CN104963673B - 模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置，一下端封闭的模拟井筒钢管上端与管线连通，管线连接第一高压柱塞泵，第一高压柱塞泵与储液罐连通。管线通过分支管线与纤维加入装置连接，纤维加入装置与第二高压柱塞泵连接。模拟井筒钢管上两侧管壁上分别设有通孔，与每侧通孔对应的位置分别固定一连接体，两个连接体第一端均与模拟井筒钢管的侧壁密封连接，每一侧连接体的第二端分别与可视化水力裂缝模拟装置密封连接。可视化水力裂缝模拟装置与连接体第二端相接的端面上设有水力裂缝，连接体的内部设有液体流道。本发明结构简单、操作方便，技术人员可直观观察纤维转向剂暂堵裂缝的暂堵深度、形态等信息及封堵效果。
Description
技术领域
本发明是关于一种模拟实验装置，尤其涉及一种模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置。
背景技术
超深高温裂缝性巨厚砂岩储层增产是世界性难题，该类储层具有埋藏深、地层压力高、地层温度高、储层厚度跨度大、高角度裂缝发育等特点，从而导致该类井建井周期长、成本高，需要进行单井增产改造才能实现高效开发。
多年来技术人员针对区块高温高压、厚度大、埋藏深、高角度裂缝发育等地质特点，开展了大量室内实验及增产改造机理研究，进行改造新技术攻关和现场新工艺试验，取得一定进展，初步形成了一套适应该地区的增产改造技术，但改造后单井产量达不到规划目标要求，如何提高储层改造体积、满足增产需求一直是该地区普遍存在的现实问题。
提高该区块储层改造体积的难点主要表现在：(1)储层天然裂缝发育(多为高角度裂缝)、超深井压裂裂缝开启和扩展规律不清楚，增产改造针对性不强，储层改造体积小。(2)巨厚层纵向分层压裂施工难度大、风险高；如何采用新工艺或者新的纵向分层工艺，以期提高储层纵向动用程度，增加改造体积是区块改造难点之一。(3)需要提高横向改造工艺与裂缝扩展匹配关系，正确认识和利用天然裂缝“疏”与“堵”的关系，旨在激发更多的天然裂缝系统。针对以上储层特点，目前形成了可降解纤维球+颗粒暂堵体积酸压技术，储层间通过暂堵射孔炮眼及人工裂缝缝口实现纵向无工具分层，提高纵向动用程度，储层内实现暂堵或横向转向造缝，连通更广泛的天然裂缝，改造后纤维转向剂全部降解，压开的裂缝全部动用，从而实现更为复杂的缝网结构。该技术依靠新型材料，节约了工具费用，降低了工程风险，为后期井下作业创造了条件，现场试验增产效果显著，但缺乏纤维转向剂对水力裂缝的暂堵规律认识，体积酸压改造工艺参数优化缺少针对性。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置，能够直观的观察纤维转向剂暂堵水力裂缝的深度及暂堵形式，从而直观的获得不同形状、粒径组合纤维转向剂对不同缝宽的暂堵深度及形态等信息。
本发明的目的是这样实现的，一种模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置，其包括一模拟井筒钢管，所述模拟井筒钢管的下端封闭，其上端与用于注入液体的一管线连通，所述管线连接一第一高压柱塞泵，该第一高压柱塞泵还与一储液罐连通；所述管线上位于所述第一高压柱塞泵前面的位置通过一分支管线与一纤维加入装置连接，所述纤维加入装置还与一第二高压柱塞泵连接；所述模拟井筒钢管上对称的两侧管壁上分别设有多个通孔，与所述模拟井筒钢管上每一侧通孔对应的位置分别固定连接一连接体，两个所述连接体的第一端均与所述模拟井筒钢管的侧壁密封连接，每一侧所述连接体的第二端分别与一可视化水力裂缝模拟装置密封连接；所述可视化水力裂缝模拟装置与所述连接体第二端相接的端面上设有一水力裂缝，所述连接体的内部设有将所述通孔与所述水力裂缝连通的液体流道。
在本发明的一较佳实施方式中，连接体为一连接块体，该连接体第一端的端面与所述模拟井筒钢管的侧壁密封焊接连接，并将该侧的所述通孔完全遮盖。
在本发明的一较佳实施方式中，可视化水力裂缝模拟装置由两片水力裂缝样板相互扣合组成，两片水力裂缝样板之间形成所述水力裂缝；每片所述水力裂缝样板均由高强度透明材料制成并形成为长方体形，两片所述水力裂缝样板相对的表面分别为压裂表面，两片水力裂缝样板的上侧边缘与下侧边缘分别设有连接通孔，并通过螺栓、螺母将两片水力裂缝样板连接在一起，在两片水力裂缝样板之间的螺栓上套设有用于调整间隙的至少一垫片。
在本发明的一较佳实施方式中，可视化水力裂缝模拟装置中水力裂缝所在的端面与所述连接体第二端对接，所述连接体第二端的端面与所述可视化水力裂缝模拟装置的端面相吻合，在两端面对接处的周向套设至少一耐压密封圈密封连接。
