CN107478536A - 可视化支撑裂缝流动实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可视化支撑裂缝流动实验装置，包括：支架、裂缝模拟装置、压裂液注入装置、以及压裂液收集及称重装置；所述裂缝模拟装置转动设置于所述支架上，所述裂缝模拟装置的转动轴平行于水平面；其中，所述裂缝模拟装置上设有用于加入支撑剂的进料口和用于注入压裂液的压裂液注入口，所述压裂液注入口与所述压裂液注入装置相连；所述裂缝模拟装置上还设有压裂液排出口，所述压裂液收集及称重装置用于收集从所述压裂液排出口排出的压裂液；所述裂缝模拟装置设置有透明面板，以透过透明面板观察裂缝模拟装置内压裂液的流动状态。本发明提供的可视化支撑裂缝流动实验装置能够改变裂缝的角度，进而分析裂缝角度对压裂液流动特性的影响。

Description

可视化支撑裂缝流动实验装置

技术领域

本发明涉及油气田开发及储层改造技术，尤其涉及一种可视化支撑裂缝流动实验装置。

背景技术

页岩气是一种赋存于以有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，其开采过程是采用体积压裂的方式进行的，通过向储层中注入一定压力的压裂液在储层进行人工造缝，并通过支撑剂支撑裂缝，在储层中形成具有高导流能力的支撑裂缝，页岩气沿支撑裂缝排出并被收集。压裂结束后，需要对压裂液进行返排，国内外矿场实践表明页岩储层体积压裂压后返排率普遍较低，大量压裂液滞留在裂缝中，压裂液返排率的高低与页岩气的产能有密切关系，研究裂缝内对压裂液的流动非常重要。压裂液在裂缝中的存在方式和流动机理尚不明确，储层气体的产出对压裂液返排的作用尚不清楚。因此，需要对压裂液在裂缝中的流动特性进行研究。

裂缝参数、储层特性、压裂液和支撑剂的类型等因素均会影响压裂液在裂缝中的流动特性。目前，国内的研究重心主要是对裂缝的导流能力进行考察，但在考察过程中未考虑裂缝的角度对导流能力的影响，同时装置都是封闭不可视的，因此需要一种可视化的并能考虑裂缝角度影响的实验装置。

发明内容

本发明提供一种可视化支撑裂缝流动实验装置，可以改变裂缝的角度，进而分析裂缝角度对压裂液流动特性的影响。

本发明提供一种可视化支撑裂缝流动实验装置，包括：支架、裂缝模拟装置、压裂液注入装置、以及压裂液收集及称重装置；所述裂缝模拟装置转动设置于所述支架上，所述裂缝模拟装置的转动轴平行于水平面；

其中，所述裂缝模拟装置上设有用于加入支撑剂的进料口和用于注入压裂液的压裂液注入口，所述压裂液注入口与所述压裂液注入装置相连；

所述裂缝模拟装置上还设有压裂液排出口，所述压裂液收集及称重装置用于收集从所述压裂液排出口排出的压裂液；

所述裂缝模拟装置设置有透明面板，以透过所述透明面板观察裂缝模拟装置内压裂液的流动状态。

如上所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，所述裂缝模拟装置包括：转动设置于所述支架上的转轴，与所述转轴固定连接的裂缝模拟箱；

所述裂缝模拟箱包括：固定框，所述固定框的两端分别设置有所述透明面板，所述透明面板与固定框围成用于模拟储层裂缝的容置空间；所述进料口和压裂液注入口设置于所述固定框的顶部，所述压裂液排出口设置于所述固定框的底部；所述压裂液注入口、进料口和压裂液排出口均与所述容置空间连通。

如上所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，所述裂缝模拟装置还包括：用于限制所述固定框转动角度的角度控制装置。

