一种可变井斜角稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果评价装置论文和设计-张磊

全文摘要

本实用新型公开了一种可变井斜角稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果评价装置。它主要包括高压釜体、旋转支架、测量系统、蒸汽发生器及数据采集系统；高压釜体内套设一防砂管，防砂管与釜体周身之间形成的中空结构为模拟储层填砂内模具；釜体周身上部的外壁两侧设置进液接口；釜体底座上设有出液口，且与釜体底座上的凹槽相连接；高压釜体通过旋转支架支撑；测量系统包括压力传感器和流量计；蒸汽发生器的出口连接于进液接口上，流量计在蒸汽发生器于进液接口之间的管线上；蒸汽发生器的入口上连接储液罐；数据采集系统收集测量系统测量的数据。本实用新型能模拟不同井斜角状态下砾石充填防砂过程中的产能变化规律，为现场定向井的开发提供一定的基础数据支撑。

主设计要求

1.一种可变井斜角稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果评价装置，其特征在于：它包括高压釜体、旋转支架、测量系统、蒸汽发生器及数据采集系统；所述高压釜体包括釜体底座、釜体周身及釜体上盖；所述高压釜体内套设一防砂管，所述防砂管与所述釜体周身之间形成的中空结构为模拟储层填砂内模具；所述釜体周身上部的外壁两侧设置进液接口；所述釜体底座与所述釜体上盖上各设有一个凹槽分别与所述防砂管的底部和所述防砂管的顶部相连通，所述釜体底座上的凹槽半径大于所述防砂管的底部半径，所述釜体上盖上的凹槽半径大于所述防砂管的顶部半径；所述釜体上盖上设有所述防砂管的封堵接口；所述釜体底座上设有出液口，且与所述釜体底座上的凹槽相连接；所述出液口外侧连接有出水管线；所述高压釜体通过所述旋转支架支撑；所述测量系统包括压力传感器和流量计；所述流量计连接于所述进液接口上；所述压力传感器接于所述出水管线上；所述蒸汽发生器的出口连接于所述进液接口上，所述流量计在所述蒸汽发生器于所述进液接口之间的管线上；所述蒸汽发生器的入口上连接储液罐；所述数据采集系统收集所述测量系统测量的数据。

设计方案

1.一种可变井斜角稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果评价装置，其特征在于：它包括高压釜体、旋转支架、测量系统、蒸汽发生器及数据采集系统；

所述高压釜体包括釜体底座、釜体周身及釜体上盖；所述高压釜体内套设一防砂管，所述防砂管与所述釜体周身之间形成的中空结构为模拟储层填砂内模具；所述釜体周身上部的外壁两侧设置进液接口；所述釜体底座与所述釜体上盖上各设有一个凹槽分别与所述防砂管的底部和所述防砂管的顶部相连通，所述釜体底座上的凹槽半径大于所述防砂管的底部半径，所述釜体上盖上的凹槽半径大于所述防砂管的顶部半径；所述釜体上盖上设有所述防砂管的封堵接口；所述釜体底座上设有出液口，且与所述釜体底座上的凹槽相连接；所述出液口外侧连接有出水管线；

所述高压釜体通过所述旋转支架支撑；

所述测量系统包括压力传感器和流量计；所述流量计连接于所述进液接口上；所述压力传感器接于所述出水管线上；

所述蒸汽发生器的出口连接于所述进液接口上，所述流量计在所述蒸汽发生器于所述进液接口之间的管线上；所述蒸汽发生器的入口上连接储液罐；

所述数据采集系统收集所述测量系统测量的数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述模拟储层填砂内模具内部通过上下堆叠的方式安装入高压釜体中；所述模拟储层填砂内模具是由2个不同半径的圆柱体钢片所组成的具有一定环空的模具，两圆柱体钢片通过内部支架焊接固定，所述模拟储层填砂内模具内部的环空结构可在实验中通过填砂来模拟储层；

所述模拟储层填砂内模具的外壁与所述釜体周身内壁相契合，其内壁与所述防砂管之间形成的空间为模拟实际环空；

所述模拟储层填砂内模具的内外壁上均具有规则的圆形小孔；

每个模拟储层填砂内模具的底部均焊有一层具有一定渗漏能力的挡砂板。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述进液接口通过所述釜体周身螺孔进入所述高压釜体内部，且与所述模拟储层填砂内模具相接触。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述旋转支架包括底座、旋转轴、轴座、立管和滑动轮；所述底座设置于所述高压釜体的下方；所述高压釜体的中部两侧插入有旋转轴；所述旋转轴的另一端设置有轴座；所述高压釜体的两侧设置立管，其通过所述轴座与所述旋转轴连接，所述立管的另一端连接于所述底座上；所述立管的下方设有多个立管座，所述立管座的边角均设有所述滑动轮。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述防砂管的封堵接口与所述釜体上盖为可拆卸连接；

