CN106437668B - 一种缝隙导流沉降模拟装置和模拟水力压裂的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种缝隙导流沉降模拟装置和模拟水力压裂的系统及方法，该装置包括人工裂缝(9)，所述人工裂缝包括：具有缝隙的第一段，用于模拟支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；以及具有可开闭缝隙的第二段，用于模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程。本公开的缝隙导流沉降模拟装置可以调节人工裂缝的尺寸，针对某一尺寸的地下裂缝对待测携砂液进行水力压裂模拟，模拟过程中可以收集支撑剂的沉降速度、运移轨迹和沙堤形态等数据，从而优选出最适宜的支撑剂种类、砂比和携砂液排量等施工参数。

Description

一种缝隙导流沉降模拟装置和模拟水力压裂的系统及方法

技术领域

本公开涉及石油工程领域，具体地，涉及一种缝隙导流沉降模拟装置和模拟水力压裂的系统及方法。

背景技术

水力压裂作为油气开发的重要增产改造措施，发挥着十分重要的作用。由于在水力压裂过程中，支撑剂的输送规律影响支撑剂在裂缝中的铺设形态，从而决定了压裂改造的最终效果。因此，对支撑剂在裂缝中的输送规律开展研究极具必要性。

目前，国内油气田现场压裂设计模拟携砂液中的支撑剂在裂缝中的运移及铺置规律时，常凭经验或理论计算。国外研究支撑剂规律的实验装置有同心圆筒装置和平板装置，但是其实验装置并没有按照相似性原则确定室内模拟参数，且装置尺寸较小，只能对支撑剂的沉降进行简单研究，无法研究砂堤的堆积和铺置规律，也无法模拟携砂液将裂缝岩层劈开的过程。此外，现有的模拟装置没考虑裂缝壁面的不光滑、压裂液在裂缝的滤失以及井筒射孔孔径及密度，因此和实际情况有较大的出入。

发明内容

本公开的目的是提供一种缝隙导流沉降模拟装置，该装置可以更准确地模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程，还可以模拟携砂液在地层中的滤失及将地下裂缝的岩层劈开的过程，解决现有的模拟装置与实际水力压裂过程相差较大的技术问题。

本公开的另一个目的是提供一种模拟水力压裂的系统。

本公开的再一个目的是提供一种模拟水力压裂的方法，该系统和方法可以更精确地模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程，还可以模拟携砂液将地下裂缝的岩层劈开的过程。

为了实现上述目的，本公开提供一种缝隙导流沉降模拟装置，该装置包括人工裂缝，所述人工裂缝包括：

具有缝隙的第一段，用于模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；以及

具有可开闭缝隙的第二段，用于模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程。

本公开还提供一种模拟水力压裂的系统，该系统包括：

输送装置，用于输送携砂液；以及

上述的缝隙导流沉降模拟装置，用于模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程和携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程；

其中，所述缝隙导流沉降模拟装置的流体入口与所述输送装置的流体出口连通。

本公开还提供一种模拟水力压裂的方法，该方法包括如下步骤：

(1)使待测携砂液通过射孔沿水平方向进入人工裂缝的缝隙中，所述人工裂缝包括具有缝隙的第一段和具有可开闭缝隙的第二段；

所述携砂液流经所述人工裂缝的第一段，模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；所述携砂液在压力作用下撑开闭合的人工裂缝的第二段，模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程；

(2)采用高速摄像设备通过所述人工裂缝的透明侧板拍摄所述人工缝隙中支撑剂的运移和沉降过程，得到所述支撑剂的沉降速度和运移轨迹；

(3)停止向所述人工裂缝进入所述携砂液，记录所述人工裂缝底部的沙堤形态后，使所述携砂液从所述人工裂缝中排出；

(4)根据所述支撑剂的沉降速度、运移轨迹和沙堤形态来判断待测携砂液和支撑剂是否可以用于水力压裂施工。

通过上述技术方案，本公开的缝隙导流沉降模拟装置中具有缝隙的第一段可以用于模拟支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程，具有可开闭缝隙的第二段可以用于模拟携砂液在压力作用下将地下裂缝中的岩层劈开的过程。本公开的缝隙导流沉降模拟装置可以调节人工裂缝的尺寸，可以针对某一尺寸的地下裂缝对待测携砂液进行水力压裂模拟，模拟过程中可以收集支撑剂的沉降速度、运移轨迹和沙堤形态等数据，从而优选出最适宜的支撑剂种类、砂比和携砂液排量等施工参数。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开的一种具体实施方式的缝隙导流沉降模拟装置的俯视图。

