CN108519467A - 一种透明平行板裂缝装置、暂憋造分支缝模拟实验装置及模拟试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种透明平行板裂缝装置、暂憋造分支缝模拟实验装置及模拟试验方法，透明平行板裂缝装置为板状结构，内部设置有凹槽，两端分别开设有管线入口接口和管线出口接口，管线入口接口和管线出口接口分别与凹槽的两端连通；透明平行板裂缝装置分为三段，三段分别为前段、中间段和后段，管线入口接口开设于前段处，管线出口接口开设于后段处；中间段用于填充暂堵剂，处于中间段处的凹槽处设有用于对暂堵剂限位的限位结构；中间段具有能够密封可拆卸连接的可拆卸体，当可拆卸体从中间段处拆除后，处于中间段处的凹槽的下半部分能够露出，可拆卸体分别与前段和后段之间均密封连接。本发明能够可视化的对压裂过程中暂堵剂的暂堵效应进行分析研究。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发领域，特别涉及一种透明平行板裂缝装置、暂憋造分支缝模拟实验装置及模拟试验方法。
背景技术
近些年来常规油气资源已经无法满足社会需求，油田对于非常规储层的开发力度日益加深。水力压裂技术一直以来是开发非常规储层油气资源非常有效的手段，然而要想在储层中形成高导流能力的填砂裂缝，提高油气井的产量，就必须在地层中压出复杂的多级缝网。目前常规水力压裂技术的主要缺点压裂过程中形成的缝网单一，在油气富集的储层中常常难以压出多级复杂缝网，并且横纵向扩展较少，甚至有的油田压裂施工在储层中仅能压开一条裂缝，对储层改造几乎没有效果，这样就造成油气难以运移生产，压裂施工后的产量并无显著提高。为了提高压裂施工效率，在地层中形成多级复杂缝网，可以利用暂堵剂对旧裂缝形成暂堵，从而迫使压裂液压裂方向发生转向，最后压出多级复杂缝网。然而目前并没有实验装置用来模拟和分析暂堵剂在地层中的暂堵过程，这样就大大限制了科研人员对暂堵压裂技术的研究分析，制约了压裂技术的创新。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种透明平行板裂缝装置、暂憋造分支缝模拟实验装置及模拟试验方法，本发明能够可视化的对压裂过程中暂堵剂的暂堵效应进行分析研究。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种透明平行板裂缝装置，透明平行板裂缝装置为板状结构，其内部沿长度方向设置有凹槽，透明平行板裂缝装置的两端分别开设有管线入口接口和管线出口接口，管线入口接口和管线出口接口分别与凹槽的两端连通；
透明平行板裂缝装置分为三段，三段分别为前段、中间段和后段，管线入口接口开设于前段处，管线出口接口开设于后段处；
中间段用于填充暂堵剂，处于中间段处的凹槽处设有用于对暂堵剂限位的限位结构；中间段具有能够可拆卸连接的可拆卸体，可拆卸体与中间段本体之间密封连接，当可拆卸体从中间段处拆除后，处于中间段处的凹槽的下半部分能够露出，可拆卸体与前段之间以及与后段之间均密封连接。
中间段的上表面和下表面上分别正对开设有第一浅槽和第二浅槽，第一浅槽6-2-1的宽度和第二浅槽的宽度均与凹槽的宽度相同，第一浅槽和第二浅槽用于对暂堵剂限位。
第一浅槽和第二浅槽的深度分别为0.5cm～1cm和1.5cm～2cm。
可拆卸体通过螺栓可拆卸连接，中间段在凹槽宽度方向两侧的外缘分别设置若干螺栓。
可拆卸体与前段之间以及可拆卸体与后段之间均通过阶梯结构连接，阶梯结构的阶梯处设有密封垫。
透明平行板裂缝装置的材质为透明有机玻璃。
透明平行板裂缝装置为长方形板状结构，透明平行板裂缝装置的长度为3～6m，宽度为0.5～1m，凹槽的高度为1.5～2cm，凹槽的宽度为0.3～0.8m，中间段的长度为1～2m，前段的长度为0.5～1m，后段的长度为1.5～3m。
