CN104564048B - 一种支撑剂运移的大尺寸多裂缝模拟装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支撑剂运移的大尺寸多裂缝模拟装置和方法，所述装置包括裂缝单元(20)，所述裂缝单元(20)包括主裂缝(201)和设置在所述主裂缝至少一侧的多级分支裂缝(202)，其特征在于，所述主裂缝(201)和至少一条所述分支裂缝(202)之间通过连接部件(203)连接，并且所述连接部件(203)设置有控制阀(204)，用以控制所述主裂缝(201)和至少一条所述分支裂缝之间的连通状态。所述方法是根据所述实验方案，开启或关闭连接部件(203)的控制阀(204)，并且通过角度调节器(205)设置主裂缝(201)和至少一条分支裂缝(202)之间的连接角度，研究不同裂缝形态下支撑剂沉降规律。

Description

一种支撑剂运移的大尺寸多裂缝模拟装置和方法

技术领域

本发明涉及油气田开发研究技术领域，特别涉及一种支撑剂运移的大尺寸多裂缝模拟装置和方法。

背景技术

随着页岩气藏开采规模的不断扩大，水力压裂作为页岩气藏获产以及增产的必要手段之一，发挥着十分重要的作用。由于支撑剂在裂缝中的输送规律是影响支撑剂在裂缝中铺设形态的关键，直接决定了压裂改造的最终效果。因此，研究支撑剂在裂缝中沉降和运移的规律极具必要性。使用最多并且最能客观反映支撑剂在裂缝中输送真实情况的方法是采用窄缝流动物理模拟实验，尤其是大尺寸窄缝实验设备。

现阶段，比较常见的模拟支撑剂运移的实验装置多为单缝或者简单的双缝装置，该类装置不能客观真实的反映支撑剂在网状裂缝中运移规律，因此，由此得出的实验分析数据与实际情况有比较大的出入。而现在引起广泛关注的页岩气储层属于裂缝性致密气藏，地层中存在天然的裂缝网络，水力压裂的过程中，形成的裂缝不是简单的双翼裂缝，而是非常复杂的裂缝网络。因此，有必要对现有装置基础之上提出新的实验设备。

为此，有专利公开了多裂缝模拟实验装置，虽然缩小了模拟实验与实际地层情况之间的差距，但是其还存在缺陷：装置在实验过程中不可控制，具体体现在裂缝的分布形态不可控制，不能对裂缝之间的角度或者整体裂缝形态进行调节，模拟的裂缝形态较为单一。而且更重要的是，即便有个别专利公开了多种裂缝形态，但是其需要重新更换装置部件来实现，十分不便。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种支撑剂运移的大尺寸多裂缝模拟装置，其包括裂缝单元，所述裂缝单元包括主裂缝和设置在所述主裂缝至少一侧的多级分支裂缝，所述主裂缝和至少一条所述分支裂缝之间通过连接部件连接，并且所述连接部件设置有控制阀，用以控制所述主裂缝和至少一条所述分支裂缝之间的连通状态。

根据一个优选实施方式，所述连接部件设置有角度调节器，并且所述角度调节器构成为所述连接部件的一部分，所述主裂缝和所述分支裂缝之间或者各级分支裂缝之间通过所述角度调节器形成不同的连接角度。

根据一个优选实施方式，所述连接部件包括至少一个所述角度调节器，N个角度调节器将所述连接部件划分成N+1段，其中，N≥1且N为整数。

根据一个优选实施方式，所述角度调节器为正n棱柱，n≥5且为整数，并且所述角度调节器的n个侧面之一是固定面，其余侧面为调节面；其中，与所述固定面相邻的两个调节面上设置有安装孔，其余调节面上设置有安装孔和第一窄缝。

根据一个优选实施方式，所述连接部件还包括与所述角度调节器相匹配的调节件，所述调节件为两个片状结构体，所述两个片状结构体可选择地固定在任意两个调节面上，从而调节所述主裂缝和所述分支裂缝或者所述各级分支裂缝之间的连接角度。

