用于存儲清水或起泡劑溶液，第一離心泵為輸送液體提供動力，液體流量計用于測量液體流量；所述氣體管路5中順序設有空氣壓縮機51、貯氣罐52和氣體流量計53，空氣壓縮機用于為儲氣罐提供高壓氣體，儲氣罐為生成泡沫提供氣體，氣體流量計用于測量氣體流量；所述透明外管2的第一出口通過一排砂管路4連接至一沉砂室41的進口，所述沉砂室41底部設有一第三出口 411，對應該第三出口 411的下方設有一廢液罐42，廢液罐用于收集廢液和排出的砂；所述透明外管2的側壁上間隔設有多個流速測速儀傳感器71，所述流速測量儀傳感器用于測量內外管之間環(huán)空中液體流速，所述多個流速測速儀傳感器71電連接一數(shù)據(jù)接收處理裝置72 ;所述透明外管2的一側設有高清攝像裝置73 ;數(shù)據(jù)接收處理裝置用于接收流速測量儀和攝像裝置的數(shù)據(jù)并進一步處理。
[0029]由上所述，本發(fā)明的泡排井筒攜砂可視化實驗裝置，可以用于可視化井筒攜砂實驗，模擬井筒中液(氣)體攜砂和泡沫攜砂的過程，研究井筒中液(氣)體和泡沫攜砂的效果，并且可以推導得到其臨界攜砂速度，為油氣田泡沫沖砂解堵和油氣井防砂提供理論依據(jù)和技術支持；同時，還可根據(jù)雙層有機玻璃管上安裝的流速測速儀傳感器測得的數(shù)據(jù)研究液(氣)體和泡沫流體在井筒中的流動規(guī)律。
[0030]在本實施方式中，所述介質注入管路3中設有第一閥門32和第一壓力表33 ;所述氣體管路5中的氣體流量計53兩端分別設有一第二閥門54 ;所述貯氣罐52出口端設有第二壓力表55 ;所述空氣壓縮機51上設有一放空閥56和一第三壓力表57 ;所述空氣壓縮機51與貯氣罐52之間設有第三閥門58 ;所述液體管路6中的第一離心泵62兩端分別設有一第四閥門64 ;在所述排砂管路4中設有一第五閥門43 ;各壓力表實時監(jiān)控系統(tǒng)壓力。
[0031]進一步，如圖1所示，所述沉砂室41設有第四出口 412，所述第四出口 412通過一回收管路連接于所述儲液罐61，所述回收管路中設有第二離心泵65和第六閥門66 ;在沉砂室41內且位于沉砂室進口與第四出口 412之間設有一篩網(wǎng)413。
[0032]利用上述泡排井筒攜砂可視化實驗裝置100可以進行模擬井筒中液體攜砂、氣體攜砂或者泡沫攜砂實驗，以泡沫攜砂實驗為例，所述實驗方法包括以下步驟:
[0033](I)向雙層透明實驗管體的外管內加砂；
[0034](2)使氣體和液體在泡沫發(fā)生器中生成泡沫；
[0035](3)通過介質注入管路和透明內管向透明外管內注入泡沫；泡沫攜砂通過內、外管之間的環(huán)空由外管上端第一出口排出并進入沉沙室；
[0036](4)通過流速測量儀傳感器和高清攝像裝置測量和觀察泡沫攜砂過程，并將相應數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)接收處理裝置。
[0037]泡沫攜砂的具體實驗過程為:實驗開始前所有閥門和出口處于關閉狀態(tài)，將所需液體放入儲液罐61，打開放空閥56放空后再關閉該放空閥56 ;啟動空氣壓縮機51產生高壓氣體并打開第三閥門58，使高壓氣體進入儲氣罐52，然后再關閉第三閥門58 ;將特定質量的砂通過加砂口 23加入雙層透明實驗管體的透明外管2底部，打開兩個第二閥門54和兩個第四閥門64并調節(jié)第二閥門54和第四閥門64的開度及第一離心泵62，使液體和氣體以特定比例混合進入泡沫發(fā)生器31 ;經泡沫發(fā)生器生成泡沫后，打開第一閥門32、第五閥門43、第六閥門66并調節(jié)第一閥門32的開度，以控制泡沫流速，使泡沫通過介質注入管路進入透明內管I并向透明外管2內注入，泡沫攜砂通過內、外管之間的環(huán)空由外管上端第一出口 21排出并進入沉沙室41 ;此過程中，可通過流速測量儀傳感器71和高清攝像裝置73測量和觀察泡沫攜砂過程，并將相應數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)接收處理裝置；實驗完成后，通過沉砂室41和透明外管2的第二出口 22收集砂粒進行稱重，最后通過數(shù)據(jù)接收處理裝置處理所得數(shù)據(jù)并清潔所述實驗裝置。
[0038]進行液體攜砂實驗時，只需關閉空氣壓縮機51與第二閥門54，其他實驗步驟與泡沫攜砂實驗相同；
