CN105464641A - 树枝状多裂缝内流动模拟实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种树枝状多裂缝内流动模拟实验装置及实验方法，包括液固两相连续混配系统、树枝状多裂缝模拟系统和连接在液固两相连续混配系统与树枝状多裂缝模拟系统之间的泵注系统和闭合管理系统，树枝状多裂缝模拟系统包括模拟井筒、主裂缝、分支裂缝、密封流动换向阀和模拟出口，主裂缝和分支裂缝通过密封流动换向阀成树枝状连接，模拟出口设置在模拟井筒上，还在树枝状多裂缝模拟系统上设有控制器和与控制器相连接的数据采集器，液固两相连接混配系统包括搅拌装置、与搅拌装置相连接的自动加砂装置、与搅拌装置相连接的加热装置。本发明的结构简单，操作简单快捷，大大提高了测试的准确度，同时便于观察，使用稳定安全，适用性好，实用性强。

Description

树枝状多裂缝内流动模拟实验装置及实验方法

技术领域

本发明属于水力压裂过程中模拟装置技术领域，具体涉及一种树枝状多裂缝内流动模拟实验装置及实验方法。

背景技术

致密油气储层(致密砂岩储层、页岩油气储层)孔隙度、渗透率低，常规开发手段无法实现其商业化开发。大型体积压裂可以形成由多裂缝组成，如“树枝状”主裂缝+分支裂缝分布模式的复杂改造裂缝网络，提高高效油气流通通道，同时增大储层改造体积，为该类油气储层商业化开发提供必要条件。然而主裂缝与分支裂缝缝宽差异、二者夹角差异等均会影响缝内支撑剂运移模式，决定了体积压裂后裂缝网络导流能力。因此，探索“树枝状”主裂缝+分支裂缝分布模式下的支撑剂运移机理，优选液体、支撑剂及施工参数组合，对于实现致密储层高效体积压力有重要的意义。现有技术对于多裂缝内支撑剂流动模拟实验装置，明显存在以下的不足与缺点：不能模拟“树枝状”主裂缝+分支裂缝分布模式内支撑剂运移；连续混配系统不能实现智能定量加砂模拟；同时主裂缝与分支裂缝间的夹角固定，不能保证密封性的任意调整。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明是提供一种结构简单、操作简便安全且适用性强的树枝状多裂缝内流动模拟实验装置及实验方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种树枝状多裂缝内流动模拟实验装置，包括液固两相连续混配系统、树枝状多裂缝模拟系统和连接在液固两相连续混配系统与树枝状多裂缝模拟系统之间的泵注系统和闭合管理系统，所述树枝状多裂缝模拟系统包括模拟井筒、主裂缝、分支裂缝、密封流动换向阀和模拟出口，所述主裂缝和分支裂缝通过密封流动换向阀成树枝状连接，所述模拟出口设置在模拟井筒上，还在所述树枝状多裂缝模拟系统上设有控制器和与所述控制器相连接的数据采集器，所述液固两相连接混配系统包括搅拌装置、与所述搅拌装置相连接的自动加砂装置、与所述搅拌装置相连接的加热装置，所述泵注系统、闭合管理系统分别与所述搅拌装置与模拟井筒之间。

所述闭合管理系统包括废液处理器、废液回收器和处理后输送泵，所述废液处理器的输入端通过废液回收器与所述模拟出口相连接，所述废液处理器的输出端通过处理后输送泵与搅拌装置相连接。

所述泵注系统包括泵注器、流量计和动力自动阀门，所述泵注器的输出端通过流量计与所述模拟井筒相连通，所述泵注器的输入端与搅拌装置相连通，所述动力自动阀门分别设置在泵注器的输入口、输出口处。