如上所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，所述角度控制装置包括：固定卡和角度固定器；

其中，所述固定卡设置于所述转轴的一端；所述角度固定器设置于所述支架上，且可沿所述转轴的轴向方向相对于所述支架产生伸缩运动，所述角度固定器用于限制所述固定卡转动。

如上所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，所述固定卡为卡条，所述卡条与所述转轴垂直；

所述角度固定器包括：外套管、内套管和固定基底；所述外套管固定于所述支架上，所述内套管的一端可伸缩设置于所述外套管内，所述固定基底固定于所述内套管的另一端；所述固定基底上设置有至少两个可容纳所述卡条的固定槽；各固定槽相交，交点为固定槽的中心。

如上所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，所述固定框包括：通过螺栓连接的前框和后框，所述前框和后框之间的间隙中设置有密封件；所述前框和后框上各设置有一个透明面板。

如上所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，所述压裂液收集及称重装置包括：烧杯、电子称重器件和计算机；

所述烧杯设置于所述电子称重器件上且位于所述压裂液排出口的下方，所述计算机与所述电子称重器件相连。

如上所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，所述压裂液排出口连接有压裂液排出管路，所述压裂液排出管路上设有排液阀；所述压裂液排出管路的端部位于所述烧杯的上方。

如上所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，所述压裂液注入装置包括：气源、减压阀、压力表、储液罐、注入泵、进液阀和三通件；

所述气源、减压阀和压力表依次通过管路连接至所述三通件的第一接口；所述储液罐、注入泵、进液阀依次通过管路连接至所述三通件的第二接口；所述三通件的第三接口连接至所述压裂液注入口。

如上所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，还包括：裂缝图像采集装置和照明器件；所述裂缝图像采集装置正对所述透明面板，用于采集裂缝图像；所述照明器件用于照亮所述裂缝模拟装置。

本发明提供的技术方案，通过将裂缝模拟装置转动设置在支架上，当裂缝模拟装置处于不同的倾斜角度时，从进料口向裂缝模拟装置内加入支撑剂，从压裂液注入口向裂缝模拟装置内注入压裂液，并通过压裂液收集及称重装置从压裂液排出口收集压裂液并进行称重，且透过裂缝模拟装置上的透明面板观察裂缝及压裂液的流动状态，结合压裂液的称重结果对裂缝的角度进行测量，进而分析得出裂缝角度对压裂液返排率的影响。

附图说明

图1为本发明实施例提供的可视化支撑裂缝流动实验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的可视化支撑裂缝流动实验装置中裂缝模拟装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的可视化支撑裂缝流动实验装置中裂缝模拟箱的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的可视化支撑裂缝流动实验装置中固定基底的结构示意图。

附图标记：

11-压裂液注入口；12-进料口；13-压裂液排出口；14-转轴；15-裂缝模拟箱；151-前框；152-后框；153-透明面板；154-容置空间；155-螺栓；156-密封胶；16-卡条；171-外套管；172-内套管；173-固定基底；174-固定槽；21-气源；22-减压阀；23-压力表；24-储液罐；25-注入泵；26-进液阀；27-三通件；28-注液管路；31-烧杯；32-电子称重器件；33-计算机；34-压裂液排出管路；35-排液阀；36-数据传输线；4-裂缝图像采集装置；51-底座；52-支撑杆；53-支撑环；6-照明器件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的可视化支撑裂缝流动实验装置的结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种可视化支撑裂缝流动实验装置，包括：裂缝模拟装置、压裂液注入装置、压裂液收集及称重装置以及支架。

其中，裂缝模拟装置设置于支架(图1未示出)上，且裂缝模拟装置可相对于支架转动，转动轴平行于水平面。裂缝模拟装置用于模拟储层的裂缝，根据裂缝模拟装置处于不同的角度，可模拟不同角度的裂缝。

裂缝模拟装置上设有压裂液注入口11，压裂液注入口11与压裂液注入装置相连。压裂液注入装置用于向裂缝模拟装置内注入压裂液。

裂缝模拟装置上还设有进料口12，用于向裂缝模拟装置中加入支撑剂。

裂缝模拟装置上还设有压裂液排出口13，压裂液收集及称重装置用于收集从压裂液排出口13排出的压裂液。然后对收集到的压裂液进行称重，根据称重结果对裂缝的特性进行分析。