一种暂憋造分支缝模拟实验装置，包括液罐、驱替泵、阀门、压力表、数据采集工作台和上述透明平行板裂缝装置，液罐通过管线与驱替泵的入口连接，驱替泵出口通过管线与透明平行板裂缝装置的管线入口接口连接，透明平行板裂缝装置的管线出口接口连接有管线；在驱替泵至管线入口接口之间的管线依次设有第一阀门和第一压力表，管线出口接口连接的管线上依次设有第二压力表和第二阀门；
驱替泵、第一压力表和第二压力表均与数据采集工作台连接。
还包括废液池，管线出口接口连接的管线连接至废液池。
一种暂憋造分支缝模拟实验方法，通过上述暂憋造分支缝模拟实验装置进行，包括以下步骤：
步骤1，将可拆卸体拆除，向中间段处的凹槽内均匀铺置上暂堵剂，然后安装可拆卸体；
步骤2，根据要模拟暂堵剂在裂缝中不同位置的暂堵情况，设置驱替泵的流量和泵入压力参数，控制第一阀门和第二阀门的开启与关闭，再开启驱替泵，驱替泵将液罐中的压裂液经管线和管线入口接口注入透明平行板裂缝装置的凹槽；
若暂堵剂起到暂堵作用，则第一压力表的压力数值会随着时间的推移逐渐增大，在这个过程中，通过数据采集工作台记录驱替泵的流量和压力，第一压力表的压力值和第二压力表的压力值，同时观察暂堵剂在裂缝装置中发生的变化，最后通过对数据采集工作台记录的实验数据进行分析，获取透明平行板裂缝装置出入口的压力、驱替泵的驱替流量以及驱替泵的泵入压力随时间的变化曲线，再根据曲线判断实验模拟结果。
若要模拟暂堵剂在裂缝中段的暂堵情况，则打开第一阀门和第二阀门；若要模拟暂堵剂在裂缝末端的暂堵情况，则打开第一阀门，关闭第二阀门，并且此种情况时，驱替泵的初始流量设定不超过0.3m3/min，驱替压力不超过10MPa。
驱替泵的流量设定为0-2m3/min，泵入压力设定为0-100MPa。
本发明的有益效果是：
本发明的透明平行板裂缝装置的中间段用于填充暂堵剂，中间段具有能够密封可拆卸连接的可拆卸体，当可拆卸体从中间段处拆除后，处于中间段处的凹槽的下半部分能够露出，因此，便于暂堵剂的铺置；本发明的透明平行板裂缝装置的工作原理是：在透明平行板裂缝装置中间段凹槽中铺置暂堵剂以模拟地层裂缝的真实情况，通过对透明平行板裂缝装置出口的封堵于否，能够控制暂堵剂在凹槽中的位置，能够分析暂堵剂在凹槽不同位置的暂堵情况，以模拟裂缝不同位置的暂堵情况；透明平行板裂缝装置前段的能够缓冲压裂液的湍流效应。当从管线入口接口向透明平行板裂缝装置的凹槽注入压裂液时，若暂堵剂起到暂堵作用，则透明平行板裂缝装置入口侧的压力会随着时间的推移逐渐增大，在这个过程中，能够可视化的观察暂堵剂在透明平行板裂缝装置中发生的变化。
本发明的暂憋造分支缝模拟实验装置通过驱替泵能够将液罐中的压裂液从透明平行板裂缝装置的入口注入透明平行板裂缝装置的凹槽中，通过第一阀门能够控制流量，通过第一压力表能够检测暂堵剂暂堵前端压裂液的压力，通过第二压力表能够检测暂堵剂暂堵后端压裂液的压力，通过第二阀门能够控制暂堵剂在透明平行板裂缝装置凹槽中的位置；当驱替泵向透明平行板裂缝装置的入口注入压裂液时，若暂堵剂起到暂堵作用，则第一压力表的压力数值会随着时间的推移逐渐增大，在这个过程中，通过数据采集工作台记录驱替泵的流量和压力，第一压力表的压力值和第二压力表的压力值，同时观察暂堵剂在裂缝装置中发生的变化，最后通过对数据采集工作台记录的实验数据进行分析，获取透明平行板裂缝装置出入口的压力、驱替泵的驱替流量以及驱替泵的泵入压力随时间的变化曲线，再根据曲线判断实验模拟结果；因此本发明的暂憋造分支缝模拟实验装置解决了当前暂堵压裂技术面临的瓶颈问题，为暂堵压裂技术研究提供了真实可靠的实验模拟装置。
通过本发明的暂憋造分支缝模拟实验装置的有益效果可知，本发明的暂憋造分支缝模拟实验方能够有效模拟出暂堵剂在裂缝中暂堵过程，能够对压裂过程中暂堵剂的暂堵效应进行分析研究。并且整个过程可视化，便于观察暂堵剂的变化，便于油田现场应用之前进行实验模拟得出真实可靠的结果，供现场技术人员参考。
