CN203835304U - 泡排井筒携砂可视化实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种泡排井筒携砂可视化实验装置，包括有呈竖直设置且内外间隔套设的透明内管和外管；外管顶部和底部分别设有第一和第二出口，外管下端设有加砂口；内管顶部设有介质注入管路，该管路通过一泡沫发生器并联有气体管路和液体管路；液体管路中设有储液罐、第一离心泵和液体流量计；气体管路中设有空气压缩机、贮气罐和气体流量计；外管的第一出口通过一排砂管路连接至一沉砂室进口；外管的侧壁上间隔设有多个流速测速仪传感器，传感器电连接一数据接收处理装置；外管的一侧设有高清摄像装置。该实验装置用于可视化井筒携砂实验，模拟井筒中液体、气体携砂或泡沫携砂过程，研究携砂效果，并且可以推导得到其临界携砂速度。

Description

泡排井筒携砂可视化实验装置

技术领域

本实用新型是关于一种模拟井筒排砂实验装置，尤其涉及一种泡排井筒携砂可视化实验装置。

背景技术

在疏松砂岩油藏开发中，油田为获得最大经济效益，采用防砂与携砂相结合的生产工艺。与传统防砂方法相比，出砂管理成本低，但存在一定风险。其中，评估产出的砂粒在不同井型条件下能否被携带出井筒是此种工艺风险性研究的重要内容，产出的砂粒应能被携带到地面而非沉积到井底。因此，对于给定的井况、地层条件和流体组成，必须保持一定的产量，使砂粒搬运能量能克服其沉积力，砂粒的最小携带速度就成为重要的设计参数。

泡沫流体由于具有密度小、滤失量低、携砂性能好、助排能力强及对地层伤害小等特性，广泛应用于低压、漏失和水敏性地层的钻井、完井、修井和油气井增产作业中。国外泡沫流体应用于油田已有50多年的历史，我国于20世纪60年代开始在油田应用泡沫流体。1984年玉门油田首次进行了泡沫负压冲砂工艺试验，证实泡沫冲砂洗井是恢复油井产量的一项重要措施，从此开始了泡沫流体冲砂洗井工艺在我国陆上和海上油田的应用。

现有的泡沫排砂洗井研究多集中于发泡剂及其添加剂的配方优化、泡沫流变参数性能测试、泡沫携砂能力的井筒数值模拟以及油田现场试验。目前，也有学者开展清水和泡沫的井筒携砂实验，研究砂粒直径和井筒倾角对泡沫流体携砂的影响，并观察了砂粒在井筒中的运移方式，以期为现场进行泡沫流体排砂洗井作业提供理论基础和参考依据。

现有清水井筒携砂实验装置9，如图2所示，该装置包括液体泵送装置91、液体存储罐92、砂粒投放口、砂粒承托装置、透明有机玻璃携砂管93、油/水回收装置、流量调节阀94、计量装置和管线。该实验装置9由于没有高压气体来源和装置限制，具有以下缺点：1)只能进行清水或纯液体携砂实验，不能对泡沫流体携砂进行模拟；2)该装置的数据采集需要人工手动记录。

现有垂直气井气流携砂实验装置8，如图3所示，该装置包括电动机、空气压缩机81、高压氮瓶82、输气管83、多相流体实验装置记录仪84、进砂装置85、垂直塑料管、排砂口86、气流携砂出砂管87、出砂管末端871（与大气相通）。该装置可采用不同的气量和压力进行实验，观测不同条件下气流携砂的状况，可用于推导验证气体临界携砂速度。该技术的主要目的是模拟气井垂直井筒携砂实验，具有以下几方面的缺陷：1）该装置只能研究气井垂直井筒携砂规律，不能研究液体或者泡沫井筒携砂；2）该装置只能研究垂直井筒携砂规律。

上述现有的井筒携砂实验中，由于设备或者实验思路原因，没有进行泡沫井筒携砂实验，也没有把泡沫井筒携砂实验与清水井筒携砂实验进行对比，没有对泡沫的携砂能力进行***的理论研究；对清水和压裂液的临界携砂速度进行了测量，但是没有测量井筒中泡沫的临界携砂速度。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种泡排井筒携砂可视化实验装置，以克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种泡排井筒携砂可视化实验装置，模拟井筒中液（气）体携砂和泡沫携砂的过程，研究井筒中液（气）体和泡沫携砂的效果，为油气田泡沫冲砂解堵和油气井防砂提供理论依据和技术支持。

本实用新型的另一目的在于提供一种泡排井筒携砂可视化实验装置，根据双层有机玻璃管上安装的流速传感仪测得的数据，可以推导得到其临界携砂速度，研究液（气）体和泡沫流体在井筒中的流动规律。