在所述模拟井筒、主裂缝和分支裂缝上均设有压力传感器、温度传感器和流量传感器，所述数据采集器与所述压力传感器、温度传感器和流量传感器相连接。

在所述搅拌装置与所述加热装置之间设有温控装置。

在所述主裂缝与分支裂缝之间设有夹角调节器，所述夹角调节器的调节角度为5～90°。

所述主裂缝与分支裂缝的均采用宽度为4-10mm的调节型裂缝。

所述搅拌装置内设有多层搅拌叶片。

一种树枝状多裂缝内流动模拟实验方法，其试验步骤包括：

①基础参数设定，结合体积压裂泵注程序的液体、支撑剂类型及施工排量，借助控制器及数据采集器，进行实验排量、智能加砂装置频率与周期、温控系统温度调节；

②前置液段塞模拟，按照①中实验参数设定结果，自动加入降阻剂及清水，在液固两相连续混配系统中，边搅拌边泵注，充满树枝状多裂缝模拟系统；

③携砂液段塞模拟，前置液阶段后，按照①中实验参数设定结果，自动加入降阻剂、清水、支撑剂，在液固两相连续混配系统中，边搅拌边泵注，携砂液进入树枝状多裂缝模拟系统，支撑剂沉降形成砂堤；

④滑溜水段塞模拟，按照①中实验参数设定结果，自动加入降阻剂及清水，在液固两相连续混配系统中，边搅拌边泵注，冲洗树枝状多裂缝模拟系统内的砂堤；

⑤根据实验方案及模拟段塞数，重复(③～④)步，直至顶替阶段；

⑥数据采集，实验过程中控制器及数据采集器完成压力、温度、流量及视频实时采集与存储；

⑦借助可视化流动模拟数据分析及注入参数优化系统软件，对⑥采集的数据进行分析，获取不同实验参数下“树枝状”多裂缝内砂堤分布函数、裂缝支撑面积及裂缝内等效渗透率；

⑧根据实验方案不同，重复①～⑦步骤，以裂缝内等效渗透率为优选目标，实现致密储层体积压裂施工参数、支撑剂、液体优选。

本发明具有积极的效果：本发明的结构简单，操作简单快捷，大大提高了测试的准确度，同时便于观察，可以真实的反映非常规致密储层体积压裂过程中树枝状”多裂缝对支撑剂运移的影响，智能定量加砂、密封流动换向及自动温控系统，为实验参数定量调整与模拟，提供了必要的保证，且数据处理结果科学与理论性强，可对非常规体积压裂压裂支撑剂运移过程、砂堤展布形态进行预测，实现致密储层体积压裂施工参数、支撑剂、液体优选，为非常规致密油气的高效开发提供必要的实验支撑，使用稳定安全，适用性好，实用性强。本专利方法操作简单，可有效且直观的得到试验数据，使用稳定性好。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的树枝状多裂缝模拟系统的具体结构示意图。

具体实施方式

(实施例1)

图1和图2显示了本发明的一种具体实施方式，其中图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的树枝状多裂缝模拟系统的具体结构示意图。

见图1和图2，一种树枝状多裂缝内流动模拟实验装置，包括液固两相连续混配系统1、树枝状多裂缝模拟系统2和连接在液固两相连续混配系统1与树枝状多裂缝模拟系统2之间的泵注系统3和闭合管理系统4，所述树枝状多裂缝模拟系统2包括模拟井筒21、主裂缝22、分支裂缝23、密封流动换向阀24和模拟出口25，所述主裂缝22和分支裂缝23通过密封流动换向阀24成树枝状连接，所述模拟出口设置在模拟井筒上，还在所述树枝状多裂缝模拟系统上设有控制器5和与所述控制器5相连接的数据采集器6，所述液固两相连接混配系统1包括搅拌装置11、与所述搅拌装置11相连接的自动加砂装置12、与所述搅拌装置11相连接的加热装置13，所述泵注系统3、闭合管理系统4分别与所述搅拌装置11与模拟井筒21之间。

