一种砾石充填实验装置及实验方法与流程

1.本发明涉及天然气水合物开采实验设备，具体涉及一种砾石充填实验装置及实验方法。


背景技术：

2.天然气水合物或油气井开采时，为了应对地层出砂造成的减产和井筒复杂情况，通常需进行砾石充填作业，以提高开采井的稳产周期。砾石充填能够在筛管-套管环空、套管与井壁环空、以及近井地层一定范围内形成一层致密且高渗的挡砂层，起到稳定地层和提高近井渗透率的作用。对油气田、水合物资源、非常规油气的长效开发具有重要意义。
3.能源开发领域的砾石充填作业，涉及携砾液体系、充填颗粒、充填砂比、充填排量、充填循环摩阻、充填脱砂压力、充填效果评价等工艺参数，有效的实施砾石充填作业，能够缩短作业周期，缩减施工成本，因此一般施工前，需要开展充填模拟与试验验证。在海域水合物、深海疏松砂岩油气井开采过程中，地层软弱易垮塌、破裂压力低，成为砾石充填不利因素。因此，需要研发一种多用途的砾石充填实验评价装置，用于开展复杂条件下的砾石充填模拟研究。以水平井为例，水平井的筛管外砾石充填，涉及含固相流体的轴向与径向流动，以及不同套管孔眼间的扰流、跃流、激流等作用，流态复杂，并存在流体之间质量与动量的交换。携砂液性质类似非牛顿流体，其携带的不同性质的砾石，产生不同的堆积前缘和堆积形态，增加了充填后的效果评价难度。
4.目前，现有科技人员对砾石充填的实验装置、模拟方法等开展了一定程度的研究，如专利cn 112177571 a开发了一种砾石充填储层亏空防砂井砾石充填程度模拟实验装置，虽然可以高度模拟油井由于长时间开采而存在多轮次出砂亏空的地层条件，但需下入井下声波成像测井系统，对岩心进行成像检测后才可进行深入分析；专利cn 114320243 a为一种天然气水合物储层多分支水平井砾石充填模拟实验系统，但未可考虑多点漏失对充填造成的影响；专利cn 111980636 b提供了一种油层防砂用砾石充填装置及方法，但不针对复杂充填情况开展研究；专利cn 111305797 a研发的一种半潜式平台砾石充填装置和方法，但适用于实际生产，不适于开展研究实验；专利cn 108756830 b针对常规充填提出一种水平井砾石充填模拟计算方法，但未考虑漏失充填的复杂性；专利cn 107795303 a根据实际井身结构安装井筒管柱，进行充填作业仿真及充填质量检测，但尺寸过大同时未考虑漏失，不能完全体现水合物充填的特殊性；专利cn 107100596 a提供了一种预充填防砂筛管的加工设备，未考虑筛管外砾石充填；陈彬等(2016)提出了一种套管井砾石充填工艺优化及盲管外砂高计算方法，但也局限于常规充填的工艺和参数，对充填后效果评价尚未涉及；张继伟等(2018)提出了一种疏松砂岩充填砂量的预测模型，但仅考虑地层未漏失时的充填量模拟。
5.综上，针对浅软易漏失地层充填、水平井砾石充填、超轻质陶粒充填体系及运移堆积模式、套管外环空的不同储改方式后的充填形式及效果等进行研究的相关发明几乎没有。


技术实现要素：

6.为了解决浅软易漏失地层充填、水平井砾石充填、超轻质陶粒充填体系及运移堆积模式、套管外环空的不同储改方式后的井内空间形态和工作液对充填扰动及充填效果评价的难题，本发明提供一种砾石充填实验装置及实验方法。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
8.一种砾石充填实验装置，包括实验釜体、冲管、近井改造空腔、混砂撬、充填撬、流量传感器、流速传感器、压力传感器、数据处理终端以及数据显示终端；
9.所述实验釜体包括井壁，所述井壁表面分布有井壁孔眼；在所述井壁内设置有套管，两者之间环空，所述套管表面分布有与所述井壁孔眼相对应的套管孔眼；在所述套管内设置有筛管，两者之间环空，所述筛管允许流体从筛管外侧进入内侧，但充填颗粒无法进入；
