本發(fā)明屬于油氣田開發(fā)技術領域，具體地涉及一種防砂井筒堵塞-解堵一體化評價實驗模擬裝置及方法。

背景技術：

目前，產(chǎn)層出砂是疏松砂巖油藏開采過程中面臨的主要問題之一。相關人員為了最大限度地減小出砂對油氣開采的影響進行了大量的研究，發(fā)明了能夠?qū)τ蛯映錾岸氯郎皩舆^程進行模擬試驗的裝置，可以模擬出在不同防砂方式下，實際井底的徑向流動狀態(tài)及對防砂井的堵塞過程；此外，還研究出了多種用于解堵的配方、裝置和技術，探明了在一定條件下適用于解除一些特定堵塞狀況的方案和技術。

但是，需要指出的是，目前并沒有專門的裝置能夠用于對不同類型的解堵裝置和技術的解堵效果進行對比分析，對于防砂層不同的堵塞狀況，無法判別各種解堵工具的解堵效果和其適用性，更沒有能夠?qū)⒎郎熬亩氯徒舛逻^程結(jié)合起來進行實驗的裝置。

技術實現(xiàn)要素：

基于上述技術問題，本發(fā)明提供一種防砂井筒堵塞-解堵一體化評價實驗模擬裝置及方法。

本發(fā)明所采用的技術解決方案是：

一種防砂井筒堵塞-解堵一體化評價實驗模擬裝置，包括模擬井筒系統(tǒng)、防砂井全井段堵塞模擬系統(tǒng)、防砂井局部井段堵塞模擬系統(tǒng)和解堵系統(tǒng)；所述模擬井筒系統(tǒng)包括模擬地層套管和篩管，模擬地層套管和篩管均固定安裝在支撐架上，篩管位于模擬地層套管內(nèi)部中心處，二者軸線重合，在模擬地層套管和篩管之間形成礫石充填層，在篩管的頂端設置有頂蓋，所述頂蓋通過螺栓與模擬地層套管連接，連接后頂蓋內(nèi)部封閉形成與篩管連通的空腔；所述防砂井全井段堵塞模擬系統(tǒng)包括多個模擬射孔孔眼，所有模擬射孔孔眼均設置在模擬地層套管上，且呈上下間隔分布，在模擬射孔孔眼上設置有第二壓力傳感器，模擬射孔孔眼通過第二進水管線連通第二水箱，在第二進水管線上設置有第二流量計、第二閥門、穩(wěn)壓裝置、第二壓力表和第二工作泵；所述防砂井局部井段堵塞模擬系統(tǒng)包括模擬地層填砂管，模擬地層填砂管的一端固定在模擬地層套管上，并與礫石充填層連通，另一端通過第三進水管線連通第二水箱，在第三進水管線上設置有第三工作泵、第三壓力表、第三閥門和第三流量計，在模擬地層填砂管上沿軸向安裝多個第三壓力傳感器；所述解堵系統(tǒng)包括油管和出水管線，油管設置在篩管的中心，在油管上從下至上依次設置有解堵裝置、扶正器和過濾器，油管通過第一進水管線連通第一水箱，在第一進水管線上設置有第一工作泵、第一閥門、第一流量計和第一壓力表，所述出水管線的一端連通頂蓋內(nèi)部空腔，另一端連通第三水箱，在出水管線上設置有第一壓力傳感器。

優(yōu)選的，在油管的上端連接有裝配吊環(huán)。

優(yōu)選的，在出水管線上還設置有圍壓調(diào)節(jié)閥。

優(yōu)選的，在第三水箱中設置有篩布。

優(yōu)選的，所述模擬地層套管和篩管均是由透明有機玻璃材料制成的。

一種防砂井筒堵塞-解堵一體化評價實驗模擬方法，采用上述的裝置，具體步驟如下：

a在連接好實驗裝置后，先在第二水箱中加入清水作為工作液，模擬在不出砂狀況下的產(chǎn)液狀況，根據(jù)各壓力表、壓力傳感器和流量計的顯示，記錄相應的流量和壓力數(shù)值；

b隨后，在清水中加入一定量的砂粒作為工作液，模擬防砂井筒的堵塞過程；若模擬防砂井筒全井段堵塞過程，打開第二工作泵，使第二水箱內(nèi)的工作液經(jīng)第二進水管線進入模擬井筒系統(tǒng)中；若模擬防砂井筒局部堵塞過程，打開第三工作泵，使第二水箱內(nèi)的工作液經(jīng)第三進水管線進入模擬井筒系統(tǒng)中；

