本發(fā)明涉及石油鉆井安全，尤其涉及一種淺層氣井噴出砂模擬裝置。

背景技術(shù)：

1、在海上石油工業(yè)中，海底地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造運(yùn)動活躍，常伴有海底滑坡、淺層氣、天然氣水合物、氣體逃逸坑、海底陡坎引發(fā)的海底地質(zhì)災(zāi)害，而淺層氣災(zāi)害是一種典型的海洋地質(zhì)災(zāi)害，給海洋油氣安全高效開采帶來嚴(yán)重威脅。淺層氣形成后易在高滲砂土層中發(fā)生聚集，被低滲透性淤泥類土覆蓋時，形成高壓氣囊，當(dāng)鉆井作業(yè)鉆遇至淺層氣層時，由于地層壓力預(yù)測不準(zhǔn)或工程原因等會發(fā)生井筒氣侵、井涌、井眼垮塌、井壁失穩(wěn)等復(fù)雜情況，嚴(yán)重時導(dǎo)致井噴失火，平臺坍塌等重大事故。

2、淺層氣通常是指海底以下1000m淺地層內(nèi)聚集的有機(jī)氣體，通常不具備開采價值，成分多以甲烷為主。由于淺層氣埋深淺，地層膠結(jié)疏松、巖石強(qiáng)度低，淺層氣囊中往往含有流砂，鉆井過程中井筒內(nèi)壓力降低后處理不當(dāng)易引發(fā)井噴，導(dǎo)致大量泥砂隨氣體噴出，形成災(zāi)害，影響海上平臺鉆采的順利進(jìn)行。

3、由于井噴過程中攜帶了大量泥砂，導(dǎo)致地層虧空，井眼處易發(fā)生垮塌，應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，從而容易引起地層的整體變形，進(jìn)一步影響海上鉆采工作。近年來，人們雖然逐步嘗試通過室內(nèi)試驗的方法進(jìn)行海底淺層地質(zhì)災(zāi)害評價，但實驗裝置都無法應(yīng)用于淺層氣井噴出砂的定量描述。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提供一種淺層氣井噴出砂模擬裝置，旨在解決相關(guān)技術(shù)中無法對淺層氣井噴災(zāi)害進(jìn)行定量評估的問題。

2、本發(fā)明提供一種淺層氣井噴出砂模擬裝置，包括：

3、氣體供給管路；

4、調(diào)壓閥，所述調(diào)壓閥的入口與所述氣體供給管路的下游端連接；

5、噴砂裝置，所述噴砂裝置的入口與所述調(diào)壓閥的出口連接，所述噴砂裝置的頂部設(shè)置有砂粒出口；

6、觀察筒，所述觀察筒的底部與所述砂粒出口連接，所述觀察筒上設(shè)置有多個插孔，多個所述插孔沿所述觀察筒的軸向分布，且所述插孔沿所述觀察筒的徑向連通所述觀察筒的內(nèi)外兩側(cè)；

7、隔板，所述隔板用于插入所述插孔內(nèi)，當(dāng)所述隔板插入所述插孔后，所述隔板覆蓋所述觀察筒內(nèi)部的橫截面區(qū)域。

8、根據(jù)本發(fā)明提供的淺層氣井噴出砂模擬裝置，所述氣體供給管路包括空氣壓縮機(jī)和儲氣罐，所述空氣壓縮機(jī)的入口與氣源連通，所述空氣壓縮機(jī)的出口與所述儲氣罐連接，所述儲氣罐的出口與所述調(diào)壓閥的入口連接。

9、根據(jù)本發(fā)明提供的淺層氣井噴出砂模擬裝置，所述氣體供給管路還包括過濾器，所述過濾器位于所述空氣壓縮機(jī)的上游。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的淺層氣井噴出砂模擬裝置，所述空氣壓縮機(jī)的上游還設(shè)置有閥門。

