气井防砂评价实验装置和出砂量预测方法与流程

1.本发明涉及油藏开发技术领域，具体而言，涉及一种气井防砂评价实验装置和出砂量预测方法。


背景技术：

2.疏松砂岩油藏在开采过程中普遍存在地层出砂问题。为了保证出砂井的正常开采，需要采用配套防砂措施。筛管防砂是目前应用最普遍的防砂技术。选择合适的防砂筛管类型和筛管挡砂精度，优化防砂工艺设计，是保证防砂效果的前提。筛管防砂的机理可以分为两个阶段：第一阶段，地层砂在筛管外层逐渐堆积形成砂层的过程；第二阶段，砂层形成后的防砂过程。
3.目前，针对防砂筛管的选择和砾石尺寸的设计，主要是依靠经验公式计算和现场经验来确定，这种方式存在很大的局限性和不准确性。为了更科学地指导筛管防砂工艺的设计，研究人员研制出了用于评价筛管的试验装置。
4.然而，目前的试验装置，都是针对油井的条件来进行的防砂评价试验。在目前的试验装置基础上，通过注入气体，可以作为气井防砂评价的一种手段，但是只能模拟防砂过程的第二阶段，不能模拟防砂过程的第一阶段，与实际防砂情况存在一定差异。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
6.有鉴于此，根据本技术实施例的第一方面提出了一种气井防砂评价实验装置，包括：
7.主体模型，所述主体模型包括：筒体、砂漏和导气部，所述筒体内用于设置实验过滤件，所述砂漏设置在所述筒体内，位于所述实验过滤件的上方，所述导气部设置在所述砂漏上，所述导气部的周侧设置有导气槽；
8.气源，所述气源连通于所述筒体，所述气源供给的至少部分气体通过所述导气槽进入到所述筒体内。
9.在第一方面的第一种可能的实施方式中，所述导气部和所述砂漏为一体式结构，所述砂漏朝向于所述实验过滤件的一侧开设有排砂口，所述导气部的顶部设置有盖板，所述盖板上设置有气孔。
10.在第一方面的第二种可能的实施方式中，所述主体模型还包括：
11.布砂板，连接于所述砂漏，与所述排砂口之间形成排砂间隙。
12.在第一方面的第三种可能的实施方式中，所述主体模型还包括：
13.封堵部，设置在所述筒体的一端，用于封堵所述导气部，所述封堵部设置有进气口，所述气源的输出端连接于所述进气口；
14.第一压盖，设置在所述筒体内，位于所述封堵部上，连接于所述筒体。
15.第二压盖，设置在所述筒体内，位于所述筒体的另一端。
16.在第一方面的第四种可能的实施方式中，所述主体模型还包括：
17.夹持器，设置在所述筒体内，所述夹持器用于夹持所述实验过滤件；
18.密封圈，设置在所述夹持器与所述实验过滤件的接触侧。
19.在第一方面的第五种可能的实施方式中，气井防砂评价实验装置还包括：
20.第一压力传感器，设置在所述实验过滤件与所述砂漏之间；
21.第二压力传感器，设置在所述实验过滤件背离于所述砂漏的一侧。
22.在第一方面的第六种可能的实施方式中，气井防砂评价实验装置还包括：
23.数据采集单元，连接于所述第一压力传感器和所述第二压力传感器；
24.流量计，设置在所述气源与所述筒体的通路上，连接于所述数据采集单元。
25.在第一方面的第七种可能的实施方式中，气井防砂评价实验装置还包括：
26.移动支架，所述主体模型设置在所述移动支架上。
27.在第一方面的第八种可能的实施方式中，气井防砂评价实验装置还包括：
28.过滤袋，设置在所述筒体远离于所述砂漏的一端。
29.根据本技术实施例的第二方面提出了一种基于上述任一技术方案所述气井防砂评价实验装置的出砂量预测方法，包括：
30.基于地层信息，确定黏土矿物和石英砂的用量，配置获取模拟实验砂；
31.基于所述筒体的截面积和气井中筛管的外环空厚度，确定模拟实验砂用量；
32.基于所述筛管的过滤层总表面积和所述实验过滤件的表面积，确定过气量；
33.基于所述模拟实验砂用量向砂漏内填装模拟实验砂，基于所述过气量确定气源的气体供给量；
34.基于所述模拟实验砂用量和通过所述实验过滤件的模拟实验砂量，确定过砂率；
35.基于所述过砂率，确定所述气井的预估出砂量。
36.在第二方面的第一种可能的实施方式中，所述基于所述筒体的截面积和气井中筛管的外环空厚度，确定模拟实验砂用量的步骤包括：