c打開第一工作泵，使第一水箱中的解堵液經(jīng)第一進水管線進入模擬井筒系統(tǒng)中，進行解堵；若對局部堵塞進行解堵，則需要通過裝配吊環(huán)將解堵裝置上提至與模擬地層填砂管同一高度；若對全井段堵塞進行解堵，在解堵裝置工作的同時需通過裝配吊環(huán)以一定速度上下提放油管；

d在實驗過程中，記錄不同時刻不同位置的壓力和流經(jīng)各處的流量，參照相關公式，根據(jù)記錄的壓力和流量計算出井筒局部滲透率和全井段綜合滲透率；

e對比堵塞前、堵塞后和解堵后相應的滲透率數(shù)值，并結(jié)合對實驗過程的觀察評價某一種解堵裝置的解堵效果；在進行全井段解堵實驗時，通過改變油管上下移動的速度、第一工作泵的工作壓力和排量，分析評價不同工作參數(shù)下的解堵效果；在相同的實驗條件下，應用不同類型的解堵裝置或解堵工藝進行解堵，根據(jù)解堵效果得出在一定條件下最佳的解堵裝置或解堵工藝。

優(yōu)選的，在實驗過程中，通過調(diào)節(jié)圍壓調(diào)節(jié)閥門以對模擬井筒系統(tǒng)進行憋壓，進而模擬不同井深處的防砂井段，模擬井筒系統(tǒng)內(nèi)的壓力值通過第一壓力傳感器獲得。

優(yōu)選的，上述步驟中，通過改變第二水箱內(nèi)工作液中砂粒尺寸和礫石充填層內(nèi)充填礫石的尺寸，模擬出防砂管柱不同的堵塞類型。

優(yōu)選的，在進行解堵實驗的過程中，在解堵液中加入染色劑，并用高速攝影儀記錄解堵過程以便于后期解堵效果的評價。

本發(fā)明的有益技術效果是：

利用本發(fā)明裝置能夠?qū)Ψ郎熬亩氯徒舛聝蓚€過程進行模擬實驗，可以對井筒內(nèi)僅下篩管防砂和篩管礫石充填防砂這兩種工況下全井段和局部堵塞過程進行模擬，探索防砂篩管和礫石充填層的堵塞機理和方式；還可以對不同地層環(huán)境下，各種解堵裝置的解堵效果進行對比分析評價，從而優(yōu)選出適合于具有不同堵塞特征的防砂井的最佳解堵裝置和方法；通過選取透明有機玻璃作為實驗裝置的材料，使得整個實驗過程都可以進行直觀的觀察，能夠更充分地了解防砂井的堵塞過程以及不同解堵工具的解堵效果，結(jié)合實驗所測得的相關數(shù)據(jù)，使解堵工具的選取更加合理。此外，通過改變油管上下移動的速度、工作泵的壓力、排量等因素，還可以分析評價不同解堵方式與工作參數(shù)對解堵效果的影響，能夠更好的指導油田現(xiàn)場對防砂井的解堵工作。

附圖說明

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明：

圖1為防砂井筒堵塞-解堵一體化評價實驗模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為模擬地層出砂堵塞篩管礫石充填防砂井過程實驗示意圖；

圖3為模擬對已堵塞的篩管礫石充填防砂井進行解堵過程實驗示意圖；

圖中：101、第一水箱，102、第一工作泵，103、第一閥門，104、第一流量計，105、第一壓力表，106、第一進水管線，107、裝配吊環(huán)，108、油管，109、過濾器，110、扶正器，111、解堵裝置，201、頂蓋，202、第一壓力傳感器，203、圍壓調(diào)節(jié)閥門，204、螺栓，205、篩管，206、礫石充填層，207、模擬地層套管，208、支撐架，301、第二水箱，302、第二工作泵，303、第二壓力表，304、穩(wěn)壓裝置，305、第二進水管線，306、第二閥門，307、第二壓力傳感器，308、模擬射孔孔眼，309、第二流量計，310、第三工作泵，311、第三壓力表，312、第三進水管線，313、第三閥門，314、第三流量計，315、第三壓力傳感器，316、模擬地層填砂管，4、出水管線，5、微細篩布，6、第三水箱。

