一种井下地层多功能防砂性能评价系统及方法

技术领域

本发明属于地热、煤层气及油气开采技术领域，特别涉及一种井下地层多功能防砂性能评价系统及方法。

背景技术

由于完井方式、地层特性及生产压差等因素的影响，在地热、煤层气、油气开采过程中容易出现固体颗粒卡泵，从而导致减产甚至停产。所述固体颗粒可能包括地层产生的砂子或者煤粉等。针对固体颗粒卡泵现象，研发人员设计了一种具有防砂功能的防砂管。

现有的同类具有防砂性能的系统及方法一般具有以下几个方面缺点：

(1)功能简单，不能模拟不同完井方式及防砂参数下的防砂管等防砂部件整体评价实验；

(2)不能模拟储层缓慢出砂过程，不便研究防砂管等防砂部件的堵塞情况及出砂量等；

(3)考虑储层孔渗特性较多，对防砂管等防砂部件的堵塞机理研究较简单，导致实验过程复杂，无法快速获得规律性认识；

(4)对温度、压力控制不准，使得实验结果计量不准确，给实验带来误差较大；

(5)没有设计分离器和液位监测系统，不方便实验操作控制；

(6)有的设备操作控制速度慢、效率低、误差大、清洗不方便、不安全，操作不方便，不能对实验过程进行更好地控制，甚至存在安全隐患，给试验研究带来极大不便。

因此，如何模拟不同完井方式及防砂参数，有效评价各防砂部件的性能，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下地层多功能防砂性能评价系统及方法，能够模拟不同完井方式及防砂参数，有效评价各防砂部件的性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种井下地层多功能防砂性能评价系统，包括：地层模拟装置、循环装置、测量装置以及数据采集处理装置；

所述地层模拟装置包括可调角度支架、釜体、釜盖、外筒支撑架、内筒支撑架、防砂管、底部密封件以及恒温箱；所述可调角度支架可转动连接所述釜体，所述釜体为顶部开口的筒状结构，所述釜体的开口端和所述釜盖可拆卸连接，所述外筒支撑架、所述内筒支撑架和所述防砂管上均开设有若干过滤孔，所述釜体、所述外筒支撑架、所述内筒支撑架和所述防砂管由外向内依次套设，所述外筒支撑架的两端分别与所述釜盖和所述釜体底部连接，所述外筒支撑架与所述釜体之间形成用于填充待开采的实验介质的介质腔，所述外筒支撑架和所述内筒支撑架之间用于填充模拟一定完井条件下地层特征的人造地层，所述釜体上设置有与所述介质腔连通的介质入口，所述底部密封件上设置有用于排出实验介质的介质出口，所述内筒支撑架用于模拟不同完井方式所用的管壁，当模拟裸眼完井方式时，去除所述内筒支撑架；

所述循环装置包括注入泵、用于分离出介质的分离器以及冷凝器，所述注入泵通过高压管线向所述地层模拟装置的介质入口供给介质，所述地层模拟装置的介质出口通过高压管线依次连通所述冷凝器以及所述分离器；

所述测量装置用于测量所述地层模拟装置的内部压力、介质入口以及介质出口实验介质的重量和流量；

所述数据采集处理装置用于采集和显示所述地层模拟装置、所述循环装置以及所述测量装置的数据。

可选的，在上述井下地层多功能防砂性能评价系统中，所述底部密封件包括防砂固定架和导出管，所述防砂固定架上设置有用于嵌入所述防砂管开口的安装槽，所述导出管贯穿所述釜体且一端与所述安装槽连通、另一端与所述循环装置的高压管线连通。

可选的，在上述井下地层多功能防砂性能评价系统中，所述导出管和所述釜体之间设置有第一密封圈；

和/或，所述釜盖的底部设置有压板，所述压板和所述釜体之间设置有第二密封圈。

可选的，在上述井下地层多功能防砂性能评价系统中，所述可调角度支架包括机架、脚轮、旋转轴和驱动机构，所述机架底部设置有脚轮，所述机架和所述地层模拟装置通过旋转轴转动连接，所述驱动机构用于驱动所述地层模拟装置相对于机架转动。

可选的，在上述井下地层多功能防砂性能评价系统中，所述测量装置包括：用于检测所述釜体的介质入口压力的第一压力传感器，和/或，用于检测所述内筒支撑架和所述外筒支撑架之间人造地层压力的第二压力传感器，和/或，用于检测所述内筒支撑架和所述防砂管之间环空压力的第三压力传感器，和/或，用于检测所述防砂管外壁的第四压力传感器，和/或，用于检测所述底部密封件的介质出口压力的第五压力传感器。