图2是根据本公开的一种具体实施方式的缝隙导流沉降模拟装置的结构示意图。

图3是根据本公开的一种具体实施方式的模拟水力压裂的系统的结构示意图。

附图标记说明

1 搅拌器 2 储液装置

3 液位计 4 放空阀

5 进液阀 6 注入泵

7 压力表 8 流量计

9 人工裂缝

901 第一侧板 902 固定板

903 第一孔道 904 第二孔道

905 活动板 906 弹性件

907 仿岩板 908 流体入口

909 流体出口

10 摩阻管 11 压差变送器

12 排沙口 13 回流管路

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指本公开的缝隙导流沉降模拟装置在正常使用状态下的上、下、左和右，具体可以参考图2和图3的图面方向。“内、外”指的是针对装置的轮廓而言的内和外。

本公开提供一种缝隙导流沉降模拟装置，该装置包括人工裂缝9，所述人工裂缝9包括：

具有缝隙的第一段，用于模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；以及

具有可开闭缝隙的第二段，用于模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程。

本公开的缝隙导流沉降模拟装置中具有缝隙的第一段可以用于模拟支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程，具有可开闭缝隙的第二段可以用于模拟携砂液在压力作用下将地下裂缝中的岩层劈开的过程。本公开的缝隙导流沉降模拟装置可以调节人工裂缝的尺寸，可以针对某一尺寸的地下裂缝对待测携砂液进行水力压裂模拟，模拟过程中可以收集支撑剂的沉降速度、运移轨迹和沙堤形态等数据，从而优选出最适宜的支撑剂种类、砂比和携砂液排量等施工参数。

其中，水力压裂的含义为本领域技术人员所熟知，是指利用增压设备向地下油层注入压裂液，当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时，则在油层上形成很高的压力，当这种压力超过油层岩石的破裂压力时，油层将被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向油层挤注压裂液，裂缝就会继续向油层内部扩张。为了保持压开的裂缝处于张开状态，接着向油层挤入带有支撑剂的携砂液，携砂液进入裂缝之后，使裂缝继续向前延伸，并支撑已经压开的裂缝使其保持撑开状态。支撑剂也为本领域技术人员所熟知，为具有一定粒度和级配的天然砂或人造高强陶瓷颗粒，支撑剂由压裂液带入并支撑在压裂地层的裂隙中，从而有效地将油气导入油气井，可以大幅度提高油气产量和延长油井寿命。

如图1所示，在本公开的一种具体实施方式中，人工裂缝9可以包括沿竖直方向平行设置的第一侧板901和第二侧板，第一侧板901和第二侧板可以平行间隔设置以形成所述第一段的缝隙；第二侧板可以包括固定板902和沿垂直于板面方向可移动的活动板905，活动板905与固定板902之间可以设置有弹性件906，弹性件906可以使得活动板905与第一侧板901之间形成第二段的可开闭缝隙；第一段的缝隙和第二段的可开闭缝隙的周向均密封；周向密封的两个侧面上分别设置有流体入口908和流体出口909，优选地，第一侧板901和第二侧板之间的距离可以调节，以形成不同尺寸的人工裂缝9，便于模拟携砂液在不同尺寸的地下裂缝中的压裂过程，其中，第一侧板901和第二侧板之间的距离优选为6-20mm。

在本公开优选的一种具体实施方式中，可以采用密封边框对上述第一段的缝隙和第二段的缝隙进行密封，为了更准确地模拟压裂液在地下裂缝中的水力压裂过程，优选地，密封边框的额定承压强度可以为大于2MPa。为了防止模拟过程中人工裂缝9内的压力超过额定的承压强度，优选地，人工裂缝9还可以设有保护装置和切换阀门，当模拟过程中人工裂缝9内的压力过高时，可以使保护装置和切换阀门打开，将携砂液排出泄压，避免对装置的损坏。

