[发明专利]一种砾石充填实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种砾石充填实验装置，其特征在于，包括实验釜体、冲管、近井改造空腔、混砂撬、充填撬、流量传感器、流速传感器、压力传感器、数据处理终端以及数据显示终端；

所述实验釜体包括井壁，所述井壁表面分布有井壁孔眼；在所述井壁内设置有套管，两者之间环空，所述套管表面分布有与所述井壁孔眼相对应的套管孔眼；在所述套管内设置有筛管，两者之间环空，所述筛管允许流体从筛管外侧进入内侧，但充填颗粒无法进入；

所述冲管一端依次插入至井壁、套管、筛管内，另一端伸出远离所述实验釜体并通过固液输送管线和储液罐相连接；

所述近井改造空腔的一端和井壁孔眼相连通，另一端采用直接敞口的方式，用以模拟充填过程中漏失的携砾液和充填砾石；另一端或采用金属丝网封口的方式，用以模拟挤压充填或增渗充填；

所述混砂撬用于将充填砾石和海水搅拌混合，以形成两相流体；

所述充填撬用于将所述两相流体泵送至充填口，所述充填口连通至井壁和套管之间的环空和/或套管和筛管之间的环空；

所述流量传感器用于测量实验过程中携砂流体或不含砂流体的流量；

所述流速传感器用于测量实验过程中携砂流体或不含砂流体的流速；

所述压力传感器用于测量实验过程中携砂流体、不含砂流体、以及实验釜体的压力测量数据；

所述数据处理终端用于接收所述流量传感器、流速传感器以及压力传感器所测量到的数据，并进行数据处理、保存；

所述数据显示终端，用于实时显示所述数据处理终端处理后的信号数据，监测实验整个过程。

2.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述井壁由不同直径大小的井段组成，不同井段之间通过变径接头连接。

3.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述井壁孔眼在井壁上的分布方式根据地层特性和改造方式相结合进行设计，在近井改造空腔不需要与井壁孔眼连接的时候，将井壁孔眼封堵。

4.如权利要求3所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述井壁孔眼在井壁周向按照15°/个，轴向分布间距0.2m/组分布；所述井壁孔眼内壁设置有螺纹，以和所述近井改造空腔螺纹连接。

5.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述套管的一端通过第一法兰盘和所述井壁连接；所述筛管一端通过第二法兰盘和所述第一法兰盘相连接；

所述冲管一端通过密封的方式依次插入至井壁、套管、筛管内，并和所述第二法兰盘之间留有有孔隙。

6.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述近井改造空腔设置有可视观察窗。

7.如权利要求1或6所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述近井改造空腔通过金属材料或聚合物材料加工制作而成，形状成纺锤体或鱼廓体或多维缝网体。

8.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，在所述充填撬和充填口相连通的管路上设置有双向液控阀。

9.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，还包括：

振动筛，所述振动筛和所述近井改造空腔相连接，用于对从所述近井改造空腔流出的含充填砾石的液体进行筛分，其中筛分出的充填砾石收集，计量后再利用，流体则流入至储液罐中，循环利用。

10.一种砾石充填实验方法，所述方法基于权利要求1所述的装置，其特征在于，所述方法包括：

步骤一：利用混砂撬将陶粒与海水进行混合，形成两相流体，利用充填撬将两相流体泵入套管与筛管的环空，两相流体进入环空后，将按照优势通道的原则进行流动，首先在环空中，其次，会分流一部分两相流体通过套管上的套管孔眼进入套管与井壁的环空、继续进入近井改造空腔；通过实验釜体上设置的多组压力、流速传感器获取釜体各部分的压力与流速数据，利用数据处理终端进行处理，在数据显示终端上显示充填过程中各流动空间的流速分布、压力分布，获得流速、压力实时变化云图，掌握充填过程中的流体在复杂孔喉中的运移规律，同时，通过在近井改造空腔上设置的可视观察窗，能够直观的观察到两相流体在各个改造空腔内的流动状态与充填形态；

步骤二：陶粒在遇到筛管与近井改造空腔一端的金属丝网后，会被网状结构阻断，无法流出实验釜体，而海水则通过管线进入振动筛与储液罐，继续进行后续的混砂作业；

步骤三：随着充填的不断进行，筛管与套管之间的环空、套管与井壁之间的环空、近井改造空腔内会逐渐堆积陶粒，直至整个实验釜体无法在容纳多余的陶粒，充填则停止，该组充填结束；

步骤四：通过充填过程中对流速、压力的实时云图记录、分析，以及通过可视观察窗观察到的充填流态现象；再将充填后近井改造空腔拧卸，观察井壁与套管内部的充填结构与状态，综合分析该组充填参数下的充填效果；

步骤五：将实验釜体内部的颗粒清洗干净后，改变充填参数，重复进行充填实验。