可选的，在上述井下地层多功能防砂性能评价系统中，所述循环装置还包括用于加热所述注入泵的实验介质的预热装置。

可选的，在上述井下地层多功能防砂性能评价系统中，，所述测量装置包括：用于测量所述地层模拟装置、所述恒温箱和/或预加热装置温度的温度传感器。

可选的，在上述井下地层多功能防砂性能评价系统中，所述测量装置包括：用于测量介质出口排出的实验介质流量和重量的称重流量采集装置。

可选的，在上述井下地层多功能防砂性能评价系统中，所述介质入口的数量为多个，多个所述介质入口沿所述釜体的四周均匀分布，各所述介质入口设置有用于独立控制各介质入口开闭的阀门。

可选的，在上述井下地层多功能防砂性能评价系统中，所述循环装置还包括清水装置、活塞容器、第一背压阀、第二背压阀、手动泵和缓冲罐；

所述注入泵的入口与所述清水装置连通、出口与所述活塞容器的压入端连通，所述活塞容器的活塞压入一侧注入有清水且压出一侧注入有实验介质，所述活塞容器的压出端与所述第一背压阀的入口端连通，所述第一背压阀的出口端与所述介质入口连通；

所述第二背压阀的入口与所述分离器的液体出口连通，所述第二背压阀的出口与所述测量装置的液体称重装置连通。

可选的，在上述井下地层多功能防砂性能评价系统中，所述循环装置还包括用于控制所述第一背压阀和/或所述第二背压阀的阀门压力的手动泵。

可选的，在上述井下地层多功能防砂性能评价系统中，所述活塞容器为多个，多个所述活塞容器并联设置、压入端均与所述注入泵的入口连通、压出端均与所述第一背压阀连通。

可选的，在上述井下地层多功能防砂性能评价系统中，所述循环装置还包括用于对所述地层模拟装置内部抽真空的抽真空装置。

本发明还提供一种井下地层多功能防砂性能评价方法，应用上文所述的井下地层多功能防砂性能评价系统，包括以下步骤：

S1、组装所述地层模拟装置，根据待模拟地层及完井方式，选择待测试的外筒支撑架、内筒支撑架以及防砂管类型，所述防砂管根据实际需要选择割缝筛管、绕丝筛管、金属网筛管或金属棉筛管，向所述地层模拟装置的外筒支撑架和内筒支撑架之间填充相应的人造地层，调节所述可调角度支架；

S2、安装所述地层模拟装置、所述循环装置、所述测量装置以及所述数据采集处理装置，并检查气密性，并且将系统抽真空；

S3、开启所述循环装置、所述数据采集处理装置和所述测量装置，所述循环装置的注入泵向所述釜体的介质入口注入实验介质，在测试过程中始终保持测试所需压力、温度和流量，所述测量装置监测所述地层模拟装置的压差、介质入口和所述分离器分离出实验介质的重量和流量、以及所述分离器分离出固体颗粒的重量，所述数据采集处理装置记录测试过程中的动态参数，对所述井下地层多功能防砂性能评价系统中的各参数进行分析比对。

本发明提供了一种井下地层多功能防砂性能评价系统及方法，其有益效果在于：

通过地层模拟装置模拟开采地热、煤层气及油气时井内施工环境，在防砂管的外侧依次套设内筒支撑架、外筒支撑架和釜体，内筒支撑架与外筒支撑架之间填充人造地层，釜体与外筒支撑架之间填充实验介质。实验介质从釜体的介质入口进入，经由外筒支撑架、人造地层、内筒支撑架、防砂管，从底部密封件的介质出口排出，该结构可有效模拟地层及完井特征。当模拟不同完井方式时，内筒支撑架可采用对应完井方式所用的管壁，特别是，当模拟裸眼完井方式时，去除内筒支撑架。同时，通过循环装置的冷凝器及分离器对介质出口排出的实验介质和砂子等进行固液冷凝和分离，注入泵提供实验介质的驱动压力。再通过测量装置测量地层模拟装置内部压力、介质入口以及介质出口排出实验介质的重量和流量，由数据采集处理装置采集并显示各装置测量的数据。上述设置，能够模拟不同完井方式及防砂参数，进而有效评价防砂管、内筒支撑架和外筒支撑架等防砂部件的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种井下地层多功能防砂性能评价系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的地层模拟装置和循环装置连接的示意图；

