CN112196521B - 一种水平井压裂裂缝形态多维度监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水平井压裂裂缝形态多维度监测装置，包括：透明模拟岩样、钻裂部、观测部和注液部；注液部包括压裂液箱、压裂液泵和压裂液传输管，压裂液传输管通入模拟岩体部，压裂液泵将压裂液箱中的压裂液通过压裂液传输管注入模拟岩体部；钻裂部包括：滑动台、滑动台导轨、中空电机和旋转钻头；透明模拟岩样设置有空心通道；滑动台导轨设置在空心通道内；滑动台导轨上设置有滑动台；滑动台上设置有旋转钻头及中空电机；观测部包括多个摄像机，设置在固定架上。本申请结构简单，利用透明材料替代岩石可以达到很好的可视化效果并且可以进行空间多角度操作，从而可以模拟压裂过程中的射孔过程。

Description

一种水平井压裂裂缝形态多维度监测装置

技术领域

本申请属于石油开采领域，具体为一种水平井压裂裂缝形态多维度监测装置。

背景技术

水平井压裂裂缝形态的监测是评价压裂效果、优化压裂设计、提高压裂效果的必要手段，现有的水力压裂裂缝扩展可视化模拟实验方法及装置主要用于平面上观测水力裂缝扩展路径。但是在这种结构的装置中，由于是平板型岩样，用于观察水平面的裂缝，所以无法观察到水平井的横向多层裂缝，并且，由于是采用泵注入压裂液后采用高速摄像机记录裂缝扩展路径，无法模拟压裂过程中的射孔过程。其次，现有的装置无法实现空间内压裂裂缝形态的监测。

发明内容

本申请提供了一种水平井压裂裂缝形态多维度监测装置，以至少解决现有技术中无法观察到水平井的横向多层裂缝的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种水平井压裂裂缝形态多维度监测装置，包括：透明模拟岩样、钻裂部、观测部和注液部；注液部包括压裂液箱、压裂液泵和压裂液传输管，压裂液传输管通入模拟岩体部，压裂液泵将压裂液箱中的压裂液通过压裂液传输管注入模拟岩体部；钻裂部包括：滑动台、滑动台导轨、中空电机和旋转钻头；透明模拟岩样的其中一个面设置有空心通道；滑动台导轨设置在空心通道内；滑动台导轨上设置有滑动台；滑动台上设置有旋转钻头及中空电机；观测部包括多个摄像机，设置在固定架上。

在一实施例中，本申请的监测装置，还包括台面及设置在台面下的支撑脚，所述固定架设置在台面上；透明模拟岩样和钻裂部设置在固定架内，注液部固定在台面的下表面。

该台面、支撑脚以及固定架用于实现水平井压裂裂缝形态多维度监测装置的固定，以便于实验人员观测。

在一实施例中，还包括多个透明维压板，分别设置在透明模拟岩样的各表面；多个透明维压板上设置吊耳，相对面上的透明维压板通过穿过吊耳的固定杆相连接，实现对透明模拟岩样的固定；其中，设置在空心通道所在面上的透明维压板开设有与空心通道对应的孔。

该吊耳的设置使得各维压板可以通过穿过吊耳的固定杆来连接，实现了对模拟岩样的固定和防钻裂功能。

在一实施例中，监测装置还包括：支撑杆，支撑杆的下端固定在台面上，透明维压板固定在支撑杆的上端。

在一实施例中，监测装置还包括：法兰连接盘，固定在透明维压板上，并穿过所述孔；钻裂部穿过法兰连接盘插入空心通道内；从动齿轮固定盘，连接滑动台导轨；齿轮旋转电机，通过其上的齿轮与从动齿轮固定盘啮合。

在一实施例中，监测装置还包括：电机固定座，电机固定座的下端固定在台面上，齿轮旋转电机固定在电机固定座的上端。

电机固定座起到了固定和支撑齿轮旋转电机的作用。

在一实施例中，监测装置还包括：丝杠电机固定座，设置在从动齿轮固定盘与滑动台导轨之间；丝杠电机，设置在丝杠电机固定座上，用于驱动滑动台在滑动台导轨上移动。

在一实施例中，法兰连接盘通过螺钉固定在透明维压板上，法兰连接盘与透明维压板之间设置有静密封圈。

在一实施例中，固定架上设置有二维电动台支架，在二维电动台支架上，设置有二维电动台，二维电动台与二维电动台支架在同一平面内相互垂直。

本申请利用透明材料替代岩石本体，可以很好地达到可视化的效果，方便操作人员直接观察压裂的效果和过程，同时旋转钻头可以实现进给运动对压力玻璃实现钻孔操作，并进行空间多角度操作，从而可以模拟压裂过程中的射孔过程。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请水平井压裂裂缝形态多维度监测装置整体示意图。

