CN110005408B - 在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于石油天然气开采模拟技术领域，公开了一种在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置；模型支架安装有填砂模型，填砂模型利用模型支架支撑定位；填砂模型两侧有定位滑块，定位滑块用定位螺栓与支撑架连接起来，对填砂模型进行固定定位；支撑架的上端通过螺钉连接有固定块；支撑架的角端全部采用直角角件连接；固定块位于导向杆上部，导向杆由上而下依次穿过固定块、滑块和移动横梁；滑块与可调压气动手柄利用螺钉连接固定；移动横梁穿过击锤，击锤位于填砂模型的上方。本发明解决了当下人工压实操作的种种弊端，既能够保证每次的压实力度一致，也能保证线路的安全性，实现快速、稳定、安全的压实操作。

Description

在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置
技术领域
本发明属于石油天然气开采模拟技术领域，尤其涉及一种在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置。
背景技术
目前，最接近的现有技术：现有的针对大尺寸三维物理模型的填砂压实往往通过手动压紧的方法对物理模型进行填砂压实，效率低，并且压实条件不一致，导致后期实验时油水沿着模型侧壁串流，导致实验失败。压实操作就是要把原本松散的砂土整合为一个更加致密的整体。人工压实就是用一些压实工具(击锤、平板)等利用手动的方式对砂土施加压力。不同的人压实操作采用的力道不相同，甚至同一个人在不同部位的压实力度也做不到完全一致，而且压实操作需要稳定、连续操作，这对人力来说是巨大的挑战。所以人工手动压实的方法效率低下，而且不能保证压实后的砂土的每一个剖面上的致密程度一致，由于压实后的砂土是作为实验对象参与模型的后续实验，这就要求砂土必须保证内部的致密性完全一致。内部致密程度不能保证完全一致的砂土会导致液体在沙土内的流速不能保证处处相同，严重的情况下还会导致油水沿着模型的侧壁串流，最终导致实验失败。
目前在石油石化勘探开发实验中，需要经常使用到一些填砂装置，尤其是稠油热采实验领域，填砂装置是实验装备中不可或缺的设备。填砂装置外壳通常采用不锈钢制造，内部填砂模拟真实地层环境，在装置内部上分布多个测点用以检测温度、压力等实验数据，填砂过程中伴随不间断的压实步骤以确保模型能够可靠模拟致密的地层环境。通常情况下，由于装置内部线路密集，为了防止破坏线路，同时由于模型不规则，填砂范围大，采用人工手动单点压实的方式进行压实。手动单点压实不仅效率低下，而且不能保证每次压实的致密度一致，在操作不当的情况下还会导致线路破损，影响后续实验的准确性。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术采用人工手动单点压实的方式进行压实，不仅效率低下，而且不能保证每次压实的致密度一致，在操作不当的情况下还会导致线路破损，影响后续实验的准确性。
解决上述技术问题的难度：
为了解决由于模型压实程度不一致，同时容易导致串流的问题，本发明采用，将压紧重锤统一固定在压实装置上，采用两侧上下气动手柄同步压紧的方法，并且压实装置可以根据物理模型的位置移动，保证了压实的一致性，并且提高了压实的效率，通过固定的压紧方向和动作，实现了压实的一致性。
解决上述技术问题的意义：
通过一致性的压实装置，和可移动的压紧方法，保证了物理模型填砂环节的一致性和压实程度，通过一致性较高的压实操作可以更加准确的模拟油藏模型的实验规律，通过更紧实是压紧操作，可以保证实验的成功率，保证填砂的致密性和油水的不串流，更大程度提高了实验的成功率。如果能够保证砂土的内部致密性处处一致，那么就能够更好地模拟真实地层的物理特性，保证实验数据的准确可靠
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置。
本发明是这样实现的，一种在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置，所述在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置设置有：
可调压气动手柄；
可调压气动手柄和滑块通过螺纹连接，在导向杆上滑动；
导向杆穿过两端的固定块，击锤通过凹槽固定在移动横梁上，直角角件通过螺钉将支撑架锁紧加固，支撑架在填砂模型两侧；
填砂模型通过模型支架支撑，模型支架和填砂模型通过卡箍和螺纹连接。
进一步，固定块用螺钉锁紧在支撑架上；支撑架在填砂模型两侧，通过脚轮移动。
进一步，模型支架和填砂模型通过卡箍和螺纹连接，整体在内部移动。
进一步，定位滑块固定在支撑架上，定位滑块和支撑架通过直角角件连接，直角角件和支撑架通过螺钉固定。
