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PSCCL发布2021年度实验条件及建设规划

发布者:Admin  发布时间:2021-2-6 8:47:01

高效开采(防砂)完井实验室(PSCCL)持续改进实验室硬件及软件条件。2021年度,在原有实验条件基础上,计划新增和改造实验系统5台套(目前均已在实施中),以契合和满足出砂防控基础研究和工程现场研究需求。
本文将介绍PSCCL实验室规划新增/改造的实验系统及能力、已有实验条件及实验能力,以及未来实验室建设规划,欢迎各位朋友联系交流合作。

PSCCL实验室概况
高效开采(防砂)完井实验室(PSCCL)依托中国石油大学(华东)石油工程学院、石油与天然气工程一级学科、非常规油气开发教育部重点实验而规划建设,主要专门从事储层岩石力学、出砂与控砂完井、水平井控水与砂水协同控制、高效开采完井与举升一体化智能化领域的基础理论、应用技术、硬件装备、软件平台开发与应用,实验室负责人为董长银教授。实验室建设有系统完备的出砂、携砂、防砂控水实验设备近20台套,研究人员近20人。实验室合作建设UPC-CPOE海洋油气联合实验室深水完井防砂研究中心、UPC-COSL海洋油气工程联合研究院防砂完井联合实验室。


2021年度新增/改造实验条件及能力
PSCCL实验室在原有实验条件基础上,投资新建和扩建“水平井控砂控水与开采完井多功能开放实验平台”、 “天然气水合物井底砂水产出状态模拟装置”、“油气及水合物储层复杂结构井出砂与挡砂可视化实验模拟单元”系统3套,扩建改造“高温高压防砂驱替综合模拟实验系统”、“疏松砂岩岩石破坏模式及充填-生产模拟实验系统”等2套。上述新建与改造完毕后,PSCCL实验室实验条件将得到较大幅度提升,服务于基础研究及工程应用。

新建:水平井砂水控制与开采完井综合模拟系统

水平井砂水控制与开采完井综合模拟系统(HSW)针对未来水平井、分支水平井的砂液产出剖面模拟、控砂控水、生产优化、砾石充填等工程问题模拟而建设,主要由地层模拟系统、主井眼及分支井眼系统、完井入流系统、泵送系统、检测系统等组成,全长10m。
HSW系统能够完成完成关于水平井及分支井砾石充填、出砂出水剖面模拟、控砂控水与砂水协同控制评价综合实验模拟,具体实验功能包括:
(1) 非均质储层水平井出液(水)剖面及其动态演化模拟实验
(2) 非均质储层水平井出砂模拟与出砂剖面及其动态演化模拟实验
(3) 非均质储层砂液协同产出规律(剖面及其动态演化)模拟实验
(4) 长井段水平井生产径向入流和变质量流动耦合综合模拟实验
(5) 水平井控水筛管控水性能测试实验
(6) 水平井控砂筛管综合防砂性能测试实验
(7) 水平井筛管砂水协同控制模拟及性能测试实验
(8) 水平井管内循环砾石充填过程模拟实验
(9) 水平井管外地层挤压充填模拟实验
(10) 水平井分支井砾石充填过程模拟实验
(11) 水平井管外挤压-管内循环一体化充填模拟实验
HSW系统正由江苏华安石油仪器有限公司承制,预计2021年5月份建设完成。



扩建:天然气井及天然气水合物井底砂水产出状态模拟装置
天然气井及天然气水合物井底砂水产出状态模拟装置(GHS)主要在已有的井筒多相携砂流动模拟实验系统基础上而扩建,主要针对天然气井和天然气水合物井井底不同完井方式条件下的气、水、砂入流及其在井底的流动形态模拟而建设,能够模拟垂直井、任意角度斜井及水平井的井底气水砂入流形态,为井底控砂筛管研制提供依据。

GHSW系统通过调节水合物井模拟井筒的倾斜角度,研究不同倾斜角度水合物井内气水携砂入流情况下,防砂井段中气水砂三相的流动状态,分析不同倾斜角度的防砂井段中气、水、砂三相的流动形式及流动规律,从而针对不同倾斜角度水合物井,设计防砂效果更佳的防砂筛管,为防砂筛管设计提供理论支撑。
GHS系统的具体实验功能如下:
(1) 模拟裸眼、射孔、打孔管等把不同完井方式下出砂天然气井、天然气水合物井的气水砂入流状态及井底流动形态
(2) 模拟独立筛管、筛管砾石充填情况下的气水砂流动形态
(3) 模拟不同完井、防砂方式下井底空间地层砂的流动形态及沉积过程
(4) 模拟测试实验筛管在不同入流条件下的综合防砂性能
(5) 模拟测试不同井型和完井方式条件下防砂方式对气井及水合物井产能的影响
GHS系统正由江苏拓创科研仪器有限公司承制,预计2021年3月份扩建完成。