图2是本申请水平井压裂裂缝形态多维度监测装置核心部件整体示意图。

图3是本申请水平井压裂裂缝形态多维度监测装置剖面图。

图4是本申请水平井压裂裂缝形态多维度监测装置钻裂部等轴侧视图。

图5是本申请水平井压裂裂缝形态多维度监测装置空间多维度监控示意图。

附图标记：

1、支撑脚；

2、电脑；

3、台面；

4、固定架；

5、二维电动台；

6、压裂液箱；

7、压裂泵；

8、压裂液传输管；

9、压力表；

10、球阀；

11、支撑杆；

12、电机固定座；

13、齿轮旋转电机；

14、从动齿轮固定盘；

15、维压板；

16、固定杆；

17、模拟岩样；

18、密封圈；

19、限位杆；

20、法兰连接盘；

21、静密封圈；

22、丝杠电机；

23、滑动台；

24、中空电机；

25、中空电机固定座；

26、旋转钻头；

27、丝杠电机固定座；

28、滑动台导轨；

29、二维电动台支架；

30、固定座；

31、高速摄像机；

32、第二转动电机；

33、第一转动电机；

34、第一旋转电机；

35、第二旋转电机；

36、第一旋转电机螺杆；

37、第二旋转电机螺杆；

38、U型环；

39、L型固定片；

40、L型固定片；

41、U型环。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

针对当前现有技术中存在的职能监测水平面的裂缝、无法模拟压裂过程中射孔的过程、无法观测空间的压裂情况的问题，本申请提供了一种水平井压裂裂缝形态多维度监测装置，该装置以至少解决现有技术中无法观察到水平井的横向多层裂缝的问题。

为了解决现有技术中的问题，本申请提供了一种水平井压裂裂缝形态多维度监测装置，如图2所示，包括：透明模拟岩样17、钻裂部、观测部和注液部；如图1所示，注液部包括压裂液箱6、压裂液泵7和压裂液传输管8，压裂液传输管8通入模拟岩体部，压裂液泵7将压裂液箱6中的压裂液通过压裂液传输管8注入模拟岩体部；如图3所示，钻裂部包括：滑动台23、滑动台导轨28、中空电机24和旋转钻头26；透明模拟岩样17的其中一个面设置有空心通道；滑动台导轨28设置在空心通道内；滑动台导轨28上设置有滑动台23；滑动台23上设置有旋转钻头26及中空电机24；观测部包括多个摄像机31，设置在固定架4上。

在一具体实施例中，透明模拟岩样17的材料可以采用玻璃或树脂，用来代替岩石样本，由于透明模拟岩样17具有透明的特征，所以在对它进行压裂时可以通过摄像机多维度地对压裂缝隙进行成像，从而来获得空间压裂分布图像。

压裂液箱6的出液口连接有压裂液泵7，压裂液泵7的出口端连接压裂液传输管8，压裂液传输管8通入空心通道中。压裂液箱6中的压裂液经由压裂液泵7泵入压裂液传输管8，压裂液传输管8将压裂液送入模拟岩样17中来实现压裂。

在一实施例中，如图1所示，本申请的监测装置还包括台面3及设置在台面3下的支撑脚1，固定架4设置在台面3上；透明模拟岩样17和钻裂部设置在固定架4内，注液部固定在台面3的下表面。

在一具体实施例中，支撑脚1与台面3可以通过焊接方式连接成一体，压裂液箱6固定在台面3的下表面，固定方式可以采用螺钉固定。

台面3、支撑脚1和固定架4用于实现水平井压裂裂缝形态多维度监测装置的固定，以便于实验人员观测。

在一实施例中，如图2和图3所示，还包括多个透明维压板15，分别设置在透明模拟岩样17的各表面；多个透明维压板15上设置吊耳，相对面上的透明维压板15通过穿过吊耳的固定杆16相连接，实现对透明模拟岩样17的固定；其中，设置在空心通道所在面上的透明维压板15开设有与空心通道对应的孔。

在一具体实施例中，透明模拟岩样17的六个表面上均通过透明维压板15进行维压，透明维压板15的材料可选用钢化玻璃或树脂，在透明维压板15相对的两个边缘上各设置有两个吊耳，固定杆16可以穿过相对的两个透明维压板15上的吊耳将两个透明维压板15紧密连接，通过六个透明维压板15之间的紧密连接将透明模拟岩样17紧密固定，其中，透明维压板15的孔的大小跟空心通道的开口直径相同，使得钻裂部能够伸入到空心通道中。