在本发明的一较佳实施方式中，模拟井筒钢管为一底端封闭的耐高压钢管，所述通孔的直径为8mm，与所述纤维加入装置连接的分支管线上设有开关阀。
在本发明的一较佳实施方式中，高强度透明材料为聚甲基丙烯酸甲酯，所述垫片的厚度为0.5mm，所述水力裂缝的缝宽为0.5mm-10mm；所述第一高压柱塞泵的排量范围为0.5L/min-20L/min。
由上所述，本发明结构简单、操作方便，技术人员可直观观察纤维转向剂暂堵裂缝的暂堵深度、形态等信息及封堵效果。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明可视化实验装置的平面结构示意图。
图2：为本发明可视化实验装置的立体结构示意图。
图3：为本发明中可视化水力裂缝模拟装置与模拟井筒钢管的连接剖视图。
图4：为本发明中可视化水力裂缝模拟装置与模拟井筒钢管的连接立体视图。
图5：为本发明中可视化水力裂缝模拟装置的立体结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，本发明提供一种模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置100，能够直观的观察纤维转向剂暂堵水力裂缝的深度及暂堵形式，其包括一模拟井筒钢管，用于模拟井内的套筒，可以采用一底端封闭的耐高压钢管1，该耐高压钢管1上端与用于注入液体的一管线2连通，该管线2连接第一高压柱塞泵3，该第一高压柱塞泵3还与一储液罐4连通；储液罐4内的液体通过高压柱塞泵3泵入管线2内并进入到耐高压钢管1中。管线2上位于第一高压柱塞泵3前面的位置通过一分支管线21与一纤维加入装置5连接，纤维加入装置5为一容器，其中容纳有纤维转向剂及水的混合物；纤维加入装置5还与一第二高压柱塞泵6连接；通过第二高压柱塞泵6将纤维加入装置5内的纤维转向剂泵入管线2内，随管线2内液体一起进入到耐高压钢管1中。纤维加入装置5连接的分支管线21上设有开关阀9。正常情况下，地下裂缝都是对称的双翼形态，因此在耐高压钢管1上对称的两侧管壁上分别设有多个通孔11，如图3所示，通孔11的直径为8mm，多个通孔11用来模拟井内套筒上的射孔炮眼，一般设置在靠近耐高压钢管1底部的位置，以方便其它部件的连接布置。与耐高压钢管1上每一侧通孔11对应的位置分别固定连接一连接体7，具体的，如图4所示，连接体7为一连接块体，两个连接体7的第一端71均与耐高压钢管1的侧壁密封焊接在一起，将该侧的通孔11完全遮盖。每一侧连接体7的第二端72分别与一可视化水力裂缝模拟装置8密封连接，可视化水力裂缝模拟装置8由透明材料制成。如图5所示，可视化水力裂缝模拟装置8与连接体7第二端72相接的端面上设有一水力裂缝81，如图3所示，连接体7的内部设有将通孔11与水力裂缝81连通的液体流道73。连接体7的作用是将耐高压钢管1内的液体和纤维转向剂通过管壁上的通孔11、连接体内的液体流道73连通到可视化水力裂缝模拟装置8的水力裂缝81，纤维转向剂染有颜色，从而可以直观的观察纤维转向剂暂堵水力裂缝的深度及暂堵形式。
进一步，如图5所示，可视化水力裂缝模拟装置8由两片水力裂缝样板82相互扣合组成，两片水力裂缝样板82之间形成水力裂缝81；每片水力裂缝样板82均由高强度透明材料制成并形成为长方体形，两片水力裂缝样板相对的表面分别为模拟真实岩石水力压裂的压裂表面，由天然岩样的水力裂缝经高强度透明材料浇注后，在高强度透明材料上复制出天然岩样的压裂表面而成。其具体做法是，首先选取一块方形的天然露头岩样，放入真三轴压裂模拟系统(现有技术)中并加载三轴应力，然后泵注滑溜水进行水力压裂，对多块天然岩样进行水力压裂实验，最终选取一块水力裂缝相对平整的岩样，在该岩样的压裂外表浇注一层高强度透明材料并形成为长方体形，该高强度透明材料可以采用聚甲基丙烯酸甲酯，在高强度透明材料上形成与该岩样的真实压裂表面完全一致的压裂表面，压裂表面上具有压裂纹。水力裂缝样板82也可以通过其他途径获得，要求形成水力裂缝81的端面相对较平整以便与连接体7进行连接，形成水力裂缝81的压裂表面凹凸不平以模拟真实的水力裂缝。两片水力裂缝样板的上侧边缘与下侧边缘分别设有连接通孔83，每个连接通孔83中穿设有螺栓并通过螺母将两片水力裂缝样板连接在一起，在两片水力裂缝样板82之间的螺栓上套设有用于调整间隙的至少一垫片(图中未示出)，垫片的厚度为0.5mm，通过增加或减少垫片来调整水力裂缝81的缝宽，可以调整水力裂缝的缝宽为0.5mm-10mm。实验过程中，第一高压柱塞泵3的排量范围为0.5L/min-20L/min。