为了便于将人工裂缝9内的携砂液和/或沉积的支撑剂排出，优选地，人工裂缝9的底部可以设有排沙口12，排沙口12可以设置为1-5个，以加快排沙速度。

优选地，上述弹性件906可以为压缩弹簧，压缩弹簧一端抵顶在所述固定板902上，另一端抵顶在所述活动板905上。压缩弹簧对活动板905保持朝向第一侧板901的压力，使活动板905紧贴于第一侧板901上，形成闭合状态的第二段的缝隙；在携砂液的压力下，该缝隙可以被撑开，形成打开状态下的第二段的缝隙。

进一步地，为了更准确地模拟地下裂缝中岩层被携砂液劈开所需的压力，上述压缩弹簧可以为多个，且均匀设置于活动板905与固定板902之间，以使活动板905与固定板902之间的压力接近地下裂缝中岩层的压力，优选地，压缩弹簧的个数可以为使得活动板905与固定板902之间的压强大于1.8MPa，且该压强优选小于上述裂缝周向密封的额定承压强度。

为了模拟携砂液从不同数目、孔径和的射孔中进入裂缝时，支撑剂的运移状态，优选地，人工裂缝9还可以包括沿第一侧板901和第二侧板的两个侧边竖直设置的第一孔道903和第二孔道904，第一孔道903和第二孔道904朝向缝隙内部的一侧可以分别设有水平方向的射孔；为了便于携砂液经过射孔流入缝隙，人工裂缝的流体入口908可以设置于第一孔道903的顶部，人工裂缝的流体出口909可以设置于第二孔道904的顶部，携砂液从流体入口908进入第一孔道903，并经第一孔道903内的射孔沿水平方向进入第一侧板901和第二侧板之间的第一段的缝隙，携砂液在输送压力的作用下，将闭合状态的第二段的缝隙撑开并流经该缝隙，从第二孔道904的水平射孔流入第二孔道904，最后经第二孔道904底部的流体出口909排出人工缝隙。优选地，第一孔道903和第二孔道904的射孔的数目、孔径和等参数均可以调节，用于模拟不同射孔参数下，支撑剂的运移和沉降过程。

为了便于观察和记录模拟过程，第一侧板901优选为透明板，例如，第一侧板901可以为有机玻璃板或钢化玻璃板，优选地，该系统还可以包括高速摄像设备，用于通过透明的第一侧板901拍摄人工裂缝中支撑剂的运移和沉降过程，从而得到支撑剂在压裂液中的沉降速度、沉降量和形成的沙堤形态。

为了更准确地模拟地下裂缝侧壁的粗糙程度，优选地，第一侧板901位于第一段的至少一部分内表面可以形成为粗糙表面，例如，在本公开的一种具体实施方式中，可以在第一侧板901位于第一段的部分内表面粘接不规则的颗粒，使得粘接后的粗糙表面的粗糙度与实际施工层的全直径岩心的断裂面粗糙度相同。其中优选粘接玻璃碎片，以便于通过第一侧板901观察和记录支撑剂的运移和沉降过程。

在另一具体实施方式中，可以直接在第一侧板901上形成刻痕，使得刻蚀得到的粗糙表面的粗糙度与上述断裂面的粗糙程度相当。

为了模拟理想状态下携砂液在地下裂缝中的流动情况，优选地，第一侧板901位于第一段的至少一部分内表面可以形成为光滑表面。

在实际的水力压裂过程中，不同种类的油层裂缝其岩壁对携砂液的滤失量也不同，为了进一步准确地进行模拟，上述第二侧板还可以包括仿岩板907，仿岩板907可以可拆卸地设置于第二侧板的内表面，优选地，所述仿岩板的滤失量可调节。

在本公开的一种具体实施方式中，可以通过更换仿岩板907的种类来调节仿岩板的滤失量，仿岩板907可以为选自页岩板、砂岩板、致密岩层板和超低密岩层板中的至少一种。上述不同种类的仿岩板907具有不同的滤失量，可以根据待模拟的地下裂缝的岩层种类和滤失量选择相应滤失量的仿岩板，以提高水力压裂模拟的准确性。优选设置多块仿岩板907，以便尽可能多地覆盖第二侧板的内表面。仿岩板907可以模拟包括页岩、砂岩、致密岩层和超致密岩层等地层情况，且滤失量与实际地层滤失量相当。

