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高效开采(防砂)完井实验室实验条件与服务

发布者:PSCCL  发布时间:2013-9-11 15:31:43

高效开采(防砂)完井实验室续建设形成系统完备的出砂、防砂、携砂、增产、安全评价实验系统近20台套,面积约300余平方米,能够完成出砂、防砂、携砂、开采方面的机理及规律模拟实验。实验室与中国石油集团工程技术研究有限公司共建CPOE-UPC完井防砂联合实验室,与中海油田服务有限公司(中海油服,COSL)共建海洋石油工程联合研究院防砂完井联合实验室,是中海油服COSL-UPC联合研究院的5个联合实验室之一 。

 




高效开采(防砂)完井实验室形建成和建设中的实验系统包括

 ■ 弱胶结岩心微观可视化出砂/挡砂模拟系统

 ■ 弱胶结/水合物储层中尺度不同井型可视化出砂模拟系统

 ■ 大尺度非均质储层砂液产出模拟与开采完井综合模拟平台

 ■ 常规条件防砂模拟与评价可视化实验平台

 ■ 高温高压/稠油热采防砂模拟与评价实验平台

 ■ 中高渗储层压裂充填固体颗粒返吐控制实验系统

 ■ 机械筛管动态腐蚀模拟评价测试与处理系统

 ■ 机械筛管冲蚀损坏综合模拟评价系统

 ■ 井筒油气水携砂多相流动模拟实验系统

 ■ 中高渗储层真三轴压裂充填模拟实验系统

 ■ 储气库/注水/地热大尺度交替生产出砂模拟平台

 ■ 砾石充填施工管柱冲蚀流动综合模拟评价实验系统

 ■ 地层砂振动筛析仪、地层砂激光粒度仪

 ■ 岩石力学强度测试试验机

 ■ 固体颗粒图像分析仪、微观图像显微系统


 ▋▎出砂模拟类实验系统-Sanding Simulation Experiments Group

■ 弱胶结岩心微观可视化出砂/挡砂模拟系统 (专利 ZL201710931454.4

该装置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。

  (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。




■ 弱胶结/水合物储层中尺度不同井型可视化出砂模拟系统

该系统能够模拟水合物储层的生成、分解和出砂过程,模拟储层中垂直井、斜井、水平井、多分支井的流固产出过程,模拟不同类型介质的微观挡砂、堵塞过程。具体包括单元A:小尺寸微观可视化模拟单元,单元B:中尺寸复杂结构井储层可视化模拟单元,扩大模拟单元尺寸,设计到到达耐压值,能够容纳垂直井、斜井、水平井、分支井井筒模具,能够模拟常规油气、天然气水合物储层中不同井型生产时油气流动、水合物分解及出砂过程,实现储层垂向剖面的可视化观察和拍摄;辅助系统C:加/降压系统、降温系统、井眼模型、水平拍摄的摄像夹持系统。


 


■ 储气库/注水/地热大尺度交替生产出砂模拟平台(在建)

针对储气库、注水井、地热注采井,建设岩心级、可视化小尺度、中尺度、大尺度出砂过程模拟实验系统,目前正在陆续建设完善中。

该系统能够模拟储气库、注水井、地热注采井的注入和生产过程中的出砂和防砂过程,揭示出砂机理,优化控砂参数。




■ 大尺度非均质储层砂液产出模拟与开采完井综合模拟平台(专利 ZL202010233182.2

水平井砂水协同产出与控制及开采完井多功能实验系统能够实施水平井非均匀出水剖面及其动态演化模拟、出砂剖面及其动态演化模拟、砂水协同产出剖面及其动态演化模拟、循环砾石充填防砂过程模拟、管外地层挤压充填防砂施工过程模拟、控水控砂筛管性能测试、控砂控水水平井综合流动模拟多种实验模拟。

该实验系统能够模拟长井段水平井砂水产出剖面的非均质性及其动态演化过程,以及模拟储层非均质性对砾石充填作业、防砂后的储层渗流阻力、控砂控水筛管综合性能的综合影响。考虑上述综合影响的实验模拟非常有助于模拟长井段水平井的非均匀砂水产出剖面及其变化规律,找准确水平井出砂出水高流速位置,使防砂控水有的放矢,提供水平井控砂控水效果;基于实验模拟的结果拟合有助于得到更加准确的数学模拟计算结果,对于提高水平井流动阻力预测、砾石充填效果预测、控水防砂与开采完井参数优化结果具有直接帮助。