根据一个优选实施方式，所述大尺寸多裂缝模拟装置还包括操控单元，所述操控单元与每个所述控制阀连接，并且所述操控单元设置有控制所述控制阀开启或关闭的按键，从而根据所要模拟的裂缝分布形态来开启或关闭相应的控制阀。

根据一个优选实施方式，所述连接部件呈具有两端开口的板状结构，所述连接部件的两端分别连接至所述主裂缝和所述分支裂缝或者两个相邻的分支裂缝，所述连接部件内部形成有缝隙，所述控制阀以紧密贴合的方式设置在所述连接部件的缝隙内。

根据一个优选实施方式，所述控制阀包括阀芯和可调节所述控制阀开启或关闭的手动拨片，其中，所述阀芯设置在所述连接部件的缝隙内，并且所述阀芯沿轴向设置有第二窄缝，所述手动拨片设置在所述连接部件的顶部。

根据一个优选实施方式，所述大尺寸多裂缝模拟装置还包括混砂单元，所述混砂单元包括混砂罐和设置在所述混砂罐底部的混砂三通，所述混砂三通的第一通道大致呈漏斗状，压裂液沿所述第一通道的入口段在泵送装置的作用下流向所述第一通道的射流段，并且所述射流段的口径明显小于所述入口段的口径，从而使得所述压裂液在所述泵送装置的作用下在所述射流段内形成高速射流，进而将流经第二通道的支撑剂送至与裂缝单元连接的第三通道。

根据一个优选实施方式，所述混砂单元还包括调节齿轮。

根据一个优选实施方式，所述连接板呈圆弧形或者直线形或者圆弧形和直线形的结合。

根据一个优选实施方式，所述主裂缝和/或分支裂缝呈折线形、曲线形或直线形。

根据一个优选实施方式，所述主裂缝和所述分支裂缝由两块透明树脂板并行搭置而成，并且所述透明树脂版之间设置有密封圈。

根据一个优选实施方式，所述主裂缝和所述分支裂缝的宽度根据所述密封圈的厚度进行调节。

根据一个优选实施方式，所述入口段的最大口径为6～15mm，所述射流段的口径为2～5mm。

根据一个优选实施方式，所述入口段包括一沿通道内壁过渡形成的锥形腔体，所述锥形腔体的顶部与所述射流段贯通，并且所述锥形腔体沿所述第一通道的轴向高度为25～35mm，所述锥形腔体的顶角为10～20度。

根据一个优选实施方式，所述第二通道的出口端与所述射流段的出口端汇合后并沿所述第一通道的轴线水平延伸形成所述第三通道，并且所述第二通道与所述第一通道之间呈30～60度夹角。

根据一个优选实施方式，所述主裂缝和所述分支裂缝的缝宽为2～4mm可调，裂缝高度为200～400mm，所述主裂缝的裂缝长度为2500～3500mm，所述分支裂缝的裂缝长度为1500～2000mm。更优选，主裂缝和分支裂缝的缝宽为3mm，裂缝高度为300mm，主裂缝的裂缝长度3009mm，分支裂缝的裂缝长度为1874mm。

根据一个优选实施方式，所述连接板是由50～100mm长的平直段和半径为100～150mm的圆弧段组成。

根据一个优选实施方式，所述连接板的平直段长75mm，所述连接板的圆弧段的半径长123.5mm，其中，所述平直段与分支裂缝连接，所述圆弧段与主裂缝连接。

根据一个优选实施方式，所述泵送装置和所述混砂单元之间设有进口流量计，所述混砂单元和所述裂缝单元之间设有出口流量计，并且所述进口流量计和所述出口流量计均为电磁流量计。