具體實施方式

如圖1所示，防砂井筒堵塞-解堵一體化評價實驗模擬裝置，包括：模擬井筒系統(tǒng)、解堵系統(tǒng)、防砂井全井段堵塞模擬系統(tǒng)和防砂井局部井段堵塞模擬系統(tǒng)。模擬井筒系統(tǒng)對防砂井的井下工況進行模擬，防砂井全井段堵塞模擬系統(tǒng)中的模擬射孔孔眼308和防砂井局部井段堵塞模擬系統(tǒng)中的模擬地層填砂管316接在全尺寸模擬井筒系統(tǒng)的模擬地層套管207上，通過向全尺寸模擬井筒系統(tǒng)中泵入含砂流體模擬防砂井的堵塞過程。解堵系統(tǒng)中的解堵裝置111通過油管108下入全尺寸模擬井筒系統(tǒng)中，實現(xiàn)對解堵過程的模擬；解堵裝置111的解堵效果可以通過壓力表、流量計等測量的相關數(shù)據(jù)進行分析評價。

模擬井筒系統(tǒng)，包括：支撐架208、模擬地層套管207、篩管205和頂蓋201。其中，模擬地層套管207和篩管205固定安裝在支撐架208上，篩管205位于模擬地層套管207內(nèi)部中心處，二者軸線重合。頂蓋201為頂部帶有圓孔的封隔結(jié)構(gòu)，頂蓋能夠封固油管108，和扶正器110一起使油管108保持平穩(wěn)并且保證上端內(nèi)部和外部隔離開。頂蓋201通過螺栓204與模擬地層套管207連接，且連接后頂蓋內(nèi)部封閉形成與篩管205連通的空腔，在頂蓋上連接出水口，使液體只能從出水口流出。模擬礫石充填防砂井的堵塞和解堵過程時，需要在模擬地層套管207和篩管205的環(huán)空中填入礫石充填層206。

在篩管205的軸心設有油管108，油管108上從下至上依次連接著解堵裝置111、扶正器110和過濾器109，油管108的上端連接裝配吊環(huán)107，在進行解堵操作時，通過裝配吊環(huán)107調(diào)整解堵裝置111的高度。

模擬地層套管207側(cè)壁上設置模擬地層填砂管316和多個模擬射孔孔眼308。每個模擬射孔孔眼308上設置第二壓力傳感器307，第二壓力傳感器307用于測量壓力，模擬射孔孔眼308的另一端連接著第二進水管線305，在第二進水管線305上依次連接著第二流量計309、第二閥門306，穩(wěn)壓裝置304、第二壓力表303和第二工作泵302，第二進水管線的305另一端口插入到第二水箱301的液體中。通過使用第二工作泵302向全尺寸模擬井筒系統(tǒng)中泵入含砂液體模擬防砂井全井段的堵塞過程。

模擬地層填砂管316上沿軸向安裝多個第三壓力傳感器315，用來測量不同位置處的壓力。模擬地層填砂管316的另一端連接著第三進水管線312，第三進水管312的另一端同第二進水管線305一樣插入第二水箱301的液面下。在第三進水管線312上還依次連接著第三工作泵310、第三壓力表311、第三閥門313和第三流量計314。使用第三工作泵310從第二水箱301內(nèi)抽取含砂液體，經(jīng)第三進水管線312和模擬地層填砂管316進入模擬井筒系統(tǒng)中，實現(xiàn)對防砂井局部堵塞過程的模擬。

解堵系統(tǒng)除了包括上述的油管108、過濾器109、扶正器110和解堵裝置111，還包括第一工作泵102、第一閥門103、第一流量計104和第一壓力表105等裝置，這些裝置依次連接在第一進水管線106上，而第一進水管線106的兩端分別通向第一水箱101和油管108。

出水管線4連接在頂蓋201的側(cè)壁上，在出水管線4上還連接著測量壓力的第一壓力傳感器202和調(diào)節(jié)壓力的圍壓調(diào)節(jié)閥門203。出水管線4的另一端通向第三水箱6，在第三水箱6中放置著微細篩布5，用來過濾流出液體中的砂粒。

防砂井筒堵塞過程模擬實驗流程如下：

將篩管205和模擬地層套管207安裝在支撐架208上，使篩管205和模擬地層套管207的軸線相重合，即篩管205處于模擬地層套管207的中心處。若模擬井筒內(nèi)僅下篩管防砂工況下防砂井的堵塞過程則不需在模擬地層套管207和篩管205之間充填礫石；若模擬篩管礫石充填防砂工況下防砂井的堵塞過程，則需要在模擬地層套管207和篩管205之間充填礫石，圖2為模擬篩管礫石充填防砂工況下防砂井的堵塞過程。