 

该实验系统完成关于水平井砾石充填、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,具体试验功能包括:
(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)水平井管外挤压-管内循环一体化充填模拟实验
(11)其它相关的实验测试与模拟




 ▋▎防砂模拟与优化类实验系统-Sand Retaining Simulation Experiments Group

■ 常规条件防砂模拟与评价可视化实验平台(专利 ZL201110151970.8)

该实验装置是一套单向流和径向流防砂驱替模拟装置,其主要目的为评价筛管及砾石层的各项性能,兼顾其他评价功能,具体如下:

  (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


 

■ 高温高压/稠油热采防砂模拟与评价实验平台 

高温高压防控砂驱替评价实验系统实现高温高压和复杂流体条件防控砂驱替综合评价,满足更高的实验条件,更加接近现场实际。新系统针对稠油热采、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。

高温高压防控砂驱替评价实验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。

高温高压防控砂驱替评价实验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。


高温高压防控砂驱替评价实验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。


 

■ 实尺寸水平井和多分支井砾石充填模拟实验系统(专利申请中)

该实验装置为一套全尺寸模拟装置,用于室内试验模拟斜井砾石充填过程,观察不同的井筒倾角、充填排量、砂比和滤失强度等参数组合下的充填情况(亏空与否)和α波平衡砂床高度的变化情况,研究斜井砾石充填机理、不同井斜角和各泵入参数对充填动态和充填效果的影响规律。用于大斜度井砾石充填的参数优化和动态调控,为斜井砾石充填作业的工程设计及施工过程监控提供一定的方法和依据。
   (1)主体试验装置:有机玻璃井筒:长5m,内径140mm,外径200mm,两侧水平位置交错射孔,射孔密度16孔/米,耐压0.8MPa;筛管(1根)、冲管(1根);上、下接头,与井筒连接;模拟漏失装置(80套),与射孔孔眼相连,控制漏失强度。

  (2)起升装置(1套):控制井筒起升高度,以模拟不同倾角(<=30°)的井筒。

  (3)主体拖车(1套):固定井筒,与井筒一同起升。

  (4)混砂装置(1套):砂罐,0.1m3;驱动系统;加砂漏斗;储液罐(1个),0.2m3;ISG65-315离心泵(1个);管线若干。

  (5)测量及数据采集仪器:电磁流量计;电接点压力表;压力传感器;微机;板卡;控制箱。

  (6)中文操作软件,可自动采集流量、干路及上中下游压力。

  (7)控制箱可控制水泵的开启与关停、砂流量的设置、驱砂器的开启与关停。砂比控制在5%-30%左右。

  (8)模拟不同井筒倾角下,不同充填排量、砂比、滤失量组合时的砾石充填过程。

  (9)充填结束后,进行冲砂过程,清洗井筒。




 多分支井砾石充填系统能够实现:

 (1) 实验系统主井筒及分支井筒采用透明材料,能够直观透明可视化模拟和观察主井眼及分支井眼的砾石充填过程;

 (2) 能够调整各个分支井眼数量、长度与水平面之间夹角,以模拟现场钻井时的不同工况,测试不同条件下的充填率;

 (3) 能够通过水合物地层模拟模块来模拟实际水合物储层,观察砾石充填过程中固体颗粒与天然气水合物储层发生的挤压、堵塞等交互作用动态过程;

 (4) 可以通过井筒末端反向注水模拟生产过程,评价不同实验条件下分支水平井砾石充填的充填效果。


  ▋▎压裂防砂增产类实验系统-Frac Packing Simulation Experiments Group


 ■ 中高渗储层压裂充填固体颗粒返吐控制实验系统

为契合实验室研究领域向压裂增产控砂领域扩展延伸的需求提供综合实验平台支撑,,建设实验系统用于模拟中高渗储层压裂防砂后裂缝充填带、塑性挤压充填带、非充填地层等不同区域的支撑剂和地层砂粒返吐机理、规律以及控制优化。该系统具备压裂充填防砂性能测试功能,用于模拟压裂充填防砂后地层流体携带地层砂对裂缝内充填层侵入、堵塞、挡砂过程,利用流量、压差、导流能力随时间的变化和堵塞动态变化数据评价充填层的综合挡砂效果。

