CN110939421B - 一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置,包括两块有机玻璃板、一体式主框架、图像采集设备,所述两块有机玻璃板,分别密封连接于一体式主框架的上下端面,从而组成一个具有内腔流动结构的中间可视化流动结构;本发明的有益效果为,根据不同实验参数,此装置可以直观可视化地观察到自支撑压裂液在模拟地层裂缝的分布情况;具有独特设计的模拟炮眼与锥形流动空间,可以模拟射孔炮眼及射孔带对自支撑压裂液的分布影响。

Description

一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置
技术领域
本发明属于石油开采领域,尤其属于采油采气增产措施工艺领域,特别涉及一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置。
背景技术
面对目前体积压裂技术存在的滑溜水携带石英砂运移距离有限、加砂粒径极小、通常无法连续作业的技术难题。目前研发出一种全新的水力压裂工艺措施——液体自支撑压裂技术。其技术原理为:利用不混相的自支撑压裂液(常温下不含固相,为具有良好流动能力的液体,具有独特的热敏感性,被加热至一定温度时产生自支撑固相)与通道压裂液(常温下同样为不含固相且流动性良好的液体。通道压裂液与自支撑压裂液呈非互溶、非混相状态,具有降低自支撑压裂液滤失、控制自支撑压裂液在裂缝内分布的功能,以保证形成具有高导流能力的自支撑裂缝)将地层压开(或同时配合常规压裂液等),利用自支撑压裂液所具有的特殊的热敏性质,在形成的裂缝中受地层的加热作用后形成具有良好强度的自支撑固相以支撑裂缝;同时通过控制通道压裂液的液体性质与施工参数,控制形成自支撑固相在裂缝中的分布,以形成高导流能力的自支撑裂缝,达到提高油气井产能之目标。这一技术配合体积压裂使用时可有效提高体积压裂后的有效改造体积,自支撑固相可在裂缝最深处形成与裂缝尺寸相匹配的大粒径支撑颗粒,大幅提高压后产量。
根据自支撑压裂技术的原理,自支撑压裂形成具有一定形状与尺寸的自支撑固相的过程中,受到自支撑压裂液与通道压裂液(合并称为自支撑压裂液体系)的配方、两相液体比例、施工注液排量等参数的复杂影响。而不同形状和尺寸的自支撑固相对形成自支撑裂缝的导流能力差异极大,因此为了保证自支撑压裂技术的施工效果,研发可视化自支撑压裂液流动分布规律实验装置十分有必要。
发明内容
针对上述现有技术研究过程中的诸多局限性,本发明的目的是提供一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置,通过此装置可以直观地观察到模拟炮眼处、射孔带、裂缝内不同液体性质、不同施工参数的自支撑压裂液体系的流动现象,进而得出流动规律指导配方研究与施工参数设计。
为实现本发明的目的,本发明提供了一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置,其特征在于,包括两块有机玻璃板、一体式主框架、图像采集设备,
所述两块有机玻璃板,分别密封连接于一体式主框架的上下端面,从而组成一个具有内腔流动结构的中间可视化流动结构;
所述有机玻璃板上具有一个斜坡面,能够实现模拟自支撑压裂液体系在射孔后形成的地层内的锥形流动空间内的流动形态;
所述一体式主框架包括中间密封框架,所述中间密封框架的一侧设置有与内腔连通的注入端,另一侧设置有与内腔流动结构连通的流出端,所述注入端设置有注入端内部空腔,所述流出端设置有流出端内部空腔,所述注入端内部空腔通过多个流入端模拟炮眼通道与内腔连通,所述流出端内部空腔通过多个流出端模拟裂缝尖端通道与内腔连通;
所述图像采集设备能够透过有机玻璃板能够清楚记录自支撑压裂液体系的动态流动、静态分布。
进一步地,两块有机玻璃板分别通过一片密封垫圈与中间密封框架2密封连接。
进一步地,所述一体式主框架的材质为渗碳钢,加工后采取3次淬火进行强化,且在表面进行磷化处理,防水、耐有机溶剂、耐强酸、抗强碱。
进一步地,所述有机玻璃板的两侧各具有一排设计好的穿孔,能够使用多个高强度螺栓实现密封垫圈、一体式主框架和有机玻璃板所组成的流动空间的密封。
进一步地,所述密封垫圈为矩形,由耐有机、耐强酸碱材料制成。
