CN102590888B - 一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置,其包括人工裂缝,所述的人工裂缝包括两张相互平行设置的透明平板,在两张透明平板的上下两端分别通过包边框密封,在透明平板的左端设置一个模拟井筒,在透明平板的右端设置一个出液管,所述透明平板、包边框、模拟井筒的筒壁和出液管的筒壁共同围成一个密闭空间。本发明考虑了在不同裂缝宽度、裂缝壁面系数、砂比、压裂液滤失程度、裂缝内摩阻等方面下,支撑剂在人工裂缝中的铺置情况,本发明准确的模拟了地层内裂缝的情况,精度大大提高。

Description

一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置及其应用
技术领域
[0001] 本发明涉及一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置及其应用,属于油气田开发研究技术领域。
背景技术
[0002] 在水力压裂中,支撑剂在裂缝中的铺置的情况对作业的成功起着至关重要的作用。在压裂过程中,混砂液经泵的输送进入裂缝中,支撑剂在重力、浮力、水平方向液体携带力、粘滞阻力的影响下,在裂缝的垂直剖面上存在浓度差别,自上而下可分为无砂区、悬浮区、颗粒滚流区、砂堤。现场施工时,支撑剂可能会全部沉降至裂缝底部,导致裂缝上部无支撑剂充填,从而形成无效的裂缝支撑,这样严重影响了裂缝的导流能力和压裂的增产效果。因此对支撑剂运移及铺置情况的准确预测是设计和评价水力压裂措施的关键所在。
[0003] 中国专利申请CN102183796公开了一种模拟支撑剂回流的测试装置及方法,虽然具有导流室,对支撑剂具有导流的作用,但是与本申请具有以下区别:1、研究的目的不同。专利申请CN102183796是为了掌握生产工艺对支撑剂回流的影响,从而改进生产工艺;本申请是为了优化支撑剂在裂缝中的铺置,提高裂缝的导流能力,从而提出更加合理的施工参数(如施工排量)、选择更优良的压裂液体系和支撑剂类型。2、解决的问题不同。专利申请CN102183796主要研究油藏压裂以后生产过程中支撑剂的回流,要解决生产过程的问题;而本申请主要研究压裂施工过程中支撑剂的铺置,要解决压裂过程的问题。3、实验装置的核心部件完全不同。专利申请CN102183796的核心部件是标准导流室,长度18cm,宽度
3.4cm,厚度2.0cm,密封不透明,钢质材料;本申请的核心部件是大尺度可视平板,长度4m,高度lm,宽度可调,可视,特种玻璃。两者尺寸不是一个数量级,所用材料不同。4、实验工作液不同。专利申请CN102183796用纯液体作为工作液,而本申请用压裂液和支撑剂的混合液作为工作液。
[0004]目前,国内油田现场压裂设计模拟支撑剂在裂缝中的运移及铺置规律时,常凭经验或理论计算。国外研究此规律的实验装置有同心圆筒装置和平板装置,但是其实验装置并没有按照相似性原则确定室内模拟参数,具有尺寸较小,只能对支撑剂的沉降进行简单研究,无法研究砂堤的堆积及铺置规律,此外,模型没考虑裂缝壁面的不光滑、压裂液在裂缝的滤失以及井筒射孔孔眼孔径、相位及密度,因此和实际情况有较大的出入。
发明内容
[0005] 针对以上的技术不足,本发明提供一种大尺度、可视化的模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置,应用于水力压裂时,该实验装置能优选出适合不同裂缝的支撑剂、压裂施工参数及优化压裂设计等。
[0006] 本发明还提供一种利用上述实验装置进行模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验方法。