37.通过下式确定所述模拟实验砂用量：
38.m0＝ρ1×s×
h；
39.其中，m0为所述模拟实验砂用量，ρ1为模拟实验砂的堆积密度，s为筒体的截面积，h为气井中筛管的外环空厚度。
40.在第二方面的第二种可能的实施方式中，所述基于所述筛管的过滤层总表面积和所述实验过滤件的表面积，确定过气量的步骤包括：
41.通过下式确定所述过气量：
42.q＝q/(a0/a1)；
43.其中，q为所述过气量，q为气井实际产气量，a0为筛管的过滤层总表面积，a1为实验过滤件的表面积。
44.在第二方面的第三种可能的实施方式中，所述基于所述模拟实验砂用量和通过所述实验过滤件的模拟实验砂量，确定过砂率的步骤包括：
45.通过下式确定所述过砂率：
46.t＝m1/m0；
47.其中，t为所述过砂率，m1为通过所述实验过滤件的模拟实验砂量，m0为模拟实验砂
用量。
48.在第二方面的第四种可能的实施方式中，所述基于所述过砂率，确定所述气井的预估出砂量的步骤包括：
49.通过下式确定所述预估出砂量：
50.m＝t
×
ρ2×
v；
51.其中，m为所述预估出砂量，t为所述过砂率，ρ2为地层砂堆积密度，v为气井中筛管的外环空体积。
52.相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：
53.本发明提供的气井防砂评价实验装置，在工作过程中，将配置好的模拟实验砂设置在砂漏内，通过气源向筒体内供给气流，气流进入到筒体后，至少部分气体通过导气槽进入到筒体内，气流即可在筒体内产生抽吸的作用，位于砂漏内的模拟实验砂即可在自重和气体抽吸作用下经由砂漏排出，落入到实验过滤件上。气流携带模拟实验砂落入到实验过滤件上面，并在实验过滤件上面逐渐堆积，实现了砂粒均匀缓慢地加入到高速气体中的功能，模拟了砂粒在筛管表面形成砂桥的防砂过程，以及砂桥形成后的防砂过程，既筛管防砂机理的第一阶段和第二阶段，防砂原理与实际情况更接近，测试结果更准确。
附图说明
54.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
55.图1为本技术提供的一种实施例的气井防砂评价实验装置的示意性结构图；
56.图2为本技术提供的一种实施例的气井防砂评价实验装置的主体模型的示意性结构图；
57.图3为本技术提供的一种实施例的气井防砂评价实验装置的盖板的示意性结构图；
58.图4为本技术提供的一种实施例的气井防砂评价实验装置的砂漏和导气部的示意性结构图；
59.图5为本技术提供的一种实施例的气井防砂评价实验装置的工作状态的示意性结构图；
60.图6为本技术提供的一种实施例的出砂量预测方法的步骤流程图。
61.其中，图1至图5中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
62.1主体模型、2气源、3第一压力传感器、4第二压力传感器、5数据采集单元、6移动支架、7过滤袋、8实验过滤件；
63.101筒体、102砂漏、103导气部、104布砂板、105封堵部、106第一压盖、107第二压盖、108夹持器、1031导气槽、1032盖板、1033气孔。
具体实施方式
64.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步地详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
65.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
66.如图1至图5所示，根据本技术实施例的第一方面提出了一种气井防砂评价实验装置，包括：主体模型1，主体模型1包括：筒体101、砂漏102和导气部103，筒体101内用于设置实验过滤件8，砂漏102设置在筒体101内，位于实验过滤件8的上方，导气部103设置在砂漏102上，导气部103的周侧设置有导气槽1031；气源2，气源2连通于筒体101，气源2供给的至少部分气体通过导气槽1031进入到筒体101内。