所述釜体上盖和所述釜体底部上均设置多个螺孔和与之相匹配的螺栓和螺扣；

所述防砂管的封堵接口通过所述釜体上盖上的所述螺孔进行固定；

所述出水管线与所述出液口为可拆卸连接备，所述出水管线通过釜体底部螺孔相连。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述釜体上盖为双圆柱体型；

所述釜体上盖内径、外径分别与所述釜体周身的内径、外径相同；

在所述釜体上盖内壁上设有一圈橡胶圈，所述橡胶圈位于所述釜体上盖内壁边缘凹槽上能进行固定和密封整个釜体；在所述釜体上盖内端面上有一圆形凹槽，其半径大于防砂管顶部半径。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：在所述釜体底座上的凹槽里设有一橡胶垫片，所述防砂管的底部通过所述橡胶垫片与整个釜体底部端面密封。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述进液接口上设有阀门a；

所述封堵接口上设有阀门b；

所述出水管线上设有阀门c，所述阀门c不可拆卸。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述釜体底座上的出液口连接有分流头，所述分流头与四个进口，所述进口上设有阀门a。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述数据采集系统包括数据采集卡、采集软件和计算机。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可变井斜角稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果评价装置，属于石油工程完井防砂技术领域。

背景技术

随着我国海上油气田的不断开发，大部分的优质油气田的开发已经趋近于成熟，对于薄层稠油砂岩的开发也越来越受到关注，如何更近一步的挖掘这种油藏的开采潜力，以最小的成本得到最大的采收率是目前面临的几大挑战之一。针对该种特点储层的开采主要有如下几大问题：(1)储层分布不均，薄层多，泥质含量高，且砂泥岩互层极其明显，这种特点增加了防砂难度。(2)高粘度稠油流动性差，需通过多轮次蒸汽吞吐降粘来达到生产的目的，但蒸汽吞吐过程中，对储层及砾石充填层具有明显的影响，砾石充填完整性直接关系到防砂效果，是防砂失效与否的关键因素。(3)高泥质含量常常对整个防砂管及砾石充填层产生严重堵塞，产能急剧降低。因此本实用新型通过建立一套稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果评价装置及实验方法来解决这一难题。

针对上述问题，目前的防砂装置主要存在如下不足：1)主要针对均匀储层，无法定量化模拟砂泥交互储层的特点；2)对于定向井砾石充填，无法定量评价井斜角的变化对砾石充填防砂的影响规律；3)对于稠油注蒸汽开采中的防砂问题，没有模拟“蒸汽注入-焖井-蒸汽排放”这一多轮次反复实施的现场实际工艺，无法评价在这一过程中地层与砾石层的运移所导致的防砂失效问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可变井斜角稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果评价装置。

本实用新型提供的一种可变井斜角稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果评价装置，它包括高压釜体、旋转支架、测量系统、蒸汽发生器及数据采集系统；

所述高压釜体通过所述旋转支架支撑；

所述测量系统包括压力传感器和流量计；所述流量计连接于所述进液接口上；所述压力传感器接于所述出水管线上；

所述蒸汽发生器的出口连接于所述进液接口上，所述流量计在所述蒸汽发生器于所述进液接口之间的管线上；所述蒸汽发生器的入口上连接储液罐；

所述数据采集系统收集所述测量系统测量的数据。

上述的装置中，所述模拟储层填砂内模具内部通过上下堆叠的方式安装入高压釜体中；所述模拟储层填砂内模具是由2个不同半径的圆柱体钢片所组成的具有一定环空的模具，两圆柱体钢片通过内部支架焊接固定，所述模拟储层填砂内模具内部的环空结构可在实验中通过填砂来模拟储层；

所述模拟储层填砂内模具的外壁与所述釜体周身内壁相契合，其内壁与所述防砂管之间形成的空间为模拟实际环空；所述的装置使用时，该环空可在实验前充填一定尺寸及厚度的砾石层，模拟现场砾石充填完井防砂方式。

