[摘 要]本文通过对国内外防砂模拟试验装置的深入调研，开发、研制了一套多功能的防砂模拟试验系统。该套试验系统不仅可以实现不同井筒尺寸（9-1/2〞、7〞、5-1/2〞） 、不同井型（直井、侧钻井、大斜度井、水平井）、不同防砂方法（机械防砂、化学防砂）的模拟试验，还可以进行各种防砂材料的研发、检测和性能评价，对现场的防砂设计和防砂施工具有重要的指导意义。
　　[关键词]防砂模拟单元 试验系统 混砂系统 液固分离系统 计量系统 安全控制系统
　　中图分类号：TM215.407 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0326-01
　　前 言
　　建立先进的防砂试验室，不仅能使防砂科研工作少走弯路，避免人、财、物的大量浪费，提高科研开发能力和水平；为防砂设计提供大量的参数，提高设计水平；而且还能为防砂技术的评价，产品的检测、监督和提高防砂质量，评价防砂效果提供技术支持。该套试验系统的设计完成，不仅可以有效指导防砂施工设计与现场的防砂施工，而且对新型防砂材料的研发提供了有利的手段。
　　防砂模拟试验系统的组成
　　整个防砂模拟试验系统分两大部分：防砂模拟试验区和防砂材料高温高压下检验检测评价区。
　　其中，防砂模拟试验区可在试验温度为常温，试验压力≤30 MPa，流量0～10 L/min，试验时间≤10 h，砂比≤30%的情况下，模拟直井、水平井、砾石充填、复合射孔、压裂防砂、人工井壁防砂、网状纤维复合防砂、多油层油井防砂的油井防砂模拟试验。
　　防砂材料高温高压下检验检测评价区，可在试验温度≤374 ℃，试验压力≤21.9 MPa，流量150 kg/h，试验时间为一个注期周期，试验介质为水蒸汽的试验条件下，针对各种防砂材料 （各种筛管、陶粒、树脂砂、石英砂、网状纤维等），检验检测其在高温、高压状态下的物理性能变化。
　　防砂模拟试验系统的功能与特点
　　1. 系统功能
　　（1）防砂材料研发试验：进行各种类型的防砂材料的研制，如机械类，研制各种类型的防砂筛管、防砂过滤材料等；化学类，研制各种类型的树脂砂、固砂剂、增孔剂等；针对具体井、区块进行不同类型防砂材料的优选试验；进行各种防砂材料在不同工艺参数下对油井产能的影响研究。
　　（2）防砂性能检测评价：检测和评价不同类型的筛管和化学防砂材料的挡砂性能、抗堵塞性能、出砂粒径和粒度分布等，检测和评价机械和化学防砂时的填充质量和填充效果。
　　（3）防砂模拟试验：可以利用该系统开展不同井筒尺寸的模拟试验，不同防砂材料的模拟试验，不同施工参数的模拟试验。
　　2. 系统特点
　　整个防砂模拟试验系统具有如下六大特点：
　　动态模拟真实化＼试验系统模块化、用途功能多样化、温度压力可控化、安全可靠集成化、自动测控可视化。
　　防砂模拟试验系统基本原理设计
　　所设计的防砂模拟试验系统能够模拟不同井筒尺寸下各种防砂工艺，包括机械防砂、化学防砂等，在不同工艺参数下的防砂效果以及防砂后对油井产能的影响。高温高压下防砂材料检验检测评价是通过将该模型中连续注入蒸汽，检测防砂筛管、防砂材料过滤单元及化学防砂材料在此状态下发生的物理性能变化。样件检测工具通过放入机械样件或化学防砂的固结砂样块，就可以进行相应的测试试验。
　　防砂模拟试验系统基本流程设计
　　整个防砂模拟试验系统由配液系统、储液系统、加砂搅拌系统、泥浆泵、计量泵、流量计、防砂模拟试验模型、旋流除砂装置、回压控制系统等仪器、设备组成。
　　其流程简述如下：试验用水由供水池出来后，经计量泵打入配液罐，在配液罐里完成配液过程。配制好的液体，经计量泵进入混砂系统，进行混砂处理，处理后的混砂液经泥浆泵打入防砂模拟试验装置，进行防砂模拟试验，试验后的流体经过旋流除砂、过滤、回压控制后，打入储液罐内，以备进行下一次试验。针对整个防砂模拟试验系统，有相应的电子控制系统、数据采集与处理系统、温度、压力控制系统等。从而确保合理的试验参数与试验的顺利进行。
　　防砂模拟试验系统模块
　　1.模拟井筒单元
　　根据油井防砂工艺的不同，模拟井筒单元包括直井、水平井、砾石充填防砂井、压裂防砂井、人工井壁防砂井、复合射孔防砂井、网状纤维复合防砂井模型，利用该模型和整个防砂模拟试验系统其它的仪器、设备、装置，可以进行不同防砂方法的防砂模拟试验。
　　2.供液系统
　　整个井防砂模拟试验系统中的供液部分主要由供水池、输液泵、配液罐、齿轮泵、喷枪、泥浆泵、水池、接头、阀门及管线等部分组成。
　　3.混砂系统
　　混砂系统的主要作用是将配液与砂子按一定的比例进行混合。输砂量的调节由计算机进行控制，通过计算机控制电机驱动器，来控制双向绞龙的转速，达到控制输砂量的目的。
　　4.计量系统
　　防砂模拟试验系统的计量部分由计量泵、流量计、流量测量、温度测量、压力压差测量等内容组成。
　　5.液固分离系统
　　防砂模拟试验系统的液固分离部分由一套将降粘、稀释过滤、旋流分离等综合装置组成。由于粘度对旋流除砂的效果影响较大，因此为了得到较好的除砂效果，特地在除砂装置中加一降粘装置，由一个供水池和一台柱塞泵组成。由泵将供水池中的水送入旋流除砂筒的含砂液入口处，与含砂液混合，这样，既降低了粘度，又加大了进液的旋流线速度，这样可大大提供旋流除砂效果。
　　6.回压控制系统
　　本系统的回压控制通过针阀来节流实现，其回压控制采用针阀+减速电机+伺服电机+远程控制系统实现。
　　7.安全控制系统
　　模型筒体安全设计：（1） 模型筒体的安全由模型筒体的强度设计来保证；（2） 防爆装置采用泄放口径为25 mm的爆破片； （3） 模型入口处安装HTN-25S系列安全阀，保证筒体安全；（4） 计算机程序中也有过压停泵装置，如果模型筒体压力大于设定值，则管道中送液将立刻被终止。
　　8.数据采集、控制与处理系统
　　包括数据采集与控制系统的原理设计、工艺流程简要说明、计算机及软件、电气控制系统、（数据处理系统。
　　结论及建议
　　1.结论
　　通過本项研究，开发、研制出了一套多功能的防砂模拟试验系统。可以实现不同井筒尺寸、不同防砂方法的防砂模拟试验、防砂材料检验、检测评价试验、防砂材料研发试验，为防砂施工设计和现场的防砂施工作业提供了有利的技术保障。
　　2.建议
　　在防砂模拟试验系统完成的基础上，深入开展试验研究，并扩大试验系统的功能，建立功能齐全的防砂模拟试验室。
　　作者简介
　　作者简介：吕民（1972-），男，高级工程师，1995年毕业于西安石油大学，石油工程专业，目前主要从事油气井防砂科研工作。