11、根據(jù)本發(fā)明提供的淺層氣井噴出砂模擬裝置，所述空氣壓縮機(jī)上還設(shè)置有消音器。

12、根據(jù)本發(fā)明提供的淺層氣井噴出砂模擬裝置，所述儲氣罐上設(shè)置有安全閥。

13、根據(jù)本發(fā)明提供的淺層氣井噴出砂模擬裝置，所述觀察筒為伸縮筒體結(jié)構(gòu)。

14、根據(jù)本發(fā)明提供的淺層氣井噴出砂模擬裝置，所述噴砂裝置的頂部與所述觀察筒的底部插接連接，且所述噴砂裝置的頂部位于所述觀察筒的內(nèi)部。

15、根據(jù)本發(fā)明提供的淺層氣井噴出砂模擬裝置，所述觀察筒的內(nèi)側(cè)靠近底部的位置設(shè)置有導(dǎo)向裝置，所述導(dǎo)向裝置的內(nèi)徑由上至下逐漸減小，且所述導(dǎo)向裝置的頂部開口的內(nèi)徑等于所述觀察筒的內(nèi)徑，所述導(dǎo)向裝置的底部開口的內(nèi)徑等于所述噴砂裝置的所述砂粒出口的內(nèi)徑，當(dāng)所述噴砂裝置與所述觀察筒連接后，所述噴砂裝置的頂部與所述導(dǎo)向裝置的底部接觸。

16、根據(jù)本發(fā)明提供的淺層氣井噴出砂模擬裝置，所述觀察筒的橫截面的內(nèi)側(cè)為圓形，所述插孔的圓心角大于或等于180度，所述隔板的頭端為半圓形，且所述隔板的頭端的外徑等于所述觀察筒的內(nèi)徑。

17、本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：

18、本發(fā)明提供的淺層氣井噴出砂模擬裝置，包括氣體供給管路、調(diào)壓閥、噴砂裝置、觀察筒和隔板。氣體供給管路、調(diào)壓閥和噴砂裝置依次連接，觀察筒連接在噴砂裝置頂部的砂粒出口處。在觀察筒上還設(shè)置有多個插孔，多個插孔沿觀察筒的高度方向分布，且每個插孔均沿觀察筒的徑向連通觀察筒的內(nèi)外兩側(cè)。隔板用于插入插孔內(nèi)，當(dāng)隔板插入插孔內(nèi)后，隔板覆蓋觀察筒內(nèi)部的橫截面區(qū)域。實驗時，將調(diào)壓閥的壓力調(diào)節(jié)到第一壓力值，氣體供給管路通過調(diào)壓閥向噴砂裝置噴射帶壓氣體，帶壓氣體帶動噴砂裝置內(nèi)的砂粒向上噴射，實驗人員通過觀察筒觀察砂粒的噴射狀態(tài)，待砂粒噴射穩(wěn)定時，逐次向多個插孔內(nèi)快速插入隔板，隔板用于收集對應(yīng)的插孔上方的砂粒，并對收集到的砂粒進(jìn)行稱重。如此可以得到多個插孔對應(yīng)高度處的噴砂量，將上述的數(shù)據(jù)作為樣點繪制在實驗高度與實驗噴砂量的二維坐標(biāo)系上，并將上述的樣點平滑連接，擬合出在第一壓力值下實驗高度與實驗噴砂量的二維圖像。然后逐漸升高或降低調(diào)壓閥的實驗壓力，以得到多個實驗壓力下實驗高度與實驗噴砂量的二維圖像。在實際生產(chǎn)過程中，可選擇合適的實驗壓力，計算實際地層壓力與實驗壓力值的比值，然后將井深除以該比值即得到實驗高度，從與上述實驗壓力對應(yīng)的圖像中即可得到該實驗高度下的實驗出砂量，將實驗出砂量乘以上述的比值即可估算實際生產(chǎn)過程中的出砂量?；蛘撸诰畤姾?，可以將實際出砂量和井深除以合適的比例值，得到實驗出砂量值和實驗高度值，以此評估井噴位置的地層壓力。本發(fā)明提供的淺層氣井噴出砂模擬裝置可用于在已知地層壓力的情況下評估出砂量，也用于在已知出砂量的情況下評估地層壓力。