扩建:油气及水合物储层复杂结构井出砂/挡砂可视化模拟系统
油气及水合物储层复杂结构井出砂/挡砂可视化模拟系统(SPVS-2)系统在原有的弱胶结储层微观可视化出砂模拟实验平台基础上扩建,主要拓展建设出砂模拟微单元、可视化挡砂模拟微单元和不同井型可视化模拟单元,用于观察常规油气及天然气水合物储层的流动、分解和出砂过程可视化模拟,观察分解带延伸及出砂孔洞的延伸扩展过程,以及不同类型介质的微观挡砂过程。


SPVS-2系统的实验实验功能包括
(1) 弱胶结石油或天然气储层的可视化微观出砂过程模拟
(2) 天然气水合物储层的水合物生成、分解与出砂过程可视化模拟
(3) 石油、天然气、天然气水合物储层的垂直井、定向井、水平井、分支井等不同井型可视化出砂过程与规律模拟
(4) 不同类型防砂介质的微观挡砂过程可视化模拟
SPVS-2系统正分别由江苏拓创科研仪器有限公司、山东中石大石仪科技有限公司承制,预计2021年3月份扩建完成。

改造:疏松砂岩储层压裂充填出砂-充填-生产全过程实验模拟系统
疏松砂岩储层压裂充填出砂-充填-生产全过程实验模拟系统(SPPP)在已有的储层岩石高压挤注破坏模拟实验系统基础上进行全新改造。主要模拟的工程问题包括弱胶结储层的出砂孔洞形态、出砂亏孔地层的压裂/挤压充填过程模拟、防砂井投产后充填砾石-地层砂界面运移模拟。
SPPP实验系统试图通过实验模拟揭示如下科学问题:不同亏空形态的三维储层空间中固液流动、不同尺度复杂孔喉多孔介质中的砾石-地层砂界面在正向充填和反向生产过程中的形成、运移、失稳机理及规律。

SPPP系统的具体实验功能包括:
(1) 弱胶结储层在高压挤注条件下的破坏模式(塑性挤压、压裂充填、塑性裂缝复合等)模拟
(2) 中高渗储层出砂过程模拟及出砂亏空形态模拟
(3) 中高渗储层挤压充填、压裂充填模拟实验
(4) 砾石充填防砂井投产后生产及砾石-地层砂界面运移模拟实验
(5) 中高渗储层出砂-充填防砂-生产全过程模拟实验
(6) 中高渗储层出砂防砂条件下的综合流动模拟及产能评价实验
SPPP系统正由山东中石大石仪科技有限公司承制,预计2021年4月份改造完成。

改造:稠油热采及高温高压条件防砂驱替综合模拟实验平台
本改造主要针对已有的“稠油热采及高温高压条件防砂驱替综合模拟实验平台(HPTS-2)”现存的加砂系统精确控制、流程切换、核心装置布局等问题进行系统升级改造。


改造完毕后的HPTS-2系统将具备如下功能及特点:
(1) 满足稠油冷采、蒸汽驱(SGAD、VHSD)、蒸汽吞吐等不同方式稠油防砂综合模拟测试需求
(2) 满足清水、增粘水、稠油、聚合物、携砂液等不同类型驱替流体
(3) 满足裸眼完井、射孔完井不同基础完井方式防砂评价与测试
(4) 满足独立筛管、循环充填、高速水充填、压裂充填、挤压充填等不同防砂方式测试评价
(5) 精确连续的加砂控制、合理流程布局、方便操作
(6) 数据测试系统及分析系统更新
HPTS-2系统正由江苏拓创科研仪器有限公司承制,预计2021年3月份改造完成。

已有实验条件及实验能力
弱胶结储层微观可视化出砂模拟实验平台(SPVS-1)
SPVS-1平台用于模拟弱胶结储层的微观出砂过程及出砂形态及出砂条件,模拟连续垮塌、类蚯蚓洞、孔隙液化等微观出砂形态和过程。该装置可视化观察、微观方法,用于研究出砂机理和规律。