在模擬地層套管207的側(cè)壁上安裝模擬射孔孔眼308和模擬地層填砂管316，并按圖2中各實驗裝置的相對位置依次連接其它實驗裝置。

在連接好實驗裝置后，先在第二水箱301中加入清水作為工作液，模擬在不出砂狀況下的產(chǎn)液狀況，根據(jù)各壓力表、壓力傳感器和流量計的顯示，記錄相應的流量和壓力數(shù)值。

隨后，在清水中加入一定量的砂粒作為工作液，模擬防砂井筒的堵塞過程。本裝置可模擬防砂井筒全井段堵塞過程，也可以模擬防砂井筒局部堵塞過程。若模擬防砂井筒全井段堵塞過程，打開第二工作泵302，使第二水箱301內(nèi)的工作液經(jīng)第二進水管線305進入模擬井筒系統(tǒng)中。若模擬防砂井筒局部堵塞過程，打開第三工作泵310，使第二水箱301內(nèi)的工作液經(jīng)第三進水管線312進入模擬井筒系統(tǒng)中。

在實驗過程中，調(diào)節(jié)圍壓調(diào)節(jié)閥門203可對井筒進行憋壓，進而模擬不同井深處的防砂井段，井筒內(nèi)的壓力值可通過第一壓力傳感器202獲得。

通過改變第二水箱301內(nèi)工作液中砂粒尺寸和礫石充填層206內(nèi)充填礫石的尺寸，模擬出防砂管柱不同的堵塞類型。

已發(fā)生堵塞的防砂井筒的解堵實驗流程如下：

在油管108的一端依次連接過濾器109、扶正器110和解堵裝置111，在另外一端連接第一進水管線106，在第一進水管線106上連接好第一工作泵102和第一流量計104等裝置，并將連接好的油管108放置在模擬井筒中，處于居中狀態(tài)，如圖3所示。

打開第一工作泵102，使解堵液經(jīng)第一進水管線106進入模擬井筒中，進行解堵。若對局部堵塞進行解堵，則需要通過裝配吊環(huán)107將解堵裝置111上提至與模擬地層填砂管316同一高度；若對全井段堵塞進行解堵，在解堵裝置111工作的同時需通過裝配吊環(huán)107以一定速度上下提放油管108。

在進行解堵實驗的過程中，可在解堵液中加入染色劑，并用高速攝影儀記錄解堵過程以便于后期解堵效果的評價。

在實驗過程中，記錄不同時刻不同位置的壓力和流經(jīng)各處的流量，參照相關公式，根據(jù)記錄的壓力和流量可計算出井筒局部滲透率和全井段綜合滲透率。井筒局部滲透率可根據(jù)公式：

求得，式(1)中，ki為模擬地層填砂管316上第i段滲透率；q為通過模擬地層填砂管的流量；μ為流體的粘度；δli為第i段的長度；a為模擬地層填砂管316的橫截面積；δpi為第i段兩端壓差。

全井段綜合滲透率可根據(jù)公式：

求得，式(2)中，ksj為第j時刻防砂井筒全段綜合滲透率；qj為第j時刻流量；δpj為第j時刻井筒內(nèi)外兩側(cè)壓差；μ為試驗流體粘度；ls為試驗篩管205的有效長度；ds為模擬地層套管207內(nèi)徑；ds為試驗篩管205內(nèi)徑。

對比堵塞前、堵塞后和解堵后相應的滲透率數(shù)值，并結(jié)合對實驗過程的觀察可評價某一種解堵裝置的解堵效果。在進行全井段解堵實驗時，通過改變油管108上下移動的速度、第一工作泵102的工作壓力、排量等，可分析評價不同工作參數(shù)下的解堵效果。

在相同的實驗條件下，即礫石充填層206的充填礫石和工作液中的砂粒尺寸相同，堵塞和解堵過程工作泵的泵壓和流量相同，應用不同類型的解堵裝置或解堵工藝進行解堵，根據(jù)解堵效果可得出在一定條件下最佳的解堵裝置或解堵工藝。

上述方式中未述及的有關技術內(nèi)容采取或借鑒已有技術即可實現(xiàn)。

需要說明的是，在本說明書的教導下，本領域技術人員所作出的任何等同替代方式，或明顯變型方式，均應在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。