图3为本发明实施例提供的地层模拟装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的釜体的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的釜体的内部结构示意图；

图6为本发明实施例提供的外筒支撑架的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的可调角度支架的主视图；

图8为本发明实施例提供的可调角度支架的侧视图。

图中：

地层模拟装置：101-釜体；1011-介质入口；1012-第二螺杆；102-釜盖；1021-第一螺杆；1022-压板；1023-第二密封圈；103-防砂管；104-底部密封件；1041-防砂固定架；1042-导出管；1043-第一密封圈；1044-介质出口；105-环空；106-内筒支撑架；107-密封盖；108-人造地层；109-外筒支撑架；110-介质腔；120-可调角度支架；121-脚轮；122-旋转轴；123-蜗杆；124-涡轮；130-恒温箱；

循环装置：201-注入泵；202-高压管线；203-分离器；204-冷凝器；205-清水装置；206-活塞容器；207-止回阀；208-第一背压阀；209-手动泵；210-缓冲罐；211-第二背压阀；212-抽真空装置；

测量装置：301-第一压力传感器；302-第二压力传感器；303-第三压力传感器；304-第四压力传感器；3051-固体称重装置；3052-液体称重装置；306-第五压力传感器；

4-数据采集处理装置。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的核心是提供一种井下地层多功能防砂性能评价系统及方法，能够模拟不同完井方式及防砂参数，有效评价各防砂部件的性能。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体地，请参考图1-图8，图1为本发明实施例提供的一种井下地层多功能防砂性能评价系统的结构示意图；图2为本发明实施例提供的地层模拟装置和循环装置连接的示意图；图3为本发明实施例提供的地层模拟装置的结构示意图；图4为本发明实施例提供的釜体的结构示意图；图5为本发明实施例提供的釜体的内部结构示意图；图6为本发明实施例提供的外筒支撑架的结构示意图；图7为本发明实施例提供的可调角度支架的主视图；图8为本发明实施例提供的可调角度支架的侧视图。

本发明提供的一种井下地层多功能防砂性能评价系统，包括：地层模拟装置、循环装置、测量装置以及数据采集处理装置。

其中，地层模拟装置包括可调角度支架120、釜体101、釜盖102、外筒支撑架109、内筒支撑架106、密封盖107、防砂管103、底部密封件104以及恒温箱130。可调角度支架120可转动连接釜体101，釜体101为顶部开口的筒状结构，釜体101的开口端和釜盖102可拆卸连接，外筒支撑架109、内筒支撑架106和防砂管103上均开设有若干过滤孔，釜体101、外筒支撑架109、内筒支撑架106和防砂管103由外向内依次套设，外筒支撑架109的两端分别与釜盖102和釜体101底部连接，外筒支撑架109与釜体101之间形成用于填充实验介质的介质腔110，外筒支撑架109和内筒支撑架106之间用于填充模拟一定完井条件下地层特征的人造地层108，釜体101上设置有与介质腔110连通的介质入口1011，底部密封件104上设置有用于排出实验介质的介质出口1044。内筒支撑架106用于模拟不同完井方式所用的管壁，支撑人造地层108防止固体颗粒掩埋防砂管103。此外，当模拟裸眼完井方式时，去除内筒支撑架106。

循环装置包括注入泵201、分离器203以及冷凝器204，注入泵201通过高压管线202向地层模拟装置的介质入口1011供给实验介质，地层模拟装置的介质出口1044通过高压管线202依次连通冷凝器204以及分离器203；

测量装置用于测量地层模拟装置内部压力以及介质出口1044排出实验介质的重量和流量，介质出口1044排出的固液混合物经分离器203分离出固体颗粒和液体，其中，液体的重量和流量即为介质出口1044排出的实验介质的重量和流量。

数据采集处理装置4用于采集和显示地层模拟装置、循环装置以及测量装置的数据。

需要说明的是，本发明所述完井方式包括射孔完井方式、裸眼完井方式、衬管完井方式和砾石充填完井方式四种类型。内筒支撑架106可根据对应完井方式，适应性选择对应的管壁。当采用射孔完井方式，内筒支撑架106为带有炮眼的射孔支撑架；当采用裸眼完井方式，则去除内筒支撑架106，裸眼完井方式主要用于地层比较坚硬、不易破碎的岩层结构；当采用衬管完井方式时，内筒支撑架106为衬管支撑架；当采用砾石充填完井方式时，内筒支撑架106包括内外套设的环形内层和环形外层，环形内层和环形外层均设计成筛网状且二者之间填充有砾石，环形外层的外侧即为介质腔110，环形内层的内侧为人造地层。内筒支撑架106根据研究需要灵活设计过滤孔的孔密、孔径大小。

