CN109507076B - 导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置及实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置及实验方法，包括：主体框架，中间设有与导流槽形状一致的通槽，主体框架下部两侧设有边缘凸起的凹槽；透明板，固定安装于所述主体框架的两端，所述透明板内部设有与导流槽形状一致的弧形结构，并与所述主体框架的通槽重合，形成容纳槽；所述透明板下部设有四周边缘凸起内部凹进的凹槽结构，并与主体框架的凹槽平面重合，形成定位槽。通过导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置，可将实验后紧固于导流室的实验岩板和支撑剂完整取出，实现了完整清晰的观察导流能力测试实验后，岩板及支撑剂的变化形态，可有效的评价压裂效果，有针对性的进行压裂设计和施工。

Description

导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置及实验方法
技术领域
本发明属于油气田开发领域，具体涉及压裂裂缝导流能力实验测试后岩板及支持剂状态观测。
背景技术
压裂裂缝导流能力是评价水力压裂裂缝效果的一项关键指标。支撑剂导流能力测试实验技术是模拟评价支撑剂填充裂缝效果的关键技术。实验结束后，对于实验岩板壁面以及支撑剂的形态变化分析，能够为裂缝导流能力的解释和压裂效果的评价提供直观的资料。因此，对于导流能力测试实验后裂缝壁面形态、支撑剂破碎、支撑剂嵌入、支撑剂铺置浓度变化等观察评价越来越得到重视。
申请专利“酸刻蚀物理模拟实验中岩板表面刻蚀形态的评价方法”提供了一种酸刻蚀物理模拟实验中岩板表面刻蚀形态的评价方法，利用三维激光扫描仪对酸刻蚀后岩板的粗糙表面进行扫描，获取岩板表面的三维数据，计算岩板表面的横向曲折比和纵向曲折比，利用这两个参数，对岩板表面的刻蚀形态进行分类，基于分类结果，对岩板表面各类刻蚀形态的描述和评价，将各类刻蚀形态按从最差到最好依次排序。该发明可用于评价不同储层岩石酸刻蚀物理模拟实验后岩板表面形态，通过改变不同实验参数(酸液粘度、酸液浓度、注酸排量)获得不同刻蚀形态的岩样。但通过三维激光扫描仍与直观观察存在一定差异。申请专利“一种测试页岩气裂缝网络导流能力的装置及其工作方法”提供了一种测试页岩气裂缝网络导流能力的装置，其包括矩形导流室、气体流量计、压差计和位移计，导流室端部为方形，其体积是传统API标准导流室的6倍，导流室包括侧壁、在导流室内设置有上活塞和下活塞，在上活塞上安装有上盖板、在下活塞下安装有下盖板，在上活塞和下活塞之间设置有模拟页岩裂缝的大理石。该发明可用于测试页岩不同裂缝网络模型下的导流能力，但并未对实验结束后网络裂缝的形态变化进行研究。文献“储层岩石微观裂缝可视化与测量技术研究”设计了模拟三向地应力的酸蚀岩板裂缝可视化装置，用于获取地应力条件下的岩石裂缝图像，进而通过图像测量技术得到岩石裂缝的宽度值。利用多帧低分辨率裂缝图像序列插值重建得到了一幅高分辨率的岩石裂缝图像，利用垂直上下边缘点法求得了岩石裂缝宽度值。该文主要通过图像配准、超分辨率重建和图像测量的方法对压后裂缝宽度进行了计算，并未对裂缝壁面形态进行深入研究。文献“基于数字化表征的酸蚀裂缝导流能力研究”基于相似性原理筛选优化了酸刻蚀物理模拟实验的相关参数，并采用控制变量法开展了单因素酸刻蚀物理模拟实验。利用建立的粗糙裂缝壁面的三维量化表征方法实现了酸蚀裂缝壁面的3D数字化成像以及裂缝非均匀刻蚀程度的量化分析，探索出实验参数对酸刻蚀形态的影响规律。该文通过实验的方法分析了闭合压力、刻蚀形态、裂缝闭合特征、壁面参数对酸蚀裂缝导流能力的影响，并采用三维数值模拟方法实现了不同闭合压力下的裂缝形态分布可视化表征。但仍采用的是间接方法分析裂缝形态，与直观观察存在差异。
综上所述，虽然对导流能力测试实验后裂缝壁面形态、支撑剂破碎、支撑剂嵌入、支撑剂铺置浓度变化等观察评价越来越重视，但多为间接方法，并未采用可视方法将实验后的岩板及支撑剂取出观察其形态变化。