进一步，可视化水力裂缝模拟装置8中水力裂缝81所在的端面与连接体7第二端72对接，两片水力裂缝样板82均为规则的长方体形，其端面也为平整的平面，连接体7第二端72的端面也为一平整的平面并与可视化水力裂缝模拟装置8的端面的大小相吻合，使两者能对接在一起，在两端面对接处的周向套设至少一耐压密封圈(图中未示出)密封连接，耐压密封圈能够将对接处的缝隙封闭。
本发明可视化实验装置100的实验步骤为：
1.将实验用的一系列纤维转向剂预先进行染色处理，并计量个数或称重，装入纤维加入装置5中，关闭开关阀9；
2.连接第一高压柱塞泵3、储液罐4、管线2及耐高压钢管1进行水力循环测试，观察装置是否存在异常现象；
3.依次调整水力裂缝81的缝宽至0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm；
4.开启第一高压柱塞泵3，记录实验排量对应的平稳泵压；
5.泵压平稳后，打开开关阀9，用第二高压柱塞泵6将纤维转向剂泵送至管线1内，关闭开关阀9，记录泵压-时间关系，观察纤维转向剂暂堵裂缝进入深度及堵塞形态；暂堵效果通过第一高压柱塞泵3的压力来反映，暂堵后泵注压力会有所增加；
6.调整纤维转向剂的组成及纤维用量重复步骤4、步骤5；
7.调整第一高压柱塞泵3的排量为3.0L/min、4.0L/min、5.0L/min、6.0L/min、7.0L/min、8.0L/min、9.0L/min、10.0L/min，重复步骤3-步骤6。
通过以上的测试结果，分析总结纤维转向剂暂堵水力裂缝的实验规律，编制测试报告。
由上所述，本发明结构简单、操作方便，技术人员可直观观察纤维转向剂暂堵裂缝的暂堵深度、形态等信息及封堵效果。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置，其特征在于：其包括一模拟井筒钢管，所述模拟井筒钢管的下端封闭，其上端与用于注入液体的一管线连通，所述管线连接一第一高压柱塞泵，该第一高压柱塞泵还与一储液罐连通；所述管线上位于所述第一高压柱塞泵前面的位置通过一分支管线与一纤维加入装置连接，所述纤维加入装置还与一第二高压柱塞泵连接；所述纤维加入装置中容纳有纤维转向剂及水的混合物，所述纤维转向剂染有颜色，通过所述第二高压柱塞泵将所述纤维加入装置内的所述纤维转向剂泵入所述管线内；所述模拟井筒钢管上对称的两侧管壁上分别设有多个通孔，与所述模拟井筒钢管上每一侧通孔对应的位置分别固定连接一连接体，两个所述连接体的第一端均与所述模拟井筒钢管的侧壁密封连接，每一侧所述连接体的第二端分别与一可视化水力裂缝模拟装置密封连接；所述可视化水力裂缝模拟装置与所述连接体第二端相接的端面上设有一水力裂缝，所述连接体的内部设有将所述通孔与所述水力裂缝连通的液体流道；所述可视化水力裂缝模拟装置由两片水力裂缝样板相互扣合组成，两片水力裂缝样板之间形成所述水力裂缝；每片所述水力裂缝样板均由高强度透明材料制成，两片所述水力裂缝样板相对的表面分别为模拟真实岩石水力压裂的压裂表面。
2.如权利要求1所述的模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置，其特征在于：所述连接体为一连接块体，该连接体第一端的端面与所述模拟井筒钢管的侧壁密封焊接连接，并将该侧的所述通孔完全遮盖。
3.如权利要求2所述的模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置，其特征在于：两片所述水力裂缝样板均为长方体形，两片水力裂缝样板的上侧边缘与下侧边缘分别设有连接通孔，并通过螺栓、螺母将两片水力裂缝样板连接在一起，在两片水力裂缝样板之间的螺栓上套设有用于调整间隙的至少一垫片。
4.如权利要求3所述的模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置，其特征在于：所述可视化水力裂缝模拟装置中水力裂缝所在的端面与所述连接体第二端对接，所述连接体第二端的端面与所述可视化水力裂缝模拟装置的端面相吻合，在两端面对接处的周向套设至少一耐压密封圈密封连接。
5.如权利要求4所述的模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置，其特征在于：所述模拟井筒钢管为一底端封闭的耐高压钢管，所述通孔的直径为8mm，与所述纤维加入装置连接的分支管线上设有开关阀。
6.如权利要求5所述的模拟纤维转向剂暂堵水力裂缝的可视化实验装置，其特征在于：所述高强度透明材料为聚甲基丙烯酸甲酯，所述垫片的厚度为0.5mm，所述水力裂缝的缝宽为0.5mm-10mm；所述第一高压柱塞泵的排量范围为0.5L/min-20L/min。
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