[0007] 技术术语解释:
[0008] 全直径岩心的断裂面:指用取心技术从油(气)层中取出的岩心,经过劈分形成断裂面。
[0009] 支撑剂:为具有一定粒度和级配的天然砂或人造高强陶瓷颗粒。支撑剂由压裂液带入并支撑在压裂地层的裂隙中,从而有效地将油气导入油气井,大幅度提高油气产量和延长油井寿命。
[0010] 相似原理:本发明所述的相似原理属于公知原理,参见袁恩熙《工程流体力学[M]》,石油工业出版社,105-109。
[0011] 本发明的技术方案如下:
[0012] 一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置,包括人工裂缝,所述的人工裂缝包括两张相互平行设置的透明平板,在两张透明平板的上下两端分别通过包边框密封,在透明平板的左端设置一个模拟井筒,在透明平板的右端设置一个出液管,所述透明平板、包边框、模拟井筒的筒壁和出液管的筒壁共同围成一个密闭空间;所述模拟井筒顶部设置有进料口、模拟井筒的底部设置有卸料口,在模拟井筒壁上且朝向密闭空间方向均匀设置有多个筒壁射孔,所述进料口、卸料口和筒壁射孔相互贯通;在模拟井筒的进料口处设置有流量计和压力表;所述出液管顶部设置有回料口、出液管底部卸料口,在出液管壁上且朝向密闭空间方向均匀设置有多个孔眼,所述回料口、卸料口和孔眼相互贯通;在出液管的回料口处设置有流量计和压力表。
[0013] 所述的实验装置还包括数据采集控制板和计算机,所述实验装置所采集到的实验数据通过数据采集控制板传输至计算机。
[0014] 优选的,所述透明平板的长度为4m,高度为lm,厚度为4cm,两透明平板的间距可调,间距调整范围为:2-14mm ;所述透明平板内壁面粘贴有塑料膜,所述塑料膜的表面粗糙度与实际施工层的全直径岩心的断裂面的粗糙度相同。在利用本发明进行实验时,选择与实际粗糙度相同的塑料膜贴置两透明平板内壁上,以使得模拟环境与现实环境完全一致。
[0015] 所述两个透明平板上分别分布设置有15个-30个直径可调的滤失孔眼,所述直径的可调范围为:0.05-0.25mm。在两透明平板上设置有滤失孔眼,是用来模拟压裂液在实际施工地层的滤失。
[0016] 所述在模拟井筒上的筒壁射孔数目范围为:3个-14个;所述筒壁射孔的相位角范围为:30° -180° ;所述筒壁射孔的孔径范围为:0-2cm。以上所述筒壁射孔的数目、相位角和孔径都是随实验的模拟环境不同而相应调整的。所述筒壁射孔的相位角是指:相邻设置的筒壁射孔的轴心在水平方向上投影所形成的夹角。
[0017] 所述的透明平板上绘制有网格。
[0018] 所述网格中单个网格边长为0.5cm。
[0019] 所述的人工裂缝的底部设置有底座,在所述底座下部安装万向轮。
[0020] 所述模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置还包括压裂液配制罐和输出泵;
[0021] 所述压裂液配制罐包括进料口、罐体、搅拌机、出料口和回料口,所述进料口和回料口设置在罐体的顶部,所述搅拌机设置的罐体的内部,所述出料口设置在罐体的底部;所述进料口分别与进水口和进砂口相连,所述进砂口采用球型阀控制进砂速度,最大进砂速度为500ml/s,所述出料口通过管线与输出泵的入口相连;
[0022] 所述输出泵的出口通过管线与人工裂缝的模拟井筒的进料口相连,所述压裂液配制罐的回料口通过管线与人工裂缝的出液管的回料口相连。[0023] 所述输出泵包括螺杆泵和变频控制器,变频控制器与螺杆泵相连。
