CN104792491A - 一种模拟多角度缝网支撑剂沉降规律装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟多角度缝网支撑剂沉降规律装置，包括多块有机玻璃板，通过多个人工裂缝的连接，组成长条和分支状密封空间，密封空间可根据需要，调整数量、长度、角度、弹性等因素。有机玻璃板可让实验能直观的被观察到，方便记录实验数据。本发明充分考虑了在各种裂缝级数、裂缝形状和相对角度、裂缝长度、壁面流失、地层围压等情况，让支撑剂在人工裂缝中的铺置情况的实验能更真实的模拟现场情况，提高实验效果，对现场压裂施工有指导意义。

Description

一种模拟多角度缝网支撑剂沉降规律装置

技术领域

本发明涉及一种模拟多角度缝网支撑剂沉降规律装置，本发明属于油气田开发的技术领域。

背景技术

随着国内外油气田的大量开采，越来越多的低渗、致密油气藏难以用常规方式开采。包括页岩气在内的非常规油气资源往往需要采用水力压裂来进行增产作业。水力压裂技术为了能够获得高产，其中一种方式是使页岩形成缝网结构，但是由于地层的应力作用，已经压好的地层如果没有支撑剂对裂缝进行填充，在压裂液返排以后裂缝会再次闭合；支撑剂是具有一定粒度和级配的天然砂或人造高强陶瓷颗粒，有效的支撑剂铺置不仅能支撑起裂缝防止地层闭合，且将会形成较高的导流能力，让地层中的油气资源能更好的穿过裂缝到达地面，从而使油气田获得较高的产量。因此，支撑剂的有效铺置的研究也就尤为重要。

支撑剂的铺置情况是评判压裂效果的关键因素。但是多角度缝网的支撑剂可视化装置在国内外研究较少，基本全是用软件模拟支撑剂缝网中的铺置，缺乏足够的实验辅助。即便有少量的实验，也存在考虑现场因素少、实验条件过于理想化、实验模型过于简单等情况，难以反映现场真实的状况。

目前用于裂缝内支撑剂沉降规律和铺置规律的实验装置申请专利有：一种水力压裂支撑剂沉降及渗透率测试装置(申请号201310023290.7)，缝内液体携砂模拟实验装置(申请号201220133225.0)，一种模拟体积压裂复杂缝网支撑剂(申请号201410325825.0)，一种模拟压裂裂缝内支撑剂沉降及铺置实验装置(申请号201420093980.X)，一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置及其应用(申请号201210038946.8)。但上述装置普遍存在如下问题：不能根据现场缝网形状进行结构调整；不能反映井底多层次的缝网结构；未考虑壁面漏失，地层围压等现场压裂施工中必然会出现的复杂条件。

发明内容

针对上述问题，本发明设计出一种模拟多角度缝网支撑剂沉降规律装置。

本发明还提供上述装置在模拟多角度缝网支撑剂沉降规律时的实验方法。

本发明的技术方案如下：

一种模拟多角度缝网支撑剂沉降规律装置，其特征在于，包括人工裂缝，所述人工裂缝，每一段组成包括两块平行透明有机玻璃板，所属有机玻璃板四边布满螺栓孔，上下两边通过 螺栓链接有密封胶条和压板，左右两端的开口通过螺栓链接法兰，法兰处能连接软质接头，单个或多个软质接头连接人工裂缝，形成连续多分支状密封空间。

所述有机玻璃板上设置可封堵的均布小孔。

所述金属框分为两种，一种是“日”字形金属框，两端设有法兰，中间的金属框部分的一侧设有带螺栓孔开口，开口处可连接法兰；一种是“口”字形金属框，只在两端设有法兰。各法兰均能连接软质接头，可在每一段人工裂缝之间，采用软质接头连接。

所述软质接头，可在不同情况下调整角度，让主缝、一级缝、二级缝等各级缝之间的角度根据需要进行改变。

所述人工裂缝需结合支架体系使用，支架体系可以采用各种结构，但需要满足易拆卸的要求，在实验过程中能支撑并固定住各人工裂缝，在实验过程中不发生移动。

根据本发明所优选的，在各级缝末端，法兰处同时也可以采用封堵部件封住法兰，形成闭合端。所述的封堵部件是尺寸按照开口形状设置的橡胶块。

根据本发明所优选的，所述的装置主体为有机玻璃材质，所述有机玻璃的抗压压力小于等于0.5Mpa。透明有机塑料板不易破碎，有利于设备的长期维护和清洗。同时有机玻璃的抗压能力较差，为防止实验装置爆裂或出现其他超过装置承压极限后的问题，在该装置中进行的实验必须在压力范围内进行。