本发明的另一个方面，提供一种模拟支撑剂运移的方法，所述方法采用本发明的大尺寸多裂缝模拟装置，并且所述方法包括以下步骤：

实验准备，包括实验缝宽准备、压裂液配制及性能测试以及支撑剂准备；

实验方案确定，设计具有不同裂缝分布形态的多个实验方案；

根据所述实验方案，开启或关闭连接部件的控制阀，并且通过角度调节器设置主裂缝和至少一条分支裂缝之间的连接角度；

将携砂液放置在配液箱内，根据方案要求排量开启泵送装置，并读取出口流量计流量，根据流量与砂量的线性关系，调整调节齿轮漏沙速率，精确控制砂比；和

观察砂堤的形成过程，记录砂堤形态，总结多裂缝下支撑剂沉降规律。

本发明和现有技术相比其具有的有益技术效果：

本发明为大尺寸多裂缝模拟装置，可以客观真实的反映油气地层的实际情况，起到更好的仿真模拟效果。本发明的分支裂缝呈多级分布，每条分支裂缝的连接角度可以调节，并且通过电子操控或人为手动控制设置在主裂缝和分支裂缝或各级分支裂缝之间的控制阀，来调节每条裂缝的连通状态，实时改变整个裂缝的分布形态，更加贴近实际。

此外，本发明的混砂三通也区别于现有技术中三个通口口径彼此均相同的一般三通结构。根据支撑剂在整个运移过程中传输路线，本发明改变了压裂液在管道内流速不变的现状，通过改变用于压裂液流经的第一通道的口径，使得压裂液在与支撑剂混合之前，在泵送装置的作用下形成高速射流，从而将来自第二通道的支撑剂快速地带至第三通道，避免了支撑剂封堵在混砂三通内，大大提高了模拟装置的实验性能。

最后，本发明采用透明树脂板作为形成主裂缝和分支裂缝的主体构件，因而本发明还具有可视化的技术效果；并且本发明可实现支撑剂在单缝、双缝以及多缝中运移模拟实验。

附图说明

图1是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的简易工艺流程图；

图2是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的裂缝单元的局部图；

图3是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的连接部件的局部放大图；

图4是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的连接部件的局部放大图；

图5是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的裂缝单元的局部图；

图6是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的混砂单元的结构示意图；

图7是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的混砂三通的剖视图；和

图8是运用本发明的大尺寸多裂缝模拟装置模拟支撑剂运移的实验流程图。

附图标记列表

100：大尺寸多裂缝模拟装置 10：混砂单元 20：裂缝单元

30：泵送装置 40：循环过滤单元 50：流通管路

101：混砂三通 102：混砂罐 103：储砂槽

104：调节齿轮 111：第一通道 112：第二通道

113：第三通道 121：入口段 122：射流段

123：锥形腔体 201：主裂缝 202：分支裂缝

203：连接部件 204：控制阀 211：阀芯

212：手动拨片 213：第二窄缝 214：固定孔

501：进口流量计 502：出口流量计 503：混砂连通器

205：角度调节器 2051：固定面 2052：调节面

2053：安装孔 2054：第一窄缝

具体实施方式

本发明的图1至图7示出的结构仅用于帮助本领域技术人员理解，并不用于限制本发明的实际装置。图中元件均采用简略画法，仅作为示意，但是这并不影响对本发明的说明，本领域技术人员应该明白。

下面对本发明中涉及的术语进行解释说明：

支撑剂，是石油、天然气低渗透油气井开采中压裂增产方式中的关键材料，一般是具有一定粒度和级配的天然砂或人造高强陶瓷颗粒。其起到防止支撑裂缝因应力释放而闭合的作用，从而保持油气畅通。

压裂液，是流体矿(气、油、淡水、盐水等)在开采过程中，为了获得高产而借用液体传导力(如水力等)压裂措施时所用的液体。本发明所使用的压裂液优选为水。

携砂液，是压裂液携带有支撑剂的混合液体，可以简单理解为压裂液和支撑剂的混合物。

连接角度，是指分支裂缝与主裂缝，或者各级分支裂缝之间形成的角度。

口径，是指混砂三通通道的内径。

锥形腔体，是指能够在三维空间内限定出的锥形体的腔体结构，其中所指的锥形体包括圆锥体或正棱锥体。正棱锥体包括正三棱锥体、正四棱锥体或正多棱锥体。

需要说明的是，本发明优选锥形腔体为圆锥形腔体，本发明中所涉及的关于第一通道111的入口段121的所有尺寸也均是在圆锥形腔体的情况下进行测量的。这些数值仅作为一个优选实施例进行说明，其并不限制本发明。