[0024] 采用本发明进行实验时,将人工裂缝的宽度(即透明平板之间的距离)预先调整为现场施工中裂缝的宽度尺寸,配制所需要粘度的压裂液。在实验过程中,按实验要求的向压裂液中搅拌加砂,配制成携砂压裂液。把配制好的携砂压裂液通过螺杆泵注入人工裂缝中,所述携砂液压裂液沿模拟井筒的进料口、筒壁上的筒壁射孔注入两个透明平板之间,最后沿出液管的筒壁孔眼、回料口循环流出。所述支撑剂经压裂液携带在流经所述透明平板之间时,会受重力、浮力、水平方向、液体携带力和粘滞阻力的影响,通过透明平板可呈现出所选支撑剂的轨迹,工作人员可以人工或者通过数据采集控制板对支撑剂的沉降速度、运移轨迹、沉降砂堤进行分析。通过不同实验方案的对比,优选出最合适该尺寸裂缝的支撑齐U、施工排量等多个参数。实验完毕,打开模拟井筒和出液管的卸料口对人工裂缝进行卸料。本发明还可通过计算机计算所需支撑剂量、压裂液体积、压裂液粘度和实验排量;根据采集到的实验数据计算、分析出相应的结果数据:例如计算支撑剂的垂直沉降速度及水平运移速度、支撑剂沉降所形成的砂堤的堆积速度和形态、沉降于人工裂缝中支撑剂所占总支撑剂的质量比等等。
[0025] 一种利用上述实验装置进行模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验方法,步骤如下:
[0026] (I)根据相似原理,按现场施工中裂缝的宽度尺寸,计算实验所需支撑剂量、压裂液体积、压裂液粘度和实验排量;
[0027] (2)根据步骤(I)所计算出实验所需支撑剂量、压裂液体积和实验排量,准备压裂液及多种支撑剂;
[0028] (3)调整人工裂缝中2个透明平板之间的距离,使其与现场施工中裂缝的宽度一致;
[0029] (4)选取步骤(2)中的一种支撑剂与所述压裂液混合,搅拌成携砂压裂液,向人工裂缝中泵入携砂压裂液,即2个透明平板之间,形成循环回路;
[0030] (5)跟踪支撑剂在人工裂缝中的运移轨迹,计算支撑剂的垂直沉降速度及水平运移速度;
[0031] (6)停止向人工裂缝中泵入携砂压裂液,用相机记录在人工裂缝中支撑剂沉降所形成的砂堤的形态。压裂液在实验系统中循环流动时,把部分支撑剂携带出人工裂缝,因此沉积在人工裂缝中的支撑剂只占总量的一部分。
[0032] (7)清空并清洗人工裂缝,对沉降于人工裂缝中的支撑剂烘干称重,计算沉降于人工裂缝中支撑剂所占总支撑剂的质量比,单独更换其它支撑剂或压裂液,重复步骤
(4) - (7)。
[0033] 根据本发明,步骤(2)所述的支撑剂为本领域常规支撑剂。优选不同粒度的卡博陶粒的任意2种以上,例如卡博陶粒16目-30目;卡博陶粒20目-40目;卡博陶粒40目-70目。
[0034] 确定最适合现场施工的支撑剂的依据是:砂堤的形态平缓,沉降于人工裂缝中的支撑剂重量少的支撑剂最适合现场施工使用。
[0035] 根据本发明,步骤(2)所述的压裂液为本领域常规压裂液。
[0036] 优选的,在步骤(3)中,还包括调整模拟井筒上的筒壁射孔数目、筒壁射孔的孔径和筒壁射孔的相位角:所述筒壁射孔数目范围为:3个-14个;所述筒壁射孔的相位角范围为:30° -180° ;所述筒壁射孔的孔径范围为:0-2cm。
[0037] 优选的,在步骤(3)中,还包括人工裂缝的透明平板内表面贴置塑料膜,所述塑料膜的表面粗糙度与实际施工层的全直径岩心的断裂面的粗糙度相同。
[0038] 优选的,在步骤(3)中,还包括调整人工裂缝中两透明平板上的滤失孔的孔径大小。根据现场施工地层滤失系数进行调整。
[0039] 优选的,步骤(5)所述跟踪支撑剂在人工裂缝中的运移轨迹是采用高速摄像机对透明平板进行拍摄。
[0040] 本发明的优点在于:
[0041] 1.本发明所述实验装置中的人工裂缝规模大,模拟现场施工中的裂缝更加真实,比小模型更具代表性,测得数据更加可靠;