还需要说明的是，人造地层可以是人造岩心、岩样颗粒或者其他颗粒，岩样可以是煤岩、砂岩或者其它岩样，实际可根据所模拟地层特征以及研究需要进行选择。

应用地热开采时，实验介质为地层水或者化学溶液，人造地层可以为通过凝结剂粘合的岩样颗粒等；应用煤层气开采时，实验介质为甲烷气体(或包含地层水、化学溶液或上述至少两种物质的混合物)，人造地层108可以为通过凝结剂粘合的煤岩颗粒等；应用石油开采时，实验介质为石油、地层水、化学溶液等或上述至少两种物质的混合物，人造地层可以为通过凝结剂粘合的砂体颗粒等。所述凝结剂与砂体的用量比例，砂体颗粒大小、种类，凝结剂种类，人造地层的强度等均可根据需要灵活设计。

在一些实施例中，有的选用砂子与水泥混合制成的混凝土代替所述人造地层模拟地层。

在一些实施例中，有的不选用凝结剂，全部选用砂子或者煤粉代替所述人造地层模拟地层。

防砂管103可根据所需测试类型进行设计选用，如割缝、绕丝、金属网以及金属棉等类型的防砂管。

本发明提供的井下地层多功能防砂性能评价系统，通过地层模拟装置模拟开采石油、天然气等介质时井内施工环境，在防砂管103的外侧依次套设内筒支撑架106、外筒支撑架109和釜体101，内筒支撑架106与外筒支撑架109之间模拟一定完井地层特征的人造地层，釜体101与外筒支撑架109之间填充实验介质。实验介质从釜体101的介质入口1011进入，经由外筒支撑架109、人造地层、内筒支撑架106、防砂管103，从底部密封件104的介质出口1044排出，该结构可有效模拟地层及完井特征。

同时，通过循环装置的冷凝器204及分离器203对介质出口1044排出的实验介质进行固液冷凝和分离，注入泵201提供介质的驱动压力。再通过测量装置测量地层模拟装置内部压力、介质入口1011以及介质出口1044的实验介质的重量和流量，由数据采集处理装置4采集并显示各装置测量的数据。上述设置，能够模拟不同完井方式及防砂参数(如实验介质的温度、压力、流量，人造地层(凝结剂种类)和实验介质的组成等)，进而有效评价防砂管、内筒支撑架和外筒支撑架等防砂部件的防砂效果。

需要说明的是，外筒支撑架109用于支撑实验人造地层108，保证外筒支撑架109的外壁与釜体101内壁具有一段距离。具体的，如图6所示，在一些实施例中，外筒支撑架109的壁面上打有均匀分布的孔眼作为过滤孔，外筒支撑架109的外壁可以采用过滤筛网包裹。

内筒支撑架106与防砂管103之间具有一段距离，形成环空105。其顶部可以设置密封盖107。

在具体实施例中，底部密封件104包括防砂固定架1041和导出管1042，防砂固定架1041上设置有用于嵌入防砂管103开口的安装槽，导出管1042贯穿釜体101且一端与安装槽连通、另一端与循环装置的高压管线202连通。

为了进一步提高连接的密封性，导出管1042和釜体101之间设置有第一密封圈1043。

此外，釜盖102的底部设置有压板1022，压板1022和釜体101之间设置有第二密封圈1023。

第一密封圈1043和第二密封圈1023可以为O型密封圈，当然还可以选择其他截面形状的密封圈。

实验时，在防砂管103与人造地层108之间放置内筒支撑架106，内筒支撑架106由不锈钢的管体打眼而成，用于支撑人造地层108。在釜体内壁与人造地层108之间放置外筒支撑架109，外筒支撑架109由不锈钢的管体打眼而成，用于支撑人造地层108，将防砂管103、内筒支撑架106、人造地层108和外筒支撑架109按由内而外地顺序放置，并且利用装置上盖轴向加压，将人造地层压实。试验进行时，用密封盖107将内壁支撑架和防砂管103顶端密封，用底部密封件104将防砂管103底部与装置底部密封。