本发明的另一目的在于提供一种基于所述在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置的在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实方法，所述在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实方法包括：可调压气动手柄和滑块通过螺纹连接，在导向杆上滑动，导向杆穿过两端的固定块，用螺钉锁紧在支撑架上，击锤通过凹槽固定在移动横梁上，直角角件通过螺钉将支撑架锁紧加固，支撑架在填砂模型两侧，通过脚轮在附近移动，填砂模型通过模型支架支撑，模型支架和填砂模型通过卡箍和螺纹连接，整体在内部移动，定位滑块固定在支撑架上，定位滑块和支撑架通过直角角件连接，直角角件和支撑架通过螺钉固定，定位滑块在支撑架上调整，刚好顶住填砂模型下沿时，用直角角件锁紧。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明提供的在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置结构，可适用于各种填砂模型的压实操作，通过一致性压紧操作，更大程度上保证了模型的不串流，保证了实验的成功率。
该装置可实现机械式压实操作，可实现定深、定距压实，有效地保护了装置内部线路，避免影响后续实验的准确性。
该装置带有滚轮，可以一边移动一边进行压实，适用于多种长度的填砂模型。
本发明提供的在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置，解决了当下人工压实操作的种种弊端，既能够保证每次的压实力度一致，也能保证线路的安全性，实现快速、稳定、安全的压实操作。
附图说明
图1是本发明实施例提供的在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置结构示意图。
图2是本发明实施例提供的适用于多种长度的填砂模型结构示意图。
图中，1、可调压气动手柄；2、固定块；3、滑块；4、导向杆；5、移动横梁；6、击锤；7、直角角件；8、支撑架；9、填砂模型；10、定位滑块；11、模型支架。
图3是本发明实施例提供的人工压实和机械压实的工作现场图。
图4是本发明实施例提供的对相同区域的砂土进行取样，并采用人工压实和装置压实两种方法对等量的砂土样品进行定压20000Pa的压实操作图。
图5是本发明实施例提供的每个测点的数据收集并绘制成的折线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明涉及石油天然气开采模拟技术领域，尤其是在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置。在稠油热采及相关实验装置的前期准备工作中，常常需要对内置模型进行填砂处理，本发明可用于此类填砂处理过程中的压实步骤。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供的在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置包括：可调压气动手柄1、固定块2、滑块3、导向杆4、移动横梁5、击锤6、直角角件7、支撑架8、填砂模型9、定位滑块10和模型支架11。
可调压气动手柄1和滑块3通过螺纹连接，在导向杆4上滑动，导向杆4穿过两端的固定块2，用螺钉锁紧在支撑架8上，击锤6通过凹槽固定在移动横梁5上，直角角件7通过螺钉将支撑架8锁紧加固，支撑架8在填砂模型9两侧，通过脚轮可以在9附近移动，填砂模型9通过模型支架11支撑，模型支架11和填砂模型9通过卡箍和螺纹连接，整体在8内部移动，定位滑块10固定在支撑架8上，定位滑块10和支撑架8通过直角角件7连接，直角角件7和支撑架8通过螺钉固定，定位滑块10可以在支撑架8上调整，刚好顶住填砂模型9下沿时，用直角角件7锁紧。
所述模型支架11上安装有填砂模型9，填砂模型9利用模型支架11支撑定位；
所述填砂模型9两侧有定位滑块10，定位滑块10用定位螺栓与支撑架8连接起来，可对填砂模型9进行固定定位；
所述支撑架8的上端通过螺钉连接有固定块2；支撑架8的角端全部采用直角角件7连接；
所述固定块2位于导向杆4上部，导向杆4由上而下依次穿过固定块2、滑块3和移动横梁5；
所述滑块3与可调压气动手柄1利用螺钉连接固定，可固定滑块3的位置；
所述移动横梁5穿过击锤6，击锤6位于填砂模型9的上方。