[0042] 2.本发明所述人工裂缝宽度可调,可模拟不同裂缝宽度下的支撑剂铺置规律;
[0043] 3.本发明在人工裂缝内壁设置有可替换的粗糙表面,与压裂所致地层裂缝内表面相似,完全模拟现场施工的真实环境;
[0044] 4.本发明在人工裂缝进出口设置有压力表,可对人工裂缝内摩阻进行测定;
[0045] 5.本发明在人工裂缝的平板上设置有滤失孔眼,模拟地层在不同滤失程度下的支撑剂沉降及铺置规律;
[0046] 6.本发明所述模拟井筒上筒壁孔眼其数目可调、孔径可调、相位角可调,可模拟不同射孔密度、不同孔径、不同相位角下压裂液进入裂缝的运动规律。
附图说明
[0047] 图1是本发明的结构示意图;
[0048] 在图1中:1_搅拌机,2-压裂液配制罐,3-压裂液配制罐的出料口,4-螺杆泵,5-变频控制器,6-流量计,7-管线接口,8-模拟井筒的进料口,9-透明平板,10-筒壁射孔,
11-模拟井筒的卸料口,12-裂缝模型底座,13-进水口,14-进砂口,15-管线,16-罐内液面观察窗,17-压力表,18-包边框,19-模拟井筒,20-压裂液配制罐的回料口,21-出液管;22-孔眼,23-出液管的回料口。
具体实施方式
[0049] 下面结合说明书附图和实施例对本发明做详细的说明,但不限于此。
[0050] 实施例1、
[0051] 如图1所示,一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置,包括人工裂缝,所述的人工裂缝包括两张相互平行设置的透明平板9,在两张透明平板9的上下两端分别通过包边框18密封,在透明平板的左端设置一个模拟井筒19,在透明平板9的右端设置一个出液管21,所述透明平板9、包边框18、模拟井筒的19筒壁和出液管21的筒壁共同围成一个密闭空间;所述模拟井筒19顶部设置有进料口 8、模拟井筒19的底部设置有卸料口 11,在模拟井筒壁上且朝向密闭空间方向均匀设置有多个筒壁射孔10,所述进料口 8、卸料口 11和筒壁射孔10相互贯通;在模拟井筒的进料口 8处设置有流量计6和压力表17 ;所述出液管21顶部设置有回料口 23、出液管21底部卸料口,在出液管21壁上且朝向密闭空间方向均匀设置有多个孔眼22,所述回料口 23、卸料口和孔眼22相互贯通;在出液管21的回料口 23处设置有流量计和压力表。
[0052] 所述透明平板9的长度为4m,高度为lm,厚度为4cm,两透明平板9的间距可调,间距调整范围为:2-14mm;所述透明平板9内壁面粘贴有塑料膜,所述塑料膜的表面粗糙度与实际施工层的岩层粗糙度相同。
[0053] 所述两个透明平板9上分别分布设置有15个-30个直径可调的滤失孔眼,所述直径的可调范围为:0.05-0.25mm。在两透明平板上设置有滤失孔眼,是用来模拟压裂液在地层的滤失。所述的透明平板9上绘制有网格;所述网格中单个网格边长为0.5cm。
[0054] 所述在模拟井筒19上的筒壁射孔10数目范围为:3个-14个;所述筒壁射孔10的相位角范围为:30° -180° ;所述筒壁射孔10的孔径范围为:0-2cm。以上所述筒壁射孔的数目、相位角和孔径都是随实验的模拟环境不同而相应调整的。所述筒壁射孔的相位角是指:相邻设置的筒壁射孔的轴心在水平方向上投影所形成的夹角。
[0055] 所述的人工裂缝的底部设置有底座,在所述底座下部安装万向轮。
[0056] 实施例2、
[0057] —种利用实施例1所述实验装置进行模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验方法,步骤如下:
[0058] (I)按照相似原理,根据现场施工中裂缝的宽度尺寸,计算实验所需支撑剂量、压裂液体积、压裂液粘度和实验排量;
[0059] (2)根据步骤(I)所计算出实验所需支撑剂量、压裂液体积和实验排量,压裂液及多种支撑剂;
[0060] (3)调整人工裂缝中2个透明平板9之间的距离,使其与现场施工中裂缝的宽度一致;调整模拟井筒上的筒壁射孔数目、筒壁射孔的孔径和筒壁射孔的相位角:所述筒壁射孔数目范围为3个-14个;所述筒壁射孔的相位角范围为30°〜180° ;所述筒壁射孔的孔径范围为0-2cm ;在人工裂缝的透明平板内表面贴置塑料膜,所述塑料膜的表面粗糙度与实际施工层的岩层粗糙度相同;调整人工裂缝中两透明平板上的滤失孔的孔径大小。根据现场施工地层滤失系数进行调整;
[0061] (4)选取步骤(2)中的一种支撑剂与一种压裂液混合,搅拌成携砂压裂液,向人工裂缝中泵入携砂压裂液,即2个透明平板9之间,形成循环回路;所述的循环回路是指:携砂压裂液由模拟井筒19的进料口 8、筒壁射孔10进入人工裂缝,并由出液管21的筒壁孔眼22、回料口 23回流出,往复循环;
[0062] (5)采用高速摄像机对透明平板进行拍摄,跟踪支撑剂在人工裂缝中的运移轨迹,计算支撑剂的垂直沉降速度及水平运移速度;
[0063] (6)停止向人工裂缝中泵入携砂压裂液,用相机记录在人工裂缝中支撑剂沉降所形成的砂堤的形态。压裂液在实验系统中循环流动时,把部分支撑剂携带出人工裂缝,因此沉积在人工裂缝中的支撑剂只占总量的一部分。
[0064] (7)清空并清洗人工裂缝,对沉降于人工裂缝中的支撑剂烘干称重,计算沉降于人工裂缝中支撑剂所占总支撑剂的质量比,单独更换其它支撑剂或压裂液,重复步骤
(4) - (7)。
[0065] 砂堤的形态平缓、沉降于人工裂缝中的支撑剂重量少的支撑剂最适合现场施工。相应的压裂液也可作为现场施工优选方案。[0066] 实施例3、
[0067] 一种如实施例1所述的实验装置,不同之处在于,所述的实验装置还包括数据采集控制板和计算机,所述实验装置所采集到的实验数据通过数据采集控制板传输至计算机。所述的实验数据包括支撑剂的垂直沉降速度及水平运移速度、人工裂缝中支撑剂沉降所形成的砂堤的速度和形态、沉降于人工裂缝中支撑剂所占总支撑剂的质量比等。
[0068] 实施例4、
[0069] 一种如实施例1所述的实验装置,不同之处在于,不在透明平板上设置滤失孔眼,以模拟地层无滤失的情况。所述实验装置还包括压裂液配制罐2和输出泵;所述输出泵包括螺杆泵4和变频控制器5,变频控制器5与螺杆泵4相连。
[0070] 所述压裂液配制罐2包括进料口、罐体、搅拌机1、出料口 3和回料口 20,所述进料口 3和回料口 20设置在罐体的顶部,所述搅拌机I设置的罐体的内部,所述出料口 3设置在罐体的底部;所述进料口 3分别与进水口 13和进砂口 14相连,所述进砂口 14采用球型阀控制进砂速度,最大进砂速度为500ml/s,所述出料口 3通过管线15与输出泵的入口相连;
[0071] 所述输出泵的出口通过管线15与人工裂缝的模拟井筒19的进料口 8相连,所述压裂液配制罐的回料口 20通过管线15与人工裂缝的出液管21的回料口 23相连。
[0072] 实施例5、
[0073] 利用实施例4所述的实验装置模拟现场中的宽度为4mm的压裂裂缝,备选编号分别为a、b和c三种支撑剂实验,即模拟在地层无滤失的情况下,支撑剂在压裂裂缝中的沉降及铺置规律,其支撑剂的参数分别如下:
[0074] 支撑剂a:卡博陶粒,16目30目;
[0075] 支撑剂b:卡博陶粒,20目40目;
[0076] 支撑剂c:卡博陶粒,40目70目。