所述模拟储层填砂内模具的内外壁上均具有规则的圆形小孔，以此提供良好的渗流通道；

每个模拟储层填砂内模具的底部均焊有一层具有一定渗漏能力的挡砂板；使用时，可在每层填砂内模具中分别填入不同粒径及不同泥质含量的砂岩，通过水平层间砂岩粒径及泥质含量不同来模拟此储层非均质性较差的特点。

上述的装置中，所述进液接口通过所述釜体周身螺孔进入所述高压釜体内部，且与所述模拟储层填砂内模具相接触。

上述的装置中，所述旋转支架包括底座、旋转轴、轴座、立管和滑动轮；所述底座设置于所述高压釜体的下方；所述高压釜体的中部两侧插入有旋转轴；所述旋转轴的另一端设置有轴座；所述高压釜体的两侧设置立管，其通过所述轴座与所述旋转轴连接，所述立管的另一端连接于所述底座上；所述立管的下方设有多个立管座，所述立管座的边角均设有所述滑动轮。

进一步地，所述立管座具体可为4个。

上述的装置中，所述防砂管的封堵接口与所述釜体上盖为可拆卸连接；

所述釜体上盖和所述釜体底部上均设置多个螺孔和与之相匹配的螺栓和螺扣；

所述防砂管的封堵接口通过所述釜体上盖上的所述螺孔进行固定；

所述出水管线与所述出液口为可拆卸连接备，所述出水管线通过釜体底部螺孔相连。

进一步地，在所述釜体上盖边缘有12个螺孔，通过12个相同的螺栓和螺扣进行固定和密封。

上述的装置中，所述釜体上盖为双圆柱体型；

所述釜体上盖内径、外径分别与所述釜体周身的内径、外径相同；

在所述釜体上盖内壁上设有一圈橡胶圈，所述橡胶圈位于所述釜体上盖内壁边缘凹槽上能进行固定和密封整个釜体；在所述釜体上盖内端面上有一圆形凹槽，其半径大于防砂管顶部半径，以此固定所述防砂管。

上述的装置中，在所述釜体底座上的凹槽里设有一橡胶垫片，所述防砂管的底部通过所述橡胶垫片与整个釜体底部端面密封。

上述的装置中，所述进液接口上设有阀门a；

所述封堵接口上设有阀门b；

所述出水管线上设有阀门c，所述阀门c不可拆卸。

上述的装置中，所述釜体底座上的出液口连接有分流头，所述分流头与四个进口，所述进口上设有阀门a。具体地，所述釜体周身通过外壁两侧分流头分别接入四个进口向高压釜注入高温水蒸气，且在每个进口前均接有阀门，通过阀门可以控制对不同层间的注入情况，每个进口之间相隔200mm，与所述模拟储层填砂内模具长度相对应。

上述的装置中，所述数据采集系统包括数据采集卡、采集软件和计算机。

采用本实用新型可变井斜角稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果评价装置进行稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果实验评价方法，包括如下步骤；

1、将所述的模拟储层填砂内模具充填地层砂放入到所述的高压釜体中，模拟具有一定强度、粒度及泥质含量特点的疏松砂泥岩储层，并在储层中设置一定尺寸及密度的射孔孔道；

2、砂泥岩按照一定质量比的模拟地层砂膨润土质量配制，将已配置好的纯砂层和砂泥层交替放入釜体中形成模拟地层，所述的模拟地层包括模拟地层砂，模拟地层砂由两种成分组成分别是纯砂层和泥岩层；其中所述的纯砂层和泥岩层厚度比可为1:1或1:5；

3、将不同尺寸防砂管安装在高压釜体中部，防砂管与储层之间环空中充填一定尺寸及厚度的砾石层，防砂管可以为绕丝筛管，割缝筛管及金属网布优质复合筛管等；

4、通过旋转支撑轴控制釜体旋转，调节实验釜体的倾斜角度，釜体中心线与铅垂线夹角a可选在0-90度；

5、利用蒸汽发生器生成一定温度蒸汽(最高可到300度)，检查流量计与压力传感器数据信号，待信号采集系统参数正常后，开始注入蒸汽，观察其压力变化，当压力上升到实验设定压力后关闭所有进出口管线，按不同时间焖井，记录焖井压力；

