CN105569651B - 压裂液流变支撑剂运移模拟方法及无级可调缝宽测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压裂液流变支撑剂运移模拟方法及无级可调缝宽测试装置，装置包括透明观察窗、后面板、螺杆、楔形滑块，后面板的输入侧纵向开设输入孔，输出侧纵向开设输出孔；通过设置于输入侧的第一多通管和设置于输出侧的第二多通管与供料装置相通。本发明通过可移动滑块实现了大断面裂缝的模拟，裂缝变化实现无级调节，能够有效模拟压裂环境下裂缝内的液‑固流态变化，为压裂液配方优化和支撑剂选择提供了更直接的参考数据，进而对压裂液和支撑剂进行优化，本发明针对煤层气和页岩气压裂液在裂缝内流动变化和铺砂效果监测，测量数据可以反映压裂液造缝效果，优化煤层气与页岩气压裂工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种压裂液流变支撑剂运移模拟方法及无级可调缝宽测试装置，属于模拟实验领域。
背景技术
煤层气与页岩气作为非常规天然气在国家能源体系中的比重越来越大。水基压裂作为一种有效的施工工艺在煤层气和页岩气开采过程中起到决定作用，是当今最为成熟有效的开采方法。压裂液作为地层压裂的介质，起到了造缝、渗透、携砂的作用。裂缝作为产气通道，其缝宽和支撑剂的填充决定了单口井的产气量，实际施工中往往由于压裂液携砂效果不佳导致裂缝内填充不足，导致裂缝闭合，产气通道堵塞，影响完井的理论产气量，造成巨大的资金与能源浪费。现有缝板模拟装置为固定式，缝宽固定为5毫米左右，不可调整，同时观察窗被分割成多个部分，存在观察死角。固定式裂缝装置无法模拟裂缝动态变化过程对压裂液和支撑剂的影响，无法实现裂缝的扩张与闭合，对于不同地层、不同压裂程度的模拟不具有针对性。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种压裂液流变支撑剂运移模拟方法及无级可调缝宽测试装置，通过可移动滑块实现了大断面裂缝的模拟，裂缝变化实现无级调节，能够有效模拟压裂环境下裂缝内的液-固流态变化，为压裂液配方优化和支撑剂选择提供了更直接的参考数据，进而对压裂液和支撑剂进行优化。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种压裂液流变支撑剂运移模拟方法，包括以下步骤：
(1)在竖直放置的透明观察窗后方设置竖直放置的后面板，后面板与透明观察窗通过支架密封，形成观察腔，后面板与透明观察窗不平行，后面板与透明观察窗距离较近的一侧为压裂液流动输入侧，后面板与透明观察窗距离较远的一侧为压裂液流动输出侧；观察腔内设置横向螺杆，螺杆通过螺纹与楔形滑块连接，使楔形滑块沿螺杆移动，所述楔形滑块的正面与透明观察窗的内面平行，楔形滑块与透明观察窗之间的空间为裂缝；后面板的输入侧纵向开设2个以上大小相同的输入孔，后面板的输出侧纵向开设与输入空数目和大小均相同的输出孔；
(2)调节螺杆使滑块移动，使透明观察窗的内面贴合滑块的前侧面，从而调整透明观察窗与后面板之间的裂缝宽；
(3)从输入孔向观察腔内灌注压裂液，监测灌注压力及流量，采集观察腔内图像；
(4)在压裂液中加入支撑剂制成混合压裂液，从输入孔向观察腔内灌注混合压裂液，调节螺杆使滑块移动，使透明观察窗的内面贴合滑块的前侧面，从而调整透明观察窗与后面板之间的裂缝宽，监测灌注压力及流量，采集观察腔内图像。
所述压裂液包括水、稠化剂、交联剂和破胶剂。