首先对填砂模型9进行固定和定位，填砂模型9利用模型支架11支撑定位，所述填砂模型9两侧有定位滑块10，定位滑块10用定位螺栓与支撑架8连接起来，可对填砂模型9进行固定定位。将填砂模型9定位完毕后，调整多点压实装置的击锤6的水平位置，击锤6通过凹槽固定在移动横梁5上，移动横梁5可以在竖直方向上做直线运动。保证压实装置的部件稳定后，压实平面呈现一个与击锤6所在轴线垂直的一个矩形平面，然后将击锤6移动到这个矩形的一个顶点处并固定，随后调节调压气动手柄1，调压气动手柄可以根据我们所需要的砂土致密程度调节压力，压力值事先计算好并根据这个压力值启动手柄1，手柄1带动横梁5向下运动，击锤6随着横梁5向下移动，击锤6根据事先计算好的压力值进行压实操作，压实操作完毕后，调节手柄1将击锤向上移动到初始位置，这样就完成了一个点的压实操作。随后移动击锤6在移动横梁5上的水平位置，再进行压实操作，就这样循环往复直到将击锤6从矩形的顶点移动到其对角顶点处，这样就完成了一个压实平面的压实操作。
本发明工作中：首先对填砂模型9进行固定和定位，填砂模型9利用模型支架11支撑定位，所述填砂模型9两侧有定位滑块10，定位滑块10用定位螺栓与支撑架8连接起来，可对填砂模型9进行固定定位。将填砂模型9定位完毕后，调整多点压实装置的击锤6的水平位置，击锤6通过凹槽固定在移动横梁5上，移动横梁5可以在竖直方向上做直线运动。保证压实装置的部件稳定后，压实平面呈现一个与击锤6所在轴线垂直的一个矩形平面，然后将击锤6移动到这个矩形的一个顶点处并固定，随后调节调压气动手柄1，调压气动手柄可以根据我们所需要的砂土致密程度调节压力，压力值事先计算好并根据这个压力值启动手柄1，手柄1带动横梁5向下运动，击锤6随着横梁5向下移动，击锤6根据事先计算好的压力值进行压实操作，压实操作完毕后，调节手柄1将击锤向上移动到初始位置，这样就完成了一个点的压实操作。随后移动击锤6在移动横梁5上的水平位置，再进行压实操作，就这样循环往复直到将击锤6从矩形的顶点移动到其对角顶点处，这样就完成了一个压实平面的压实操作。
下面结合具体实验对本发明作进一步描述。
为了验证多点压实装置相对于人工压实的优越性，我们决定采用实验验证的方法来进行对比。对于压实操作的效果评价，通常考虑的是砂土的致密性和一致性，致密性指的是在相同的压实要求下，哪一种方法能够更接近要求的压实程度，这个参数可以通过测量砂土层的电阻率进行判断，将砂土层的电阻率与标准土壤电阻率对照表进行比对，就能够判断致密性是否达到要求。一致性指的是同一剖面下的砂土层是否具有相同的致密性，这个参数可以通过比较砂土层的不同剖面的电阻率大小进行判断。一般来说，一致性越好的砂土，其不同剖面层的电阻率应该越趋近一致。图3人工压实和机械压实的工作现场图(a、b)。
如图4，对相同区域的砂土进行取样，并采用人工压实和装置压实两种方法对等量的砂土样品进行定压20000Pa的压实操作，压实操作完成后对两份砂土进行取样并布点进行电阻率测试，取样的压实砂土为直径50mm，长度150mm的圆柱，在圆柱侧面上每隔10mm高度布下一个测点，共15个测点，将每个测点的数据收集并绘制成折线图5。
从图5中可以看出，手动压实的土样在竖直方向上的致密性差距非常大，说明人工压实操作的不可靠，而机械压实能够很好地保证土壤致密程度的一致性。此外，通过查阅资料可得，此类沙土的电阻率应当在1×105Ω·cm附近，从测试得出的数据来看机械压实的致密性是能够得到保证的，从而证明了该多点压实装置的的可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置，其特征在于，所述在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置设置有：
可调压气动手柄；
可调压气动手柄和滑块通过螺纹连接，在导向杆上滑动；
导向杆穿过两端的固定块，击锤通过凹槽固定在移动横梁上，直角角件通过螺钉将支撑架锁紧加固，支撑架在填砂模型两侧；
填砂模型通过模型支架支撑，模型支架和填砂模型通过卡箍和螺纹连接；
固定块用螺钉锁紧在支撑架上；支撑架在填砂模型两侧，通过脚轮移动；
模型支架和填砂模型通过卡箍和螺纹连接，整体在内部移动；
定位滑块固定在支撑架上，定位滑块和支撑架通过直角角件连接，直角角件和支撑架通过螺钉固定。
2.一种基于权利要求1所述在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实装置的在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实方法，其特征在于，所述在稠油热采实验中用于模型填砂过程中的多点压实方法包括：可调压气动手柄和滑块通过螺纹连接，在导向杆上滑动，导向杆穿过两端的固定块，用螺钉锁紧在支撑架上，击锤通过凹槽固定在移动横梁上，直角角件通过螺钉将支撑架锁紧加固，支撑架在填砂模型两侧，通过脚轮在附近移动，填砂模型通过模型支架支撑，模型支架和填砂模型通过卡箍和螺纹连接，整体在内部移动，定位滑块固定在支撑架上，定位滑块和支撑架通过直角角件连接，直角角件和支撑架通过螺钉固定，定位滑块在支撑架上调整，刚好顶住填砂模型下沿时，用直角角件锁紧。
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