6、焖井完成之后打开出口阀排放蒸汽，在该过程中采集排放压力，并收集出口产出砂粒，测试砂粒粒度范围；

7、重复实验步骤5、6，模拟现场多轮次蒸汽吞吐过程；

8、根据实验所测得流量和压力，计算不同实验阶段模拟地层、砾石充填层及防砂管挡砂介质渗透率，并绘制流量、压力、渗透率随时间及不同蒸汽注入轮次变化曲线，分析在注入蒸汽过程中地层砂及砾石层运移情况，判断砾石充填层完整性，并进一步评价不同实验条件下的产能变化规律及防砂效果。

本实用新型具有以下优点：

1、实验时可填入不同泥质含量和不同粒径的地层砂，并添加一定程度胶结剂，模拟不同强度的砂岩储层，可按照实际储层特点对模拟地层进行砂泥岩分层，模拟实际非均质性较差地层，进行不同条件下防砂管及砾石层堵塞模拟实验。2、在制作储层时可提前在储层利用模具形成一定尺寸与密度的射孔孔道，充填砾石，模拟砾石充填或压裂充填时的储层完井状态，研究在多轮次蒸汽吞吐过程中，储层及砾石层的运移状态及其对防砂效果和产能的影响规律。3、可在实验过程中自动调整高压釜体的角度，模拟不同井斜角状态下砾石充填防砂过程中的产能变化规律，为现场定向井的开发提供一定的基础数据支撑。

附图说明

图1为本实用新型稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果评价装置流程图。

图1各个标记如下：

1端盖泄压口及出口；2釜体上盖；3防砂管；4高压釜体；4.4进液接口；5、15、模拟储层填砂内模具；15.1模拟地层砂；6旋转支架；6.1旋转轴；6.2立管；6.3立管座；6.4底座；6.5滑动轮；7釜体旋转角度调节架；7.1手轮；8进口压力传感器；9釜体进口分流阀；10数据采集系统(包含数据采集卡、采集软件和计算机)；11流量测试管路；11.1变径接口；12流量计；13蒸汽发生器；14储液罐；16进口管线；17、17.1压力传感器接入管线及延伸装置。

图2为实验装置中高压釜体内部结构图。

图2各个标记如下：

4高压釜体；2-2模拟储层；2-3模拟射孔孔道；2-4防砂管外壁挡砂介质层；2-5砾石充填层；4.4进液接口；2-7下部密封环；2-8防砂管；2-9出液口。

图3为实验装置中高压釜体旋转支架结构图。

图3各个标记如下：

1防砂管；4高压釜体；6.2立管；6.3立管座；6.4底座；6.5滑动轮。

图4为实验装置中釜体上盖示意图。

图4各个标记如下：

2.1釜体内壁；2.2模拟储层填砂内模具(同5、15、15.1)；2.3防砂管外壁。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已，同时通过说明本实用新型的优点将变得更加清楚和容易理解。

如图1所示，为本实用新型稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果评价装置。它由高压釜体1、旋转支架6、测量系统、蒸汽发生器13及数据采集系统10五部分组成。

如图2所示，高压釜体2-1包括釜体底座、釜体及釜体上盖；高压釜体内套设一防砂管3，防砂管3(如图4中所示防砂管外壁2.3)与高压釜体内壁(如图4中所示高压釜体内壁2.1)之间形成的环形中空结构为模拟储层填砂内模具5\/15(具体如图4中所示模拟储层填砂内模具2.2)；高压釜体上部的外壁两侧设置进液接口4.4；高压釜体底座与釜体上盖2上各设有一个凹槽分别与防砂管3的底部和防砂管3的顶部相连通，高压釜体底座上的凹槽半径大于防砂管3的底部半径，釜体上盖2上的凹槽半径大于防砂管3的顶部半径；釜体上盖2上设有防砂管3的封堵接口；高压釜体底座上设有出液口2-9，且与釜体底座上的凹槽相连接；出液口2-9外侧连接有出水管线。

高压釜体4通过旋转支架6支撑；旋转支架包括底座6.4、立管座6.3、旋转轴6.1、立管6.2和滑动轮6.5；釜体4的下方设置有底座6.4；在釜体4中部两侧插入有旋转轴6.1，旋转支架6尾部安装有轴座6.1；轴座6.1位于旋转支架6与下方设置立管6.2之间；立管6.2位于釜体4的两侧；立管6.2的下方安装有立管座6.3，立管座6.3具体可为四个，在每个立管座6.3的边角均安装有滑动轮6.5；旋转支架6上设置釜体旋转角度调节架7，釜体旋转角度调节架7上设有用于调节的手轮7.1。