进一步地,所述密封垫圈能够根据模拟裂缝的宽度要求,而选用不同的厚度。
进一步地,所述中间密封框架按照有机玻璃的形状对应加工为一样的匹配的形状,以便进行密封。
进一步地,所述注入端和流出端的上下两侧分别具有2个加工好的流入端螺纹孔和流出端螺纹孔,便于与开关、堵头或管线相连。
进一步地,所述多个流入端模拟炮眼通道的直径和间距一致,能够模拟射孔炮眼对自支撑压裂液体系的流动剪切作用。
进一步地,多个流出端模拟裂缝尖端通道直径一致,直径1-2mm,能够模拟裂缝尖端压裂液的流动情况。
与现有技术相比,本发明的有益效果为,
(1)根据不同实验参数,此装置可以直观可视化地观察到自支撑压裂液在模拟地层裂缝的分布情况;
(2)具有独特设计的模拟炮眼与锥形流动空间,可以模拟射孔炮眼及射孔带对自支撑压裂液的分布影响;
(3)可以实现在不同地层温度、压力、注液排量下,模拟的不同密度、表面张力、粘度的自支撑压裂液体系在不同宽度的裂缝内的流动现象,进而优化自支撑压裂液和通道压裂液的配方与施工参数和工艺;
(4)裂缝宽度可调,可模拟不同裂缝宽度对自支撑压裂液流动分布的影响。
(5)此装置可注入强酸或强碱性流体、腐蚀性有机溶剂、适用面广。可模拟自支撑压裂液与不同种类通道压裂液的流动现象。
(6)此装置可拆洗、方便组装、操作简单、实用性强。
附图说明
图1所示为本申请一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置示意图;
图2所示为本申请中间密封框架的结构示意图;
其中,上为俯视图,下为正视图;
图3所示为本申请有机玻璃板示意图;
其中,上为俯视图,下为正视图;
图4所示为本申请密封垫圈的结构示意图;
图中,有机玻璃板1、中间密封框架2、注入端3、流出端4、流入端螺纹孔5、流出端螺纹孔6、流入端模拟炮眼通道7、流出端模拟裂缝尖端通道8、密封垫圈9、注入端内部空腔10、流出端内部空腔11。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-4所示,本申请包括上下各两块有机玻璃板1、中间密封框架2与注入端3和流出端4所组成的一体式主框架、密封垫圈9、图像采集设备。所述有机玻璃板1通过密封垫圈9与中间密封框架2与注入端3和流出端4所组成了一个具有内腔流动结构的中间可视化流动结构。
所述图像采集设备在观测自支撑压裂液体系高速动态流动时必须以高像素、高感光度的全画幅级别或以上相机或录像机进行拍摄,透过玻璃板1可以清楚记录自支撑压裂液体系的动态流动、静态分布。
所述一体式框架的材质为渗碳钢,加工后采取3次淬火进行强化,且在表面进行磷化处理,防水、耐有机溶剂、耐强酸、抗强碱。
所述有机玻璃板1上的两侧各具有一排设计好的穿孔,以多个高强度螺栓可以实现密封圈、一体式框架和有机玻璃板所组成的流动空间的密封。
所述有机玻璃板1上具有一个斜坡面,可实现模拟自支撑压裂液体系在射孔后形成的地层内的锥形流动空间内的流动形态。
所述密封垫圈9为矩形,由含氟或聚四氟橡胶等耐有机、耐强酸碱材料制成。进一步地,密封垫圈可根据模拟裂缝的宽度要求,而选用不同的厚度。
所述中间密封框架2按照有机玻璃上的形状对应加工为一样的匹配的形状,以便进行密封。
所述注入端在上下两侧各具有2个加工好的流入端螺纹孔5,便于与开关、堵头或管线相连。
进一步地,注入端3沿长度方向具有联通的内腔同时与右侧的4个开孔,4个开孔为流入端模拟炮眼通道7相连。进一步地,所述4个流入端模拟炮眼通道7的直径和间距一致,可模拟射孔炮眼对自支撑压裂液体系的流动剪切作用。
所述流出端4的左侧流入端用电化学(酸性电解液)打孔方式加工有一列密集小孔,密集小孔为流出端模拟裂缝尖端通道8,其直径一致,直径1-2mm,流出端4沿长度方向具有联通的内腔同时与左侧的多个小孔相连可模拟裂缝尖端压裂液的流动情况。
所述流出端在上下两侧各具有2个加工好的流出端螺纹孔6,便于与开关、堵头或管线相连。
安装的时候,将上下两片密封垫圈9按照密封框架的形状铺置到对应的位置上,之后将上下两块有机玻璃1叠放到密封垫圈9之上。然后用多个螺栓穿过有机玻璃1上的穿孔固定玻璃1、密封垫圈9和一体式框架,注意拧紧螺栓的过程中注意按照对向优先的方式逐渐加固,避免玻璃1上的应力集中造成破裂。最后将上侧注入端螺纹孔5与下侧流出端螺纹孔6用丝堵进行密封后,将剩余的注入端螺纹孔5与剩余的流出端螺纹孔6接上对应尺寸的管线,即可开始实验。