在本公开的另一具体实施方式中，可以通过在仿岩板907上设置滤失孔来调节仿岩板的滤失量，具体地，可以通过调节滤失孔的大小和数量来调节仿岩板的滤失量。

本公开还提供一种模拟水力压裂的系统，该系统包括：

输送装置，用于输送携砂液；以及

上述的缝隙导流沉降模拟装置，用于模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；其中，所述缝隙导流沉降模拟装置的流体入口与所述输送装置的流体出口连通。

优选地，输送装置可以包括注入泵6，为了提升输送效率，注入泵6优选为螺杆泵，最大泵注排量可以为10m³/h，排量可通过变频控制器进行实时动态控制。注入泵6的出口通过管路连接缝隙导流沉降模拟装置的入口，优选在隙导流沉降模拟装置的入口的管路上安装流量数显控制器，进行流量监测。

优选地，连接各装置之间的管路采用大直径耐腐蚀管材，防止管路被压裂液腐蚀，管路的转弯和变向处优选采用大弧度回旋设计，以避免管路的转弯和变向处出现砂堵现象，保证携砂液的正常输送。

为了便于制备压裂液和待测携砂液，该系统还可以包括储液装置2，储液装置2的出口可以与输送装置的入口连通。

优选地，储液装置2还可以包括搅拌器1，以提高储液装置2中压裂液的配制和携砂液的混砂效率。更优选地，储液装置2的下部可以设有放空阀4，方便排空和清洗。

为了便于回收从人工裂缝9中排出的携砂液，本公开的系统还可以包括回流管路13，人工裂缝的流体出口909可以通过该回流管路13与储液装置2的入口连通。通过回流管路13还可以使携砂液循环多次进入人工裂缝9，用于模拟携砂液在长流程的地下裂缝中输送时支撑剂的运移和沉降过程。

优选地，缝隙导流沉降模拟装置的入口和出口管路上可以分别设置压力表7，用于实时监测装置出入口两端压力，并可以利用出入口的压力差值得到待测携砂液的摩阻，以进一步评价携砂液和支撑剂的性能。

为了测量压裂液的摩阻，该系统还可以包括摩阻测量装置，摩阻测量装置的入口可以与输送装置的出口连通。

其中，摩阻测量装置可以包括一个或并联设置的多个摩阻管10，摩阻管10可以设置有压差变送器11，为了扩大摩阻测量装置的量程范围，上述多个摩阻管10的个数优选为2-5个。摩阻管的量程和规格可以在很大范围内变化，优选地，多个摩阻管可以为不同的量程，以适用不同摩阻范围的压裂液的测量。

在本公开优选的一种具体实施方式中，摩阻测量装置可以包括三个并联的摩阻管10，每个摩阻管10设置有压差变送器11，三根摩阻管10的内径不同，公称直径分别为6mm、12mm、25mm，压差变送器11的量程分别为50kPa、200kPa、500kPa。测试时，可以根据实际需要选择所需量程的压差变送器11及相应的摩阻管10，以提高摩阻测试数据的准确性。

上述摩阻测量装置和缝隙导流沉降模拟装置与输送装置出口的连接管路上可以分别设置阀门控制管路的开闭，使得摩阻测量装置和缝隙导流沉降模拟装置可以分别独立进行模拟和测试。

在本公开优选的一种具体实施方式中，该系统还包括储液装置2和摩阻测量装置，摩阻测量装置的出口可以与储液装置2的入口连通。

本公开还提供一种模拟水力压裂的方法，该方法包括如下步骤：

(1)使待测携砂液通过射孔沿水平方向进入人工裂缝9的缝隙中，所述人工裂缝9包括具有缝隙的第一段和具有可开闭缝隙的第二段；

所述携砂液流经所述人工裂缝9的第一段，模拟支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；所述携砂液在压力作用下撑开闭合的人工裂缝9的第二段，模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程；