吊耳的设置使得相对的两个透明维压板15可以通过穿过吊耳的固定杆16来连接，实现了对透明模拟岩样17的固定和防裂功能。

在一实施例中，监测装置还包括：支撑杆11，支撑杆11的下端固定在台面3上，透明维压板17固定在支撑杆11的上端。

在一具体实施例中，支撑杆11的上端通过螺母与螺钉同透明维压板15相连，下端通过螺钉固定在台面3上。

在一实施例中，监测装置还包括：法兰连接盘20、从动齿轮固定盘14和齿轮旋转电机13，法兰连接盘20固定在透明维压板15上，并穿过所述孔；钻裂部穿过法兰连接盘20插入空心通道内；从动齿轮固定盘14，连接滑动台导轨28；齿轮旋转电机13，通过其上的齿轮与从动齿轮固定盘14啮合。压裂液传输管8焊接在法兰连接盘20上。

具体地，法兰连接盘20通过螺钉固定于设置在空心通道开口面上的透明维压板15上，并通过密封圈21实现与透明维压板15之间的静密封，从动齿轮固定盘14通过限位杆19固定在法兰连接盘20上，从动齿轮固定盘14上设置有弧形槽，限位杆19一端连接法兰连接盘20，另一端设置在从动齿轮固定盘14的弧形槽中，用来固定从动齿轮固定盘14的位置。从动齿轮固定盘14上的齿轮与齿轮旋转电机13上的齿轮啮合，当齿轮旋转电机13转动时，带动空心通道内的整个钻裂部转动来实现多方位角度的钻裂，此时法兰连接盘20是固定不动的。法兰连接盘20与从动齿轮转动盘14通过密封圈18进行密封。

在一实施例中，监测装置还包括：电机固定座12，电机固定座12的下端固定在台面3上，齿轮旋转电机13固定在电机固定座12的上端。

在一具体实施例中，齿轮旋转电机13通过螺钉固定在电机固定座12的上端，电机固定座12的下端通过螺钉固定在台面3上。

在一实施例中，如图3和图4所示，监测装置还包括：丝杠电机固定座27和丝杠电机22。丝杠电机固定座27设置在从动齿轮固定盘14与滑动台导轨28之间；丝杠电机22设置在丝杠电机固定座27上，用于驱动滑动台23在滑动台导轨28上移动。

具体地，丝杠电机固定座27与从动齿轮固定盘14之间通过丝杠电机固定座27的短杆连接，丝杠电机22位于丝杠电机固定座27和从动齿轮固定盘14之间，固定在丝杠电机固定座27上，丝杠电机22可以采用螺纹连接滑动台23的中心，滑动台23的两端插入到滑动台导轨28上，丝杠电机22驱动滑动台23在滑动台导轨28上移动。中空电机固定座25固定于滑动台23上，中空电机24通过螺钉固定在中空电机固定座25上，旋转钻头26与中空电机24螺纹连接，在中空电机24的驱动下，旋转钻头26可以实现钻动，从而钻裂透明模拟岩样17。完成钻裂过程后，压裂液泵7将压裂液经由压裂液传输管8注入透明模拟岩样17内实施压裂。

在一实施例中，法兰连接盘20通过螺钉固定在透明维压板15上，法兰连接盘20与透明维压板15之间设置有静密封圈21。

具体地，静密封圈21用来防止压裂液的渗出。

在一实施例中，如图5所示，固定架4上设置有二维电动台支架29，在二维电动台支架29上，设置有二维电动台5，二维电动台5与二维电动台支架29在同一平面内相互垂直，组成XY二维电动装置。

具体地，二维电动台5的一端设置有第一旋转电机34，第一旋转电机34的螺杆36设置在二维电动台5下方，二维电动台支架29的一端设置有第二旋转电机35，第二旋转电机35的螺杆37设置在二维电动台支架29下方，二维电动台5设置在第二旋转电机35的螺杆37上，二维电动台5可以沿第二旋转电机35的螺杆37移动。具体实施时，二维电动台5可以通过其上固定的U型环38设置在第二旋转电机35的螺杆37上。

在一实施例中，二维电动台5的第一旋转电机34的螺杆36上设置有多维旋转机构，在一具体实施例中，多维旋转机构包括：固定座30，固定座30可以通过其上固定的U型环41设置在第一旋转电机34的螺杆36上。第二转动电机32固定在固定座30上，第二转动电机32的转轴上固定一L型固定片39的其中一片上，L型固定片39的另一片上固定第一转动电机33，第一转动电机33的转轴上固定另一L型固定片40，摄像机31设置在该L型固定片40上。

在一具体实施例中，摄像机31可以为高速摄像机。

在一具体实施例中，多维旋转机构还可以为万向轴等。

通过上述结构，可以实现摄像机31在空间内的多维度转动，而XY二维电动装置可以实现摄像机在平面内的自由移动，从而能够全方位地观测模拟岩样的压裂情况，实现更好地观察和仿真。

