[發明專利]一種反向填礫模擬試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 202011620416.5
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112727409B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 廖文勝;張建華
• 申請（專利權）人: 核工業北京化工冶金研究院
• 主分類號: E21B43/04
• 分類號: E21B43/04;E21B49/00;G09B25/02
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 張雅丁

本發明屬于鉆井工程技術領域，具體涉及一種反向填礫模擬試驗裝置及試驗方法。試驗裝置可以直視、準確模擬礫料充填效果，并可對礫料、攜礫液、過濾器密封裝置等進行評價，研究井內礫石充填規律、優化施工工藝、提高井內礫石充填率。本發明采用透明模擬套管柱和升降裝置，可以靈活適應模擬套管長度和填礫高度；采用循環系統，可以模擬攜礫液循環；采用壓力平衡管模擬地下水位，可以模擬攜礫液進入地層，評價攜礫液損失。整個裝置，可以評價礫料如輸送、填實程度，攜礫液、過濾器性能及整體反向填礫工藝。

技術領域

本發明屬于鉆井工程技術領域，具體涉及一種反向填礫模擬試驗裝置及試驗方法。

背景技術

隨著地浸采鈾的發展，填礫式一次性成建井工藝模式已不能適應地浸采鈾工藝井的要求，從而發展了以逆向注漿、切割、設置內置過濾器并反向填礫等新的成井工藝(CN105804690B、CN 107780879 A、CN106930734A、CN107269252B)。

但是，井下作業是不可見的，這使地浸采鈾及相關行業長期以來都是以實踐經驗為主，在實際應用中去摸索，也導致新成井技術發展緩慢。對于填礫，無法直觀觀察充填效果，無法計算礫石充填的緊實度和充填效率，也無法預測充填過程中的流體攜礫的情況，對于不同規格的過濾器應配備何種規格的礫石沒有具體而可靠的理論數據作為依據，只能單純依靠經驗進行簡單的判斷，無法科學地指導生產實踐。因此，開發室內模擬填礫試驗裝置，并應用裝置進行工藝模擬以探索新工藝、新技術，成為亟待開展的工作。

CN101270640A公開了一種微型礫石充填模擬裝置，采用可視套管、油管及流體注入管，通過在可視套管內填入不同礫石，測量流體從油管中的流出量，來評價不同礫石的充填性能。CN100342115C公開了一種篩管模擬實驗裝置，其包括實驗套管及與實驗套管連接的測試儀表，所述實驗套管包含內套管、外套管，并在內套管內部插設要檢測的篩管，該裝置主要用于檢測篩管在井下實際工況的各種性能。CN103452533B公開了一種可視化水平井礫石充填模擬試驗裝置，該裝置采用的模擬井筒具有多個透明筒，兩兩透明筒之間通過金屬短筒相連，模擬井筒內穿設有篩管、濾失管線、返排管線，裝置可視化、提高了試驗壓力。

由上可知，現有的模擬實驗裝置主要針對油井內置篩管而研制，結構復雜，地浸采鈾及一般水井難以直接應用。

對地浸采鈾及一般水井的反向填礫模擬試驗裝置，需考慮以下問題：(1)可視化，以直觀了解填礫過程及效果；(2)準確模擬不同填礫方式及礫料在套管內的運動，為現場反向填礫施工提供指導作用；(3)裝置簡單、模型高度可以任意組合、易于安裝與拆卸。

發明內容

針對以上不足，本發明的目的是提供一種反向填礫模擬試驗裝置及試驗方法，試驗裝置可以直視、準確模擬礫料充填效果，并可對礫料、攜礫液、過濾器密封裝置等進行評價，研究井內礫石充填規律、優化施工工藝、提高井內礫石充填率。

本發明的技術方案如下：

一種反向填礫模擬試驗裝置，包括模型系統、填礫系統和循環系統；

所述模型系統包括模擬套管柱和懸掛在下部第一根套管內的過濾器；所述的填礫系統包括攜礫液罐、投礫泵、出液閥、投礫罐或投礫口、壓力表、投礫管；所述循環系統包括溢流管、集液裝置和集液管線、滲流口、三通閥、壓力平衡管、壓力表、流量調節閥及滲流管線；

模擬套管柱由套管和管箍通過絲扣一一連接而成；最下部第一根套管的底部通過絲扣與堵頭連接并封堵套管柱下部，中部設有一個滲流口，上部通過絲扣與管箍相連；之后套管和管箍依次相連至模擬井口；最上面一根套管的頂端連有井口溢流裝置，投礫管和溢流管穿過溢流裝置，通過溢流裝置密封套管、投礫管及溢流管之間的空間；

填礫系統，攜礫液從攜礫液罐中經投礫泵、出液閥在投礫罐或投礫口將礫料帶出，經投礫管和過濾器將礫料充填至過濾器與第一根套管之間的空間中；