10.所述冲管一端依次插入至井壁、套管、筛管内，另一端伸出远离所述实验釜体并通过固液输送管线和储液罐相连接；
11.所述近井改造空腔的一端和井壁孔眼相连通，另一端采用直接敞口的方式，用以模拟充填过程中漏失的携砾液和充填砾石；另一端或采用金属丝网封口的方式，用以模拟挤压充填或增渗充填；
12.所述混砂撬用于将充填砾石和海水搅拌混合，以形成两相流体；
13.所述充填撬用于将所述两相流体泵送至充填口，所述充填口连通至井壁和套管之间的环空和/或套管和筛管之间的环空；
14.所述流量传感器用于测量实验过程中携砂流体或不含砂流体的流量；
15.所述流速传感器用于测量实验过程中携砂流体或不含砂流体的流速；
16.所述压力传感器用于测量实验过程中携砂流体、不含砂流体、以及实验釜体的压力测量数据；
17.所述数据处理终端用于接收所述流量传感器、流速传感器以及压力传感器所测量到的数据，并进行数据处理、保存；
18.所述数据显示终端，用于实时显示所述数据处理终端处理后的信号数据，监测实验整个过程。
19.进一步地，所述井壁由不同直径大小的井段组成，不同井段之间通过变径接头连接。
20.进一步地，所述井壁孔眼在井壁上的分布方式根据地层特性和改造方式相结合进行设计，在近井改造空腔不需要与井壁孔眼连接的时候，将井壁孔眼封堵。
21.进一步地，所述井壁孔眼在井壁周向按照15
°
/个，轴向分布间距0.2m/组分布；所述井壁孔眼内壁设置有螺纹，以和所述近井改造空腔螺纹连接。
22.进一步地，所述套管的一端通过第一法兰盘和所述井壁连接；所述筛管一端通过第二法兰盘和所述第一法兰盘相连接。
23.进一步地，所述冲管一端通过密封的方式依次插入至井壁、套管、筛管内，并和所述第二法兰盘之间留有孔隙。
24.进一步地，所述近井改造空腔设置有可视观察窗。
25.进一步地，所述近井改造空腔通过金属材料或聚合物材料加工制作而成，形状成
纺锤体或鱼廓体或多维缝网体。
26.进一步地，在所述充填撬和充填口相连通的管路上设置有双向液控阀。
27.进一步地，所述的砾石充填实验装置，还包括：
28.振动筛，所述振动筛和所述近井改造空腔相连接，用于对从所述近井改造空腔流出的含充填砾石的液体进行筛分，其中筛分出的充填砾石收集，计量后再利用，流体则流入至储液罐中，循环利用。
29.第二方面，本发明提供一种砾石充填实验方法，所述方法基于上述的装置，所述方法包括：
30.步骤一：利用混砂撬将陶粒与海水进行混合，形成两相流体，利用充填撬将两相流体泵入套管与筛管的环空，两相流体进入环空后，将按照优势通道的原则进行流动，首先在环空中，其次，会分流一部分两相流体通过套管上的套管孔眼进入套管与井壁的环空、继续进入近井改造空腔；通过实验釜体上设置的多组压力、流速传感器获取釜体各部分的压力与流速数据，利用数据处理终端进行处理，在数据显示终端上显示充填过程中各流动空间的流速分布、压力分布，获得流速、压力实时变化云图，掌握充填过程中的流体在复杂孔喉中的运移规律，同时，通过在近井改造空腔上设置的可视观察窗，能够直观的观察到两相流体在各个改造空腔内的流动状态与充填形态；
31.步骤二：陶粒在遇到筛管与近井改造空腔一端的金属丝网后，会被网状结构阻断，无法流出实验釜体，而海水则通过管线进入振动筛与储液罐，继续进行后续的混砂作业；
32.步骤三：随着充填的不断进行，筛管与套管之间的环空、套管与井壁之间的环空、近井改造空腔内会逐渐堆积陶粒，直至整个实验釜体无法在容纳多余的陶粒，充填则停止，该组充填结束；
33.步骤四：通过充填过程中对流速、压力的实时云图记录、分析，以及通过可视观察窗观察到的充填流态现象；再将充填后近井改造空腔拧卸，观察井壁与套管内部的充填结构与状态，综合分析该组充填参数下的充填效果；
34.步骤五：将实验釜体内部的颗粒清洗干净后，改变充填参数，重复进行充填实验