供液系统包括蒸汽发生器13、储液罐14。

测量系统包括压力传感器8和流量计12；流量计12连接于进液接口2-6上；压力传感器8接于出水管线(即为图1中所示流量测试管路11)上，流量测试管路11设置变径接口11.1；蒸汽发生器13的出口连接于进液接口2-6上，流量计12在蒸汽发生器13于进液接口2-6之间的管线(即为图1中所示进口管线16)上；蒸汽发生器13的入口上连接储液罐14。压力传感器8上还设置压力传感器接入管线及延伸装置17、17.1。

数据采集系统收集测量系统测量的数据，其包括数据采集系统数据采集卡、采集软件和计算机。

进一步地，模拟储层填砂内模具5\/15内部通过上下堆叠的方式安装进入高压釜体中；模拟储层填砂内模具5\/15是由2个不同半径的圆柱体钢片所组成的具有一定环空的模具，两圆柱体钢片通过内部支架焊接固定，模拟储层填砂内模具内部的环空结构为模拟储层；具体如图2所示：高压釜体2-1内包括模拟储层2-2、模拟射孔孔道2-3、防砂管外壁挡砂介质层2-4、砾石充填层2-5、防砂管体2-8。防砂管3安装在的釜体4内；防砂管3外壁与的釜体4内壁之间形成的环空结构模拟储层填砂内模具5\/15，在填砂内模具内填充有模拟地层砂15.1。

进一步地，模拟储层填砂内模具5\/15的外壁与釜体周身内壁相契合，其内壁与防砂管3之间形成的空间为模拟实际环空；装置使用时，该环空可在实验前充填一定尺寸及厚度的砾石层，模拟现场砾石充填完井防砂方式。

模拟储层填砂内模具的内外壁上均具有规则的圆形小孔，以此提供良好的渗流通道；

每个模拟储层填砂内模具的底部均焊有一层具有一定渗漏能力的挡砂板；使用时，可在每层模拟储层填砂内模具中可分别填入不同粒径及不同泥质含量的砂岩，通过水平层间砂岩粒径及泥质含量不同来模拟此储层非均质性较差的特点。

进一步地，进液接口2-6通过釜体周身螺孔进入高压釜体2-1内部，且与可移动径向流动壁罩相接触。

进一步地，防砂管3的封堵接口与釜体上盖2为可拆卸连接；

釜体上盖2和釜体底部上均设置多个螺孔和与之相匹配的螺栓和螺扣；

防砂管3的封堵接口通过釜体上盖2上的螺孔进行固定；

出水管线与出液口2-9为可拆卸连接备，出水管线通过釜体底部螺孔相连。

进一步地，在釜体上盖2边缘有12个螺孔，通过12个相同的螺栓和螺扣进行固定和密封。

进一步地，釜体上盖2为双圆柱体型；

釜体上盖2内径、外径分别与釜体周身的内径、外径相同；

在釜体上盖2内壁上设有一圈橡胶圈，橡胶圈位于釜体上盖2内壁边缘凹槽上能进行固定和密封整个釜体4；在釜体上盖2内端面上有一圆形凹槽，其半径大于防砂管3顶部半径，以此固定防砂管3。

进一步地，在釜体底座上的凹槽里设有一橡胶垫片，防砂管3的底部通过橡胶垫片与整个釜体底部端面密封。

进一步地，进液接口2-6上设有阀门a；

封堵接口上设有阀门b；

出水管线上设有阀门c，阀门c不可拆卸。

进一步地，釜体底座上的出液口2-9连接有分流头，分流头与四个进口，所述进口上设有阀门a(如图1中所示釜体进口分流阀9)。具体地，釜体周身通过外壁两侧分流头分别接入四个进口向高压釜注入高温水蒸气，且在每个进口前均接有阀门，通过阀门可以控制对不同层间的注入情况，每个进口之间相隔200mm，与模拟储层填砂内模具5\/15长度相对应。

采用本实用新型可变井斜角稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果评价装置进行稠油蒸汽吞吐砾石充填防砂效果实验评价方法，包括如下步骤；

1、将所述的模拟储层填砂内模具充填地层砂放入到所述的釜体中，模拟具有一定强度、粒度及泥质含量特点的疏松砂泥岩储层，并在储层中设置一定尺寸及密度的射孔孔道；