67.如图5所示，其中附图5中直线箭头表示气体流动方向，虚线箭头表示砂流方向，本发明提供的气井防砂评价实验装置，在工作过程中，将配置好的模拟实验砂设置在砂漏102内，通过气源2向筒体101内供给气流，气流进入到筒体101后，至少部分气体通过导气槽1031进入到筒体101内，气流即可在筒体101内产生抽吸的作用，位于砂漏102内的模拟实验砂即可在自重和气体抽吸作用下经由砂漏102排出，落入到实验过滤件8上。气流携带模拟实验砂落入到实验过滤件8上面，并在实验过滤件8上面逐渐堆积，实现了砂粒均匀缓慢地加入到高速气体中的功能，模拟了砂粒在筛管表面形成砂桥的防砂过程，以及砂桥形成后的防砂过程，既筛管防砂机理的第一阶段和第二阶段，防砂原理与实际情况更接近，测试结果更准确。在实验结束后，通过实验过滤件8的出砂量越小，实验过滤件8两侧的压差越小，防砂效果越好。
68.本发明提供的气井防砂评价实验装置，通过在导气部103的周侧形成导气槽1031，可以避免大量气体直接供给到砂漏102内，而引起模拟实验砂快速冲出，可以起到减缓了模拟实验砂下落速度的作用。
69.可以理解的是，模拟实验砂是根据采集到的地层信息进行配置获取的，以更好地模拟地层砂。实验过滤件8为本实施例提供的气井防砂评价实验装置实验检测的对象，意在选取到合适规格的实验过滤件8，例如若在模拟实验砂落入到实验过滤件8上面以后，大量的模拟实验砂通过了实验过滤件8，则说明该规格的实验过滤件8孔径过大，不适合用于防砂；在模拟实验砂落入到实验过滤件8上面以后，未见有模拟实验砂通过了实验过滤件8，然后气源2供给到筒体101内的气体同样无法通过实验过滤件8，则说明该实验过滤件8的孔径过细，无法适应于气井的使用；可以将未见或仅有少部分模拟实验砂通过了实验过滤件8，且气源2供给的气体可以正常通过实验过滤件8，作为目标过滤件，并基于目标过滤件选取到合适的筛管投放使用。
70.如图2和图3所示，在一些示例中，导气部103和砂漏102为一体式结构，砂漏102朝向于实验过滤件8的一侧开设有排砂口，导气部103的顶部设置有盖板1032，盖板1032上设置有气孔1033。
71.导气部103和砂漏102为一体式结构，模拟实验砂可以填充在导气部103和砂漏102内，增加了模拟实验砂的可填充空间。
72.导气部103的顶部设置有盖板1032，盖板1032上设置有气孔1033，气源2供给的气体部分经由导气部103的导气槽1031供给至筒体101，另外一部分气体可以通过气孔1033供给到砂漏102内，以更好地模拟筛管的工作状态，防砂原理与实际情况更接近，测试结果更准确。
73.如图2和图4所示，在一些示例中，主体模型1还包括：布砂板104，连接于砂漏102，与排砂口之间形成排砂间隙。
74.通过布砂板104的设置，可以控制模拟实验砂掉落在实验过滤件8的速度，可以增加模拟实验砂与筒体101内气流接触的时间，可以更好地模拟筛管的工作状态，防砂原理与实际情况更接近，测试结果更准确。
75.如图2和图5所示，在一些示例中，主体模型1还包括：封堵部105，设置在筒体101的一端，用于封堵导气部103，封堵部105设置有进气口，气源2的输出端连接于进气口；第一压盖106，设置在封堵部105上，连接于筒体101；第二压盖107，设置在筒体101的另一端。
76.主体模型1还包括：封堵部105、第一压盖106和第二压盖107。
77.通过封堵部105的设置，可以对导气部103远离于砂漏102的一端进行封堵，同时封堵部105设置有进气口，便于气源2连接到筒体101内，气源2连接于进气口，经由气源2供给出的气体即可进入到导气部103内，而后部分气体即可通过导气槽1031进入到筒体101内。
78.通过第一压盖106的设置起到固定封堵部105、导气部103和砂漏102的作用，起到对筒体101一端进行密封的作用，可以避免筒体101外部的气流影响到实验检测结果。
79.通过第二压盖107的设置，可以对筒体101的另一端进行封堵，可以避免筒体101外部的气流影响到实验检测结果。
