[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

说明书

本发明涉及一种评价地层出砂在水平井筒中沉降作用的实验装置及方法，包括：气液供应模块，包括气瓶、储气罐、液体罐和气液预混罐，气瓶的出口与储气罐的入口连接，储气罐的出口与气液预混罐的第一入口连接，液体罐的出口与气液预混罐的第二入口连接；流体携砂模块，包括携砂腔体，携砂腔体的入口与气液预混罐的第一出口连接；沉降实验模块，包括沉降实验腔体，沉降实验腔体的第一入口与携砂腔体的出口连接；三相分离模块，包括分离器，分离器的入口与沉降实验腔体的出口连接，分离器被配置为将气液固三相流体进行分离。本发明装置通过对砂粒质量和粒径的控制，达成预期携砂效果，为沉降作用评价提供稳定的气液固三相流动。

技术领域

本发明涉及一种评价地层出砂在水平井筒中沉降作用的实验装置及方法，属于油气生产技术评价领域。

背景技术

随着天然气水合物试采工程的实施，储层出砂导致井底淤堵成为目前开展大规模长期商业化开采受限的重要问题。2020年3月26日我国一举攻克深海浅软地层水平井钻采核心技术，成为全球首个采用水平井钻采技术试采海域天然气水合物的国家，有效证明了水平井技术可以作为天然气水合物的增产手段。但目前水平井段井筒若出现进砂，仍会影响天然气水合物大规模持续性的开采。其中砂在随气、水流动时发生的沉降淤积问题仍缺少有效评价手段和实验装置，对该问题影响后续生产的过程缺乏准确认识。因此，需要设计一套评价地层出砂在天然气水合物生产井水平井筒中沉降作用的评价装置，以开展室内实验研究，从而为解决现场实地的实际问题提供理论基础和技术依据。

为模拟天然气水合物产出物在生产井底的流动，需要模拟水平井段中高压力，大流速的气液固三相流动，但受限于常规增压泵无法令固相高效通过而气液固混合装置无法提供大流速高压力，因此必须研制专门的实验装置，以满足实验条件。这样的实验装置需满足以下要求，可模拟不同气水比及不同流形，可形成流速/压力稳定的气液固流动，实验操作简单等。

发明内容

针对上述突出问题，本发明提供一种评价地层出砂在水平井筒中沉降作用的实验装置及方法，该装置可以用于模拟天然气水合物生产井水平井筒中砂粒在气液固三相流动中的沉降过程，可以对砂粒在气液固三相流中的沉降作用进行评价，综合研究水平井筒中气液固三相流动的流形、流速以及井筒构型等对于固相沉降作用的影响规律，该装置操作简单，测量方便，安全稳定。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种评价地层出砂在水平井筒中沉降作用的实验装置，包括如下部件：

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

流体携砂模块，包括携砂腔体，所述携砂腔体的入口与所述气液预混罐的第一出口连接，所述携砂腔体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，所述沉降实验腔体的第一入口与所述携砂腔体的出口连接，所述沉降实验腔体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，所述分离器的入口与所述沉降实验腔体的出口连接，所述分离器被配置为将气液固三相流体进行分离。

所述的实验装置，优选地，所述流体携砂模块还包括稳流腔体，所述稳流腔体与所述携砂腔体并联设置，所述稳流腔体的入口与所述气液预混罐的第二出口连接，所述稳流腔体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。

所述的实验装置，优选地，所述稳流腔体、所述携砂腔体和所述沉降实验腔体的长度和内径之比均大于10。

所述的实验装置，优选地，所述沉降实验腔体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砂沉降作用的影响。