根据本发明所优选的，本次实验装置的有机玻璃板上所设置的小孔均布于表面，且形状尺寸一致，可在需要的时候，封堵住部分小孔，调整有机玻璃板的漏液量，更真实的模拟现场地层的渗透情况。

根据本发明所优选的，本次实验装置设计的一级缝和主缝的角度为30度、60度、90度，二级缝和一级缝的角度为45度、60度、90度，并且还可以无限制的连接三级裂缝、四级裂缝甚至更多级。

一种利用上述装置在模拟多角度缝网支撑剂沉降规律的工作原理：

通过主缝入口处开口注入压裂液，进而通过软质接头连接进入一级缝、二级缝，最终返排液体或从人工裂缝末端开口排出，通过过透明有机玻璃可以方便观察缝内支撑剂铺置状态。

一种利用上述装置在模拟多角度动态缝网支撑剂沉降规律的使用方法：

(1)根据实验要求的数量、粘度等，配置携砂液；

(2)准备实验要求的支撑剂；

(3)将各级分支缝调整到所要测试角度，并固定；

(4)根据实验要求，调节有机玻璃板上小孔的开合量；

(5)检查所述装置内的清洁度，如有不洁应清理后再使用；

(6)先用清水注入所述装置进行循环，检查所述装置的密封性，确认密封后，放空装置；

(7)将所述携砂液与所述支撑剂在混砂罐中均匀混合，形成混合液；根据实验方案要求的排量，将所述混合液泵入所述装置中；

(8)实验过程中，观察支撑剂的铺置铺置过程，并记录支撑剂的铺置状态。

(9)试验结束后，清洗实验装置，准备下一组实验。

本发明的优点在于：

1.本发明所述实验装置中的人工裂缝规模较大，且可以根据需要调整增减裂缝级数，使模拟现场施工中的裂缝更加真实，测得数据更加可靠，更能给现场提供实际参考；

2.本发明所述人工裂缝角度可调，可模拟不同裂缝角度下的支撑剂铺置规律，无需增加其他装置；

3.本发明所述人工裂缝的平板上设置有可封堵小孔，可根据不同地层孔隙度的情况，来模拟地层在不同的壁面漏失率下的支撑剂沉降及铺置规律。

4.本发明所述人工裂缝均由螺栓连接，每一部分可单独拆卸，易于清洗和更换零部件。

附图说明

图1是本发明的“日”字形单个人工裂缝的详细示意图；

图2是本发明实施例的结构示意图；

图中所示：1为有机玻璃板，101为小孔，102为开口，103为螺栓孔，2为密封胶条，3为压板，4为法兰，5为“日”字形人工裂缝，6为“口”字形人工裂缝，7为封堵部件，8为软质接头，9为主缝，10为一级缝，11为二级缝。

具体实施方式

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。

实施例1、

如图1、图2所示，一种模拟多角度动态缝网支撑剂沉降规律装置，包括人工裂缝，所述人工裂缝，每一段组成包括两块平行透明有机玻璃板1，有机玻璃板1四边围绕螺栓孔103，在有机玻璃板1之间的上下两端均设有密封胶条2，有机玻璃板1的上下两端的外侧均设有压板3，三者通过螺栓连接压紧，形成单个封闭空间；所述有机玻璃板1上面设置部分可封堵的均布小孔101，可根据不同的地层渗透率的情况，来选择性的封堵部分小孔101，让携砂液漏失比率更接近真实的壁面漏失情况；所述有机玻璃板1抗压能力小于等于0.5Mpa，实验过程需要严格控制实验条件使其满足有机玻璃板1抗压范围；所述人工裂缝分为两种，一种是“日”字形人工裂缝5，左右两端设有法兰4，通过螺栓与有机玻璃板1连接，有机玻璃板1中间的部分的一侧也设有开口102，开口处有螺栓孔103，可连接法兰4，在不需要使用的 时候也可封堵住，这三个法兰4均可以通过软质接头8连接其他的人工裂缝，形成长裂缝和分支裂缝；一种是“口”字形人工裂缝6，只在两端设有法兰4，通过螺栓与有机玻璃板1连接；每一级裂缝最末端的法兰4可以直接连接排液口，或者用封堵部件7进行封堵，使其形成密封空间；在装置进行实验的时候，各单个人工裂缝均需要固定在支架体系上，支架体系可以采用各种结构，但需要满足易拆卸的要求，在实验过程中能支撑并固定住各人工裂缝且不发生位移；所述的封堵部件是尺寸按照开口形状设置的橡胶块，橡胶块的抗压能力要达到0.5Mpa的要求，维护系统的整体密封稳定性。