顶角：对于由正棱锥体形成的锥形腔体，过锥形腔体的一条棱且过锥形腔体中心轴的平面，该平面与锥形腔体表面相交，该平面所经过的棱与交线之间的夹角为顶角；对于圆锥体形成的锥形腔体，过其中心轴线的任一平面与锥形腔体表面相交，两条交线形成的夹角为顶角。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图1示出了本发明的大尺寸多裂缝模拟装置，也可以理解为图1是本发明模拟装置的简易工作流程图。模拟支撑剂运移的大尺寸多裂缝模拟装置100包括混砂单元10、裂缝单元20、泵送装置30、循环过滤单元40和流通管路50。流通管路50是由塑料制成的柔性管线，能够任意弯曲。本发明的流通管路50是由多根柔性管线组成的。流通管路50用于连接将混砂单元10、裂缝单元20、泵送装置30和循环过滤单元40彼此连接，形成循环的流体通路。在流通管路50上还设置有流量计，如设置在泵送装置30和混砂单元10之间的进口流量计501，设置在混砂单元10和裂缝单元20之间的出口流量计502。

进口流量计501和出口流量计502均为电磁流量计。电磁流量计的优点在于：1)测量管道为光滑直管，无阻流部件，在固液两相流的测量中不易堵塞管路；2)精度较常规流量计高；3)测量量程范围大。本发明的模拟装置优选LDG型电磁流量计，其具体参数如表1中所示。

表1 LDG型电磁流量计性能参数

本发明的模拟装置在裂缝单元20和循环过滤单元40之间还设置有混砂连通器503，用于将来自裂缝单元20中的多条裂缝中的携砂液混合之后再次流入循环过滤单元50，以循环再利用。根据图1中示出的一个实施方式，混砂连通器503包括四个通口，但是本发明不仅限于此，本领域技术人员可以根据流通管路50的实际情况来确定具有相应通路的混砂连通器503。

再次结合图1对本发明模拟装置的工作流程进行说明。

图1中示出了分别代表支撑剂、压裂液和携砂液的三种箭头，即和箭头所指方向表示对应流体在流通管路50中的流向。压裂液在循环过滤单元40中配制好之后流向混砂单元10。配制好的支撑剂从混砂单元10中进入流通管路50，并在压裂液的作用下支撑剂被携带至裂缝单元20。为了便于叙述，在混砂单元底部混合后的支撑剂和压裂液统称为携砂液。携砂液进入裂缝单元20之后，开始观察裂缝中砂堤形态，并通过平衡高度和平衡时间来表征裂缝中砂堤形态。之后，由多条裂缝中流出的携砂液通过混砂连通器503，再次汇入至循环过滤单元40。

循环过滤单元40为具有开口的箱体结构，其通过过滤装置(如滤网)将箱体分为配液室和混合室两部分。其中，配液室与泵送装置30连通。压裂液在配液室中配制好之后沿流通管路流向混砂单元10。混合室与混砂连通器503连通，经过一次模拟实验后的压裂液再次汇入到混合室中，并通过设置在混合室与配液室之间的滤网将压裂液进行过滤，使其再次进入配液室中被循环利用。

本发明的模拟装置为循环系统，可做到资源循环利用，且对室内环境不会造成污染，使得实验室内环境干净整洁。

裂缝单元20包括主裂缝201和设置在主裂缝至少一侧的多级分支裂缝202。图1仅示出了一级分支裂缝，在本发明的指导下，本领域技术人员可以任意增加二级、三级、四级乃至更多级的分支裂缝。并且，每级裂缝设置的位置也没有具体要求。