[0077] 一种利用实施例4所述实验装置进行模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验方法,步骤如下:
[0078] (I)按照相似原理,根据现场施工中裂缝的宽度尺寸4_的压裂裂缝,计算实验所需支撑剂16L、压裂液体积100L、压裂液粘度为50mPa.s和实验排量4m3/h ;
[0079] (2)根据步骤(I)所计算出实验所需支撑剂量、压裂液体积和实验排量,准备上述压裂液和三种支撑剂:支撑剂a、支撑剂b、支撑剂c ;
[0080] (3)调整人工裂缝中2个透明平板9之间的距离为4mm,使其与现场施工中裂缝的宽度一致;调整模拟井筒上的筒壁射孔数目、筒壁射孔的孔径和筒壁射孔的相位角:所述筒壁射孔数目范围为:10个;所述筒壁射孔的相位角范围为:60° ;所述筒壁射孔的孔径为:1cm ;在人工裂缝的透明平板内表面贴置塑料膜,所述塑料膜的表面粗糙度与实际施工层的全直径岩心的断裂面的粗糙度相同;
[0081] (4)将所述支撑剂a与所述压裂液混合,搅拌成携砂压裂液,以4m3/h的排量向人工裂缝中泵入携砂压裂液,即2个透明平板9之间,形成循环回路;所述的循环回路是指:携砂压裂液由模拟井筒19的进料口 8、筒壁射孔10进入人工裂缝,并由出液管21的筒壁孔眼10、回料口 23回流出,往复循环;
[0082] (5)采用高速摄像机对透明平板进行拍摄,跟踪支撑剂在人工裂缝中的运移轨迹,计算支撑剂的垂直沉降速度及水平运移速度;
[0083] (6)停止向人工裂缝中泵入携砂压裂液,用相机记录在人工裂缝中支撑剂沉降所形成的砂堤的形态。压裂液在实验系统中循环流动时,会把部分支撑剂携带出人工裂缝,因此沉积在人工裂缝中的支撑剂只占总量的一部分。
[0084] (7)清空并清洗人工裂缝,对沉降于人工裂缝中的支撑剂烘干称重,计算沉降于人工裂缝中支撑剂所占总支撑剂的质量比,单独更换其它支撑剂b或C,重复步骤(4)-(7)。
[0085] 砂堤的形态平缓、沉降于人工裂缝中的支撑剂重量少的支撑剂最适合现场施工。相应的压裂液也可作为现场施工优选方案。
[0086] 表1为利用实施例4、5分别模拟支撑剂a、b、c在宽度为4mm裂缝中铺置的实验结果:
[0087] 表1实验结果
[0088]
Figure CN102590888BD00101
[0089] 由表1中参数(支撑剂沉降速度,水平运移速度,砂堤平衡高度,砂堤形态)可知,适合宽度为4mm的裂缝的支撑剂为编号为c的支撑剂。
[0090] 优选出适合于4_裂缝的支撑剂之后,还可以固定其它实验参数不变,单独改变压裂液粘度、实验排量或支撑剂用量等参数进行实验,以优选出各种合理的施工参数。

Claims (8)

1.一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置,其特征在于,其包括人工裂缝,所述的人工裂缝包括两张相互平行设置的透明平板,在两张透明平板的上下两端分别通过包边框密封,在透明平板的左端设置一个模拟井筒,在透明平板的右端设置一个出液管,所述透明平板、包边框、模拟井筒的筒壁和出液管的筒壁共同围成一个密闭空间;所述模拟井筒顶部设置有进料口、模拟井筒的底部设置有卸料口,在模拟井筒壁上且朝向密闭空间方向均匀设置有多个筒壁射孔,所述进料口、卸料口和筒壁射孔相互贯通;在模拟井筒的进料口处设置有流量计和压力表;所述出液管顶部设置有回料口、出液管底部卸料口,在出液管壁上且朝向密闭空间方向均匀设置有多个孔眼,所述回料口、卸料口和孔眼相互贯通;在出液管的回料口处设置有流量计和压力表; 所述透明平板的长度为4m,高度为lm,厚度为4cm,两透明平板的间距可调,间距调整范围为:2-14mm;所述透明平板内壁面粘贴有塑料膜,所述塑料膜的表面粗糙度与实际施工层的全直径岩心的断裂面的粗糙度相同; 所述两张透明平板上分别分布设置有15个-30个直径可调的滤失孔眼,所述直径的可调范围为:0.05-0.25mm ; 所述在模拟井筒上的筒壁射孔数目范围为:3个-14个;所述筒壁射孔的相位角范围为:30° —180° ;所述筒壁射孔的孔径范围为:0-2cm,以上所述筒壁射孔的数目、相位角和孔径都是随实验的模拟环境不同而相应调整的。
