CN110987636B - 模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板及实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟水力压裂过程中压裂液在裂缝性地层中滤失对支撑剂输送运移影响的平板及实验装置，所述实验装置包括用于模拟裂缝性储层非均匀滤失的平板，所述平板在排水孔所在的可视化平板内表面设有滤网，所述滤网上通过激光开设有天然裂缝，所述天然裂缝的形态通过成像测井解释获取的天然裂缝密度、角度和宽度而定；所述平板的左端依次连接有入口井筒、输送泵、混砂罐，所述入口井筒与输送泵之间设有流量计和压力计，所述输送泵与混砂罐之间设有阀门；所述平板的右端与废液收集系统相连；所述排水孔与滤失系统相连。本发明能够有效真实的模拟支撑剂在裂缝性滤失储层下的运移铺置情况，对于指导水力压裂施工有着重大意义。

Description

模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板及实验装置

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，特别涉及模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板及实验装置。

背景技术

水力压裂是利用高压泵组，将压裂液泵注入地层，在超过地层破裂压力时压开油气储层，从而释放油气产能，达到增产效果，提高油气采收率。而在压开储层后，会向注入支撑剂颗粒以保持所压开的裂缝在地面停泵发生闭合时仍然能够保持一定的开度，从而使地层保持一定的导流能力。因此，支撑剂颗粒在裂缝中的运移位置将会极大的影响最终的增产效果，研究支撑剂在缝内的运移规律对于指导水力压裂施工有着较大意义。

目前研究水力压裂过程中的支撑剂运移主要是利用大型可视化平板实验手段，其将含支撑剂的携砂液泵注至可视化平板中，通过对平板中的支撑剂输送过程的观察从而研究其运动规律。随着支撑剂可视化平板技术发展，平板实验能够模拟的地层条件也逐渐增加，而模拟压裂液在地层中滤失的实验研究是近期平板实验装置发展的重要进展。

现有技术CN206892055U中公开了一种可调控滤失的滑溜水携砂实验模拟装置，通过在平板的单面开孔，使流体从开孔中流出，从而模拟滤失。一方面，该方法不能反映压裂过程中裂缝性储层天然裂缝滤失存在条件下支撑剂的运移情况；另一方面，本发明人在实验过程中发现上述专利通过所述开孔来模拟滤失，会导致如图1所示的局部流场的突变，不能够有效真实的反应支撑剂在储层基质中的均匀滤失，继而不能表征基质与裂缝滤失同时存在时对支撑剂输送铺置的影响。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种能够实现模拟裂缝性储层压裂过程中压裂液同时在基质与天然裂缝中滤失对支撑剂输送铺置影响的平板及实验装置，该装置能够同时模拟压裂液在基质储层中的均匀滤失与天然裂缝中的非均匀滤失，从而有效真实的反应支撑剂在可滤失裂缝性储层下的运移情况。

本发明的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板，包括第一可视化平板和第二可视化平板，所述第一可视化平板的上端通过密封件一与所述第二可视化平板的上端相连，所述第一可视化平板的下端通过密封件二与所述第二可视化平板的下端相连，所述第一可视化平板的左端通过密封件三与所述第二可视化平板的左端相连，所述密封件三上设有进液口，所述第一可视化平板的右端通过密封件四与所述第二可视化平板的右端相连，所述密封件四上设有出液口，所述第一可视化平板、第二可视化平板、密封件一、密封件二、密封件三、以及密封件四之间形成裂缝性储层的人工裂缝，所述第一可视化平板上设有多个与所述人工裂缝相通的排水孔，所述第一可视化平板内表面设有覆盖所有所述排水孔的滤网，所述滤网的滤孔孔径小于支撑剂颗粒的大小，所述滤网上通过激光开设有模拟裂缝性储层的天然裂缝，所述天然裂缝的形态通过成像测井解释获取的天然裂缝密度、天然裂缝角度以及天然裂缝宽度而定。