如图2所示，主裂缝201和分支裂缝202之间或者各级分支裂缝202之间通过连接部件203连接。连接部件203设置有控制阀204，用以实时控制主裂缝201和分支裂缝之间或者各级分支裂缝之间的连通状态。本发明的大尺寸多裂缝模拟装置不仅能够形成多裂缝的复杂网络分布，而且还可以随时调整或改变各裂缝的连通状态，进而获得不同形态结构的裂缝分布形态，模拟效果更加贴近实际。

本发明的主裂缝201和分支裂缝202均是由两块并行的透明树脂板搭置而成的，并通过螺栓将两块透明树脂板进行连接固定。缝隙的宽度通过调节设置在两块树脂板之间的密封圈的厚度来确定。如图2所示，构成主裂缝201和分支裂缝202的树脂板沿周向分布了多个圆形固定孔。

如图3所示，连接部件203设置有角度调节器205。角度调节器205构成为连接部件203的一部分。主裂缝201和分支裂缝202之间或者各级分支裂缝之间通过角度调节器形成不同的连接角度。连接部件203还包括与角度调节器205相匹配的调节件206。图中虚线部分的调节件206为改变角度后的与角度调节器205的连接状态。通过改变角度调节器205与调节件206在安装状态下的相对位置来调节主裂缝和分支裂缝或者各级分支裂缝之间的角度。

参见图3或图4，角度调节器205为正n棱柱，n≥5且为整数。角度调节器205的n个侧面之一是固定面2051，其余侧面为调节面2052。与固定面2051相邻的两个调节面上设置有安装孔2053，其余调节面上设置有安装孔2053和第一窄缝2054。角度调节器205的n个侧面，除了与构成主裂缝或分支裂缝的透明树脂板贴合的固定面2051以外，每个调节面2052均设置有安装孔2053。并且，安装孔2053是盲孔，避免连接部件203内部液体流出，从而影响实验正常进行。与安装孔2053不同的是，第一窄缝2054仅设置在与固定面2051不相邻的调节面上，其同样是为了避免连接部件203内部液体流出，从而影响实验正常进行。固定面2051的两侧设置有凸缘(也可称为法兰)，其作用是固定角度调节器205，进而固定连接部件203。

图3和图4示出的是本发明的一个优选实施方式，在该实施方式中，角度调节器205为正六棱柱。当然，角度调节器205也可以是图中未示出的正五棱柱、正七棱柱或者正八棱柱等。作为正棱柱体的角度调节器205的侧面数目没有具体的限制，本领域技术人员可以根据所要调节的角度范围来选取合适的正棱柱体。本发明的大尺寸多裂缝模拟装置可以实现0～180度的角度范围内的调节。正棱柱体的侧面数目越大，其能够调节的角度就越多。以图3和图4示出的优选实施例为例，该连接部件203可以实现30°、60°、90°、120°和150°的调节。

再次参见图3，调节件206包括两个片状结构体。两个片状结构体可选择地固定在任意两个调节面2052上，从而调节主裂缝和分支裂缝或者各级分支裂缝之间的连接角度。调节件206通过设置在调节面2052上的安装孔2053固定。调节件206的两个用于固定的片状结构体可以具有固定角度不可弯曲的结构，也可以是具有活动关节、能够任意转动的结构。在安装状态下，调节件206和角度调节器205以形状配合方式紧密贴合，形成一个密封整体。

本发明的连接部件203是由金属、塑料或陶瓷制成的。连接部件203的形状没有具体限制，可以直线形，也可以是弧形，还可以是二者的结合，甚至可以是波浪形。从制作的难易程度考虑，本发明优选连接部件203为直线形和圆弧形。制备连接部件203的材料优选金属和塑料。连接部件203硬度高、强度大，能够承受内部液体的压力，不易发生变形，从而确保实验的准确性。其中，金属是指铝、铁、铜及其合金，以及合金钢。塑料是硬质塑料，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚甲醛(POM)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。陶瓷是工程陶瓷(又称氮化硅陶瓷)。