自支撑压裂液体系在可视化模拟自支撑压裂液流动分布规律的实验装置内的流动过程如下,首先,自支撑压裂液与通道压裂液分别以不同的氮气瓶与液灌被驱替至下侧注入端螺纹孔5(使用未堵塞的一个,另一个已经被堵头所密封),自支撑压裂液体系经过注入端内部空腔10之后,在流体压力的作用下通过流入端模拟炮眼通道7进入中间密封框架2与上下两块有机玻璃1所形成的锥形流动空间的剪切后进入平行裂缝空间,之后自支撑压裂液体系迅速流至流出端的模拟裂缝尖端通道8,进入流出端内部空腔11。在流动压差的作用下,从上侧流出端螺纹孔6流出(使用未堵塞的一个,另一个已经被堵头所密封)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置,其特征在于,包括两块有机玻璃板(1)、一体式主框架、图像采集设备,
所述两块有机玻璃板(1),分别密封连接于一体式主框架的上下端面,从而组成一个具有内腔流动结构的中间可视化流动结构;
所述有机玻璃板(1)上具有一个斜坡面,能够实现模拟自支撑压裂液体系在射孔后形成的地层内的锥形流动空间内的流动形态;
所述一体式主框架包括中间密封框架(2),所述中间密封框架(2)的一侧设置有与内腔连通的注入端(3),另一侧设置有与内腔流动结构连通的流出端(4),所述注入端(3)设置有注入端内部空腔(10),所述流出端(4)设置有流出端内部空腔(11),所述注入端内部空腔(10)通过多个流入端模拟炮眼通道(7)与内腔连通,所述流出端内部空腔(11)通过多个流出端模拟裂缝尖端通道(8)与内腔连通;多个流出端模拟裂缝尖端通道(8)为一列密集小孔,直径一致,且直径1-2mm,能够模拟裂缝尖端压裂液的流动情况;
所述图像采集设备能够透过有机玻璃板(1)能够清楚记录自支撑压裂液体系的动态流动、静态分布。
2.根据权利要求1所述的一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置,其特征在于,
两块有机玻璃板(1)分别通过一片密封垫圈(9)与中间密封框架(2)密封连接。
3.根据权利要求1所述的一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置,其特征在于,
所述一体式主框架的材质为渗碳钢,加工后采取3次淬火进行强化,且在表面进行磷化处理,防水、耐有机溶剂、耐强酸、抗强碱。
4.根据权利要求3所述的一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置,其特征在于,
所述有机玻璃板(1)的两侧各具有一排设计好的穿孔,能够使用多个高强度螺栓实现密封垫圈(9)、一体式主框架和有机玻璃板(1)所组成的流动空间的密封。
5.根据权利要求4所述的一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置,其特征在于,
所述密封垫圈(9)为矩形,由耐有机、耐强酸碱材料制成。
6.根据权利要求5所述的一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置,其特征在于,所述密封垫圈(9)能够根据模拟裂缝的宽度要求,而选用不同的厚度。
7.根据权利要求6所述的一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置,其特征在于,
所述中间密封框架(2)按照有机玻璃(1)的形状对应加工为一样的匹配的形状,以便进行密封。
8.根据权利要求7所述的一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置,其特征在于,
所述注入端(3)和流出端(4)的上下两侧分别具有2个加工好的流入端螺纹孔(5)和流出端螺纹孔(6),便于与开关、堵头或管线相连。
9.根据权利要求1所述的一种可视化模拟自支撑压裂液流动规律的实验装置,其特征在于,所述多个流入端模拟炮眼通道(7)的直径和间距一致,能够模拟射孔炮眼对自支撑压裂液体系的流动剪切作用。
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