如图1所示，所述软质接头4，可在不同情况下调整角度，让主缝9、一级缝10、二级缝11等之间的角度根据需要进行改变。并且还可以无限制的连接三级裂缝、四级裂缝甚至更多级裂缝，都可以采用软质接头进行连接并调整不同角度，再用支架体系固定，满足各种复杂的现场缝网角度所需的实验要求。本次实例所采用的实验装置设计的一级缝10和主缝9的角度为30度、60度、90度，二级缝11和一级缝10的角度为45度、60度、90度。

实施例2、

一种如实施例1所述装置在模拟多角度动态缝网支撑剂沉降规律实验，步骤如下：

(1)根据实验要求的数量、粘度等，配置携砂液；

(2)准备实验要求的支撑剂；

(3)将各级分支缝调整到所要测试角度，并固定；

(4)根据实验要求，调节有机玻璃板上小孔的开合量；

(5)检查所述装置内的清洁度，如有不洁应清理后再使用；

(6)先用清水注入所述装置进行循环，检查所述装置的密封性，确认密封后，放空装置；

(7)将所述携砂液与所述支撑剂在混砂罐中均匀混合，形成混合液；根据实验方案要求的排量，将所述混合液泵入所述装置中；

(8)实验过程中，观察支撑剂的铺置铺置过程，并记录支撑剂的铺置状态。

(9)试验结束后，清洗实验装置，准备下一组实验。

Claims (8)

1.一种模拟多角度缝网支撑剂沉降规律装置，其特征在于，包括人工裂缝，所述人工裂缝，每一段组成包括两块平行透明有机玻璃板（1），所属有机玻璃板（1）四边布满螺栓孔（103），上下两边通过螺栓链接有密封胶条（2）和压板（3），左右两端通过螺栓链接法兰（4），法兰（4）处能连接软质接头（8），单个或多个软质接头（8）连接人工裂缝，形成连续多分支状密封空间。

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相应的支架体系。

3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述人工裂缝，在软质接头（8）连接下，可连接多个人工裂缝，各人工裂缝之间可调整相对角度，在主裂缝（9）的基础上可设置多个下级裂缝，同样，下级裂缝可设置更下级裂缝。

4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述有机玻璃板（1）上有大量均布小孔（101），其带有封堵装置（7），能封闭均布小孔（101）。

5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述人工裂缝分为两种，一种是“日”字形人工裂缝（5），在有机玻璃板（1）两端设有法兰（4），有机玻璃板（1）中间的部分的一侧设有带螺栓孔开口（102）；一种是“口”字形人工裂缝，在有机玻璃板（1）两端设有法兰（4）。

6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述软质接头（8），可在不同情况下调整角度，让主缝（9）、一级缝（10）、二级缝（11）以及更多下级缝之间的角度根据需要进行改变。

7.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述各级缝末端，法兰同时也可以采用封堵部件（7），形成闭合端，所述的封堵部件（7）是尺寸按照法兰（4）开口形状设置的橡胶块。

8.利用权利要求1-7所述的实验装置进行模拟多角度动态缝网支撑剂沉降规律的实验方法，其特征在于，步骤如下：

（1）根据实验要求的数量、粘度等，配置携砂液；

（2）准备实验要求的支撑剂；

（3）将各级分支缝调整到所要测试角度，并固定；

（4）根据实验要求，调节有机玻璃板上小孔的开合量；

（5）检查所述装置内的清洁度，如有不洁应清理后再使用；

（6）先用清水注入所述装置进行循环，检查所述装置的密封性，确认密封后，放空装置；

（7）将所述携砂液与所述支撑剂在混砂罐中均匀混合，形成混合液；根据实验方案要求的排量，将所述混合液泵入所述装置中；

（8）实验过程中，观察支撑剂的铺置铺置过程，并记录支撑剂的铺置状态；

（9）试验结束后，清洗实验装置，准备下一组实验。