根据一个优选实施方式，连接部件203的内表面涂覆有防锈涂层，如油漆层或黄油层，从而避免在实验过程中因金属连接板生锈而堵塞缝隙。

根据一个优选实施方式，主裂缝201和/或分支裂缝202呈Y字型、折线形、曲线形或直线形。每条裂缝彼此交错连通，形成复杂的网络分布，从而模拟出更加真实的地层中裂缝的分布形态。

现结合图5对本发明的控制阀204进行详细说明。根据图中未出示的一个优选实施方式，本发明的大尺寸多裂缝模拟装置100还包括操控单元。操控单元与每个控制阀204连接。操控单元设置有控制控制阀204开启或关闭的按键，从而根据所要模拟的裂缝分布形态来开启或关闭相应裂缝上的控制阀204。

连接部件203呈具有两端开口的板状结构。连接部件203的两端分别连接至主裂缝和分支裂缝或者两个相邻的分支裂缝。连接部件203内部形成有缝隙，控制阀204以紧密贴合的方式设置在所述连接部件的缝隙内。控制阀204包括阀芯211和可调节控制阀开启或关闭的手动拨片212。阀芯211设置在连接部件203的缝隙内，并且阀芯沿轴向设置有第二窄缝213。手动拨片212设置在连接部件203的顶部。

本发明无需对每个控制阀进行一一进行开启或关闭操作，仅通过操控单元就实现对控制阀的智能控制，节约时间。除此之外，本发明也可以通过手动拨片212进行手动操作。

参见图6，混砂单元10包括混砂罐102和设置在混砂罐102底部的混砂三通101以及设置在储砂槽103和混砂罐102之间的调节齿轮104。图6中，角度a优选45°。b为30°～60°，优选45°。通过控制调节齿轮104的转速来控制支撑剂的流速。

参见图7，混砂三通包括第一通道111、第二通道112和第三通道113。第一通道111通过流通管路50与裂缝单元20的主裂缝201连通。第二通道112与混砂罐102底部连通。第三通道113通过流通管路50与泵送装置30和循环过滤单元40连通。混砂三通101的第一通道111大致呈漏斗状。第一通道111包括入口段121和射流段122。压裂液沿第一通道111的入口段121在泵送装置30的作用下流向第一通道111的射流段122。压裂液在泵送装置30的作用下在射流段122内形成高速射流，从而将流经第二通道112的支撑剂送至与裂缝单元20连接的第三通道113。入口段121包括一沿通道内壁过渡形成的锥形腔体123。锥形腔体123的顶部与射流段122贯通。

根据一个优选实施方式，锥形腔体123沿第一通道的轴向高度为25～35mm。锥形腔体123的顶角为10～20度。与锥形腔体123相贯通的射流段122的口径为2～5mm。更优选，锥形腔体123沿第一通道的轴向高度为31mm。锥形腔体123的顶角，也即是圆锥角为13°。射流段122的口径为3mm。

第二通道112的出口端与射流段122的出口端汇合后并沿第一通道111的轴线水平延伸从而形成第三通道113。第二通道与第一通道之间呈30～60度夹角。更优选，第二通道与第一通道之间呈45度夹角。也即是，第二通道112为呈30～60度坡度的通道，优选45度。由此，从混砂罐102流入第二通道112中的支撑剂速度减慢、改变了支撑剂的流向和流速，使得支撑剂均匀地进入到第三通道内与压裂液均匀混合并且在具有高流速的压裂液的作用下沿第三通道113流向裂缝单元20。