35.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
36.为了解决浅软易漏失地层充填、水平井砾石充填、超轻质陶粒充填体系及运移堆积模式、套管外环空的不同储改方式后的井内空间形态和工作液对充填扰动及充填效果评价的难题，在该工况下作业，会呈现不同的充填施工形态、施工结果，因此也需要不同的砾石充填施工参数，这就需要针对浅软未固结的储层砾石充填专门开发一套多功能的砾石充填实验装置和方法。本发明通过创新设计，在井壁上设置多组可灵活组合的近井改造空腔，通过不同空腔的搭配，利用同一套实验装置，实验对不同地层、不同改造形式、不同充填参数下的充填效果评价及充填参数优化，应用后，将大大减少了研究成本，提高了实验研究效率，提高研究成果的可靠性。本发明相对于现有技术，所要解决的技术问题以及所采用的技术手段主要包括：
37.1、为了解决浅软地层破裂压力低，在防砂充填过程中，易造成充填流体和充填砂漏失，无法有效评价充填效果的难题，本发明通过创新设计近井改造空腔，在空腔远离实验主釜体的一端采用直接敞口的方式，模拟充填过程中漏失的携砾液和充填砾石；采用金属丝网封口的方式，模拟挤压充填或增渗充填的，利用端部脱砂原理，实现充填颗粒在近井带
的停留、架桥、增强增渗。
38.2、为了解决不同改造方式、储层改造参数在套管、井壁及近井带产生的空腔、孔隙、孔洞，对携砾石流体产生的复杂扰动，致使无法有效评价充填效果，无法确定最优充填参数的难题，本发明创新采用模拟井壁与模拟空腔自有组合的方式，可以模拟不同储层物性、不同储层改造参数及改造方式、不同充填施工参数及工艺后的近井空间形态，实现不同开采参数时的充填模拟实验。
39.3、本发明还可解决不同井段缩径、扩径等造成充填流态复杂，充填效果难评价的问题，采用变径接头将不井径的模拟井壁连接，利用多组流速、压力传感器获取的实验釜体整体的流速、压力场，完成流速、压力云图的实时模拟反演，对充填参数优化、施工前物料准备，施工后充填效果评价具有重要意义。同时也可模拟裸眼筛管完井、套管筛管完井等不同完井方式下的充填形态。
附图说明
40.图1为本发明实施例提供的砾石充填实验装置的整体组成示意图；
41.图2为近井改造空腔的剖面形状示意图；
42.图3为井壁上设置有多组井壁孔眼示意图；
43.图4为不同改造类型及不同相位角示意图；
44.图5为不同井径充填示意图；
45.图中：1、近井改造空腔；1-1、可视观察窗；2、井壁；2-1、井壁孔眼；2-2、缩井段径；2-3、扩径井段；2-4、变径接头；3、套管；4、筛管；5、第一法兰盘；6、冲管；7、第二法兰盘；8、储液罐；9、混砂撬；10、集砂罐；11、泥浆泵；12、充填撬；13、充填口；14、流速传感器；15、压力传感器；16、流量传感器；17、数据处理终端；18、数据显示终端；19、双向液控阀；20、振动筛；21、基座。
具体实施方式
46.实施例：
47.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接、信号连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
48.为了解决浅软易漏失地层充填、水平井砾石充填、超轻质陶粒充填体系及运移堆积模式、套管外环空的不同储改方式后的井内空间形态和工作液对充填扰动及充填效果评价的难题，在该工况下作业，会呈现不同的充填施工形态、施工结果，因此也需要不同的砾石充填施工参数，这就需要针对浅软未固结的储层砾石充填专门开发一套多功能的砾石充填实验装置和方法。本发明通过创新设计，在井壁上设置多组可灵活组合的模拟空腔，通过不同空腔的搭配，利用同一套实验装置，实验对不同地层、不同改造形式、不同充填参数下的充填效果评价及充填参数优化，应用后，将大大减少了研究成本，提高了实验研究效率，提高研究成果的可靠性。