裂缝模拟装置上还设置有透明面板(图1未示出)，通过透明面板可看到裂缝模拟装置中裂缝以及压裂液的流动状态。本实施例所提供的可视化支撑裂缝流动实验装置的试验过程为：转动裂缝模拟装置并固定至某个角度，通过进料口12向裂缝模拟装置内加入支撑剂，通过压裂液注入口11向裂缝模拟装置内注入一定压力的压裂液。然后通过压裂液收集及称重装置从压裂液排出口13收集压裂液，并进行称重，根据称重数据对裂缝及压裂液的流动特性进行综合分析。

本实施例提供的技术方案，通过将裂缝模拟装置转动设置在支架上，当裂缝模拟装置处于不同的倾斜角度时，从进料口向裂缝模拟装置内加入支撑剂，从压裂液注入口向裂缝模拟装置内注入压裂液，并通过压裂液收集及称重装置从压裂液排出口收集压裂液并进行称重，且透过裂缝模拟装置上的透明面板观察裂缝及压裂液的流动状态，结合压裂液的称重结果对裂缝的角度进行测量，进而分析得出裂缝角度对压裂液返排率的影响。

在上述技术方案的基础上，进一步对裂缝模拟装置的实现方式进行优化：

图2为本发明实施例提供的可视化支撑裂缝流动实验装置中裂缝模拟装置的结构示意图，图3为本发明实施例提供的可视化支撑裂缝流动实验装置中裂缝模拟箱的结构示意图。如图2和图3所示，裂缝模拟装置包括：转动设置于支架上的转轴14，与转轴14固定连接的裂缝模拟箱15。

裂缝模拟箱15包括：固定框，固定框的两端分别设置有透明面板153，透明面板153与固定框围成用于模拟储层裂缝的容置空间154，透明面板153与固定框之间可进行密封。

具体的，固定框可包括前框151和后框152，二者之间可通过螺栓155连接。前框151和后框152之间的间隙中设置有密封件，例如：在间隙中设置密封垫；或者向间隙中填充密封胶156。前框151和后框152上各设置有一个透明面板153。前框151、后框152和前后两个透明面板153构成了容置空间154，该容置空间154可模拟裂缝。在试验过程中，透过透明面板153能够看到裂缝的状态。透明面板153可以为普通玻璃板或树脂玻璃板，或者还可以为采用其它材料制成的透明面板，且能够承受一定的压力。

上述压裂液注入口11和进料口12设置于固定框的顶部，例如设置在前框151的顶部。压裂液排出口13设置于固定框的底部，例如设置在前框151的底部。压裂液注入口11、进料口12和压裂液排出口13均与容置空间154连通。

固定框与转轴14可相对于支架转动，由于试验过程中，固定框需要转动一定角度，并固定在该位置上。则需采用一定的手段对转轴14进行固定。例如：在支架的顶部设置固定套，转轴14套设在固定套内且与固定套过盈配合，则转轴14可以相对于固定套转动，且能够固定在某一位置上。

或者，本实施例还提供一种实现方式，设置角度控制装置，用于限制固定框的转动角度，或者说可以将固定框固定在某一角度的位置处。

对于角度控制装置的实现方式，可以有很多种。本实施例提供一种具体的方式：如图2所示，角度控制装置包括：固定卡和角度固定器。其中，固定卡设置于转轴14的一端，角度固定器设置于支架上，且角度固定器可沿转轴14的轴向方向相对于支架产生伸缩运动，角度固定器用于限制固定卡转动。

具体的，固定卡为卡条16，如图2所示的结构。卡条16垂直设置于转轴14的一端，且卡条16的中部与转轴14相连。

图4为本发明实施例提供的可视化支撑裂缝流动实验装置中固定基底的结构示意图。如图2和图4所示，角度固定器包括：外套管171、内套管172和固定基底173。外套管171固定于支架上，且与转轴14平行。内套管172的一端可伸缩设置于外套管171内，固定基底173固定于内套管172的另一端。固定基底173上设置有至少两个可容纳卡条16的固定槽174，各固定槽174相交，交点为固定槽174的中心。