因此，针对实验后紧固于导流室的岩板及支撑剂，设计可视化装置并配合相关装置将其取出，从而为导流能力实验的解释提供最直观的资料，有利于针对性的进行压裂设计和施工，提高压裂效果。
发明内容
本发明提出了一种导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置及实验方法，针对导流能力测试实验结束后，导流室内的岩板和支撑剂状态无法直接观察，且岩板紧固于导流室中难以取出，为分析实验后的岩板和支撑剂性能变化提供便利。
为了实现上述目的，本发明提出一种导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置，包括：
主体框架，中间设有与导流槽形状一致的通槽，主体框架下部两侧设有边缘凸起的凹槽；
透明板，固定安装于所述主体框架的两端，所述透明板内部设有与导流槽形状一致的弧形结构，并与所述主体框架的通槽重合，形成容纳槽；所述透明板下部设有四周边缘凸起内部凹进的凹槽结构，并与主体框架的凹槽平面重合，形成定位槽。
优选地，所述透明板由螺栓固定于所述主体框架上。
优选地，所述容纳槽深度不小于两块实验岩板厚度与支撑剂填充厚度的总和。
优选地，所述容纳槽结构形状与导流槽一致，其长度、宽度及端部半圆直径均大于导流槽的宽度及端部半圆直径。
优选地，所述定位槽尺寸与导流室上表面尺寸相同。
优选地，所述定位槽下部四周边缘凸起高度为5-10mm，凸起厚度为：边缘3-5mm，两侧10-12mm。
优选地，所述透明板上部低于主体框架的上表面。
优选地，所述主体框架一侧壁下部设有紧固部件，所述紧固部件为紧固螺钉。
优选地，所述紧固螺钉对称布置于所述主体框架中心两侧。
优选地，利用导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置的实验方法，包括如下步骤：导流能力测试实验结束后，使导流槽内只保留岩板和支撑剂；
将所述的可视化嵌套装置安装在导流室上部，通过定位槽使得可视化嵌套装置的容纳槽与导流槽对齐；
将形状与导流室一致的垫块安装在处理后的导流室下部，使垫块与下实验岩板接触；
启动压力系统，所述可视化嵌套装置上表面与上实验平台缓慢加载，直至下实验岩板脱离导流槽，停止加载；
将紧固部件与下岩板接触并紧固，然后卸载压力；
将可视化嵌套装置取下，并取下所述紧固部件，取出实验后的岩板和支撑剂，对实验后的岩板和支撑剂进行观察分析。
本发明提供的导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置，可将实验后紧固于导流室的实验岩板和支撑剂完整取出，实现了完整清晰的观察导流能力测试实验后，岩板及支撑剂的变化形态，可有效的评价压裂效果，有针对性的进行压裂设计和施工。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明一个实施例中的导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置。
图2示出了本发明一个实施例中的导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置三视图。
图3示出了本发明一个实施例中的导流能力测试实验整体装置结构图。
图4示出了本发明一个实施例中的导流室内岩板及支撑剂形态。
附图标记说明：
1、容纳槽；2、螺栓；3、紧固螺钉；4、主体框架；5、透明板；6、定位槽；7、上实验平台；8、可视化嵌套装置；9、导流室；10、垫块；11、下实验平台；12、液压加载系统；13、上实验岩板；14、支撑剂；15、下实验岩板。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了本发明一个实施例中的导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置，图2示出了本发明一个实施例中的导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置三视图，图3示出了本发明一个实施例中的导流能力测试实验整体装置结构图，图4示出了本发明一个实施例中的导流室内岩板及支撑剂形态。