49.参阅图1所示，本实施例所提供的一种砾石充填实验装置主要包括实验釜体、冲管6、近井改造空腔1、混砂撬9、充填撬12、流量传感器16、流速传感器14、压力传感器15、数据处理终端17以及数据显示终端18。该实验釜体则包括井壁2、套管3以及筛管4。
50.为了解决浅软地层破裂压力低，在防砂充填过程中，易造成充填流体和充填砂漏失，无法有效评价充填效果的难题，本发明通过创新设计近井改造空腔1，在近井改造空腔1远离实验主釜体的一端采用直接敞口的方式，比如可设计成开孔形式，模拟充填过程中漏失的携砾液和充填砾石；或采用金属丝网封口的方式，模拟挤压充填或增渗充填，利用端部脱砂原理，实现充填颗粒在近井带的停留、架桥、增强增渗；具体地，该近井改造空腔1通过金属材料或聚合物材料加工制作，形状、尺寸可根据不同储层改造形式，结合地层特点确定。如可制作成纺锤体、鱼廓体、多维缝网体等。剖面形状示意图见图2所示，
51.另外，作为近井改造空腔1的一种优选，在近井改造空腔1上还设计有可视观察窗1-1，为一种透明观察口，用于观察充填过程中流体、固体颗粒等的充填状态，可通过高压玻璃、树脂等材料制作，形状可根据实验需求设计。
52.为了解决不同改造方式、储层改造参数在套管3、井壁2及近井带产生的空腔、孔隙、孔洞，对携砾石流体产生的复杂扰动，致使无法有效评价充填效果，无法确定最优充填参数的难题，本发明创新采用井壁2与近井改造空腔1自有组合的方式，可以模拟不同储层物性、不同储层改造参数及改造方式、不同充填施工参数及工艺后的近井空间形态，实现不同开采参数时的充填模拟实验。在实际开采中，钻头在地层中钻进，在地层中形成孔眼，本井壁2则用于模拟孔眼的壁面，在井壁2上由于不同的储层改造形式，可形成不同的改造空腔，具体地，如图3所示，井壁2开有数量众多的井壁孔眼2-1，这些井壁孔眼2-1在周向可按照15
°
/个，轴向分布间距0.2m/组，也可按照其他参数设计，比如也可以在周向可按照10
°
/个，轴向分布间距0.3m/组。该井壁孔眼2-1内壁分布有螺纹，利用螺纹的方式与近井改造空腔1连接，在近井改造空腔1不需要与井壁2连接的时候，可通过丝堵的方式，将2上的井壁孔眼2-1封堵，以免影响其他孔眼的流动状态。如此，在不同的改造方式下，通过近井改造空腔1在井壁2上的不同组合形式，模拟验证不同改造方式下，如定向改造、定面改造、立体改造等，以及不同射孔簇间距、割缝间距、压裂间距，不同射孔相位角、割缝相位角、压裂相位角等工况下的砾石充填流态与充填结果，见图4，对充填参数优化具有重要意义。同时，通过自由组合的形式，实现一套设备能够进行不同实验，避免了重复搭建实验套管与筛管带来的费用与时间成本，大大提高了研究效率。
53.同时，该井壁2还可根据不同的地层特性，设置不同的缩井段径2-2、扩径段井段2-3，用于研究不同孔径、孔径变化时的充填形态，进行充填效果评价，缩径井段2-2、扩径井段2-3的尺寸根据不同开采井型设计，不同井段之间通过变径接头2-4连接，内部设置模拟筛管4等工具，见图5所示。
54.在该井壁2内设置有套管3，两者之间环空，具体地，该套管3由常用13-3/8
″
、9-5/8
″
、7
″
等型号的油气套管加工制作，也可根据开采特定具体设计尺寸，套管3上根据储层改造方式不同，与井壁2进行对应位置的打孔或割缝，形成套管孔眼，套管3的一端通过第一法兰盘5与井壁2连接，满足快速拆卸-安装的需求，同时能够起到密封作用；该套管3的另一端则开孔以便模拟冲管6的安装。
55.在该套管3内设置有筛管4，两者之间环空；具体地，该筛管4可以由不同类型筛管
短节组成，可根据井壁2、套管3的尺寸进行设计，如选用5-1/2