SPVS-1主要实验功能包括:
(1)通过流体驱替手段,进行弱胶结、半流砂、流砂等不同胶结程度岩心的颗粒级尺度(10-1000μm)微观出砂可视化过程和形态模拟,刻画出砂孔洞扩展形态和规律,揭示微观出砂机理、形态和规律;
(2)通过流体驱替手段,对不同类型挡砂介质对地层砂(粒径10-1000μm)的挡砂过程进行颗粒级尺度微观可视化过程模拟,刻画砂粒在多孔介质中的运移、堵塞和阻挡机理,揭示超粉细砂挡砂机理;
(3)出砂模拟能够实现孔隙液化、类蚯蚓洞和连续垮塌出砂形态模拟。

常温常压气井防砂驱替综合模拟与评价实验平台(GSC)
GSC系统平台为一套专门用于气体流动条件的机械筛管及砾石层综合性能挡砂机理及性能检测装置,由单向流和径向流防砂驱替模拟装置组成,其主要目的为评价气井筛管及砾石层的各项性能。具体如下:

(1) 气藏条件不同类型防砂介质堵塞与挡砂机理及规律
(2) 气藏条件筛管及砾石挡砂、抗堵塞及流通性等综合性能测试与评价
(3) 气藏不同防砂方式评价与优选实验
(4) 气藏不同防砂方式参数优化评价实验
(5) 气藏不同防砂方式流动及产能评价实验

常温常压油井防砂驱替综合模拟与评价实验平台(OSC)
OSC平台PSCCL实验室核心实验系统,是一套单向流和径向流防砂驱替模拟装置,其主要目的为评价油井筛管及砾石层的各项性能。

具体实验功能包括:
(1) 评价不同防砂筛管的流通性能(渗透性)、挡砂性能、抗堵塞性能;
(2) 评价不同尺寸砾石层的流通性能、挡砂性能、抗堵塞性能;
(3) 评价管内砾石充填层、砾石充填射孔孔眼、筛管等阻力层的流动压降;
(4) 能够模拟射孔、裸眼、滤砂管防砂、砾石充填防砂等各种组合情况;
(5) 防砂介质堵塞与微观挡砂机理实验
(6) 不同防砂方式评价与优选实验
(7) 机械筛管综合性能评价与优选实验
(8) 筛管精度及砾石尺寸优化实验
(9) 压裂充填防砂裂缝及导流能力优化实验

稠油热采及高温高压条件防砂驱替综合模拟实验平台(HPTSC-1)
HPTSC-1系统是防控砂综合评价实验装置的4.0版本,实现高温高压和复杂流体条件防控砂驱替综合评价。该系统先后在2005年、2010年、2015年和2019年经历了四次更新换代。目前正在进行第五次更新。
HPTSC-1系统针对稠油热采、沥青质沉积、油气流动等复杂条件模拟油、气、水多相复杂流动条件下挡砂介质挡砂、堵塞过程,通过监测、记录挡砂介质两侧压差、流体流量、温度以及加砂与集砂等数据, 计算挡砂介质渗透率,从挡砂性能、流通性能、抗堵塞性能等方面对挡砂介质进行评价。

HPTSC-1系统包括高压高流量蒸汽发生器、储液罐、空气压缩机、稳压系统、柱塞泵、旁注泵、自动加砂系统、耐高温高压系统、单向流模拟主体容器、径向流主体模拟容器、集砂分离器、电加热系统、控制系统、传感数据采集系统、实验数据处理与分析系统等组成。
HPTSC-1系统可以模拟如下生产条件并具备如下特点:
(1) 常规油气井生产条件防控砂驱替模拟;
(2) 稠油热采工况,包括蒸汽驱、蒸汽吞吐、高温高压交替驱替等各种热采工况条件;
(3) 旁注系统实现复杂流体混合模拟;
(4) 气体、液体及气液两相携砂与挡砂流动;
(5) 容许稠油、油水混合物、聚合物及其衍生物、沥青质及其模拟物、携砂液、热蒸汽等各种特殊流体的携砂与挡砂流动模拟;
(6) 包含径向流系统和单向流系统;
(7) 独立筛管、砾石充填、压裂充填防砂方式;
(8) 射孔、裸眼完井方式;
(9) 耐高温高压系统;
(10) 自动加砂系统。