(2)采用高速摄像设备通过所述人工裂缝的透明侧板拍摄所述人工裂缝中支撑剂的运移和沉降过程，得到所述支撑剂的沉降速度和运移轨迹

(3)停止向所述人工裂缝进入所述携砂液，记录所述人工裂缝底部的沙堤形态后，使所述携砂液从所述人工裂缝中排出；

(4)根据所述支撑剂的沉降速度、运移轨迹和沙堤形态来判断待测携砂液和支撑剂是否可以用于水力压裂施工。

所述判断支撑剂是否可以用于水力压裂施工的方法为本领域技术人员所熟知，例如，沉降速度慢、沉降量小且摩阻较小的支撑剂通常适用于水力压裂施工。还可以通过采用不同支撑剂含量的携砂液中及携砂液的排注量进行模拟，选择最适合该实际尺寸的地下裂缝的支撑剂种类、支撑剂在携砂液中的含量以及携砂液的施工排量等数据。

为了进一步准确评价待测支撑剂是否可以用于水力压裂施工，该方法还包括：测量不含有支撑剂的压裂液的摩阻P_f；

根据支撑剂的沉降速度、运移轨迹、沙堤形态和压裂液的摩阻P_f来判断待测携砂液和支撑剂是否可以用于水力压裂施工。

为了模拟长流程地下裂缝中携砂液的流动和支撑剂的运移和沉降过程，本公开的方法可以包括如下步骤：

(a)配制压裂液，在压裂液中加入待测支撑剂得到待测携砂液；

(b)使待测携砂液进入人工裂缝进行模拟过程，并使从人工裂缝中排出的携砂液与(a)中的待测携砂液一起进入人工裂缝中，重复进行模拟过程。

本公开优选的一种模拟水力压裂的方法的具体实施方式如下：

根据待模拟的地下裂缝配制不含有支撑剂的压裂液，使压裂液进入摩阻测量装置测量压裂液的摩阻P_f；

向压裂液中加入支撑剂混砂得到待测携砂液，根据待模拟的地下裂缝调整人工裂缝的尺寸和滤失量，使携砂液通过水平方向的射孔进入人工裂缝的第一段缝隙，模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程，在压力作用下，携砂液将闭合状态的第二段的缝隙撑开，模拟携砂液将地下裂缝的岩层劈开的过程，携砂液流经第二段的缝隙后经射孔从人工裂缝的流体出口909流出；使从人工裂缝流出的携砂液返回至待测携砂液与其混合后再进入人工裂缝，重复上述步骤使携砂液循环流动多次，使得携砂液在人工裂缝中的总流程与待模拟的地下裂缝的长度相当；

采用高速摄像设备通过人工裂缝的透明侧板拍摄人工缝隙中支撑剂的运移和沉降过程，得到支撑剂的沉降速度和运移轨迹；

停止向人工裂缝进入携砂液，记录人工裂缝底部形成的沙堤形态后，使携砂液从人工裂缝中排出；

根据支撑剂的沉降速度、运移轨迹、沙堤形态和支撑剂的摩阻P_p来判断待测携砂液和支撑剂是否可以用于水力压裂施工，所述判断方法为本领域技术人员所熟知，例如，在选定的压裂液组成下，采用不同种类的支撑剂配成携砂液进行模拟测试，选取支撑剂沉降速度小、摩阻小，且运移轨迹和形成的沙堤形态好的支撑剂作为优选支撑剂；或者，在选定种类的支撑剂下，采用不同的压裂液组成配成携砂液进行模拟测试，选取支撑剂沉降速度小、摩阻小，且运移轨迹和形成的沙堤形态好的压裂液作为优选压裂液组成；根据判断结果调整支撑剂的种类、用量、携砂液的排量等施工参数重复进行上述步骤，可以优选出适合待模拟地下裂缝的支撑剂的种类、用量、携砂液的排量等施工参数。

以下通过实施例进一步解释和说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。

实施例1

本实施例用于说明本公开的缝隙导流沉降模拟装置和模拟水力压裂的系统及方法，如图1和图2所示，人工裂缝9整体长度为4m，高度0.6m，宽度人工可调，调整范围为：6-20mm。人工裂缝9包括平行间隔设置的第一侧板901和第二侧板，第一侧板901由两块长2m、高0.6m、厚20mm的有机玻璃板密封拼接形成，靠近进液口的玻璃板壁面粘贴有不规则的玻璃碎片，其表面粗糙度与待模拟裂缝的全直径岩心的断裂面粗糙度相同。第二侧板包括长为4m高0.6m的固定板902，固定板902靠近流体入口908一侧的前3m粘贴六块规格为445*565*9mm的仿岩板907(购自北京仁创科技集团有限公司，滤失量与致密岩层相当)，该仿岩板907与第一侧板901之间形成人工裂缝9的第一段的缝隙。第二侧板还包括规格为1000*600*9mm的活动板905，活动板905的内表面上粘贴2块规格为405*485*9mm的仿岩板907，活动板905的外表面与固定板902之间设置有30个相同的压缩弹簧，使活动板905内侧的仿岩板907紧贴于第一侧板901上仿岩板907与第一侧板901之间的压力为1.8MPa，仿岩板907和第一侧板901之间形成人工裂缝9的第二段的缝隙。第一侧板901和第二侧板的四周采用密封边框进行密封，密封的人工裂缝9的额定承压能力为2MPa。密封边框的两侧分别设有流体入口908和流体出口909，人工裂缝9底部设有4个排沙口12。