本实用新型的目的是这样实现的，一种泡排井筒携砂可视化实验装置，该实验装置包括有呈竖直设置且内外间隔套设的透明内管和透明外管，以构成双层透明实验管体；所述透明外管顶部和底部分别设有第一出口和第二出口，透明外管下端设有加砂口；所述透明内管的底端延伸至透明外管的底部且与外管导通，透明内管顶部设有介质注入管路；所述介质注入管路通过一泡沫发生器并联有气体管路和液体管路；所述液体管路中顺序设有储液罐、第一离心泵和液体流量计；所述气体管路中顺序设有空气压缩机、贮气罐和气体流量计；所述透明外管的第一出口通过一排砂管路连接至一沉砂室进口，所述沉砂室中设有一第三出口，对应该第三出口设有一废液罐；所述透明外管的侧壁上间隔设有多个流速测速仪传感器，所述多个流速测速仪传感器电连接一数据接收处理装置；所述透明外管的一侧设有高清摄像装置。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述介质注入管路中设有第一阀门和第一压力表；所述气体管路中的气体流量计两端分别设有一第二阀门；所述贮气罐出口端设有第二压力表；所述空气压缩机上设有一放空阀和第三压力表；所述空气压缩机与贮气罐之间设有第三阀门；所述液体管路中的第一离心泵两端分别设有一第四阀门；在所述排砂管路中设有一第五阀门。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述沉砂室设有第四出口，所述第四出口通过一回收管路连接于所述储液罐，所述回收管路中设有第二离心泵和第六阀门；在沉砂室内且位于沉砂室进口与第四出口之间设有一筛网。

由上所述，本实用新型的泡排井筒携砂可视化实验装置，可以用于可视化井筒携砂实验，模拟井筒中液体、气体携砂或泡沫携砂的过程，研究井筒中液体、气体和泡沫携砂的效果，并且可以推导得到其临界携砂速度，为油气田泡沫冲砂解堵和油气井防砂提供理论依据和技术支持；同时，还可根据双层有机玻璃管上安装的流速测速仪传感器测得的数据研究液体、气体和泡沫流体在井筒中的流动规律。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型泡排井筒携砂可视化实验装置的结构示意图。

图2：为现有清水井筒携砂实验装置的结构示意图。

图3：为现有垂直气井气流携砂实验装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型提出一种泡排井筒携砂可视化实验装置100，该实验装置100包括有呈竖直设置且内外间隔套设的透明内管1和透明外管2，以构成双层透明实验管体，所述透明外管用于模拟井筒套管，透明内管用于模拟井筒油管，所述透明内管和外管均由有机玻璃构成；所述透明外管2顶部和底部分别设有第一出口21和第二出口22，透明外管2下端设有加砂口23；所述透明内管1的底端延伸至透明外管2的底部且与外管内部导通，透明内管1顶部设有介质注入管路3；所述介质注入管路3通过一泡沫发生器31并联有气体管路5和液体管路6；所述液体管路6中顺序设有储液罐61、第一离心泵62和液体流量计63，储液罐用于存储清水或起泡剂溶液，第一离心泵为输送液体提供动力，液体流量计用于测量液体流量；所述气体管路5中顺序设有空气压缩机51、贮气罐52和气体流量计53，空气压缩机用于为储气罐提供高压气体，储气罐为生成泡沫提供气体，气体流量计用于测量气体流量；所述透明外管2的第一出口通过一排砂管路4连接至一沉砂室41的进口，所述沉砂室41底部设有一第三出口411，对应该第三出口411的下方设有一废液罐42，废液罐用于收集废液和排出的砂；所述透明外管2的侧壁上间隔设有多个流速测速仪传感器71，所述流速测量仪传感器用于测量内外管之间环空中液体流速，所述多个流速测速仪传感器71电连接一数据接收处理装置72；所述透明外管2的一侧设有高清摄像装置73；数据接收处理装置用于接收流速测量仪和摄像装置的数据并进一步处理。

由上所述，本实用新型的泡排井筒携砂可视化实验装置，可以用于可视化井筒携砂实验，模拟井筒中液（气）体携砂和泡沫携砂的过程，研究井筒中液（气）体和泡沫携砂的效果，并且可以推导得到其临界携砂速度，为油气田泡沫冲砂解堵和油气井防砂提供理论依据和技术支持；同时，还可根据双层有机玻璃管上安装的流速测速仪传感器测得的数据研究液（气）体和泡沫流体在井筒中的流动规律。

在本实施方式中，所述介质注入管路3中设有第一阀门32和第一压力表33；所述气体管路5中的气体流量计53两端分别设有一第二阀门54；所述贮气罐52出口端设有第二压力表55；所述空气压缩机51上设有一放空阀56和一第三压力表57；所述空气压缩机51与贮气罐52之间设有第三阀门58；所述液体管路6中的第一离心泵62两端分别设有一第四阀门64；在所述排砂管路4中设有一第五阀门43；各压力表实时监控***压力。