作为优选，所述多个排水孔在所述第一可视化平板上呈阵列分布。

作为优选，所述滤网采用不锈钢滤网。

作为优选，所述滤网至少设有两组，每组包括至少两层子滤网。

作为优选，同组的所述子滤网滤孔大小相同。

作为优选，相邻两层子滤网的滤孔交错设置。

作为优选，越靠近所述第一可视化平板的滤网滤孔孔径越小。

作为优选，所述滤网的左右两端设有防水垫块。

作为优选，所述成像测井解释采用FMI电阻率成像测井仪获得。

另一方面，本发明还提供一种模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的实验装置，包括上述任意一项所述模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板，

所述平板的左端与进液系统相连，所述进液系统包括依次相连的混砂罐、输送泵、入口井筒，所述入口井筒侧壁设有模拟射孔，所述模拟射孔与所述平板的进液口相连，所述入口井筒与所述输送泵相连的管线上设有流量计和压力计，所述输送泵与混砂罐相连的管线上设有阀门；

所述平板的右端与废液收集系统相连，所述废液收集系统包括相连的出口井筒和废液收集罐，所述出口井筒与所述平板的出液口相连，所述出口井筒与废液收集罐相连的管线上依次设有流量调节阀、压力计和流量计；

所述排水孔与滤失系统相连，所述滤失系统包括相连的抽吸泵和滤失液收集罐，所述抽吸泵的输入端与所述排水孔相连，所述抽吸泵与所述排水孔相连的管线上依次设有阀门、压力计和流量计。

作为优选，所述输送泵采用螺杆泵。

作为优选，所述混砂罐内设有搅拌机构、进水管线以及进砂管线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的所述平板能够用于模拟水力压裂过程中压裂液在裂缝性储层滤失对支撑剂输送运移影响，一方面通过在排水孔所在的第一可视化平板内表面设置滤孔孔径小于支撑剂颗粒大小的滤网，使滤失液均匀滤失，模拟在裂缝性储层中的基质均匀滤失；另一方面，通过在所述滤网上设置裂缝性储层的模拟天然裂缝，模拟在裂缝性储层中的天然裂缝非均匀滤失；综上使所述平板能够反映支撑剂在裂缝性储层中的真实运移情况。

本发明的所述实验装置能够用于模拟支撑剂输送实验，通过本发明能够模拟裂缝性储层支撑剂输送铺置情况，通过所述平板、进液系统、废液收集系统和滤失系统模拟支撑剂输送的整个过程，其中通过所述平板实现压裂液的混合滤失，模拟压裂液在裂缝性储层的真实滤失情况，改善现有装置所存在的不能同时模拟基质均匀滤失与天然裂缝滤失的混合滤失问题，从而实现水力压裂过程中压裂液在裂缝性地层中滤失对支撑剂输送运移影响的真实模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术模拟支撑剂输送过程流场示意图；

图2为本发明模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板俯视结构示意图；

图3为本发明模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板正视结构示意图；

图4为本发明模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板滤网的结构示意图；

图5为本发明模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板一个实施例成像测井解释示意图；

图6为本发明模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板一个实施例的结构示意图；

图7为本发明模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的实验装置的结构示意图。

图中标号：

1-可视化平板、101-第一可视化平板、102-第二可视化平板、103-密封件一、104-密封件二、105-密封件三、106-进液口、107-密封件四、108-排水孔、109-滤网、110-滤孔、111-防水垫块、112-天然裂缝、2-混砂罐、3-输送泵、4-入口井筒、5-模拟射孔、6-流量计、7-阀门、8-出口井筒、9-废液收集罐、10-压力计、11-抽吸泵、12-滤失液收集罐、13-搅拌机构、14-进水管线、15-进砂管线、16-螺栓、17-流量调节阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