所述观察腔与安装有螺杆泵的混料罐相通，在混料罐中配置压裂液或配置混合压裂液。
所述观察腔通过设置于输入侧的第一多通管和设置于输出侧的第二多通管与混料罐相通，所述第一多通管的输出口数目与后面板开设的输入孔数目相同，所述第二多通管的输入口数目与后面板开设的输出孔数目相同。
本发明同时提供了一种基于所述模拟方法的无级可调缝宽测试装置，包括可变缝宽透明封板和供料装置；所述可变缝宽透明封板包括竖直放置的透明观察窗及其后方竖直放置的后面板，后面板与透明观察窗通过支架密封，形成观察腔，后面板与透明观察窗不平行，后面板与透明观察窗距离较近的一侧为压裂液流动输入侧，后面板与透明观察窗距离较远的一侧为压裂液流动输出侧；观察腔内设置有横向螺杆，螺杆通过螺纹与楔形滑块连接，使楔形滑块沿螺杆移动，所述楔形滑块的正面与透明观察窗的内面平行，楔形滑块与透明观察窗之间的空间为裂缝；后面板的输入侧纵向开设2个以上大小相同的输入孔，后面板的输出侧纵向开设与输入空数目和大小均相同的输出孔；所述观察腔通过设置于输入侧的第一多通管和设置于输出侧的第二多通管与供料装置相通，所述第一多通管的输出口数目与后面板开设的输入孔数目相同，所述第二多通管的输入口数目与后面板开设的输出孔数目相同。
所述输入孔和输出孔的数目均为4个，所述第一多通管为一分四管汇，所述第二多通管为四合一管汇。
所述螺杆一端设有调节把手。
所述滑块背面与后面板紧靠，通过密封条密封。
所述供料装置为安装有螺杆泵的混料罐，所述第一多通管的输入端安装溢流阀。
所述变缝宽透明封板的前方和上方设置用于拍摄观察腔内图像的高速摄像机，所述第一多通管的输入端安装压力表和流量计。
本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
(1)本发明的可变缝宽透明缝板结构简单，缝宽调节过程中平稳无间隔，能够有效模拟各种裂缝尺寸，同时具有动态调整的特点，模拟压裂裂缝的扩张和闭合，克服了单一裂缝的局限性，采用整块有机玻璃板观察窗进行采集，实现了图像的无死角同步采集，节省了图像拼接处理工作；
(2)本发明的可变缝宽透明缝板开设有若干输入孔和输出孔，能够让压裂液均匀流入流出；
(3)本发明的测量方法是应用于室内评价压裂液与支撑剂配伍性能，操作简单无危险，对压裂液压力变化和支撑剂沉降图像进行采集，数据直接存储在上位机上，能够有效地反映压裂液与支撑剂在裂缝内的作用效果。
附图说明
图1是本发明的无级可调缝宽测试装置的结构示意图。
图2是可变缝宽透明缝板的正视图。
图3是可变缝宽透明缝板的俯视图。
上述图中：1-混料罐、2-螺杆泵、3-压力表、4-流量计、5-溢流阀、6-可变缝宽透明封板、7-高速摄像机、8-第一多通管、9-第二多通管、10-后面板、11-楔形滑块、12-透明观察窗、13-调节把手、14-螺杆、15-支架、16-输入孔、17-输出孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种压裂液流变支撑剂运移模拟方法，包括以下步骤：
(1)在竖直放置的透明观察窗后方设置竖直放置的后面板，后面板与透明观察窗通过支架密封，形成观察腔，后面板与透明观察窗不平行，后面板与透明观察窗距离较近的一侧为压裂液流动输入侧，后面板与透明观察窗距离较远的一侧为压裂液流动输出侧；观察腔内设置横向螺杆，螺杆通过螺纹与楔形滑块连接，使楔形滑块沿螺杆移动，所述楔形滑块的正面与透明观察窗的内面平行，楔形滑块与透明观察窗之间的空间为裂缝；后面板的输入侧纵向开设2个以上大小相同的输入孔，后面板的输出侧纵向开设与输入空数目和大小均相同的输出孔；