80.如图2和图5所示，在一些示例中，主体模型1还包括：夹持器108，设置在筒体101内，夹持器108用于夹持实验过滤件8；密封圈，设置在夹持器108与实验过滤件8的接触侧。
81.主体模型1还包括夹持器108，考虑到该气井防砂评价实验装置需要对不同规格和型号的实验过滤件8进行实验，以获取到目标实验过滤件8，并进一步基于目标实验过滤件8选择合适的筛管进行防砂。通过夹持器108的设置便于对实验过滤件8的固定和拆卸，便于提高实验效率。
82.主体模型1还包括密封圈，通过密封圈的设置可以对夹持器108与实验过滤件8之间的缝隙进行密封，可以避免模拟实验砂经由夹持器108与实验过滤件8之间的缝隙流失，能够进一步提高实验精度。
83.如图1和图2所示，在一些示例中，气井防砂评价实验装置还包括：第一压力传感器3，设置在筒体101内，位于实验过滤件8与砂漏102之间；第二压力传感器4，设置在筒体101内，位于实验过滤件8背离于砂漏102的一侧。
84.在实验过滤件8的两侧分别设置了第一压力传感器3和第二压力传感器4，在实验过滤件8的孔径过小，模拟实验砂封堵了实验过滤件8的情况下，随着气源2气体的持续性供给，第一压力传感器3检测到的压力值会增加，而第二压力传感器4检测到的压力值会维持不变或有所降低。因此，通过第一压力传感器3和第二压力传感器4的设置可以对气流流通状态进行检测，可以及时发现模拟实验砂封堵了实验过滤件8，能够提高检测精度，便于快速寻找到孔径适当的实验过滤件8。
85.如图1所示，在一些示例中，气井防砂评价实验装置还包括：数据采集单元5，连接于第一压力传感器3和第二压力传感器4；流量计，设置在气源2与筒体101的通路上。
86.气井防砂评价实验装置还包括：数据采集单元5，通过数据采集单元5的设置可以对第一压力传感器3和第二压力传感器4采集到的压力数据进行采集，便于实验人员尽快获知模拟实验砂封堵了实验过滤件8，能够提高检测精度，便于快速寻找到孔径适当的实验过
滤件8。
87.通过流量计的设置，可以获知经由气源2供给的气体流量，便于气井防砂评价实验装置的精准控制。
88.如图1所示，在一些示例中，气井防砂评价实验装置还包括：移动支架6，主体模型1设置在移动支架6上。
89.气井防砂评价实验装置还包括移动支架6，便于对主体模型1进行移动，便于整个气井防砂评价实验装置的移动，使得气井防砂评价实验装置的适用性更强。此外还能够减少在主体模型1移动过程中的振动量，能够避免外部因素影响到检测结果。
90.如图1和图5所示，在一些示例中，气井防砂评价实验装置还包括：过滤袋7，设置在筒体101远离于砂漏102的一端。
91.气井防砂评价实验装置还包括过滤袋7，通过过滤袋7的设置可以对通过实验过滤件8的模拟实验砂进行收集，便于统计通过实验过滤件8的模拟实验砂的质量，有利于寻找到孔径适当的实验过滤件8，有利于为筛管的选型提供数据支撑。
92.进一步考虑到，如何通过防砂实验手段预测气井防砂后的实际出砂量，也是本专业技术研究人员非常关心的问题，对于防砂优化设计以及防砂后的生产管理起到重要的指导作用。但是，目前缺少气井防砂后的出砂量预测方法。
93.如图6所示，有鉴于此，根据本技术实施例的第二方面提出了一种基于上述任一实施例的气井防砂评价实验装置的出砂量预测方法，包括：
94.步骤201：基于地层信息，确定黏土矿物和石英砂的用量，配置获取模拟实验砂。通过对地层信息采集进一步配置模拟实验砂，可以是模拟实验砂的性能和历经与地层中的砂层一致，能够提高出砂量预测的精度。
95.在一些示例中，可以通过地层信息确定石英砂的粒径信息，基于粒径信息配比石英砂，而后再确定黏土矿物和石英砂的用量，配置获取模拟实验砂，可以更好地对地层砂进行模拟。
96.步骤202：基于筒体的截面积和气井中筛管的外环空厚度，确定模拟实验砂用量。可以明确模拟实验砂用量，该模拟实验砂用量与气井中筛管的外环空厚度相适配，便于准确预估气井出砂量。可以理解的是，在筛管防砂的过程中，筛管的外部会套设有套管，筛管的外环空厚度即为套管与筛管之间的距离。