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技术特征可以相互结合。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语；使用的术语中“上”、“下”、“左”、“右”等通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言；同样地，为便于理解和描述，“内”、“外”等是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中局部流场的突变，不能够有效真实的反应支撑剂在可滤失储层下的运移情况的问题，本发明及本发明的实施例提供了一种模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板。如图2-6所示，所述平板1包括第一可视化平板101和第二可视化平板102，所述第一可视化平板101的上端通过密封件一103与所述第二可视化平板102的上端相连，所述第一可视化平板101的下端通过密封件二104与所述第二可视化平板102的下端相连，所述第一可视化平板101的左端通过密封件三105与所述第二可视化平板102的左端相连，所述密封件三105上设有进液口106，所述第一可视化平板101的右端通过密封件四107与所述第二可视化平板102的右端相连，所述密封件四107上设有出液口，所述第一可视化平板101、第二可视化平板102、密封件一103、密封件二104、密封件三105、以及密封件四107之间形成裂缝性储层的人工裂缝，所述第一可视化平板101上设有多个与所述人工裂缝相通的排水孔108，所述第一可视化平板101内表面设有覆盖所有所述排水孔108的滤网109，所述滤网109的滤孔110孔径小于支撑剂颗粒的大小，所述滤网109上通过激光开设有模拟裂缝性储层的天然裂缝112，所述天然裂缝112的形态通过成像测井解释获取的天然裂缝密度、天然裂缝角度以及天然裂缝宽度而定。

在一个具体的实施例中，所述平板1垂直放置模拟垂直人工裂缝，所述密封件一103可拆卸的设置在所述第一可视化平板101和第二可视化平板102的上端之间。

可选地，所述密封件一103为长条状，所述第一可视化平板101和所述第二可视化平板102相对的内表面上端均设有用于放置所述密封件一103的插槽，所述插槽与密封件一103之间设有密封圈。优选的所述密封圈为C型。通过密封圈和密封件一103能够防止支撑剂从模拟裂缝通道的上端溢出。

在一个具体的实施例中，所述密封件一103和所述密封件二104为胶筒等弹性防水部件，所述第一可视化平板101和第二可视化平板102的上下两端通过所述胶筒实现固定连接。在实际使用过程中，可以通过调整施加在所述第一可视化平板101或第二可视化平板102上向裂缝通道内的压力，从而调整所述第一可视化平板101和第二可视化平板102之间的距离，从而模拟不同宽度的裂缝在支撑剂运移情况下的滤失情况。

在一个具体的实施例中，所述多个排水孔108在所述第一可视化平板101上呈阵列分布。

可选地，所述排水孔108呈多行多列分布。

可选地，所述排水孔108的行间距与列间距相等。

可选地，所述排水孔108的行间距大于或小于所述排水孔108的列间距。

在一个具体的实施例中，所述滤网109采用不锈钢滤网，能够耐压、耐磨、耐腐蚀，石油压裂过程中使用的支撑剂通常采用陶粒支撑剂，硬度大，采用不锈钢滤网能够耐磨损，提高滤网109的使用寿命。

在一个具体的实施例中，所述滤网109设置为一层。

在另一个具体的实施例中，所述滤网109设置三层，每层滤网的滤孔110大小相同。

在另一个具体的实施例中，如图6所示，所述滤网109设置三组，每组滤网包括五层子滤网。可选地，同组的所述子滤网滤孔大小相同，相邻两层子滤网的滤孔交错设置。可选地，越靠近所述第一可视化平板的一组滤网滤孔孔径越小。在实际使用过程中，通过每组滤网之间的缝隙、每层子滤网之间的间隙、以及每层子滤网的滤孔110共同减缓压裂液流场突变，使模拟基质部分的滤失变得均匀。且可以通过调整子滤网的层数或滤网的组数，从而调整模拟基质部分均匀滤失的效果。

在一个具体的实施例中，所述滤网109的左右两端设有防水垫块111，所述防水垫块111能够防止支撑剂进入后直接从所述第一可视化平板101与滤网109之间的缝隙，以及多层滤网时滤网109与滤网109之间的缝隙流向所述排水孔108，减弱模拟基质部分均匀滤失的效果。