图4展示的固定基底173为圆饼形状，每个固定槽174均沿固定基底173上顶面的直径方向延伸。当内套管172从外套管171中伸出，则固定基底173远离卡条16。当内套管172伸入外套管171，则固定基底173靠近卡条16，直至卡条16插入某一个固定槽174内，固定槽174限制了卡条16的转动，进而限制转轴14转动，实现了将固定框固定保持在某一角度上。

采用上述技术方案，能够变换裂缝模拟箱15的角度，进而对不同角度的裂缝对压裂液的流动所造成的影响进行测试和分析。并且，裂缝模拟箱15是可视的，能够直观看到裂缝内压裂液的流动情况。

对于上述压裂液收集及称重装置，其功能是从压裂液排出口3收集压裂液，并对收集到的压裂液进行称重。具体的，如图1所示，压裂液收集及称重装置包括：烧杯31、电子称重器件32和计算机33。其中，烧杯31设置于电子称重器件32上，且烧杯31位于压裂液排出口13的下方，计算机33与电子称重器件32通过数据传输线36相连。电子称重器件32对烧杯31内的压裂液进行称重，将数据传输给计算机33。计算机33对电子称重器件32发来的数据进行预处理之后，可对数据进行存储，还可以生成重量曲线及历史曲线以供分析。

上述压裂液排出口13可连接有压裂液排出管路34，压裂液排出管路34上设置有排液阀35。压裂液排出管路34的端部位于烧杯31的上方，打开排液阀35，压裂液可沿压裂液排出管路34流入烧杯31内。

上述排液阀35可以为手动阀或者为电磁阀，若为电磁阀可以与计算机或者其他控制器相连，通过计算机或控制器来控制排液阀35打开或关闭。

上述压裂液注入装置的功能是向裂缝模拟箱15内注入一定压力的压裂液，其实现方式可以有很多种。本实施例提供一种具体的实现方式：压裂液注入装置包括：气源21、减压阀22、压力表23、储液罐24、注入泵25、进液阀26和三通件27。

其中，气源21、减压阀22和压力表23依次通过管路连接至三通件27的第一接口。减压阀22用于控制气源21输出气体的压力，压力表23用于检测管路中气体的压力。

储液罐24、注入泵25、进液阀26依次通过管路连接至三通件27的第二接口。当进液阀26打开时，注入泵25工作可将储液罐24中的压裂液抽出并沿管路流动。

三通件27的第三接口通过注液管路28连接至压裂液注入口11，进入三通件27的压裂液在气体的压力作用下通过压裂液注入口11进入裂缝模拟箱15中。

在上述技术方案的基础上，还可以采用裂缝图像采集装置4,正对透明面板153，用于采集裂缝图像，且对裂缝图像进行记录，以根据裂缝图像对裂缝的角度进行分析。裂缝图像采集装置4可以为摄像机。

另外，当试验环境光线较暗时，还可以在裂缝模拟箱15的周围设置照明器件6，用于照亮裂缝模拟装置，以提高裂缝图像采集的效果，提高清晰度，进而提高对裂缝角度的测量的精确度。

如图2所示，上述支架具体可包括底座51和设置于底座51两端的两根支撑杆52，每根支撑杆52的顶部均设置有支撑环53，转轴14位于支撑环53内且可相对于支撑环53转动。

上述可视化支撑裂缝流动实验装置的测试过程为：

(1)通过进料口12向裂缝模拟箱15模拟出的裂缝内加入支撑剂。

(2)转动转轴14，使得裂缝模拟箱15转动至试验所需的角度，推动固定基底173直至卡条16嵌入固定槽174内，以将裂缝模拟箱15固定在该角度。

(3)打开进液阀26，然后通过注入泵25向裂缝模拟箱15内注满压裂液，关闭进液阀26。

(4)打开减压阀22，通过气源21向裂缝模拟箱15内注入气体，以提高裂缝模拟箱15内的压力至设定值。通过压力表23观察管路中的压力值，待压力稳定后，打开排液阀35。通过烧杯31收集从压裂液排出口13排出的压裂液。电子称重器件32称量烧杯31内压裂液的质量，并将称量数据实时发送给计算机33。通过摄像机实时记录压裂液在裂缝中的流动过程。