技術(shù)特征：

1.一種淺層氣井噴出砂模擬裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺層氣井噴出砂模擬裝置，其特征在于，所述氣體供給管路包括空氣壓縮機(jī)(500)和儲氣罐(600)，所述空氣壓縮機(jī)(500)的入口與氣源連通，所述空氣壓縮機(jī)(500)的出口與所述儲氣罐(600)連接，所述儲氣罐(600)的出口與所述調(diào)壓閥(100)的入口連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的淺層氣井噴出砂模擬裝置，其特征在于，所述氣體供給管路還包括過濾器(700)，所述過濾器(700)位于所述空氣壓縮機(jī)(500)的上游。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的淺層氣井噴出砂模擬裝置，其特征在于，所述空氣壓縮機(jī)(500)的上游還設(shè)置有閥門(800)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的淺層氣井噴出砂模擬裝置，其特征在于，所述空氣壓縮機(jī)(500)上還設(shè)置有消音器(1000)。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的淺層氣井噴出砂模擬裝置，其特征在于，所述儲氣罐(600)上設(shè)置有安全閥(900)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺層氣井噴出砂模擬裝置，其特征在于，所述觀察筒(300)為伸縮筒體結(jié)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺層氣井噴出砂模擬裝置，其特征在于，所述噴砂裝置(200)的頂部與所述觀察筒(300)的底部插接連接，且所述噴砂裝置(200)的頂部位于所述觀察筒(300)的內(nèi)部。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的淺層氣井噴出砂模擬裝置，其特征在于，所述觀察筒(300)的內(nèi)側(cè)靠近底部的位置設(shè)置有導(dǎo)向裝置(1100)，所述導(dǎo)向裝置(1100)的內(nèi)徑由上至下逐漸減小，且所述導(dǎo)向裝置(1100)的頂部開口的內(nèi)徑等于所述觀察筒(300)的內(nèi)徑，所述導(dǎo)向裝置(1100)的底部開口的內(nèi)徑等于所述噴砂裝置(200)的所述砂粒出口(210)的內(nèi)徑，當(dāng)所述噴砂裝置(200)與所述觀察筒(300)連接后，所述噴砂裝置(200)的頂部與所述導(dǎo)向裝置(1100)的底部接觸。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺層氣井噴出砂模擬裝置，其特征在于，所述觀察筒(300)的橫截面的內(nèi)側(cè)為圓形，所述插孔(310)的圓心角大于或等于180度，所述隔板(400)的頭端為半圓形，且所述隔板(400)的頭端的外徑等于所述觀察筒(300)的內(nèi)徑。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種淺層氣井噴出砂模擬裝置，可將調(diào)壓閥固定在不同的實驗壓力，將實驗高度作為自變量，實驗噴砂量作為因變量，得到實驗高度與實驗噴砂量的二維圖像?？稍谝阎詈偷貙訅毫Φ那闆r下，利用相似，得出實驗壓力和實驗高度。通過實驗壓力找到對應(yīng)的二維圖像，并根據(jù)實驗高度在二維圖像上得到實驗噴砂量，進(jìn)而利用相似評估實際噴砂量。或可將實驗高度進(jìn)行固定，將實驗壓力作為自變量，實驗噴砂量作為因變量，得到實驗壓力與實驗噴砂量的二維圖像?？稍谝阎獙嶋H噴砂量和井深的情況下，利用相似得到實驗噴砂量和實驗高度。通過實驗高度找到對應(yīng)的二維圖像，并根據(jù)實驗噴砂量在二維圖像上得到實驗壓力，進(jìn)而利用相似評估實際地層壓力。

技術(shù)研發(fā)人員：閆新江,殷志明,李中,曹硯鋒,楊向前,張曉彤,幸雪松,謝仁軍,于繼飛,韓忠英
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中海石油（中國）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21