2.根据权利要求1所述的实验装置,其特征在于,所述的实验装置还包括数据采集控制板和计算机,所述实验装置所采集到的实验数据通过数据采集控制板传输至计算机。
3.根据权利要求1所述的实验装置,其特征在于,所述的透明平板上绘制有网格;所述网格中单个网格边长为0.5cm;所述的人工裂缝的底部设置有底座,在所述底座下部安装万向轮。
4.根据权利要求1所述的实验装置,其特征在于,所述的实验装置还包括压裂液配制罐和输出泵;所述压裂液配制 罐包括进料口、罐体、搅拌机、出料口和回料口,所述进料口和回料口设置在罐体的顶部,所述搅拌机设置在罐体的内部,所述出料口设置在罐体的底部;所述进料口分别与进水口和进砂口相连,所述进砂口采用球型阀控制进砂速度,最大进砂速度为500ml/s,所述出料口通过管线与输出泵的入口相连;所述输出泵的出口通过管线与人工裂缝的模拟井筒的进料口相连,所述压裂液配制罐的回料口通过管线与人工裂缝的出液管的回料口相连。
5.根据权利要求4所述的实验装置,其特征在于,所述输出泵包括螺杆泵和变频控制器,变频控制器与螺杆泵相连。
6.利用权利要求1所述的实验装置进行模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验方法,其特征在于,步骤如下: (1)根据相似原理,按现场施工中裂缝的宽度尺寸,计算实验所需支撑剂量、压裂液体积、压裂液粘度和实验排量; (2)根据步骤(1)所计算出实验所需支撑剂量、压裂液体积和实验排量,准备压裂液及多种支撑剂; (3)调整人工裂缝中2个透明平板之间的距离,使其与现场施工中裂缝的宽度一致; (4)选取步骤(2)中的一种支撑剂与所述压裂液混合,搅拌成携砂压裂液,向人工裂缝中泵入携砂压裂液,即2个透明平板之间,形成循环回路; (5)跟踪支撑剂在人工裂缝中的运移轨迹,计算支撑剂的垂直沉降速度及水平运移速度; (6)停止向人工裂缝中泵入携砂压裂液,用相机记录在人工裂缝中支撑剂沉降所形成的砂堤的形态; (7)清空并清洗人工裂缝,对沉降于人工裂缝中的支撑剂烘干称重,计算沉降于人工裂缝中支撑剂所占总支撑剂的质量比,单独更换其它支撑剂或压裂液,重复步骤(4)- (7)。
7.根据权利要求6所述的实验方法,其特征在于,步骤(2)所述的支撑剂为本领域常规支撑剂,步骤(2)所述的压裂液为本领域常规压裂液;在步骤(3)中,还包括调整模拟井筒上的筒壁射孔数目、筒壁射孔的孔径和筒壁射孔的相位角:所述筒壁射孔数目范围为:3个-14个;所述筒壁射孔的相位角范围为:30° —180° ;所述筒壁射孔的孔径范围为:0-2cm;在步骤(3)中,还包括人工裂缝的透明平板内表面贴置塑料膜,所述塑料膜的表面粗糙度与实际施工层的全直径岩心的断裂面的粗糙度相同;在步骤(3)中,还包括调整人工裂缝中两透明平板上的滤失孔的孔径大小;步骤(5)所述跟踪支撑剂在人工裂缝中的运移轨迹是采用高速摄像机对透明平板进行拍摄。
8.根据权利要 求6所述的实验方法,其特征在于,所述的支撑剂为任意2种以上不同粒度的卡博陶粒。
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