下面结合附图对本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的模拟实验过程进行详细说明。

如图8所示，本发明涉及的模拟实验包括实验准备、预处理程序和模拟实验。

实验方法包括以下步骤：

实验准备，包括实验缝宽准备、压裂液配制及性能测试以及支撑剂准备；

实验方案确定，设计具有不同裂缝分布形态的多个实验方案；

根据实验方案，开启或关闭连接部件203的控制阀204，并且通过角度调节器205设置主裂缝201和至少一条分支裂缝202之间的连接角度；

将携砂液放置在配液箱内，根据方案要求排量开启泵送装置30，并读取出口流量计502流量，根据流量与砂量的线性关系，调整调节齿轮104漏沙速率，精确控制砂比；和

观察砂堤的形成过程，记录砂堤形态，总结多裂缝下支撑剂沉降规律。

1实验准备

包括实验缝宽准备、压裂液配制及性能测试以及支撑剂准备。

1.1实验缝宽准备

本发明采用不同厚度的密封圈(垫片)对缝宽进行定量调节。由于在紧固过程中由硅胶制成的密封圈会发生受力变形，从而能起到密封作用。所以应事先准备不同厚度的密封圈对设备进行密封上装，同时测量裂缝宽度，确定不同裂缝宽度与密封圈厚度之间的对应关系。

1.2压裂液性能测试

参照类似的酸蚀裂缝指进模拟实验，对所用压裂液采用旋转黏度计170s-1测定流体黏度。

1.3支撑剂准备

由于购买的支撑剂多采用工业级振动筛筛分，其筛分精度较差，一般支撑剂目数跨度较大，因此需对所用支撑剂做重新筛分，减少粒径不均匀对实验的影响。

2实验步骤

(1)根据现场施工中压裂缝的宽度尺寸，泵注排量，施工砂比等信息，计算实验中压裂液排量、砂比等数据并测量所选压裂液黏度，估计所用压裂液体积，支撑剂体积；

(2)根据步骤(1)中的数据计算出实验所需支撑剂混砂单元变速电机转速等数据，确定模拟分支裂缝数量；

(3)调整人工裂缝中两个透明树脂板之间的距离，使其与现场施工中裂缝的宽度一致；

(4)调节分支裂缝与主缝连接处的控制阀，按步骤(2)数据调整分支裂缝参与流动的数目，调节与裂缝单元注入口管线相连的流通阀门；根据所述实验方案，开启或关闭连接部件203的控制阀204，并且通过角度调节器205设置主裂缝201和至少一条分支裂缝202之间的连接角度；

(5)选取步骤(2)中的支撑剂和压裂液分别放入储砂罐和循环过滤单元40的配液室中。先向裂缝单元中泵入不含支撑剂的压裂液，即透明平板之间的缝隙，形成循环回路；所述的循环回路是指：压裂液由裂缝单元的进口处，进入裂缝单元，并由裂缝单元的主裂缝及分支裂缝的末端流出，进入循环过滤单元40的混合池中；

(6)开启支撑剂混砂单元中变速电机，调节调节齿轮104的转速，以步骤(2)中所计算的转速开始加砂；

(7)从支撑剂开始进入到裂缝开始计时，到所配的液体全部泵送完毕，用相机记录砂堤的形态以及相关参数和/或分支裂缝中砂堤的形态以及相关参数。

(8)停止向人工裂缝泵入携砂液。

(9)用清水大排量冲洗人工裂缝，将冲洗出的支撑剂进行烘干。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种支撑剂运移的大尺寸多裂缝模拟装置，其包括裂缝单元(20)，所述裂缝单元(20)包括主裂缝(201)和设置在所述主裂缝至少一侧的多级分支裂缝(202)，其特征在于，所述主裂缝(201)和至少一条所述分支裂缝(202)之间通过连接部件(203)连接，并且所述连接部件(203)设置有控制阀(204)，用以控制所述主裂缝(201)和至少一条所述分支裂缝之间的连通状态；并且所述连接部件(203)设置有角度调节器(205)，并且所述角度调节器(205)构成为所述连接部件(203)的一部分，所述主裂缝(201)和所述分支裂缝(202)之间或者各级分支裂缝之间通过所述角度调节器形成不同的连接角度。