釜盖102和釜体101之间可采用第一螺杆1021可拆卸连接。内筒支撑架106和釜体101之间可采用第二螺杆1012可拆卸连接。

在具体实施例中，可调角度支架120包括机架、脚轮121、旋转轴122和驱动机构，机架底部设置有脚轮121，机架和地层模拟装置通过旋转轴122转动连接，驱动机构用于驱动地层模拟装置相对于机架转动。可调角度支架120通过转动调节地层模拟装置的旋转角度，可以有效控制地层模拟装置处于任意角度，同时清洗方便，操作方便安全。

具体的，驱动机构为涡轮蜗杆转动机构。转动轴上套设涡轮124，电机的输出端连接蜗杆123，蜗杆123与涡轮124传动配合，实现驱动地层模拟装置相对于机架转动。模型系统设计有可调角度支架120，可调角度支架120上设计有蜗轮蜗杆123转动机构，可实现地层模拟装置在0-360°范围内的旋转，并可在任意角度上锁定，以使该可调角度支架能够模拟水平井、垂直井、倾斜井等任意角度的井筒。

地层模拟装置可整体放入到恒温箱130内加温，在进入恒温箱130内和移出恒温箱130设计有专门的液压升降移动小车，可方便地层模拟装置的起吊和搬迁。

注入泵主要用于提供介质的注入压力，以某一恒定压力或恒定流量向装置内供给介质，模拟地层生产压差或产量；具体可选用恒速恒压泵，也可以选用柱塞泵或其它合适泵组等。在一些实施例中，实验介质采用机械油，粘度从5mPa·s到600mPa·s，循环高压管线202采用不锈钢无缝管线，油从装置介质出口1044流出后，经过耐高温流量计测量流量，再经过分离器203，分离后的油循环使用。

为了控制地层模拟装置的注入压力，并且提高地层模拟装置内部压力的稳定性，如图2所示，循环装置还包括清水装置205、活塞容器206、第一背压阀208、第二背压阀211、手动泵209和缓冲罐210。

注入泵201的入口与清水装置205连通、出口与活塞容器206的压入端连通，活塞容器206的活塞压入一端注入有清水且压出一端注入有实验介质，活塞容器206的压出端与第一背压阀208的入口端连通，第一背压阀208的出口端与介质入口连通。

第二背压阀211的入口与分离器203的液体出口连通，第二背压阀211的出口与测量装置的液体称重装置3052连通。介质出口1044排出的混合物经冷凝器204冷凝过后，再由分离器203进行固液分离，其中，固体直接通过管道进入固体称重装置3051，液体经过第二背压阀211后，进入液体称重装置3052。第一背压阀208和第二背压阀211分别用于对注入压力和排放压力进行控制，防止注入或者排出流体而引起压力或流量大小剧烈波动，对实验效果造成影响。

上述设置中，为了防止实验介质直接流经注入泵201时，由于腐蚀等原因而造成注入泵201损坏，增加清水装置205、活塞容器206等组件，通过在活塞容器206的压出一端注入实验介质，再在活塞容器206的压入一端注入清水，通过注入泵201挤压活塞，从而实现实验介质的注入。

进一步的，循环装置还包括用于控制第一背压阀208和/或第二背压阀211的阀门压力的手动泵209，通过手动泵209产生的压力来控制第一背压阀208和/或第二背压阀211的设定压力。为了对第二背压阀211的压力稳定性产生影响，在手动泵209和第二背压阀211之间设置缓冲罐210。

第一背压阀208和第二背压阀211可以采用同一个手动泵209控制压力(在手动泵209和第一背压阀208之间设置第一开关阀，手动泵209和第二背压阀211之间设置第二开关阀)，还可以采用不同的两个手动泵209。

在具体实施例中，活塞容器206为多个，多个活塞容器206并联设置、压入端均与注入泵201的入口连通、压出端均与第一背压阀208连通，多个活塞容器206可以便于切换注入实验介质，提高应用的灵活主动性。

循环装置还包括用于对地层模拟装置内部抽真空的抽真空装置212。

此外，循环装置中在各支路上还可以适应性的设置开关阀，在地层模拟装置的介质入口1011和介质出口1044侧设置压力表和流量表。活塞容器206和第一背压阀208之间还可以串联止回阀207，以防止流体反向流动。