实验系统能够满足压裂增产控砂工程作业和生产过程实验模拟,并满足未来功能扩展和更新需求。总体功能满足全部压裂增产控砂工程作业和生产过程实验模拟,具体要求能够实施如下模拟实验:

 (1) 压裂增产控砂作业后充填砾石的返吐过程模拟实验;

 (2) 地层流体携带地层砂对裂缝内充填层侵入、堵塞、挡砂过程模拟实验;

 (3) 不同裂缝参数(缝宽、裂缝角度、闭合应力)综合性能评价实验;

 (4) 不同类型充填砾石综合性能评价实验;

 (5) 裂缝支撑剂返吐控制模拟实验;

 (6) 其它相关的实验测试与模拟。



■ 疏松砂岩岩石压裂/充填/生产一体化模拟平台

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。该系统用于模拟弱胶结储层近井出砂亏空形态、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、生产过程中的地层砂-砾石界面失稳运移过程,优化弱胶结储层防砂优化。具体功能包括:

 (1) 弱胶结储层出砂亏空形态模拟实验

 (2) 弱胶结疏松岩石破坏模式(塑性挤压、破裂)模拟实验

 (3) 弱胶结储层挤压充填/压裂充填/复合充填形态模拟

 (4) 弱胶结储层充填作业-投产充填砾石-地层砂界面形成-失稳-运移过程模拟



■ 中高渗储层真三轴压裂充填模拟实验系统

该系统模拟疏松砂岩储层水力压裂、压后支撑剂注入以及压裂充填井生产过程,研究疏松砂岩储层裂缝生成与延伸机理及规律,裂缝内支撑剂注入充填规律以及压后生产过程中的地层砂/支撑剂产出机理及规律。具备如下功能特点:

 (1) 针对模拟岩心,同时实现三轴应力加载和通过模拟井筒高压注入流体和支撑剂(固体颗粒材料)的模拟;确保高压泵注条件下黏性流体和支撑剂的安全注入;

 (2) 实现对模拟岩心反向注入模拟,即流体从岩心流入模拟井筒的过程,以模拟压裂充填井生产过程。

 (3) 主体单元能够容纳不同尺寸的正方体岩心,满足最大尺寸20cm的岩心的测试; 

 (4) 三轴载荷装置最大加载量达20-30MPa;

 (5) 装置操作要简便,模拟岩心放入/取出操作的方便性。



 

 ▋▎防砂管柱安全与完整性评价实验系统-Well String Integrity Evaluation Experiments Group

■ 机械筛管动态腐蚀模拟评价测试与处理系统(专利 ZL201811481487.4

高效开采(防砂)完井实验(PSCCL)建设有全新的机械筛管动态腐蚀评价测试实验装置,并构建了基于实验数据的复杂结构筛管腐蚀数据处理及抗腐蚀性能评价方法与指标体系,以及基于大量实验数据分析的腐蚀预测模型及配套分析软件平台。该系统可为油气田杆管和筛管腐蚀评价提供系统解决方案。

机械筛管动态腐蚀实验装置主要由流体供给气瓶、气体增压供给系统、两套高低压主体反应釜、数据采集与控制系统等四大部分组成。主体反应釜由哈氏合金钢制成,依靠电加热最高加热及维持温度为350℃,两套主体反应釜容积3300mL,最高压力分别为15 MPa和30 MPa。

本套实验装置具有如下特点:

  (1)大容量反应釜可以直接容纳机械筛管局部10cm×10cm的切片样品,以及整体筛管短节样品,以研究复杂结构体(而不仅仅是金属挂片)的腐蚀规律;

  (2) 特殊的夹持机构使得每个主体反应釜可以同时放置6-8个样品,两个反应釜可以允许同时设置批量样品进行不同条件下的并行腐蚀对比实验;

  (3) 可以模拟动态腐蚀条件,除了保持夹持机构携带实验样品在腐蚀流体介质中动态旋转外,还可以不停机实现同组份气体和液体的实时更换,以模拟实际井下流体的持续产出条件,使得腐蚀模拟结果更加接近实际情况。