如图1至图4所示，本发明的实施例提供一种导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置及实验方法，包括：
主体框架4，中间设有与导流槽形状一致的通槽，主体框架4下部两侧设有边缘凸起的凹槽；透明板5，固定安装于主体框架4的两端，透明板5内部设有与导流槽形状一致的弧形结构，并与主体框架4的通槽重合，形成容纳槽1；透明板5下部设有四周边缘凸起内部凹进的凹槽结构，并与主体框架4的凹槽平面重合，形成定位槽6。
透明板5安装于主体框架4两端，支撑剂14处于容纳槽1中，可在实验加压过程中观察岩板和支撑剂14的即时情况，外缘凸起定位槽6使得安装后容纳槽1和导流槽对齐。
作为优选方案，透明板5由螺栓2固定于主体框架4上。
作为优选方案，容纳槽1深度不小于两块实验岩板厚度与支撑剂14填充厚度的总和。
具体地，容纳槽1深度为两块实验岩板厚度与支撑剂14填充厚度的总和的5-10mm(标准实验岩板厚度：9-20mm，支撑剂14填充厚度由铺砂浓度确定)。
作为优选方案，容纳槽1结构形状与导流槽一致，其长度、宽度及端部半圆直径均大于导流槽的宽度及端部半圆直径。
具体地，容纳槽1其长度、宽度及端部半圆直径均大于导流槽的宽度及端部半圆直径的2-3mm(标准导流室9的导流槽尺寸：长度为177.8mm，宽度及端部半圆直径为38.3mm)。
作为优选方案，定位槽6尺寸与导流室9上表面尺寸相同。
具体地，定位槽6尺寸长度为228.6mm，宽度为101.6mm。
作为优选方案，定位槽6下部四周边缘凸起高度为5-10mm，凸起厚度为：边缘3-5mm，两侧10-12mm。
作为优选方案，透明板5上部低于主体框架4的上表面。
具体地，透明板5上部与主体框架4低5-10mm。
作为优选方案，主体框架4一侧壁下部设有紧固部件，紧固部件为紧固螺钉3。能够将压出的实验岩板和支撑剂14固定的紧固螺钉3。
作为优选方案，紧固螺钉3对称布置于主体框架4中心两侧。
具体地，紧固螺钉3关于主体框架4中心对称，相距50mm，紧固螺钉3距离主体框架4下表面8-10mm。
作为优选方案，利用导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置的实验方法，包括如下步骤：
导流能力测试实验结束后，卸掉导流室9两端活塞、橡胶垫圈、钢板等，使导流槽内只保留岩板和支撑剂14；
将形状与导流室9一致的垫块安装在处理后的导流室9下部，使垫块与下实验岩板15接触；将的可视化嵌套装置安装在导流室9上部，通过定位槽6使得可视化嵌套装置的容纳槽1与导流槽对齐；
将形状与导流室9一致的垫块安装在处理后的导流室9下部，使垫块与下实验岩板15接触；
将上述安装好的装置水平放置在下实验平台11上，启动压力系统，可视化嵌套装置上表面与上实验平台7缓慢加载，直至下实验岩板15脱离导流槽，停止加载；
将紧固螺钉3与下实验岩板15接触并紧固，然后卸载压力；
将可视化嵌套装置取下，并取下紧固螺钉3，取出实验后的岩板和支撑剂14，对实验后的岩板和支撑剂14进行观察分析。
通过使用可控液压加载12系统将导流室9中的岩板和支撑剂14压出，可视化嵌套装置8将岩板和支撑剂14整体取下，从而能够完整清晰地观察实验后岩板的受压破碎、支撑剂14嵌入、支撑剂14破碎、支撑剂14铺置浓度的变化等状态，为导流能力实验的解释提供最直观的资料，也为后续的压裂开发设计提供技术支撑。
实施例
如图1至图4所示，本发明的实施例提供一种导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置及实验方法，针对导流能力测试后实验岩板紧固于导流室难以观察岩板及支撑剂形态变化的情况，设计可视化嵌套装置将岩板和支撑剂取出，从而观察分析实验结果。