″
、4
″
、3-1/2
″
等类型的优质筛管、复合筛管、预充填筛管、绕丝筛管、割缝筛管等；该筛管4允许流体从筛管外侧进入内侧，但充填颗粒无法进入。该筛管4的一端则是通过第二法兰盘7和第一法兰盘5相连接，以满足快速拆卸-安装的需求，同时能够起到密封作用。
56.该冲管6由油气行业常用小尺寸套管或钢管、高压硬树脂管制作，尺寸可3
″
、2
″
等，通过插入密封的方式经井壁2、套管3、筛管4，放置在最内侧，一侧伸出主要实验釜体，通过固液输送管线与储液罐8连接，另一侧第二法兰盘7，但距离第二法兰盘7预留10cm或20cm的距离，为进入筛管4的液体继续进入冲管6保留流通通道。
57.该混砂撬9则用于将充填砾石和海水搅拌混合，以形成两相流体；具体地，该充填砾石是来源集砂罐10；海水则是来源于储液罐8，储液罐8由不锈钢、合金钢等材料制作，尺寸、容积可根据实验需求具体设计，如可设计成ф1m
×
1.5m的圆柱状罐体，罐体底部配备有叶片电机，电机通过转动搅拌储液罐8内的液体，保证液体的均匀。储液罐8内的液体则是通过泥浆泵11泵送至混砂撬9，该泥浆泵11为常规泥浆泵，排量型号可根据需求设计。
58.该充填撬12用于将混砂撬所搅拌均匀的流体泵送至充填口13，该充填口13为混合充填颗粒的携砾液进入筛管与套管环空、或筛管与地层环空的输送口(模拟裸眼筛管完井工况)。在充填撬12和充填13口相连通的管路上设置有双向液控阀19，通过开关可控制混合流体的流向、流速。
59.该流量传感器16用于测量充填撬所泵送的流体的流量；该流速传感器14则是用于测量流体的流速；压力传感器15用于测量实验过程中携砂流体、不含砂流体、以及主要实验釜体的压力测量数据；数据处理终端17用于接收流量传感器16、流速传感器14以及压力传感器15所测量到的数据，并进行数据处理、保存；该数据显示终端18则用于实时显示该数据处理终端17处理后的信号数据，监测实验整个过程。
60.作为本砾石充填实验装置的一种优选，还包括振动筛20，该振动筛20和该近井改造空腔1相连接，用于对从该近井改造空腔1流出的含充填砾石的液体进行筛分，其中筛分出的陶粒单独收集至集砂罐10，计量后再循环利用，流体则流入至储液罐8中循环利用。整个实验釜体则是由基座21支撑。
61.相应地，本实施例还提供了一种砾石充填实验方法，下面以携砂流体为海水、充填砾石为超轻质陶粒(体积密度1.1g/cm3)、筛管采用5-1/2
″
绕丝筛管短节、套管采用9-5/8
″
碳钢套管短节，射孔改造方式为例，进行挤压充填实验方法介绍：
62.步骤一：将实验装置按照图1所示的方式进行连接、调试，确保各组件状态正常；
63.步骤二：根据实验设计，准备适量的海水、超轻质陶粒作为实验材料；
64.步骤三：利用混砂撬将超轻质陶粒与海水进行混合，利用充填撬将混合超轻质陶粒后的海水(以下统称两相流体)，泵入套管与筛管的环空，两相流体进入环空后，将按照优势通道的原则进行流动，首先在环空中，其次，会分流一部分两相流体通过套管上射孔孔眼进入:a套管与井壁的环空；b:继续进入近井改造空腔；通过实验釜体上设置的多组压力、流速传感器获取釜体各部分的压力与流速数据，利用数据处理终端进行处理，在数据显示终端上显示充填过程中各流动空间的流速分布、压力分布，获得流速、压力实时变化云图，掌握充填过程中的流体在复杂孔喉中的运移规律，同时，通过在近井改造空腔上设置的可视观察窗，能够直观的观察到两相流体在各个改造空腔内的流动状态与充填形态；
65.步骤四：超轻质陶粒在遇到筛管与近井改造空腔一端的金属丝网后，会被网状结构阻断，无法流出实验釜体，而海水则通过管线进入振动筛与储液罐，继续进行后续的混砂作业；