所述闭合管理系统4包括废液处理器41、废液回收器42和处理后输送泵43，所述废液处理器41的输入端通过废液回收器42与所述模拟出口25相连接，所述废液处理器41的输出端通过处理后输送泵43与搅拌装置11相连接。

所述泵注系统3包括泵注器31、流量计32和动力自动阀门33，所述泵注器31的输出端通过流量计32与所述模拟井筒21相连通，所述泵注器31的输入端与搅拌装置11相连通，所述动力自动阀门33分别设置在泵注器31的输入口、输出口处。

在所述模拟井筒、主裂缝和分支裂缝上均设有压力传感器7、温度传感器8和流量传感器9，所述数据采集器与所述压力传感器、温度传感器和流量传感器相连接。

在所述搅拌装置与所述加热装置之间设有温控装置10。

在所述主裂缝与分支裂缝之间设有夹角调节器，所述夹角调节器的调节角度为5～90°。

所述主裂缝与分支裂缝的均采用宽度为4-10mm的调节型裂缝。

所述搅拌装置内设有多层搅拌叶片。

本发明的结构简单，操作简单快捷，大大提高了测试的准确度，同时便于观察，可以真实的反映非常规致密储层体积压裂过程中树枝状”多裂缝对支撑剂运移的影响，智能定量加砂、密封流动换向及自动温控系统，为实验参数定量调整与模拟，提供了必要的保证，且数据处理结果科学与理论性强，可对非常规体积压裂压裂支撑剂运移过程、砂堤展布形态进行预测，实现致密储层体积压裂施工参数、支撑剂、液体优选，为非常规致密油气的高效开发提供必要的实验支撑，使用稳定安全，适用性好，实用性强。

实验方法

基于上述实验装置设计，利用本发明装置，可以直观的分析“树枝状”多裂缝内支撑剂运移过程和砂堤展布形态，对致密储层体积压裂支撑剂运移进行机理研究，为非常规致密油气高效开发提供理论基础和技术支撑。具体使用时的实验方法如下(以滑溜水体积压裂为例)：

①基础参数设定，结合体积压裂泵注程序的液体、支撑剂类型及施工排量，借助控制器及数据采集器，进行实验排量、智能加砂装置频率与周期、温控系统温度调节；

②前置液段塞模拟，按照①中实验参数设定结果，自动加入降阻剂及清水，在液固两相连续混配系统中，边搅拌边泵注，充满树枝状多裂缝模拟系统；

③携砂液段塞模拟，前置液阶段后，按照①中实验参数设定结果，自动加入降阻剂、清水、支撑剂，在液固两相连续混配系统中，边搅拌边泵注，携砂液进入树枝状多裂缝模拟系统，支撑剂沉降形成砂堤；

④滑溜水段塞模拟，按照①中实验参数设定结果，自动加入降阻剂及清水，在液固两相连续混配系统中，边搅拌边泵注，冲洗树枝状多裂缝模拟系统内的砂堤；

⑤根据实验方案及模拟段塞数，重复(③～④)步，直至顶替阶段；

⑥数据采集，实验过程中控制器及数据采集器完成压力、温度、流量及视频实时采集与存储；

⑦借助可视化流动模拟数据分析及注入参数优化系统软件，对⑥采集的数据进行分析，获取不同实验参数下“树枝状”多裂缝内砂堤分布函数、裂缝支撑面积及裂缝内等效渗透率；

⑧根据实验方案不同，重复①～⑦步骤，以裂缝内等效渗透率为优选目标，实现致密储层体积压裂施工参数、支撑剂、液体优选。

本专利方法操作简单，可有效且直观的得到试验数据，使用稳定性好。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种树枝状多裂缝内流动模拟实验装置，包括液固两相连续混配系统、树枝状多裂缝模拟系统和连接在液固两相连续混配系统与树枝状多裂缝模拟系统之间的泵注系统和闭合管理系统，其特征在于：所述树枝状多裂缝模拟系统包括模拟井筒、主裂缝、分支裂缝、密封流动换向阀和模拟出口，所述主裂缝和分支裂缝通过密封流动换向阀成树枝状连接，所述模拟出口设置在模拟井筒上，还在所述树枝状多裂缝模拟系统上设有控制器和与所述控制器相连接的数据采集器，所述液固两相连接混配系统包括搅拌装置、与所述搅拌装置相连接的自动加砂装置、与所述搅拌装置相连接的加热装置，所述泵注系统、闭合管理系统分别与所述搅拌装置与模拟井筒之间。