包括具体如下步骤：
步骤一：导流室处理。在导流能力测试实验结束后，卸掉导流室9上的导流管线、测压管线、两端活塞、橡胶垫圈以及钢板等，使得导流室9内只有上实验岩板13、支撑剂14和下实验岩板15，处理后的导流室9内岩板及支撑剂14。
步骤二：整体装置安装。整体装置安装后的结构如图3。将形状与导流室9一致，长度和宽度均小于导流室9长度和宽度2-3mm的垫块10安装在处理后的导流室9下部，使垫块10和下实验岩板15接触；将可视化嵌套装置8安装在导流室9上部，通过定位槽6使可视化嵌套装置8下表面的容纳槽1与导流槽对齐，保证压出后的岩板和支撑剂14能够进入容纳槽1中；将上述安装好的装置放置在下实验平台11上，保证水平放置。
步骤三：压力加载。启动液压加载系统12，开始阶段，可视化嵌套装置8上表面未接触到上实验平台7，可使用较高压力加载，待可视化嵌套装置8上表面与上实验平台7接触改用较小压力缓慢加载，直至从可视化嵌套装置8的透明板5中可完全看到下实验岩板15脱离导流槽，停止加载。
步骤四：紧固岩板，压力卸载。使紧固螺钉3与下实验岩板15接触并紧固，保证在不受压状态下岩板不会掉落，固定岩板后卸载压力。
步骤五：拆卸装置。将可视化嵌套装置8、导流室9和垫块10整体从下实验平台11取下，将可视化嵌套装置8取下并取下紧固螺钉3，从而完整取下实验后的岩板和支撑剂14，对实验后的岩板和支撑剂14进行观察分析。
按照上述五个步骤，完成对紧固于导流室9内实验岩板及支撑剂14的取出和观察，本发明可对不同类型实验岩板和支撑剂14进行操作，以此通过上述操作步骤实现对实验后紧固于导流室9内的岩板及支撑剂进行取出和观察，为实验分析提供便利。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置，包括：
主体框架，中间设有与导流槽形状一致的通槽，主体框架下部两侧设有边缘凸起的凹槽；
透明板，固定安装于所述主体框架的两端，所述透明板内部设有与导流槽形状一致的弧形结构，并与所述主体框架的通槽重合，形成容纳槽；所述透明板下部设有四周边缘凸起内部凹进的凹槽结构，并与所述主体框架的凹槽平面重合，形成定位槽；
所述主体框架一侧壁下部设有紧固部件。
2.根据权利要求1所述的可视化嵌套装置，其中，所述透明板由螺栓固定于所述主体框架上。
3.根据权利要求1所述的可视化嵌套装置，其中，所述容纳槽深度不小于两块实验岩板厚度与支撑剂填充厚度的总和。
4.根据权利要求1所述的可视化嵌套装置，其中，所述容纳槽结构形状与导流槽一致，其长度、宽度及端部半圆直径均大于导流槽的宽度及端部半圆直径。
5.根据权利要求1所述的可视化嵌套装置，其中，所述定位槽尺寸与导流室上表面尺寸相同。
6.根据权利要求1所述的可视化嵌套装置，其中，所述定位槽下部四周边缘凸起高度为5-10mm，凸起厚度为：边缘3-5mm，两侧10-12mm。
7.根据权利要求1所述的可视化嵌套装置，其中，所述透明板上部低于主体框架的上表面。
8.根据权利要求1所述的可视化嵌套装置，其中，所述紧固部件为紧固螺钉。
9.根据权利要求8所述的可视化嵌套装置，其中，所述紧固螺钉对称布置于所述主体框架中心两侧。
10.一种导流能力测试实验样品的可视化嵌套装置的实验方法，包括如下步骤：
导流能力测试实验结束后，使导流槽内只保留岩板和支撑剂；
将权利要求1-9任一所述的可视化嵌套装置安装在导流室上部，通过定位槽使得可视化嵌套装置的容纳槽与导流槽对齐；
将形状与导流室一致的垫块安装在处理后的导流室下部，使垫块与下实验岩板接触；
启动压力系统，所述可视化嵌套装置上表面与上实验平台缓慢加载，直至下实验岩板脱离导流槽，停止加载；
将紧固部件与下岩板接触并紧固，然后卸载压力；
将可视化嵌套装置取下，并取下所述紧固部件，取出实验后的岩板和支撑剂，对实验后的岩板和支撑剂进行观察分析。
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