可选地，所述防水垫块111采用橡胶材料制作而成。

可选地，所述防水垫块111采用金属材料制作而成。优选的，采用不锈钢制作而成。

在一个具体的实施例中，所述天然裂缝的成像测井解释采用FMI电阻率成像测井仪获得。

在一个具体的实施例中，将多组多层的滤网重叠排放整齐，固定住滤网的四周，然后采用激光切割器，根据所述成像测井解释获得的天然裂缝密度、天然裂缝角度以及天然裂缝宽度，在所述滤网上开设与所述成像测井解释获得的参数相同的天然裂缝。然后将设置好天然裂缝的滤网固定在所述第一可视化平板内表面，根据所述平板的结构安装固定，获得所述模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板。

在一个具体的实施例中，某井的成像测井解释如图5所示，从图5可获得该井天然裂缝密度为2.2条/m、天然裂缝角度为30°，以及天然裂缝宽度为1.5～2mm。根据所述成像测井解释，在所述滤网上通过激光开设在参数范围内的两条模拟天然裂缝。

可选地，一条模拟天然裂缝的角度为30°，宽度为1.5mm，另一条模拟天然裂缝的角度为30°，宽度为2mm。

可选地，两条模拟天然裂缝的角度均为30°，宽度均为2mm。

在另一个具体的实施例中，从某井的成像测井解释可获得该井天然裂缝密度为2条/m、天然裂缝角度为30°～45°，以及天然裂缝宽度为1.5～2mm。根据所述成像测井解释，在所述滤网上通过激光开设在参数范围内的两条模拟天然裂缝。

可选地，一条模拟天然裂缝的角度为30°，宽度为1.5mm，另一条模拟天然裂缝的角度为45°，宽度为2mm。

可选地，一条模拟天然裂缝的角度为30°，宽度为2mm，另一条模拟天然裂缝的角度为45°，宽度为2mm。

可选地，一条模拟天然裂缝的角度为30°，宽度为1.5mm，另一条模拟天然裂缝的角度为30°，宽度为2mm。

可选地，两条模拟天然裂缝的角度均为40°，宽度均为1.8mm。

如图7所示，本发明还提供一种模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的实验装置，包括上述任意一项所述模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板1，所述平板1的左端与进液系统相连，所述进液系统包括依次相连的混砂罐2、输送泵3、入口井筒4，所述入口井筒4侧壁设有模拟射孔5，所述模拟射孔5与所述平板1的进液口106相连，所述入口井筒4与输送泵3相连的管线上设有流量计6和压力计，所述输送泵3与混砂罐2相连的管线上设有阀门7；

所述平板1的右端与废液收集系统相连，所述废液收集系统包括相连的出口井筒8和废液收集罐9，所述出口井筒8与所述平板1的出液口相连，所述出口井筒8与废液收集罐9相连的管线上设有流量调节阀17、压力计10和流量计6；

所述排水孔108与滤失系统相连，所述滤失系统包括相连的抽吸泵11和滤失液收集罐12，所述抽吸泵11的输入端与所述排水孔108相连，所述抽吸泵11与所述排水孔108相连的管线上依次设有阀门7、压力计10和流量计6。

在一个具体的实施例中，所述平板1垂直放置模拟垂直人工裂缝。

在另一个具体的实施例中，所述平板1水平放置模拟水平人工裂缝。

在一个具体的实施例中，所述入口井筒4即为所述密封件三105，所述入口井筒4的模拟射孔5即为密封件三105的进液口106。

可选地，所述入口井筒4通过螺栓16与所述第一可视化平板101和第二可视化平板102连接。

在一个具体的实施例中，所述出口井筒8即为所述密封件四107。

可选地，所述出口井筒8通过螺栓16与所述第一可视化平板101和第二可视化平板102连接。

在一个具体的实施例中，所述输送泵3采用螺杆泵，所述螺杆泵压力稳定，能够在输送过程中连续均匀地出液，使支撑剂输送实验更顺畅。

在一个具体的实施例中，所述混砂罐2内设有搅拌机构13、进水管线14以及进砂管线15。

在一个具体的实施例中，所述废液收集罐和/或滤失液收集罐通过管线与混砂罐相连，使液体能够循环利用，减少浪费，节省资源。

在使用本发明的模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的实验装置时：

(1)首先根据实验需要将所述平板垂直放置模拟垂直人工裂缝或水平放置模拟水平人工裂缝；

(2)按照如图7所示的模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的实验装置的结构示意图连接各部件；