附图说明
图1为本发明暂憋造分支缝模拟实验装置示意图；
图2是本发明透明平行板裂缝装置的纵向剖面图；
图3是本发明透明平行板裂缝装置和横向(中间段)剖面图；
图4是图2中的A部放大示意图；
图5是本发明透明平行板裂缝装置的俯视图。
图中，1-液罐，2-管线，3-渠替泵，4-第一阀门，4-1-第二阀门，5-第一压力表，5-1-第二压力表，6-透明平行板裂缝装置，6-1-前段，6-2-中间段，6-2-1-第一浅槽，6-2-2-第二浅槽，6-2-3-可拆卸体，6-3-后段，6-4-凹槽，6-5-管线入口接口，6-6-管线出口接口，7-废液池，8-螺栓，9-数据采集工作台，10-密封垫。
具体实施方式
下面结合本发明的实验模拟装置示意图详细说明。
如图2至图5所示，本发明的透明平行板裂缝装置6为板状结构，其内部沿长度方向设置有凹槽6-4，透明平行板裂缝装置6的两端分别开设有管线入口接口6-5和管线出口接口6-6，管线入口接口6-5和管线出口接口6-6分别与凹槽6-4的两端连通；
透明平行板裂缝装置6分为三段，三段分别为前段6-1、中间段6-2和后段6-3，管线入口接口6-5开设于前段6-1处，管线出口接口6-6开设于后段6-3处；
中间段6-2用于填充暂堵剂，处于中间段6-2处的凹槽6-4处设有用于对暂堵剂限位的限位结构；中间段6-2具有能够密封可拆卸连接的可拆卸体6-2-3，如图2、图3和图5所示，可拆卸体6-2-3通过螺栓8可拆卸连接，中间段6-2在凹槽6-4宽度方向两侧的外缘分别设置若干螺栓8，当可拆卸体6-2-3从中间段6-2处拆除后，处于中间段6-2处的凹槽6-4的下半部分能够露出，可拆卸体6-2-3分别与前段6-1和后段6-3之间均密封连接。
如图2和图4所示，参照图5，中间段6-2的上表面和下表面上分别正对开设有第一浅槽6-2-1和第二浅槽6-2-2，第一浅槽6-2-1的宽度和第二浅槽6-2-2的宽度均与凹槽6-4的宽度相同(如图5)，第一浅槽6-2-1和第二浅槽6-2-2用于对暂堵剂限位。第一浅槽6-2-1和第二浅槽6-2-2的深度分别为0.5cm～1cm和1.5cm～2cm。
如图4所示，可拆卸体6-2-3与前段6-1之间以及可拆卸体6-2-3与后段6-3之间均通过阶梯结构连接，阶梯结构的阶梯处设有密封垫10，可拆卸体6-2-3与前段6-1之间以及与后段6-3之间均通过阶梯结构和密封垫10密封连接。
如图1所示，本发明的暂憋造分支缝模拟实验装置，包括液罐1、驱替泵3、用于控制流量的阀门、压力表、废液池7、数据采集工作台9和透明平行板裂缝装置6，液罐1通过管线2与驱替泵3的入口连接，驱替泵3出口通过管线2与透明平行板裂缝装置6的管线入口接口6-5连接，透明平行板裂缝装置6的管线出口接口6-6连接有管线2，管线出口接口6-6连接的管线2连接至废液池7；驱替泵3至管线入口接口6-5之间的管线2依次设有第一阀门4和第一压力表5，管线出口接口6-6连接的管线2上依次设有第二压力表5-1和第二阀门4-1；
驱替泵3、第一压力表5和第二压力表5-1均与数据采集工作台9连接。
本发明中，透明平行板裂缝装置6的材质为透明有机玻璃，透明平行板裂缝装置6为长方形板状结构，(第一，第二)压力表均为电子压力表，驱替泵3能够保证稳定流量泵入流体，且能够实时调整装置3的泵入压力，透明平行板裂缝装置6的长度为3～6m，宽度为0.5～1m，凹槽6-4的高度为1.5～2cm，凹槽6-4的宽度为0.3～0.8m，中间段6-2的长度为1～2m，前段6-1的长度为0.5～1m，后段6-3的长度为1.5～3m。
如图1所示，结合图2至图5，本发明的一种暂憋造分支缝模拟实验方法，通过暂憋造分支缝模拟实验装置进行，包括以下步骤：
步骤1，将可拆卸体6-2-3拆除，向中间段6-2处的凹槽6-4内均匀铺置上暂堵剂，然后安装可拆卸体6-2-3；