测量系统主要包括入口流量计量系统、出口流量计量系统和压力检测系统组成。入口流量计量系统或出口流量计量系统主要由称重流量采集装置构成，介质入口的实验介质通过称重流量采集装置进行流量和重量的计量，介质出口1044的实验介质通过分离器对固液分离，分别对固体颗粒和液体的流量、重量进行计量。手动流量加人工计量是在分离器203上设计有可视连通管，可指示分离器203内的液位和砂位。储液罐主要用于收集经固液分离后的实验介质。冷凝器204可将从流出的高温实验介质冷却到室温，冷凝器204采用蛇管式螺旋管及水夹套组成，水夹套内通冷却循环水循环。清洗装置主要用于对分离器203收集的固体颗粒进行清洗，具有洗油蒸煮、吞吐、超压、断水、液位控制等功能，能自动浸泡、自动烘干、自动控制温度，洗油速度快、效率高。

在具体实施例中，测量装置包括：用于检测釜体101的介质入口1011压力的第一压力传感器301，和/或，用于检测内筒支撑架106和外筒支撑架109之间人造地层压力的第二压力传感器302，和/或，用于检测内筒支撑架106和防砂管103之间环空105压力的第三压力传感器303，和/或，用于检测防砂管103外壁的第四压力传感器304，和/或，用于检测介质出口1044压力的第五压力传感器306。

地层模拟装置上安装有各压力传感器的压力引流管，可根据需要调节各压力引流管插入的位置，实现压力引流管的插入深度可调。如图1所示，引流管设计了5套，可分别插入到釜体101的介质入口1011、防砂管103外壁、环空105、人造地层108和釜体101的介质出口1044中，可测量介质入口1011压力、防砂管103外壁压力、内环空105中某位置压力、人造地层108、介质出口1044中压力。特别的，还可以在压力引流管的头部设计有过滤头，可防止细砂流入压力引流管堵塞引流管道。

此外，循环装置还包括用于加热注入泵201的实验介质的预热装置。测试系统加热速度快，地层模拟装置的加热除了设计有恒温箱130加热，还设计有附属加热的预热装置，可确保2-3小时加到所需的温度。

进一步的，测量装置还可以包括：用于测量地层模拟装置、恒温箱130和预热装置温度的温度传感器。在一些实施例中，如在地层模拟装置的轴向方向均匀布置5个Pt100高压温度传感器，测温范围0℃～120℃，精度0.5％。可实现与计算机联网。

测量装置还包括用于测量地层模拟装置内部压力、介质入口以及介质出口1044排出的实验介质流量和重量的称重流量采集装置，排出的实验介质流量通过称重流量采集装置称重计量换算得出，以实现流量检测。如图1和图2所示，位于介质出口1044处的称重流量采集装置包括：用于测量排出的固体重量的固体称重装置3051，以及用于测量排出的实验介质重量的液体称重装置3052。

在具体实施例中，介质入口1011的数量为多个，多个介质入口1011沿釜体的四周均匀分布，各介质入口1011设置有用于独立控制各介质入口1011开闭的阀门。如图3和图4所示，地层模拟装置的入口设计了8个介质入口1011(图3并未完全示出)，可同时进液，也可有选择的进液，只需打开相应的阀门即可。当然，介质入口的数量还可以根据实际情况设计为任意数值，多个介质入口1011可以在同一高度上间隔布置一圈，还可以在不同高度上布置多层，每层上的多个介质入口1011间隔布置一圈。

数据采集处理装置4主要包括：采集系统、采集控制处理软件、计算机、打印机等。适时采集压力、温度、液体流量、反馈控制注入泵的压力，启动与停止。计算机采集的数据经处理可生成原始数据报表，分析报表和曲线图，同时生成数据库文件格式，以便用户灵活使用。

综上，上述井下地层多功能防砂性能评价系统具有的功能包括：可以进行不同防砂方式，防砂参数下的防砂效果模拟试验，研究不同防砂方式、防砂参数下的出砂量、流量，以及防砂管103、内筒支撑架和外筒支撑架内外的附加压降(评价各防砂部件的抗堵塞能力)等；能够进一步实现温度在不同防砂方式、防砂参数下对出砂的影响。

