[发明专利]评价地层出砂在水平井筒中沉降作用的实验装置及方法

权利要求书

1.一种评价地层出砂在水平井筒中沉降作用的实验装置，其特征在于，包括如下部件：

气液供应模块，包括气瓶(1)、储气罐(4)、液体罐(6)和气液预混罐(8)，所述气瓶(1)的出口与所述储气罐(4)的入口连接，所述储气罐(4)的出口与所述气液预混罐(8)的第一入口连接，所述液体罐(6)的出口与所述气液预混罐(8)的第二入口连接；

流体携砂模块，包括携砂腔体(12)，所述携砂腔体(12)的入口与所述气液预混罐(8)的第一出口连接，所述携砂腔体(12)被配置为内置设定初始质量目标粒径的砂粒；

沉降实验模块，包括沉降实验腔体(13)，所述沉降实验腔体(13)的第一入口与所述携砂腔体(12)的出口连接，所述沉降实验腔体(13)被配置为模拟还原油气开采水平井井筒环境，以研究不同水平井井筒壁面形态对于砂沉降作用的影响；

三相分离模块，包括分离器(14)，所述分离器(14)的入口与所述沉降实验腔体(13)的出口连接，所述分离器(14)被配置为将气液固三相流体进行分离。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述流体携砂模块还包括稳流腔体(11)，所述稳流腔体(11)与所述携砂腔体(12)并联设置，所述稳流腔体(11)的入口与所述气液预混罐(8)的第二出口连接，所述稳流腔体(11)被配置为测试所述气液供应模块是否能形成持续稳定流速和流形。

3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述稳流腔体(11)、所述携砂腔体(12)和所述沉降实验腔体(13)的长度和内径之比均大于10。

4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述沉降实验腔体(13)内可拆卸安装有不同壁面构型的模块，以模拟研究不同水平井井筒壁面形态对于砂沉降作用的影响。

5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，还包括水箱(15)，所述分离器(14)的液相出口与所述水箱(15)的入口连接，所述水箱(15)的出口通过注入泵(16)与所述液体罐(6)的入口连接，以实现液体循环。

6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，还包括沉淀池(17)，所述分离器(14)的固相出口与所述沉淀池(17)的入口连接，以实现固体循环。

7.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，还包括气体循环管路、水箱(15)和沉淀池(17)，所述分离器(14)的气相出口通过所述气体循环管路与所述气瓶(1)的入口连接，以实现气体循环；所述分离器(14)的液相出口与所述水箱(15)的入口连接，所述水箱(15)的出口通过注入泵(16)与所述液体罐(6)的入口连接，以实现液体循环；所述分离器(14)的固相出口与所述沉淀池(17)的入口连接，以实现固体循环。

8.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述气瓶(1)与所述储气罐(4)之间设置有第一单向阀(2)和减压阀(3)，所述液体罐(6)与所述气液预混罐(8)之间设置有平流泵(7)，通过控制所述第一单向阀(2)、所述减压阀(3)和所述平流泵(7)来控制所述气液预混罐(8)中气液比例和压力。

9.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述气液预混罐(8)内设置有搅拌器(9)，所述搅拌器(9)被配置为将气液两相搅拌均匀，以实现气液两相流的稳定供应。

10.一种如权利要求2-9任意一项所述实验装置的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)称取一定质量和粒径范围内的砂粒，填入所述携砂腔体(12)中，记录出砂预填砂粒质量为初始质量，并在所述沉降实验腔体(13)内安装水平井筒模拟壁面，完成实验前准备工作；

2)将所述气瓶(1)的气体注入所述储气罐(4)中，再将所述储气罐(4)内的气体注入所述气液预混罐(8)中，然后将所述液体罐(6)中的液体注入所述气液预混罐(8)中，待所述气液预混罐(8)中的气液混合均匀并达到一定压力后注入所述稳流腔体(11)中，以测试气液两相流体的稳定性；

3)待所述稳流腔体(11)和所述沉降实验腔体(13)中的压力平稳后，关闭所述稳流腔体(11)的入口和出口处的阀门，打开所述携砂腔体(12)的入口和出口处的阀门，所述气液预混罐(8)输出的气液两相流体进入所述携砂腔体(12)，并裹携着所述携砂腔体(12)内砂粒形成气液固三相流体，最后进入所述沉积实验腔体(13)，开始实验；

4)通过重力作用沉降下来的砂粒留存在所述沉降实验腔体(13)中，而另一部分砂粒随三相流体流动并保持运移，随后流入所述分离器(14)中，通过所述分离器(14)的分离，分别获得气、液、固三相分离的流体；

5)将所述步骤4)分离后的固体烘干，称重，记录称重质量为出砂质量，初始质量与出砂质量之差即为水平井段经过重力作用沉降下来的砂的质量，记录为沉降质量；计算一定流速/流形条件下单位实验时间单位长度中的沉降质量作为砂沉降作用的评价标准；

6)改变气液比例、流速、流形、预填砂的粒径、总质量、分布方式、和井壁壁面构型，再重复所述步骤1)至5)，对生产井水平井段的砂沉降作用的影响因素进行研究。