2.如权利要求1所述的大尺寸多裂缝模拟装置，其特征在于，所述连接部件(203)包括至少一个所述角度调节器(205)，所述至少一个角度调节器(205)将所述连接部件(203)划分成多段。

3.如权利要求2所述的大尺寸多裂缝模拟装置，其特征在于，所述角度调节器(205)为正棱柱，所述角度调节器(205)具有至少五个侧面，并且所述角度调节器(205)的至少五个侧面中的一个是固定面(2051)，其余侧面为调节面(2052)；其中，与所述固定面(2051)相邻的两个调节面上设置有安装孔(2053)，其余调节面上设置有安装孔(2053)和第一窄缝(2054)。

4.如权利要求3所述的大尺寸多裂缝模拟装置，其特征在于，所述连接部件(203)还包括与所述角度调节器(205)相匹配的调节件(206)，所述调节件(206)为两个片状结构体，所述两个片状结构体可选择地固定在任意两个调节面(2052)上，从而调节所述主裂缝和所述分支裂缝或者所述各级分支裂缝之间的连接角度。

5.如权利要求1至4之一所述的大尺寸多裂缝模拟装置，其特征在于，所述大尺寸多裂缝模拟装置还包括操控单元，所述操控单元与每个所述控制阀(204)连接，并且所述操控单元设置有控制所述控制阀(204)开启或关闭的按键，从而根据所要模拟的裂缝分布形态来开启或关闭相应的控制阀(204)。

6.如权利要求1至4之一所述的大尺寸多裂缝模拟装置，其特征在于，所述连接部件(203)呈具有两端开口的板状结构，所述连接部件(203)的两端分别连接至所述主裂缝和所述分支裂缝或者两个相邻的分支裂缝，所述连接部件(203)内部形成有缝隙，所述控制阀(204)以紧密贴合的方式设置在所述连接部件的缝隙内。

7.如权利要求6所述的大尺寸多裂缝模拟装置，其特征在于，所述控制阀(204)包括阀芯(211)和可调节所述控制阀开启或关闭的手动拨片(212)，其中，所述阀芯(211)设置在所述连接部件(203)的缝隙内，并且所述阀芯沿轴向设置有第二窄缝(213)，所述手动拨片(212)设置在所述连接部件(203)的顶部。

8.如权利要求1至4之一所述的大尺寸多裂缝模拟装置，其特征在于，所述大尺寸多裂缝模拟装置还包括混砂单元(10)，所述混砂单元(10)包括混砂罐(102)和设置在所述混砂罐(102)底部的混砂三通(101)，其特征在于，

所述混砂三通(101)的第一通道(111)大致呈漏斗状，压裂液沿所述第一通道(111)的入口段(121)在泵送装置(30)的作用下流向所述第一通道(111)的射流段(122)，并且所述射流段(122)的口径明显小于所述入口段(121)的口径，从而使得所述压裂液在所述泵送装置(30)的作用下在所述射流段内形成高速射流，进而将流经第二通道(112)的支撑剂送至与裂缝单元(20)连接的第三通道(113)。

9.一种模拟支撑剂运移的方法，其特征在于，所述模拟支撑剂运移的方法采用如权利要求1至4之一所述的大尺寸多裂缝模拟装置，并且所述方法包括以下步骤：

实验准备，包括实验缝宽准备、压裂液配制及性能测试以及支撑剂准备；

实验方案确定，设计具有不同裂缝分布形态的多个实验方案；

根据所述实验方案，开启或关闭连接部件(203)的控制阀(204)，并且通过角度调节器(205)设置主裂缝(201)和至少一条分支裂缝(202)之间的连接角度；

将携砂液放置在配液箱内，根据方案要求排量开启泵送装置(30)，并读取出口流量计(502)流量，根据流量与砂量的线性关系，调整调节齿轮漏沙速率，精确控制砂比；和

观察砂堤的形成过程，记录砂堤形态，总结多裂缝下支撑剂沉降规律。