2.根据权利要求1所述的树枝状多裂缝内流动模拟实验装置，其特征在于：所述闭合管理系统包括废液处理器、废液回收器和处理后输送泵，所述废液处理器的输入端通过废液回收器与所述模拟出口相连接，所述废液处理器的输出端通过处理后输送泵与搅拌装置相连接。

3.根据权利要求2所述的树枝状多裂缝内流动模拟实验装置，其特征在于：所述泵注系统包括泵注器、流量计和动力自动阀门，所述泵注器的输出端通过流量计与所述模拟井筒相连通，所述泵注器的输入端与搅拌装置相连通，所述动力自动阀门分别设置在泵注器的输入口、输出口处。

4.根据权利要求3所述的树枝状多裂缝内流动模拟实验装置，其特征在于：在所述模拟井筒、主裂缝和分支裂缝上均设有压力传感器、温度传感器和流量传感器，所述数据采集器与所述压力传感器、温度传感器和流量传感器相连接。

5.根据权利要求4所述的树枝状多裂缝内流动模拟实验装置，其特征在于：在所述搅拌装置与所述加热装置之间设有温控装置。

6.根据权利要求5所述的树枝状多裂缝内流动模拟实验装置，其特征在于：在所述主裂缝与分支裂缝之间设有夹角调节器，所述夹角调节器的调节角度为5～90°。

7.根据权利要求6所述的树枝状多裂缝内流动模拟实验装置，其特征在于：所述主裂缝与分支裂缝的均采用宽度为4-10mm的调节型裂缝。

8.根据权利要求7所述的树枝状多裂缝内流动模拟实验装置，其特征在于：所述搅拌装置内设有多层搅拌叶片。

9.根据权利要求1所述的树枝状多裂缝内流动模拟实验方法，其特征在于：其试验步骤包括：

①基础参数设定，结合体积压裂泵注程序的液体、支撑剂类型及施工排量，借助控制器及数据采集器，进行实验排量、智能加砂装置频率与周期、温控系统温度调节；

②前置液段塞模拟，按照①中实验参数设定结果，自动加入降阻剂及清水，在液固两相连续混配系统中，边搅拌边泵注，充满树枝状多裂缝模拟系统；

③携砂液段塞模拟，前置液阶段后，按照①中实验参数设定结果，自动加入降阻剂、清水、支撑剂，在液固两相连续混配系统中，边搅拌边泵注，携砂液进入树枝状多裂缝模拟系统，支撑剂沉降形成砂堤；

④滑溜水段塞模拟，按照①中实验参数设定结果，自动加入降阻剂及清水，在液固两相连续混配系统中，边搅拌边泵注，冲洗树枝状多裂缝模拟系统内的砂堤；

⑤根据实验方案及模拟段塞数，重复(③～④)步，直至顶替阶段；

⑥数据采集，实验过程中控制器及数据采集器完成压力、温度、流量及视频实时采集与存储；

⑦借助可视化流动模拟数据分析及注入参数优化系统软件，对⑥采集的数据进行分析，获取不同实验参数下“树枝状”多裂缝内砂堤分布函数、裂缝支撑面积及裂缝内等效渗透率；

⑧根据实验方案不同，重复①～⑦步骤，以裂缝内等效渗透率为优选目标，实现致密储层体积压裂施工参数、支撑剂、液体优选。