HPTSC-1系统能够完成如下实验功能:
(1) 筛管短节、介质网片的挡砂堵塞过程模拟及规律评价;
(2) 独立筛管、砾石充填、压裂充填等防砂方式评价与优选;
(3) 机械筛管、砾石层等挡砂介质挡砂性能、流通性能和抗堵塞性能评价;
(4) 不同控砂方式的综合防砂性能评价;
(5) 防控砂参数评价与优选;
(6) 防控砂材料评价与优选。

中高渗疏松砂岩岩石破坏模式及模拟实验系统
该针对疏松砂岩油气藏水平井,提出高压挤注条件下管外地层岩石的两种破坏充填模式,即裂缝开裂破坏充填和塑性挤压破坏充填;利用该实验装置模拟塑性挤压破碎机理和过程。该装置用于模拟胶结疏松砂岩储层在高压挤注条件下的塑性破碎和开裂延伸破坏模式并模拟破坏过程,主要完成如下实验:

(1) 中高渗疏松岩石破坏模式模拟实验
(2) 中高渗岩石破坏模式判别实验
(3) 中高渗塑性挤压充填模拟
(4) 中高渗裂缝开裂延伸模拟实验

气液固三相流动及携砂规律模拟实验装置
气液固三相流动及携砂规律模拟实验装置是利用透明模拟井筒对气、液、固三相管流进行室内实验研究的专用设备,可通过观察、测量等手段对各相流体在井筒中的稳定性、携屑能力、摩阻等参数进行研究,从而对配方优化、钻井水力计算和设计作业提供重要依据。

该系统实验功能如下:
(1) 气、液单相管流流动实验,测量流动压降;
(2) 气液两相、气固两相、液固两相管流流动实验,观察流型及测量压降;
(3) 气、液、固三相管流实验,观察流型及测量压降;
(4) 气/液体携砂实验,测量临界携砂气/液量和给定气/液量下的最大携砂量;
(5) 气液混合流体的携砂规律实验。

机械筛管动态腐蚀模拟系统
机械筛管动态腐蚀模拟系统用于模拟高温高压条件下机械筛管样片的腐蚀过程,分析评价筛管腐蚀影响因素及其规律以及筛管寿命。可以完成静态与动态腐蚀,针对筛管介质样品评价,具有系统的评价指标体系。
该装置通过对多组分腐蚀气体进行定量配比并增压泵入高压反应釜(腐蚀气体准备过程中,能够在稳压储气罐中对各组分气体进行精确的定量配比混合,保证气体各组分分压准确),模拟实际生产中高压组合气体对筛管短节的腐蚀作用(反应釜内设置筛管短节夹持工具,能够对基管、挡砂介质、外护管以及其任意的组合进行牢固夹持;反应釜盖设置电机皮带传动装置,能够实现釜内筛管短节夹持工具的转动,同时反应釜体设置进气口与排气口,能够在保证釜体内高压不变的情况下,实现气体的动态流动,从而模拟筛管短节的动态腐蚀),对不同腐蚀参数(温度、分压、地层水矿化度等)条件下筛管短节的腐蚀速度和抗腐蚀性能进行评价,揭示不同条件对于筛管抗腐蚀性能的影响规律。


机械筛管冲蚀损坏综合模拟实验系统
机械筛管冲蚀损坏综合模拟实验系统用于水平井、垂直井均匀及非均匀入流条件下的筛管冲蚀损坏过程,评价冲蚀影响因素及其规律。可实现单/多喷嘴组模拟水平段非均匀入流冲蚀状态,实现温度、流量、含砂率、入流剖面、冲蚀距离、冲蚀角等不同因素敏感冲蚀实验。

该系统由UPC-CPOE防砂完井联合实验室共同建设,目前放置在中国石油集团工程技术研究有限公司(天津滨海新区)防砂完井实验室。
(1) 通过实验模拟含砂气体、含砂液体或含砂气液两相流体对筛管的冲蚀作用,观察测试筛管的冲蚀量和冲蚀深度,监测压力、流量、过砂量和过砂粒径的变化,对不同类型以及不同冲蚀条件(温度、冲蚀距离、含砂率、含砂粒径等)下的筛管冲蚀程度进行评价;
(2) 通过对实验主体装置中零部件的替换,模拟含砂流体对筛管的驱替作用,监测通过筛管的压力、流量和过砂量变化,对不同类型及不同过流条件下的筛管综合性能进行评价。