进一步，如图1所示，所述沉砂室41设有第四出口412，所述第四出口412通过一回收管路连接于所述储液罐61，所述回收管路中设有第二离心泵65和第六阀门66；在沉砂室41内且位于沉砂室进口与第四出口412之间设有一筛网413。

利用上述泡排井筒携砂可视化实验装置100可以进行模拟井筒中液体携砂、气体携砂或者泡沫携砂实验，以泡沫携砂实验为例，所述实验方法包括以下步骤：

（1）向双层透明实验管体的外管内加砂；

（2）使气体和液体在泡沫发生器中生成泡沫；

（3）通过介质注入管路和透明内管向透明外管内注入泡沫；泡沫携砂通过内、外管之间的环空由外管上端第一出口排出并进入沉沙室；

（4）通过流速测量仪传感器和高清摄像装置测量和观察泡沫携砂过程，并将相应数据传送至数据接收处理装置。

泡沫携砂的具体实验过程为：实验开始前所有阀门和出口处于关闭状态，将所需液体放入储液罐61，打开放空阀56放空后再关闭该放空阀56；启动空气压缩机51产生高压气体并打开第三阀门58，使高压气体进入储气罐52，然后再关闭第三阀门58；将特定质量的砂通过加砂口23加入双层透明实验管体的透明外管2底部，打开两个第二阀门54和两个第四阀门64并调节第二阀门54和第四阀门64的开度及第一离心泵62，使液体和气体以特定比例混合进入泡沫发生器31；经泡沫发生器生成泡沫后，打开第一阀门32、第五阀门43、第六阀门66并调节第一阀门32的开度，以控制泡沫流速，使泡沫通过介质注入管路进入透明内管1并向透明外管2内注入，泡沫携砂通过内、外管之间的环空由外管上端第一出口21排出并进入沉沙室41；此过程中，可通过流速测量仪传感器71和高清摄像装置73测量和观察泡沫携砂过程，并将相应数据传送至数据接收处理装置；实验完成后，通过沉砂室41和透明外管2的第二出口22收集砂粒进行称重，最后通过数据接收处理装置处理所得数据并清洁所述实验装置。

进行液体携砂实验时，只需关闭空气压缩机51与第二阀门54，其他实验步骤与泡沫携砂实验相同；

进行气体携砂实验时，只需关闭第一离心泵62和第四阀门54，并关闭第六阀门66，去掉沉沙室41中的筛网413并打开沉沙室上的第三出口411，其他实验步骤与泡沫携砂实验相同。

本实用新型的泡排井筒携砂可视化实验装置，可以用于可视化井筒携砂实验，模拟井筒中液（气）体携砂和泡沫携砂的过程，研究井筒中液（气）体和泡沫携砂的效果，并且可以推导得到其临界携砂速度，为油气田泡沫冲砂解堵和油气井防砂提供理论依据和技术支持；同时，还可根据双层有机玻璃管上安装的流速测速仪传感器测得的数据研究液（气）体和泡沫流体在井筒中的流动规律。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (3)

1.一种泡排井筒携砂可视化实验装置，其特征在于：该实验装置包括有呈竖直设置且内外间隔套设的透明内管和透明外管，以构成双层透明实验管体；所述透明外管顶部和底部分别设有第一出口和第二出口，透明外管下端设有加砂口；所述透明内管的底端延伸至透明外管的底部且与外管导通，透明内管顶部设有介质注入管路；所述介质注入管路通过一泡沫发生器并联有气体管路和液体管路；所述液体管路中顺序设有储液罐、第一离心泵和液体流量计；所述气体管路中顺序设有空气压缩机、贮气罐和气体流量计；所述透明外管的第一出口通过一排砂管路连接至一沉砂室进口，所述沉砂室中设有一第三出口，对应该第三出口设有一废液罐；所述透明外管的侧壁上间隔设有多个流速测速仪传感器，所述多个流速测速仪传感器电连接一数据接收处理装置；所述透明外管的一侧设有高清摄像装置。

2.如权利要求1所述的泡排井筒携砂可视化实验装置，其特征在于：所述介质注入管路中设有第一阀门和第一压力表；所述气体管路中的气体流量计两端分别设有一第二阀门；所述贮气罐出口端设有第二压力表；所述空气压缩机上设有一放空阀和第三压力表；所述空气压缩机与贮气罐之间设有第三阀门；所述液体管路中的第一离心泵两端分别设有一第四阀门；在所述排砂管路中设有一第五阀门。

3.如权利要求2所述的泡排井筒携砂可视化实验装置，其特征在于：所述沉砂室设有第四出口，所述第四出口通过一回收管路连接于所述储液罐，所述回收管路中设有第二离心泵和第六阀门；在沉砂室内且位于沉砂室进口与第四出口之间设有一筛网。