(2)调节螺杆使滑块移动，使透明观察窗的内面贴合滑块的前侧面，从而调整透明观察窗与后面板之间的裂缝宽；
(3)从输入孔向观察腔内灌注压裂液，监测灌注压力及流量，采集观察腔内图像；
(4)在压裂液中加入支撑剂制成混合压裂液，从输入孔向观察腔内灌注混合压裂液，调节螺杆使滑块移动，使透明观察窗的内面贴合滑块的前侧面，从而调整透明观察窗与后面板之间的裂缝宽，监测灌注压力及流量，采集观察腔内图像。
所述压裂液包括水、稠化剂、交联剂和破胶剂。
所述观察腔与安装有螺杆泵的混料罐相通，在混料罐中配置压裂液或配置混合压裂液。
所述观察腔通过设置于输入侧的第一多通管和设置于输出侧的第二多通管与混料罐相通，所述第一多通管的输出口数目与后面板开设的输入孔数目相同，所述第二多通管的输入口数目与后面板开设的输出孔数目相同。
本发明同时提供了一种基于所述模拟方法的无级可调缝宽测试装置，参照图1、图2和图3，包括可变缝宽透明封板6和供料装置；所述可变缝宽透明封板6包括竖直放置的透明观察窗12及其后方竖直放置的后面板10，后面板10与透明观察窗12通过支架15密封，形成观察腔，后面板10与透明观察窗12不平行，后面板10与透明观察窗12距离较近的一侧为压裂液流动输入侧，后面板10与透明观察窗12距离较远的一侧为压裂液流动输出侧；观察腔内设置有横向螺杆14，螺杆14通过螺纹与楔形滑块11连接，使楔形滑块11沿螺杆14移动，所述楔形滑块11的正面与透明观察窗12的内面平行，楔形滑块11与透明观察窗12之间的空间为裂缝；后面板10的输入侧纵向开设2个以上大小相同的输入孔16，后面板的输出侧纵向开设与输入空数目和大小均相同的输出孔17；所述观察腔通过设置于输入侧的第一多通管8和设置于输出侧的第二多通管9与供料装置相通，所述第一多通管8的输出口数目与后面板10开设的输入孔16数目相同，所述第二多通管9的输入口数目与后面板10开设的输出孔17数目相同。
所述输入孔16和输出孔17的数目均为4个，所述第一多通管8为一分四管汇，所述第二多通管9为四合一管汇。
所述螺杆14一端设有调节把手13。
所述滑块背面与后面板紧靠，通过密封条密封。
所述供料装置为安装有螺杆泵2的混料罐1，所述第一多通管的输入端安装溢流阀5。
所述变缝宽透明封板的前方和上方设置用于拍摄观察腔内图像的高速摄像机7，所述第一多通管的输入端安装压力表3和流量计4。
透明观察窗12可以采用有机玻璃。
利用本发明的无级可调缝宽测试装置进行模拟，过程如下：
(1)混料罐1内加水，根据配方依次加入稠化剂、交联剂、破胶剂等配制压裂液，充分搅拌，打开螺杆泵2进行循环；
(2)调整调节把手13，使缝板到合适起裂缝宽，启动压力图像监测部分，即高速摄像机7，利用上位机连接高速摄像机7采集数据，调整螺杆泵2，使压力表3和流量计4位于合适参数；
(3)混料罐1内加入支撑剂，搅拌均匀，透过透明观察窗12，观察缝板内支撑剂运移沉降情况，根据要求不断调整调节把手13，变化缝宽，高速摄像机7不断采集压力及沙丘推移情况；
(4)测量结束，高速摄像机7记录最终沙丘形状并用上位机记录其余参数，关闭螺杆泵2；
(5)启动螺杆泵2，混料罐1内不断更新清水，循环冲洗系统，维护保养。
Claims (10)