人工裂缝9的左右两侧分别设有竖直方向的第一孔道903和第二孔道904，第一孔道903和第二孔道904靠近裂缝内部的一侧分别形成有射孔，射孔的数量为12个，孔径为15mm。

本实施例中的模拟水力压裂的系统如图3所示，该系统包括储液装置2、输送装置、上述的缝隙导流沉降模拟装置以及摩阻测量装置。储液装置2包括带有搅拌器1的储液罐，排量为300L，输送装置包括注入泵6(螺杆泵，最大泵注排量为10m³/h)，储液罐的出口与注入泵6的入口连通，注入泵6的出口与缝隙导流沉降模拟装置的流体入口908连通，缝隙导流沉降模拟装置的流体出口909通过回流管路13与储液罐的入口连通，缝隙导流沉降模拟装置的流体入口908与流体出口909管路上分别设置压力表7，该入口管路上还设置有流量计8。

摩阻测量装置与上述的缝隙导流沉降模拟装置并联，其入口经阀门与注入泵6的出口连通，其出口经阀门与回流管路13连通；摩阻测量装置包括三个并联的摩阻管10，每个摩阻管10设置有两个测压点，并在两个测压点并联连接有测压管路，测压管路设置有压差变送器11和控制阀门。三根摩阻管10的管径不同，公称直径分别为6mm、12mm、25mm，压差变送器11的量程分别为50kPa、200kPa、500kPa。

本实施例的模拟水力压裂的方法中，支撑剂为北京仁创日升石油开采技术有限公司的FSS压裂支撑剂，压裂液组成为瓜尔胶，携砂液中支撑剂的重量含量为0-40％。

具体的模拟水力压裂的方法如下：

在储液罐中配置压裂液，使压裂液进入量程为200kPa的摩阻管10测量压裂液的摩阻P_f，从摩阻管10流出的压裂液返回至储液罐；

向压裂液中加入支撑剂混砂得到待测携砂液，人工裂缝9的第一侧板901和第二侧板的间距设置为6mm，第二侧板的仿岩板907选取致密岩层仿岩板907，使携砂液通过水平方向的射孔进入人工裂缝9的第一段缝隙，在压力作用下，携砂液将闭合状态的第二段的缝隙撑开，携砂液流经第二段的缝隙后经射孔从人工裂缝9的流体出口909流出；使流出的携砂液返回至待测携砂液与其混合后再进入人工裂缝9，重复上述步骤直至沙堤形态不再变化后，停止向人工裂缝9进入携砂液，记录人工裂缝9底部形成的沙堤形态后，使携砂液从人工裂缝9中排出；

采用高速摄像机通过人工裂缝9的透明第一侧板901拍摄人工缝隙中支撑剂的运移和沉降过程，得到支撑剂的沉降速度和运移轨迹；

根据支撑剂的沉降速度、运移轨迹、沙堤形态和支撑剂的摩阻P_p来判断待测携砂液和支撑剂是否可以用于水力压裂施工；根据判断结果调整支撑剂的种类、用量、携砂液的排量等施工参数重复进行上述步骤，可以优选出适合待模拟地下裂缝的支撑剂的种类、用量、携砂液的排量等施工参数。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (14)