此外，本发明还提供一种井下地层多功能防砂性能测试方法，应用上文中的井下地层多功能防砂性能评价系统，包括以下步骤：

S1、组装地层模拟装置，根据待模拟地层及完井方式，选择待测试的外筒支撑架109、内筒支撑架106以及防砂管103类型，防砂管103根据实际需要选择割缝筛管、绕丝筛管、金属网筛管或金属棉筛管等，向地层模拟装置的外筒支撑架109和内筒支撑架106之间填充相应的人造地层，调节可调角度支架120；其中，根据待模拟地层及完井方式设定测试变量，如：实验介质的温度、压力、流量，人造地层(凝结剂种类)和实验介质的组成等。

S2、安装地层模拟装置、循环装置、测量装置以及数据采集处理装置，通过管路或数据线连接上述装置中的各部件，并检测各装置连接的气密性，以防止漏液；将系统抽真空；

S3、开启循环装置、数据采集处理装置和测量装置，循环装置的注入泵201向釜体101的介质入口注入实验介质，在测试过程中始终保持测试所需压力和流量，通过恒温箱设定测试所需温度。实验介质注入到地层模拟装置中，并通过人造地层渗透至防砂管103排出，再经冷凝器204冷却、分离器203进行固液分离。测量装置监测地层模拟装置的压差、以及介质入口和分离器203分离出实验介质的重量和流量，数据采集处理装置4记录测试过程中的动态参数，最终对所述井下地层多功能防砂性能评价系统中的各参数进行分析比对。

本发明的井下地层多功能防砂性能测试方法可根据井下地层多功能防砂性能评价系统模拟不同地层特征、完井方式及防砂参数，对外筒支撑架109、内筒支撑架106和防砂管103的防砂效果进行评价。

井下地层多功能防砂性能评价系统及方法是根据驱替机理和相似原理，采用先进工艺及控制手段，模拟地层压力、温度条件，借助于现代科学技术最新成果，如计算机技术、先进传感器技术、自动控制技术等等，进行物理模拟试验。

本案试验内容主要包括：评价地层模拟装置(外筒支撑架、内筒支撑架、防砂管)的抗堵塞能力、压差、流量、出砂量及防砂精度等。

1.流量：测定流量与时间的关系，评价外筒支撑架109、内筒支撑架106、防砂管103及砾石层的过流能力；

2.出砂量：测定出砂量与时间的关系，分析生产压差、温度、实验介质类型和流量、人造地层种类(凝结剂种类、砂子种类)对出砂量的影响，判断外筒支撑架109、内筒支撑架106、防砂管103及砾石层的挡砂效果。防砂效果的判断标准为：同等条件下，出砂量越少，则防砂效果越好；相反，同等条件下，出砂量越多，防砂效果越差；

3.压降：测定外筒支撑架109、内筒支撑架106、防砂管103内外压降，判断其堵塞程度。外筒支撑架109的压降为第一压力传感器301和第二压力传感器302的差值，内筒支撑架106的压降为第二压力传感器302和第三压力传感器303的差值，防砂管103的压降为第四压力传感器304和第五压力传感器306的差值；

4.产出砂粒度测定：对产出砂进行粒度分析，评价外筒支撑架109、内筒支撑架106、防砂管103或者砾石层的挡砂精度及防砂效果；

5.温度：测定温度与出砂量的关系，评价温度的改变对出砂的影响。

本案提供的井下地层多功能防砂性能评价系统具有以下技术特色：

1、模拟不同完井方式及注入流量、注入压力、流动压差等防砂参数和不同温度下的外筒支撑架109、内筒支撑架106、防砂管103整体评价实验。

2、三维径向流筛管模拟实验装置能够模拟储层缓慢出砂过程，以此来研究外筒支撑架109、内筒支撑架106、防砂管103的堵塞情况及出砂量等。

3、不考虑储层孔渗特性，仅研究外筒支撑架109、内筒支撑架106、防砂管103的堵塞机理，简化试验过程，以便快速获得规律性认识。

4、压力实现多路检测，可检测流体入口压力、环空105压力、人造地层108压力和防砂管103的外壁压力。

5、压力测量设计有压力引流管，可根据需要调整引流管在砂层中的位置，实现压力引流管的插入深度可调。

6、本系统加热速度快，地层模拟装置加热除了设计有恒温箱130加热，还设计有附属加热，可确保快速加热到所需的温度。

7、地层模拟装置设计有蜗轮蜗杆转动机构，可实现0-360°范围内的旋转，并可在任意角度上锁定。

8、分离器203还设计有液位可视连通管，可指示分离器203内的液位和砂位。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。