[发明专利]一种砾石充填实验装置及实验方法

说明书

为了解决浅软易漏失地层充填、水平井砾石充填、超轻质陶粒充填体系及运移堆积模式、套管外环空的不同储改方式后的井内空间形态和工作液对充填扰动及充填效果评价的难题，在该工况下作业，会呈现不同的充填施工形态、施工结果，因此也需要不同的砾石充填施工参数，这就需要针对浅软未固结的储层砾石充填专门开发一套多功能的砾石充填实验装置和方法。本发明通过创新设计，在井壁上设置多组可灵活组合的近井改造空腔，通过不同空腔的搭配，利用同一套实验装置，实验对不同地层、不同改造形式、不同充填参数下的充填效果评价及充填参数优化，应用后，将大大减少了研究成本，提高了实验研究效率，提高研究成果的可靠性。

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采实验设备，具体涉及一种砾石充填实验装置及实验方法。

背景技术

天然气水合物或油气井开采时，为了应对地层出砂造成的减产和井筒复杂情况，通常需进行砾石充填作业，以提高开采井的稳产周期。砾石充填能够在筛管-套管环空、套管与井壁环空、以及近井地层一定范围内形成一层致密且高渗的挡砂层，起到稳定地层和提高近井渗透率的作用。对油气田、水合物资源、非常规油气的长效开发具有重要意义。

能源开发领域的砾石充填作业，涉及携砾液体系、充填颗粒、充填砂比、充填排量、充填循环摩阻、充填脱砂压力、充填效果评价等工艺参数，有效的实施砾石充填作业，能够缩短作业周期，缩减施工成本，因此一般施工前，需要开展充填模拟与试验验证。在海域水合物、深海疏松砂岩油气井开采过程中，地层软弱易垮塌、破裂压力低，成为砾石充填不利因素。因此，需要研发一种多用途的砾石充填实验评价装置，用于开展复杂条件下的砾石充填模拟研究。以水平井为例，水平井的筛管外砾石充填，涉及含固相流体的轴向与径向流动，以及不同套管孔眼间的扰流、跃流、激流等作用，流态复杂，并存在流体之间质量与动量的交换。携砂液性质类似非牛顿流体，其携带的不同性质的砾石，产生不同的堆积前缘和堆积形态，增加了充填后的效果评价难度。

目前，现有科技人员对砾石充填的实验装置、模拟方法等开展了一定程度的研究，如专利CN 112177571 A开发了一种砾石充填储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，虽然可以高度模拟油井由于长时间开采而存在多轮次出砂亏空的地层条件，但需下入井下声波成像测井系统，对岩心进行成像检测后才可进行深入分析；专利CN 114320243 A为一种天然气水合物储层多分支水平井砾石充填模拟实验系统，但未可考虑多点漏失对充填造成的影响；专利CN 111980636 B提供了一种油层防砂用砾石充填装置及方法，但不针对复杂充填情况开展研究；专利CN 111305797 A研发的一种半潜式平台砾石充填装置和方法，但适用于实际生产，不适于开展研究实验；专利CN 108756830 B针对常规充填提出一种水平井砾石充填模拟计算方法，但未考虑漏失充填的复杂性；专利CN 107795303 A根据实际井身结构安装井筒管柱，进行充填作业仿真及充填质量检测，但尺寸过大同时未考虑漏失，不能完全体现水合物充填的特殊性；专利CN 107100596 A提供了一种预充填防砂筛管的加工设备，未考虑筛管外砾石充填；陈彬等(2016)提出了一种套管井砾石充填工艺优化及盲管外砂高计算方法，但也局限于常规充填的工艺和参数，对充填后效果评价尚未涉及；张继伟等(2018)提出了一种疏松砂岩充填砂量的预测模型，但仅考虑地层未漏失时的充填量模拟。

综上，针对浅软易漏失地层充填、水平井砾石充填、超轻质陶粒充填体系及运移堆积模式、套管外环空的不同储改方式后的充填形式及效果等进行研究的相关发明几乎没有。

发明内容

为了解决浅软易漏失地层充填、水平井砾石充填、超轻质陶粒充填体系及运移堆积模式、套管外环空的不同储改方式后的井内空间形态和工作液对充填扰动及充填效果评价的难题，本发明提供一种砾石充填实验装置及实验方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种砾石充填实验装置，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；