1.一种模拟水力压裂的方法，其特征在于，使用一种缝隙导流沉降模拟装置和一种模拟水力压裂的系统，

所述装置包括人工裂缝（9），所述人工裂缝（9）包括：具有缝隙的第一段，用于模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；以及具有可开闭缝隙的第二段，用于模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程；所述人工裂缝（9）包括沿竖直方向设置的第一侧板（901）和第二侧板，所述第一侧板（901）和第二侧板平行间隔设置以形成所述第一段的缝隙；所述第二侧板包括固定板（902）和沿垂直于板面方向可移动的活动板（905），所述活动板（905）与所述固定板（902）之间设置有弹性件（906），所述弹性件（906）使得所述活动板（905）与所述第一侧板（901）之间形成所述第二段的所述可开闭缝隙；所述第二侧板还包括仿岩板（907），所述仿岩板（907）可拆卸地设置于所述第二侧板的内表面，所述仿岩板（907）的滤失量可调节；

所述人工裂缝（9）还包括沿所述第一侧板（901）和第二侧板的两个侧边竖直设置的第一孔道（903）和第二孔道（904），所述第一孔道（903）和第二孔道（904）朝向所述缝隙内部的一侧分别设有水平方向的射孔；所述人工裂缝（9）的流体入口（908）设置于所述第一孔道（903）的顶部，所述人工裂缝（9）的流体出口（909）设置于所述第二孔道（904）的顶部；

所述装置的第一侧板（901）为透明板，该装置还包括高速摄像设备，用于通过所述透明的第一侧板（901）拍摄所述人工裂缝（9）中支撑剂的运移和沉降过程；

所述系统包括：输送装置，用于输送携砂液；上述的缝隙导流沉降模拟装置，用于模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程和携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程；其中，所述缝隙导流沉降模拟装置的流体入口（908）与所述输送装置的流体出口连通；

该方法包括如下步骤：

（1）使待测携砂液通过射孔沿水平方向进入人工裂缝的缝隙中，所述人工裂缝包括具有缝隙的第一段和具有可开闭缝隙的第二段；

所述携砂液流经所述人工裂缝的第一段，模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；所述携砂液在压力作用下撑开闭合的人工裂缝的第二段，模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程；

（2）采用高速摄像设备通过所述人工裂缝的透明侧板拍摄所述人工裂缝中支撑剂的运移和沉降过程，得到所述支撑剂的沉降速度和运移轨迹；

（3）停止向所述人工裂缝进入所述携砂液，记录所述人工裂缝底部的沙堤形态后，使所述携砂液从所述人工裂缝中排出；

（4）根据所述支撑剂的沉降速度、运移轨迹和沙堤形态来判断待测携砂液和支撑剂是否可以用于水力压裂施工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：测量不含有支撑剂的压裂液的摩阻P_f，

根据所述支撑剂的沉降速度、运移轨迹、沙堤形态和压裂液的摩阻P_f来判断待测携砂液和支撑剂是否可以用于水力压裂施工。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（a）配制压裂液，在所述压裂液中加入待测支撑剂得到所述待测携砂液；

（b）使所述待测携砂液进入所述人工裂缝进行所述模拟过程，并使从所述人工裂缝中排出的携砂液与（a）中所述待测携砂液一起进入所述人工裂缝中，重复进行所述模拟过程。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弹性件（906）为压缩弹簧，所述压缩弹簧一端抵顶在所述固定板（902）上，另一端抵顶在所述活动板（905）上。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一侧板（901）位于所述第一段的至少一部分内表面形成为粗糙表面。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一侧板（901）位于所述第一段的至少一部分内表面形成为光滑表面。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过更换仿岩板（907）的种类来调节所述仿岩板（907）的滤失量，所述仿岩板（907）为选自页岩板、砂岩板、致密岩层板和超低密岩层板中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该系统还包括储液装置（2），所述储液装置（2）的出口与所述输送装置的入口连通。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述储液装置（2）包括搅拌器（1）。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该系统还包括回流管路（13），所述人工裂缝（9）的流体出口（909）通过所述回流管路（13）与所述储液装置（2）的入口连通。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缝隙导流沉降模拟装置的入口管路和出口管路上分别设有压力表。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该系统还包括摩阻测量装置，所述摩阻测量装置的入口与所述输送装置的出口连通。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述摩阻测量装置包括一个或并联设置的多个摩阻管（10），所述摩阻管（10）设置有压差变送器（11），所述多个摩阻管（10）的个数为2-5个。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，该系统还包括储液装置（2），所述摩阻测量装置的出口与所述储液装置（2）的入口连通。