本申请利用透明材料替代岩石本体，可以很好地达到可视化的效果，方便操作人员直接观察压裂的效果和过程，同时旋转钻头可以实现进给运动对压力玻璃实现钻孔操作，并进行空间多角度操作，从而可以模拟压裂过程中的射孔过程，二维电动台及高速摄像机的多方位设置也可以实现对不同位置及从不同角度对压裂过程进行记录，还可以记录压裂过程中压裂液在透明模拟岩体中的运移情况，自动化程度高。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)的流程图和/或方框图来描述的。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种水平井压裂裂缝形态多维度监测装置，其特征在于，包括：透明模拟岩样(17)、钻裂部、观测部和注液部；

所述注液部包括压裂液箱(6)、压裂液泵(7)和压裂液传输管(8)，所述压裂液传输管(8)通入所述透明模拟岩样(17)，所述压裂液泵(7)将所述压裂液箱(6)中的压裂液通过所述压裂液传输管(8)注入所述透明模拟岩样(17)；

所述钻裂部包括：滑动台(23)、滑动台导轨(28)、中空电机(24)和旋转钻头(26)；所述透明模拟岩样(17)的其中一个面开设有水平的空心通道；所述滑动台导轨(28)设置在空心通道内；所述滑动台导轨(28)上设置有所述滑动台(23)；所述滑动台(23)上设置有旋转钻头(26)及中空电机(24)；

所述观测部包括多个摄像机，设置在固定架(4)上；

还包括：多个透明维压板(15)，分别设置在所述透明模拟岩样(17)的各表面；所述多个透明维压板(15)上设置吊耳，相对面上的所述透明维压板(15)通过穿过吊耳的固定杆(16)相连接，实现对透明模拟岩样(17)的固定；其中，设置在所述空心通道所穿过的平面上的透明维压板(15)开设有与所述空心通道对应的孔；

所述水平井压裂裂缝形态多维度监测装置还包括，法兰连接盘(20)，固定在所述透明维压板(15)上，并穿过所述孔；所述钻裂部穿过所述法兰连接盘(20)插入所述空心通道内；从动齿轮固定盘(14)，连接所述滑动台导轨(28)；齿轮旋转电机(13)，通过其上的齿轮与所述从动齿轮固定盘(14)啮合；丝杠电机固定座(27)，设置在所述从动齿轮固定盘(14)与所述滑动台导轨(28)之间；丝杠电机(22)，设置在所述丝杠电机固定座(27)上，用于驱动所述滑动台(23)在所述滑动台导轨(28)上移动。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，还包括：台面(3)及设置在所述台面(3)下的支撑脚(1)，所述固定架(4)设置在所述台面(3)上；所述透明模拟岩样(17)和所述钻裂部设置在所述固定架(4)内，所述注液部固定在所述台面(3)的下表面。

3.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于，还包括：支撑杆(11)，所述支撑杆(11)的下端固定在所述台面(3)上，所述透明维压板(15)固定在支撑杆(11)的上端。

4.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，还包括：电机固定座(12)，所述电机固定座(12)的下端固定在所述台面(3)上，所述齿轮旋转电机(13)固定在电机固定座(12)的上端。

5.根据权利要求4所述的监测装置，其特征在于，所述法兰连接盘(20)通过螺钉固定在所述透明维压板(15)上，所述法兰连接盘(20)与所述透明维压板(15)之间设置有静密封圈(21)。

6.根据权利要求5所述的监测装置，其特征在于，所述观测部还包括：二维电动台支架(29)、二维电动台(5)、第一旋转电机(34)、第二旋转电机(35)；

所述二维电动台支架(29)固定在所述固定架(4)上；

所述第二旋转电机(35)设置在所述二维电动台支架(29)的一端，所述第二旋转电机(35)的下方设置有第一螺杆(37)，二维电动台(5)设置在所述第一螺杆(37)上，沿所述第一螺杆(37)滑动；

所述第一旋转电机(34)设置在所述二维电动台(5)的一端，所述第一旋转电机(34)的下方设置有第二螺杆(36)；

所述摄像机通过一固定座(30)设置在所述第二螺杆(36)，沿所述第二螺杆(36)滑动。

7.根据权利要求6所述的监测装置，其特征在于，所述摄像机通过多维旋转机构固定在所述固定座(30)上。

8.根据权利要求7所述的监测装置，其特征在于，所述多维旋转机构为万向轴。

9.根据权利要求7所述的监测装置，其特征在于，所述多维旋转机构包括：第一L型固定片、第二L型固定片、第一转动电机及第二转动电机；

所述第一L型固定片固定在所述第二转动电机的转轴上，所述第一转动电机固定在第一L型固定片上，所述第二L型固定片固定在所述第一转动电机的转轴上；所述摄像机固定在所述第二L型固定片上。

10.根据权利要求9所述的监测装置，其特征在于，所述固定架(4)的上、左、右、前、后5个面上均设置有所述观测部。