配套辅助测试仪器设备
PSCCL实验室辅助配套仪器设备包括地层砂筛析振动筛、地层砂分析激光粒度仪、基本岩石力学参数测试装置、固相颗粒显微成像分析仪、液体性能测试仪器、高温筛管精度测试仪器等。


PSCCL实验处理分析软件条件
配合硬件实验系统,PSCCL实验室配备有自主研发的数据采集与分析处理系统,快速高效完成实验数据处理、分析评价及报告报表功能。
防砂综合驱替模拟评价软件系统
防砂完井综合模拟与评价实验数据分析系统(PSCCLPRO )主要模块及功能包括:1.机械筛管以及砾石等实验材料编码;2.编辑地层砂筛析曲线数据;3.实验实施与采集数据;4.实验数据查看与编辑;5.实验评价参数配置;6.介质基准渗透率计算;7.实验数据处理与分析;8.执行SQL命令。PSCCLPRO软件用于采集防砂综合模拟与评价实验系统数据并完成筛管、砾石层等防砂介质的实验数据处理、数据分析、性能评价指标计算等功能,实现防砂介质综合性能对比评价。

软件特性包括:1.实现实验数据自动采集和存储;2. 实现实验数据的自动实时分析及挡砂性能、流通性能、抗堵塞性能、综合性能的指标自动计算与对比分析;3.便捷的材料编码系统实现实验结果对比策略的自动生成;4.数据采集全面性,软件能够实时采集进、出口压力、液体以及气体瞬时流量、累计流量、四对压差等数据;5.先进合理的各项性能指标计算方法和界限标准;5.与Office软件无缝连接,方便的数据导入及报表功能。

机械防砂完井筛管冲蚀模拟实验数据处理与评价分析软件
用于机械防砂完井筛管冲蚀模拟实验数据准备、实验数据采集、实验结果数据分析、冲蚀速率模型拟合分析、冲蚀速率预测等,完成筛管冲蚀性能综合实验评价分析。

机械防砂完井筛管冲蚀模拟实验数据处理与评价分析软件(ERODPRO)主要模块及功能包括:1.项目与数据库管理模块;2.实验数据准备模块;3.实验数据采集模块;4. 实验数据处理分析评价模块;5.冲蚀速率模型拟合与预测模块。ERODPRO软件用于机械防砂完井筛管冲蚀模拟实验数据准备、实验数据采集、实验结果数据分析、冲蚀速率模型拟合分析、冲蚀速率预测等,完成筛管冲蚀性能综合实验评价分析。
软件特性包括:1.适用于油井液体冲蚀和气井气体冲蚀实验数据评价;2.灵活准确的评价指标界限设定功能;3.利用渗透率计算修正系数对渗透率进行校正,保证实验结果客观性;4.软件通过实验基础参数及采集相关数据自动计算筛管冲蚀评价指标以分析冲蚀机理和特征;5.软件极具人性化的操作风格和界面设计;6.分析报告自动生成。

机械防砂筛管腐蚀评价实验数据分析系统
用于机械筛管的腐蚀实验数据准备、数据自动采集、数据分析处理、腐蚀速率拟合与计算、腐蚀速度预测与评价等。
机械防砂筛管腐蚀评价实验数据分析系统(COROSPRO)主要模块及功能包括:1.实验/项目数据库构建与维护;2.实验数据准备及试件编号生成;3.实验实施与数据采集;4.腐蚀实验数据补录;5.腐蚀试验数据处理与腐蚀速率计算;6.腐蚀速率计算模型拟合和腐蚀速率预测评价。COROSPRO软件能为根据筛管参数和生产条件预测筛管材料的腐蚀速度,并进行腐蚀速度对生产数据的敏感性分析以及筛管抗腐蚀能力评价。
软件特性包括:1.考虑介质属性数据建立试验评价模型;2.考虑时间的动态腐蚀实验数据处理系统;3.向导式进行实验准备、实验实施、实验数据处理、实验结果分析的全面系统;4.软件极具人性化的操作风格和界面设计;5.与Office软件无缝连接,方便的数据导入及报表功能。
  



维护:高效开采(防砂)完井实验室 | 电话:0532-86981910,18669884860 | 邮箱:dongcy@upc.edu.cn

中国石油大学(华东)高效开采(防砂)完井实验室·山东省青岛市黄岛区长江西路66号

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