  

PSCCL实验室研究建立了基管、保护罩和不同介质类型和微观结构挡砂介质的腐蚀测试数据分析处理方法、计算模型和评价指标体系。提出系统的定性评价和定量评价方法。后者使用腐蚀失重率、平均质量腐蚀速率、平均深度腐蚀速率等三个指标评价筛管的抗腐蚀性能。并研究形成了根据实验测试数据精确计算上述三个指标的方法。

PSCCL实验室构建了从试件数据管理、实验数据采集、实验数据分析、腐蚀性能评价、腐蚀评价结果分析、井底筛管腐蚀工况模拟于一体的腐蚀评价软件系统。借助该软件工具可以完成一站式腐蚀材料数据库维护、快速试件数据维护、腐蚀评价与结果对比分析,一套系统完成全部腐蚀测试实验及评价工作。

目前该实验系统已经服务于我国某高温高压气藏的筛管腐蚀性能评价,完成动态条件下不同水气比对筛管筛管保护罩/挡砂介质/基管样件、筛管组合切片、筛管整体短节的动态腐蚀实验,全部腐蚀实验的抗腐蚀性能评价及实验结果分析。该系统可应用于高腐蚀环境下的金属管柱及机械筛管腐蚀评价。

 

■ 机械筛管冲蚀损坏综合模拟评价系统(UPC-CPOE防砂完井联合实验室共建)(专利 ZL201810805289.2)

该装置用于水平井、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。

  (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。 

 

 ■ 砾石充填施工管柱冲蚀流动综合模拟评价实验系统(在建)

该系统用于多层充填防砂工具冲蚀流动评价研究,能够实现多层充填防砂工具冲蚀流动模拟评价研究:

 (1)能够实现不同角度、不同流速与不同砂比等情况下的单孔侧面冲蚀实验评价,揭示不同金属材料冲蚀损坏机理与规律

 (2)能够模拟不同条件下混砂液在充填工具中的沉积情况,观察沉积形态与沉积量,为解决管内沉积造成上提管柱困难提供思路

 (3)能够模拟混砂液在充填工具管内环空的正反循环流动,测试摩阻,形成正反循环摩阻预测计算方法


  ▋▎井筒携砂和流动类实验系统-Sand-Carrying and Flowing Experiments Group

 ■ 井筒油气水携砂多相流动模拟实验系统

该套系统主要完成垂直井、水平井不同井径、倾角、流动条件的气液固流动模拟以及携砂与沉砂评价实验。该系统先后完成了多项国家自然按科学基金项目和企业合作项目合计10余项目的实验研究任务。系统包括加砂系统、高速摄像系统、测试传感器,泵送系统以及气液混合系统,加长水平段模拟长度。新的复杂条件流动与携砂模拟系统主要利用透明模拟井筒对气、液/油、固三相管流进行流动模拟,并可评价不同流动条件下井筒携砂及沉砂动态。

该系统具体实验功能包括:
  (1) 气、液单相管流流动模拟实验,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,观察流型及测量压力分布;
  (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;
  (6) 水平井不同井段的携砂与沉砂模拟实验;
  (7) 水平井水平段变质量流动模拟。

  (8) 气井排水采气模拟及优选管柱实验。



复杂条件流动与携砂模拟系统具备如下特性:

  (1) 模拟不同倾角和五种直径的直井筒复杂条件流动;
  (2) 模拟三种直径的水平井水平、倾斜、垂直井段复杂条件流动;
  (3) 能够驱替清水、增粘水、聚合物溶液、压裂液、原油、油水混合物等液体;
  (4) 能够实现气液定量混合实现气液混合流动模拟及携砂和沉砂模拟;
  (5) 能够模拟水平段径向入流情况下的沉砂与携砂动态模拟;
  (6) 高速摄像系统实现图像和视频采集;
  (7) 流量、压力、压差的实时测量与采集。

复杂条件流动与携砂模拟系统能够实现原油和复杂流体条件下的不同井型流动模拟,主要用于气井排水采气、油井携砂生产、水合物井排采设计等流动机理与设计应用研究。欢迎各位朋友来访参观交流。

 

  ▋▎测试仪器类系统-Other Test Devices

其它测试仪器包括:

  ■ 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



  

 

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