步骤2，设置驱替泵3的流量和泵入压力参数，其中，流量设定为0-2m3/min，泵入压力设定为0-100MPa，开启驱替泵3，驱替泵3将液罐1中的压裂液，压裂液经管线2和管线入口接口6-5进入透明平行板裂缝装置6，若要模拟暂堵剂在裂缝中段的暂堵情况，则打开第一阀门4和第二阀门4-1；若要模拟暂堵剂在裂缝末端的暂堵情况则打开第一阀门4，关闭第二阀门4-1，并且此种情况初始流量设定不超过0.3m3/min，驱替压力不超过10MPa；
若暂堵剂起到暂堵作用，则第一压力表5的压力数值会随着时间的推移逐渐增大，在这个过程中，通过数据采集工作台9记录驱替泵3的流量和压力，第一压力表5的压力值和第二压力表5-1的压力值，同时观察暂堵剂在裂缝装置中发生的变化，最后通过对数据采集工作台9记录的实验数据进行分析，获取透明平行板裂缝装置6出入口的压力、驱替泵3的驱替流量以及驱替泵3的泵入压力随时间的变化曲线，再根据曲线判断实验模拟结果。
本发明在实验之前要拧紧透明平行板裂缝装置6上的螺栓8，使中间段6-2以及，中间段与前段6-1之间和中间段6-2与后段6-3之间均不泄露流体，连接并检查管线和压力表是否正常，然后才可以开启驱替泵进行实验。
实施例
参考图1至图5，为了模拟可降解纤维在裂缝中间段的暂堵情况，首先拆除可拆卸体6-2-3，在中间段6-2的裂缝凹槽里面均匀的铺置上直径为20μm的可降解纤维，然将可拆卸体6-2-3安装到位，使可拆卸体6-2-3与前段6-1和后段6-2之间合并牢固。利用管线2将液罐1、驱替泵3、压力表5、平行板裂缝装置6和废液池7连接起来。设定驱替速度为0.5m3/min，打开第一阀门4和第二阀门4-1，开启驱替泵3，检查管线是否泄露和压力表是否超出量程，检查透明平行板裂缝装置6是否泄漏流体。若发现问题，应该及时关闭驱替泵3，进行检查维修。
若整个检查过程没有发现问题，则设置驱替泵(3)的流量为0.85m3/min，泵入压力参数为5MPa，利用清水驱替进行模拟实验。
实验过程中，若发现压力表参数逼近最大量程，应当及时关泵，避免压力表损坏。
实验过程中，数据采集工作台9记录发现在驱替2min以后压力表压力值逐级增大并且达到10.2MPa时，达到稳定状态，压力上下浮动很小，并在十分钟之后压力逐级降低。在这个过程中对中间段可拆卸体的观察发现可降解纤维在开始时凝聚在一起，水流通过速度较慢，随着时间的推移可降解纤维逐渐被冲散水流流速开始逐级增大。
实验结果表明20μm可降解纤维在裂缝中间段可形成最高达到10.2MPa的暂堵压力，并且稳定压力10min，完全达到在地层中暂憋造分支缝的条件，实验结果为现场实际应用可降解纤维提供了有力的依据。
Claims (10)
1.一种透明平行板裂缝装置，其特征在于，透明平行板裂缝装置(6)为板状结构，其内部沿长度方向设置有凹槽(6-4)，透明平行板裂缝装置(6)的两端分别开设有管线入口接口(6-5)和管线出口接口(6-6)，管线入口接口(6-5)和管线出口接口(6-6)分别与凹槽(6-4)的两端连通；
透明平行板裂缝装置(6)分为三段，三段分别为前段(6-1)、中间段(6-2)和后段(6-3)，管线入口接口(6-5)开设于前段(6-1)处，管线出口接口(6-6)开设于后段(6-3)处；
中间段(6-2)用于填充暂堵剂，处于中间段(6-2)处的凹槽(6-4)处设有用于对暂堵剂限位的限位结构；中间段(6-2)具有能够可拆卸连接的可拆卸体(6-2-3)，可拆卸体(6-2-3)与中间段(6-2)本体之间密封连接，当可拆卸体(6-2-3)从中间段(6-2)处拆除后，处于中间段(6-2)处的凹槽(6-4)的下半部分能够露出，可拆卸体(6-2-3)与前段(6-1)之间以及与后段(6-3)之间均密封连接。