66.步骤五：随着充填的不断进行，绕丝筛管与套管环空、套管与井壁环空、近井改造空腔内会逐渐堆积超轻质陶粒，直至整个实验釜体无法在容纳多余的超轻质陶粒，则充填撬自带的压力表压力会短时间内有较大幅度增加，则认为达到了充填脱砂压力，充填则停止。该组充填结束；
67.步骤六：通过充填过程中对流速、压力的实时云图记录、分析，以及通过可视观察窗观察到的充填流态现象；再将充填后近井改造空腔拧卸，观察井壁与套管内部的充填结构与状态，综合分析该组充填参数下的充填效果；
68.步骤七：将实验釜体内部的颗粒清洗干净后，改变充填参数，重复进行充填实验；
69.步骤八：获得不同施工参数、不同充填工艺下的充填施工效果，掌握复杂孔喉状态下的充填流态，获取最优充填参数与工艺选取方法，对海上、陆地的油气井、天然气水合物开采井、非常规能源井等防控砂砾石充填作业提供有力支撑。
70.综上，本发明与现有技术相比，具有如下技术优势：
71.1、本发明通过创新设计近井改造空腔，在空腔远离实验主釜体的一端采用直接敞口的方式，模拟充填过程中漏失的携砾液和充填砾石；采用金属丝网封口的方式，模拟挤压充填或增渗充填的，利用端部脱砂原理，实现充填颗粒在近井带的停留、架桥、增强增渗；
72.2、本发明创新采用模拟井壁与模拟空腔自有组合的方式，可以模拟不同储层物性、不同储层改造参数及改造方式、不同充填施工参数及工艺后的近井空间形态，实现不同开采参数时的充填模拟实验；
73.3、采用变径接头将不同井径的模拟井壁连接，利用多组流速、压力传感器获取的实验釜体整体的流速、压力场，完成流速、压力云图的实时模拟反演，对充填参数优化、施工前物料准备，施工后充填效果评价具有重要意义。同时也可模拟裸眼筛管完井、套管筛管完井等不同完井方式下的充填形态。
74.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种砾石充填实验装置，其特征在于，包括实验釜体、冲管、近井改造空腔、混砂撬、充填撬、流量传感器、流速传感器、压力传感器、数据处理终端以及数据显示终端；所述实验釜体包括井壁，所述井壁表面分布有井壁孔眼；在所述井壁内设置有套管，两者之间环空，所述套管表面分布有与所述井壁孔眼相对应的套管孔眼；在所述套管内设置有筛管，两者之间环空，所述筛管允许流体从筛管外侧进入内侧，但充填颗粒无法进入；所述冲管一端依次插入至井壁、套管、筛管内，另一端伸出远离所述实验釜体并通过固液输送管线和储液罐相连接；所述近井改造空腔的一端和井壁孔眼相连通，另一端采用直接敞口的方式，用以模拟充填过程中漏失的携砾液和充填砾石；另一端或采用金属丝网封口的方式，用以模拟挤压充填或增渗充填；所述混砂撬用于将充填砾石和海水搅拌混合，以形成两相流体；所述充填撬用于将所述两相流体泵送至充填口，所述充填口连通至井壁和套管之间的环空和/或套管和筛管之间的环空；所述流量传感器用于测量实验过程中携砂流体或不含砂流体的流量；所述流速传感器用于测量实验过程中携砂流体或不含砂流体的流速；所述压力传感器用于测量实验过程中携砂流体、不含砂流体、以及实验釜体的压力测量数据；所述数据处理终端用于接收所述流量传感器、流速传感器以及压力传感器所测量到的数据，并进行数据处理、保存；所述数据显示终端，用于实时显示所述数据处理终端处理后的信号数据，监测实验整个过程。2.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述井壁由不同直径大小的井段组成，不同井段之间通过变径接头连接。3.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述井壁孔眼在井壁上的分布方式根据地层特性和改造方式相结合进行设计，在近井改造空腔不需要与井壁孔眼连接的时候，将井壁孔眼封堵。4.如权利要求3所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述井壁孔眼在井壁周向按照15