(5)关闭减压阀22，释放管路中的压力。排空裂缝模拟箱15内的压裂液和支撑剂。

(6)改变裂缝模拟箱15的角度、向裂缝模拟箱15内注入的压力、压裂液的类型、以及支撑剂的种类，重复上述5个步骤。通过测量得到的裂缝角度以及排出的压裂液的质量来分析裂缝角度度压裂液流动状态的影响。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可视化支撑裂缝流动实验装置，其特征在于，包括：支架、裂缝模拟装置、压裂液注入装置、以及压裂液收集及称重装置；所述裂缝模拟装置转动设置于所述支架上，所述裂缝模拟装置的转动轴平行于水平面；

其中，所述裂缝模拟装置上设有用于加入支撑剂的进料口和用于注入压裂液的压裂液注入口，所述压裂液注入口与所述压裂液注入装置相连；

所述裂缝模拟装置上还设有压裂液排出口，所述压裂液收集及称重装置用于收集从所述压裂液排出口排出的压裂液；

所述裂缝模拟装置设置有透明面板，以透过所述透明面板观察裂缝模拟装置内压裂液的流动状态。

2.根据权利要求1所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，其特征在于，所述裂缝模拟装置包括：转动设置于所述支架上的转轴，与所述转轴固定连接的裂缝模拟箱；

所述裂缝模拟箱包括：固定框，所述固定框的两端分别设置有所述透明面板，所述透明面板与固定框围成用于模拟储层裂缝的容置空间；所述进料口和压裂液注入口设置于所述固定框的顶部，所述压裂液排出口设置于所述固定框的底部；所述压裂液注入口、进料口和压裂液排出口均与所述容置空间连通。

3.根据权利要求2所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，其特征在于，所述裂缝模拟装置还包括：用于限制所述固定框转动角度的角度控制装置。

4.根据权利要求3所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，其特征在于，所述角度控制装置包括：固定卡和角度固定器；

其中，所述固定卡设置于所述转轴的一端；所述角度固定器设置于所述支架上，且可沿所述转轴的轴向方向相对于所述支架产生伸缩运动，所述角度固定器用于限制所述固定卡转动。

5.根据权利要求4所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，其特征在于，所述固定卡为卡条，所述卡条与所述转轴垂直；

所述角度固定器包括：外套管、内套管和固定基底；所述外套管固定于所述支架上，所述内套管的一端可伸缩设置于所述外套管内，所述固定基底固定于所述内套管的另一端；所述固定基底上设置有至少两个可容纳所述卡条的固定槽；各固定槽相交，交点为固定槽的中心。

6.根据权利要求5所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，其特征在于，所述固定框包括：通过螺栓连接的前框和后框，所述前框和后框之间的间隙中设置有密封件；所述前框和后框上各设置有一个透明面板。

7.根据权利要求1所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，其特征在于，所述压裂液收集及称重装置包括：烧杯、电子称重器件和计算机；

所述烧杯设置于所述电子称重器件上且位于所述压裂液排出口的下方，所述计算机与所述电子称重器件相连。

8.根据权利要求7所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，其特征在于，所述压裂液排出口连接有压裂液排出管路，所述压裂液排出管路上设有排液阀；所述压裂液排出管路的端部位于所述烧杯的上方。

9.根据权利要求1所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，其特征在于，所述压裂液注入装置包括：气源、减压阀、压力表、储液罐、注入泵、进液阀和三通件；

所述气源、减压阀和压力表依次通过管路连接至所述三通件的第一接口；所述储液罐、注入泵、进液阀依次通过管路连接至所述三通件的第二接口；所述三通件的第三接口连接至所述压裂液注入口。

10.根据权利要求1所述的可视化支撑裂缝流动实验装置，其特征在于，还包括：裂缝图像采集装置和照明器件；所述裂缝图像采集装置正对所述透明面板，用于采集裂缝图像；所述照明器件用于照亮所述裂缝模拟装置。