97.步骤203：基于筛管的过滤层总表面积和实验过滤件的表面积，确定过气量。可以明确过气量，该过气量与筛管的性能相适，便于准确预估气井出砂量。
98.步骤204：基于模拟实验砂用量向砂漏内填装模拟实验砂，基于过气量确定气源的气体供给量。基于筛管的实际作业状态和自身的性能参数确定气井防砂评价实验装置的作业参数，可以更好地模拟筛管的工况环境，便于准确预估出砂量。
99.步骤205：基于模拟实验砂用量和通过实验过滤件的模拟实验砂量，确定过砂率。基于通过实验过滤件的模拟实验砂量和模拟实验砂用量，确定过砂率，该过砂率即可表征模拟实验砂用量通过实验过滤件的比例。
100.步骤206：基于过砂率，确定气井的预估出砂量。通过模拟实验砂用量通过实验过滤件的比例，即可对气井的预估出砂量，该预估出砂量可以为防砂优化设计以及防砂后的生产管理起到重要的指导作用。
101.可以理解的是，在进行出砂量预测的过程中，气井防砂评价实验装置的筒体中固定的实验过滤件与实际气井作业过程中装配的筛管的孔径和厚度一致。
102.在一些示例中，气体经由气源供给的时间大于模拟实验砂用量的模拟实验砂在无外力状态下自由通过砂漏的时间，以更好地模拟筛管的工况环境。
103.在一些示例中，基于筒体的截面积和气井中筛管的外环空厚度，确定模拟实验砂用量的步骤包括：
104.通过下式确定模拟实验砂用量：
105.m0＝ρ1×s×
h；
106.其中，m0为模拟实验砂用量，单位为g；ρ1为模拟实验砂的堆积密度，单位为g/cm3；s为筒体的截面积，单位为cm2；h为气井中筛管的外环空厚度，单位为cm。
107.模拟实验砂的堆积密度、筒体的截面积和气井中筛管的外环空厚度确定模拟实验砂用量，可以与筛管的工况环境更加匹配，便于准确预估气井出砂量。
108.在一些示例中，基于筛管的过滤层总表面积和实验过滤件的表面积，确定过气量的步骤包括：
109.通过下式确定过气量：
110.q＝q/(a0/a1)；
111.其中，q为过气量，单位为m3/h；q为气井实际产气量，单位为m3/h；a0为筛管的过滤层总表面积，单位为m2；a1为实验过滤件的表面积，单位为m2。
112.以气井实际产气量、筛管的过滤层总表面积和实验过滤件的表面积三个参数确定过气量，使得气井防砂评价实验装置工作过程中的过气量适配于筛管工作过程中的气井实际产气量，便于准确预估气井出砂量。
113.在一些示例中，基于模拟实验砂用量和通过实验过滤件的模拟实验砂量，确定过砂率的步骤包括：
114.通过下式确定过砂率：
115.t＝m1/m0；
116.其中，t为过砂率，m1为通过实验过滤件的模拟实验砂量，m0为模拟实验砂用量。
117.可以理解的是，通过实验过滤件的模拟实验砂量即为过滤袋内模拟实验砂的量。
118.以通过实验过滤件的模拟实验砂量与模拟实验砂用量的比值作为过砂率，该过砂率即可表征通过实验过滤件的模拟实验砂量所占的比例，便于准确预估出砂量。
119.在一些示例中，基于过砂率，确定气井的预估出砂量的步骤包括：
120.通过下式确定预估出砂量：
121.m＝t
×
ρ2×
v；
122.其中，m为预估出砂量，单位为cm3；t为过砂率，ρ2为地层砂堆积密度，单位为g/cm3；v为气井中筛管的外环空体积，单位为m3；。
123.以过砂率、地层砂堆积密度和气井中筛管的外环空体积确定预估出砂量，使得预估出砂量与气井防砂评价实验装置的实验结果具备关联关系，使得预估出砂量可以通过公式计算获取，使得预估出砂量能够更加贴合于气井工作过程中的实际出砂量，可以为防砂优化设计以及防砂后的生产管理起到重要的指导作用。
124.可以理解的是，气井中筛管的外环空体积为套管与筛管之间间隙空间的体积。
125.在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
126.在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
127.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。