°
/个，轴向分布间距0.2m/组分布；所述井壁孔眼内壁设置有螺纹，以和所述近井改造空腔螺纹连接。5.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述套管的一端通过第一法兰盘和所述井壁连接；所述筛管一端通过第二法兰盘和所述第一法兰盘相连接；所述冲管一端通过密封的方式依次插入至井壁、套管、筛管内，并和所述第二法兰盘之间留有有孔隙。6.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述近井改造空腔设置有可视观察窗。7.如权利要求1或6所述的砾石充填实验装置，其特征在于，所述近井改造空腔通过金属材料或聚合物材料加工制作而成，形状成纺锤体或鱼廓体或多维缝网体。8.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，在所述充填撬和充填口相连通的管路上设置有双向液控阀。
9.如权利要求1所述的砾石充填实验装置，其特征在于，还包括：振动筛，所述振动筛和所述近井改造空腔相连接，用于对从所述近井改造空腔流出的含充填砾石的液体进行筛分，其中筛分出的充填砾石收集，计量后再利用，流体则流入至储液罐中，循环利用。10.一种砾石充填实验方法，所述方法基于权利要求1所述的装置，其特征在于，所述方法包括：步骤一：利用混砂撬将陶粒与海水进行混合，形成两相流体，利用充填撬将两相流体泵入套管与筛管的环空，两相流体进入环空后，将按照优势通道的原则进行流动，首先在环空中，其次，会分流一部分两相流体通过套管上的套管孔眼进入套管与井壁的环空、继续进入近井改造空腔；通过实验釜体上设置的多组压力、流速传感器获取釜体各部分的压力与流速数据，利用数据处理终端进行处理，在数据显示终端上显示充填过程中各流动空间的流速分布、压力分布，获得流速、压力实时变化云图，掌握充填过程中的流体在复杂孔喉中的运移规律，同时，通过在近井改造空腔上设置的可视观察窗，能够直观的观察到两相流体在各个改造空腔内的流动状态与充填形态；步骤二：陶粒在遇到筛管与近井改造空腔一端的金属丝网后，会被网状结构阻断，无法流出实验釜体，而海水则通过管线进入振动筛与储液罐，继续进行后续的混砂作业；步骤三：随着充填的不断进行，筛管与套管之间的环空、套管与井壁之间的环空、近井改造空腔内会逐渐堆积陶粒，直至整个实验釜体无法在容纳多余的陶粒，充填则停止，该组充填结束；步骤四：通过充填过程中对流速、压力的实时云图记录、分析，以及通过可视观察窗观察到的充填流态现象；再将充填后近井改造空腔拧卸，观察井壁与套管内部的充填结构与状态，综合分析该组充填参数下的充填效果；步骤五：将实验釜体内部的颗粒清洗干净后，改变充填参数，重复进行充填实验。

技术总结
为了解决浅软易漏失地层充填、水平井砾石充填、超轻质陶粒充填体系及运移堆积模式、套管外环空的不同储改方式后的井内空间形态和工作液对充填扰动及充填效果评价的难题，在该工况下作业，会呈现不同的充填施工形态、施工结果，因此也需要不同的砾石充填施工参数，这就需要针对浅软未固结的储层砾石充填专门开发一套多功能的砾石充填实验装置和方法。本发明通过创新设计，在井壁上设置多组可灵活组合的近井改造空腔，通过不同空腔的搭配，利用同一套实验装置，实验对不同地层、不同改造形式、不同充填参数下的充填效果评价及充填参数优化，应用后，将大大减少了研究成本，提高了实验研究效率，提高研究成果的可靠性。提高研究成果的可靠性。提高研究成果的可靠性。


技术研发人员：史浩贤 于彦江 王英圣 李博 李晶 欧芬兰 王偲 陈静 刘坊
受保护的技术使用者：广州海洋地质调查局
技术研发日：2022.08.31
技术公布日：2023/1/6