[0039]進行氣體攜砂實驗時，只需關閉第一離心泵62和第四閥門54，并關閉第六閥門66，去掉沉沙室41中的篩網(wǎng)413并打開沉沙室上的第三出口 411，其他實驗步驟與泡沫攜砂實驗相同。
[0040]本發(fā)明的泡排井筒攜砂可視化實驗裝置，可以用于可視化井筒攜砂實驗，模擬井筒中液(氣)體攜砂和泡沫攜砂的過程，研究井筒中液(氣)體和泡沫攜砂的效果，并且可以推導得到其臨界攜砂速度，為油氣田泡沫沖砂解堵和油氣井防砂提供理論依據(jù)和技術支持；同時，還可根據(jù)雙層有機玻璃管上安裝的流速測速儀傳感器測得的數(shù)據(jù)研究液(氣)體和泡沫流體在井筒中的流動規(guī)律。[0041] 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。任何本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本發(fā)明保護的范圍。
【權利要求】
1.一種泡排井筒攜砂可視化實驗裝置，其特征在于:該實驗裝置包括有呈豎直設置且內外間隔套設的透明內管和透明外管，以構成雙層透明實驗管體；所述透明外管頂部和底部分別設有第一出口和第二出口，透明外管下端設有加砂口 ；所述透明內管的底端延伸至透明外管的底部且與外管導通，透明內管頂部設有介質注入管路；所述介質注入管路通過一泡沫發(fā)生器并聯(lián)有氣體管路和液體管路；所述液體管路中順序設有儲液罐、第一離心泵和液體流量計；所述氣體管路中順序設有空氣壓縮機、貯氣罐和氣體流量計；所述透明外管的第一出口通過一排砂管路連接至一沉砂室進口，所述沉砂室中設有一第三出口，對應該第三出口設有一廢液罐；所述透明外管的側壁上間隔設有多個流速測速儀傳感器，所述多個流速測速儀傳感器電連接一數(shù)據(jù)接收處理裝置；所述透明外管的一側設有高清攝像裝置。
2.如權利要求1所述的泡排井筒攜砂可視化實驗裝置，其特征在于:所述介質注入管路中設有第一閥門和第一壓力表；所述氣體管路中的氣體流量計兩端分別設有一第二閥門；所述貯氣罐出口端設有第二壓力表；所述空氣壓縮機上設有一放空閥和第三壓力表；所述空氣壓縮機與貯氣罐之間設有第三閥門；所述液體管路中的第一離心泵兩端分別設有一第四閥門；在所述排砂管路中設有一第五閥門。
3.如權利要求2所述的泡排井筒攜砂可視化實驗裝置，其特征在于:所述沉砂室設有第四出口，所述第四出口通過一回收管路連接于所述儲液罐，所述回收管路中設有第二離心泵和第六閥門；在沉砂室內且位于沉砂室進口與第四出口之間設有一篩網(wǎng)。
4.一種利用上述權利要求1~3任一項泡排井筒攜砂可視化實驗裝置進行實驗的方法，所述實驗方法包括以下步驟: (O向雙層透明實驗管體的外管內加砂； (2)使氣體和液體在泡沫發(fā)生器中生成泡沫； (3)通過介質注入管路和透明內管向透明外管內注入泡沫；泡沫攜砂通過內、外管之間的環(huán)空由外管上端第一出口排出并進入沉沙室； (4)通過流速測量儀傳感器和高清攝像裝置測量和觀察泡沫攜砂過程，并將相應數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)接收處理裝置。
5.如權利要求4所述的泡排井筒攜砂可視化實驗方法，其特征在于:實驗開始前所有閥門和出口處于關閉狀態(tài)，將所需液體放入儲液罐，打開放空閥放空后再關閉放空閥；啟動空氣壓縮機產生高壓氣體并打開第三閥門，使高壓氣體進入儲氣罐，然后再關閉第三閥門。
6.如權利要求5所述的泡排井筒攜砂可視化實驗方法，其特征在于:在步驟(2)中，打開兩個第二閥門和兩個第四閥門并調節(jié)第二閥門和第四閥門開度及第一離心泵，使液體和氣體以特定比例混合進入泡 沫發(fā)生器。
7.如權利要求6所述的泡排井筒攜砂可視化實驗方法，其特征在于:在步驟(3)中，打開第一閥門、第五閥門、第六閥門并調節(jié)第一閥門開度，以控制泡沫流速。
【文檔編號】E21B47/002GK103899261SQ201410146154
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權日:2014年4月11日
【發(fā)明者】韓國慶, 吳曉東, 張佳, 張珈銘, 劉雙雙, 劉凱, 夏禹, 景紫巖, 朱峰, 史舒哲, 梁星原 申請人:中國石油大學(北京)