1.一种压裂液流变支撑剂运移模拟方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在竖直放置的透明观察窗后方设置竖直放置的后面板，后面板与透明观察窗通过支架密封，形成观察腔，后面板与透明观察窗不平行，后面板与透明观察窗距离较近的一侧为压裂液流动输入侧，后面板与透明观察窗距离较远的一侧为压裂液流动输出侧；观察腔内设置横向螺杆，螺杆通过螺纹与楔形滑块连接，使楔形滑块沿螺杆移动，所述楔形滑块的正面与透明观察窗的内面平行，楔形滑块与透明观察窗之间的空间为裂缝；后面板的输入侧纵向开设2个以上大小相同的输入孔，后面板的输出侧纵向开设与输入空数目和大小均相同的输出孔；
(2)调节螺杆使滑块移动，使透明观察窗的内面贴合滑块的前侧面，从而调整透明观察窗与后面板之间的裂缝宽；
(3)从输入孔向观察腔内灌注压裂液，监测灌注压力及流量，采集观察腔内图像；
(4)在压裂液中加入支撑剂制成混合压裂液，从输入孔向观察腔内灌注混合压裂液，调节螺杆使滑块移动，使透明观察窗的内面贴合滑块的前侧面，从而调整透明观察窗与后面板之间的裂缝宽，监测灌注压力及流量，采集观察腔内图像。
2.根据权利要求1所述的压裂液流变支撑剂运移模拟方法，其特征在于：所述压裂液包括水、稠化剂、交联剂和破胶剂。
3.根据权利要求1所述的压裂液流变支撑剂运移模拟方法，其特征在于：所述观察腔与安装有螺杆泵的混料罐相通，在混料罐中配置压裂液。
4.根据权利要求3所述的压裂液流变支撑剂运移模拟方法，其特征在于：所述观察腔通过设置于输入侧的第一多通管和设置于输出侧的第二多通管与混料罐相通，所述第一多通管的输出口数目与后面板开设的输入孔数目相同，所述第二多通管的输入口数目与后面板开设的输出孔数目相同。
5.一种基于权利要求1所述模拟方法的无级可调缝宽测试装置，其特征在于：包括可变缝宽透明封板和供料装置；所述可变缝宽透明封板包括竖直放置的透明观察窗及其后方竖直放置的后面板，后面板与透明观察窗通过支架密封，形成观察腔，后面板与透明观察窗不平行，后面板与透明观察窗距离较近的一侧为压裂液流动输入侧，后面板与透明观察窗距离较远的一侧为压裂液流动输出侧；观察腔内设置有横向螺杆，螺杆通过螺纹与楔形滑块连接，使楔形滑块沿螺杆移动，所述楔形滑块的正面与透明观察窗的内面平行，楔形滑块与透明观察窗之间的空间为裂缝；后面板的输入侧纵向开设2个以上大小相同的输入孔，后面板的输出侧纵向开设与输入空数目和大小均相同的输出孔；所述观察腔通过设置于输入侧的第一多通管和设置于输出侧的第二多通管与供料装置相通，所述第一多通管的输出口数目与后面板开设的输入孔数目相同，所述第二多通管的输入口数目与后面板开设的输出孔数目相同。
6.根据权利要求5所述的无级可调缝宽测试装置，其特征在于：所述输入孔和输出孔的数目均为4个，所述第一多通管为一分四管汇，所述第二多通管为四合一管汇。
7.根据权利要求5所述的无级可调缝宽测试装置，其特征在于：所述螺杆一端设有调节把手。
8.根据权利要求5所述的无级可调缝宽测试装置，其特征在于：所述滑块背面与后面板紧靠，通过密封条密封。
9.根据权利要求5所述的无级可调缝宽测试装置，其特征在于：所述供料装置为安装有螺杆泵的混料罐，所述第一多通管的输入端安装溢流阀。
10.根据权利要求5所述的无级可调缝宽测试装置，其特征在于：所述变缝宽透明封板的前方和上方设置用于拍摄观察腔内图像的高速摄像机，所述第一多通管的输入端安装压力表和流量计。
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