2.根据权利要求1所述的一种透明平行板裂缝装置，其特征在于，中间段(6-2)的上表面和下表面上分别正对开设有第一浅槽(6-2-1)和第二浅槽(6-2-2)，第一浅槽(6-2-1)的宽度和第二浅槽(6-2-2)的宽度均与凹槽(6-4)的宽度相同，第一浅槽(6-2-1)和第二浅槽(6-2-2)用于对暂堵剂限位。
3.根据权利要求1所述的一种透明平行板裂缝装置，其特征在于，可拆卸体(6-2-3)通过螺栓(8)可拆卸连接，中间段(6-2)在凹槽(6-4)宽度方向两侧的外缘分别设置若干螺栓(8)。
4.根据权利要求1所述的一种透明平行板裂缝装置，其特征在于，可拆卸体(6-2-3)与前段(6-1)之间以及可拆卸体(6-2-3)与后段(6-3)之间均通过阶梯结构连接，阶梯结构的阶梯处设有密封垫(10)。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种透明平行板裂缝装置，其特征在于，透明平行板裂缝装置(6)为长方形板状结构，透明平行板裂缝装置(6)的长度为3～6m，宽度为0.5～1m，凹槽(6-4)的高度为1.5～2cm，凹槽(6-4)的宽度为0.3～0.8m，中间段(6-2)的长度为1～2m，前段(6-1)的长度为0.5～1m，后段(6-3)的长度为1.5～3m。
6.一种暂憋造分支缝模拟实验装置，其特征在于，包括液罐(1)、驱替泵(3)、阀门、压力表、数据采集工作台(9)和权利要求1-5任意一项所述的透明平行板裂缝装置(6)，液罐(1)通过管线(2)与驱替泵(3)的入口连接，驱替泵(3)出口通过管线(2)与透明平行板裂缝装置(6)的管线入口接口(6-5)连接，透明平行板裂缝装置(6)的管线出口接口(6-6)连接有管线(2)；在驱替泵(3)至管线入口接口(6-5)之间的管线(2)上依次设有第一阀门(4)和第一压力表(5)，管线出口接口(6-6)连接的管线(2)上依次设有第二压力表(5-1)和第二阀门(4-1)；
驱替泵(3)、第一压力表(5)和第二压力表(5-1)均与数据采集工作台(9)连接。
7.根据权利要求6所述的一种暂憋造分支缝模拟实验装置，其特征在于，还包括废液池(7)，管线出口接口(6-6)连接的管线(2)连接至废液池(7)。
8.一种暂憋造分支缝模拟实验方法，其特征在于，通过权利要求6或7所述的一种暂憋造分支缝模拟实验装置进行，包括以下步骤：
步骤1，将可拆卸体(6-2-3)拆除，向中间段(6-2)处的凹槽(6-4)内均匀铺置上暂堵剂，然后安装可拆卸体(6-2-3)；
步骤2，根据要模拟暂堵剂在裂缝中不同位置的暂堵情况，设置驱替泵(3)的流量和泵入压力参数，控制第一阀门(4)和第二阀门(4-1)的开启与关闭，再开启驱替泵(3)，驱替泵(3)将液罐(1)中的压裂液经管线(2)和管线入口接口(6-5)注入透明平行板裂缝装置(6)的凹槽(6-4)；
若暂堵剂起到暂堵作用，则第一压力表(5)的压力数值会随着时间的推移逐渐增大，在这个过程中，通过数据采集工作台(9)记录驱替泵3的流量和压力，第一压力表(5)的压力值和第二压力表(5-1)的压力值，同时观察暂堵剂在裂缝装置中发生的变化，最后通过对数据采集工作台(9)记录的实验数据进行分析，获取透明平行板裂缝装置(6)出入口的压力、驱替泵(3)的驱替流量以及驱替泵(3)的泵入压力随时间的变化曲线，再根据曲线判断实验模拟结果。
9.根据权利要求8所述的一种暂憋造分支缝模拟实验方法，其特征在于，若要模拟暂堵剂在裂缝中段的暂堵情况，则打开第一阀门(4)和第二阀门(4-1)；若要模拟暂堵剂在裂缝末端的暂堵情况，则打开第一阀门(4)，关闭第二阀门(4-1)，并且此种情况时，驱替泵(3)的初始流量设定不超过0.3m3/min，驱替压力不超过10MPa。
10.根据权利要求8或9所述的一种暂憋造分支缝模拟实验方法，其特征在于，驱替泵(3)的流量设定为0-2m3/min，泵入压力设定为0-100MPa。
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