(3)检查所述模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的实验装置的密封性能，若有漏液的部位则重新连接该部位，直至整个实验装置保持良好的密封性；

(4)根据实验需求在混砂罐中配制模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的砂液，通过进水管线和进砂管线向混砂罐中加入砂与液体，通过搅拌机构将砂与液体混合均匀，制成待用的实验砂液；

(5)打开混砂罐与输送泵之间的阀门，启动输送泵，使混砂罐中的砂液通过管线进入入口井筒中；

(6)通过入口井筒的模拟射孔使砂液进入所述平板；

(7)打开抽吸泵与排水孔之间的阀门，启动抽吸泵，模拟支撑剂在裂缝通道中的滤失情况；

(8)记录实验过程中时间、压力和流量等数据；

(9)数据处理，获得支撑剂在模拟裂缝通道中的滤失情况。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板，其特征在于，包括第一可视化平板和第二可视化平板，所述第一可视化平板的上端通过密封件一与所述第二可视化平板的上端相连，所述第一可视化平板的下端通过密封件二与所述第二可视化平板的下端相连，所述第一可视化平板的左端通过密封件三与所述第二可视化平板的左端相连，所述密封件三上设有进液口，所述第一可视化平板的右端通过密封件四与所述第二可视化平板的右端相连，所述密封件四上设有出液口，所述第一可视化平板、第二可视化平板、密封件一、密封件二、密封件三、以及密封件四之间形成裂缝性储层的人工裂缝，所述第一可视化平板上设有多个与所述人工裂缝相通的排水孔，所述第一可视化平板内表面设有覆盖所有所述排水孔的滤网，所述滤网的滤孔孔径小于支撑剂颗粒的大小，所述滤网上通过激光开设有模拟裂缝性储层的天然裂缝，所述天然裂缝的形态通过成像测井解释获取的天然裂缝密度、天然裂缝角度以及天然裂缝宽度而定。

2.根据权利要求1所述的模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板，其特征在于，多个所述排水孔在所述第一可视化平板上呈阵列分布。

3.根据权利要求1所述的模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板，其特征在于，所述滤网采用不锈钢滤网。

4.根据权利要求1所述的模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板，其特征在于，所述滤网至少设有两组，每组包括至少两层子滤网。

5.根据权利要求4所述的模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板，其特征在于，同组的所述子滤网滤孔大小相同。

6.根据权利要求5所述的模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板，其特征在于，相邻两层子滤网的滤孔交错设置。

7.根据权利要求4所述的模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板，其特征在于，越靠近所述第一可视化平板的滤网滤孔孔径越小。

8.根据权利要求1所述的模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板，其特征在于，所述滤网的左右两端设有防水垫块。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板，其特征在于，所述成像测井解释采用FMI电阻率成像测井仪获得。

10.一种模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的实验装置，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的模拟天然裂缝滤失对支撑剂铺置影响的平板，

所述平板的左端与进液系统相连，所述进液系统包括依次相连的混砂罐、输送泵、入口井筒，所述入口井筒侧壁设有模拟射孔，所述模拟射孔与所述平板的进液口相连，所述入口井筒与所述输送泵相连的管线上设有流量计和压力计，所述输送泵与混砂罐相连的管线上设有阀门；

所述平板的右端与废液收集系统相连，所述废液收集系统包括相连的出口井筒和废液收集罐，所述出口井筒与所述平板的出液口相连，所述出口井筒与废液收集罐相连的管线上依次设有流量调节阀、压力计和流量计；

所述排水孔与滤失系统相连，所述滤失系统包括相连的抽吸泵和滤失液收集罐，所述抽吸泵的输入端与所述排水孔相连，所述抽吸泵与所述排水孔相连的管线上依次设有阀门、压力计和流量计。

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