CN113338920A - 一种可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置及模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置及模拟方法，该装置包括储砂罐、储液罐、搅拌系统、缝宽调节系统、裂缝倒模、回流系统和中控系统；搅拌系统、缝宽调节系统、回流系统均与中控系统电连接；储砂罐和储液罐均与搅拌系统连通；搅拌系统通过管路与裂缝倒模连通；裂缝倒模至少包括左右两个由透明材质制成的倒模板；缝宽调节系统包括激光测距仪和调节装置，调节装置连接左右两个倒模板；回流装置通过管路分别与搅拌系统及裂缝倒模连接。本发明用透明材料倒模形成倒模板，用来模拟真实的岩石压裂裂缝，并用于模拟水力压裂时支撑剂在裂缝中铺砂规律与形态的可视化研究。原理简单，操作方便，实验结果清晰明了。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，具体涉及一种可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置及模拟方法。
背景技术
水力压裂是利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝。继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注的目的。
水力压裂技术虽然是一种具有广泛应用前景的油气井增产措施且应用量较大，但是真实的岩石水力压裂后支撑剂在裂缝中铺砂过程无法被直观观测到。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置及模拟方法，用透明材料倒模形成具有一定抗压强度的倒模板，用来模拟真实的岩石压裂裂缝。设置缝宽自动调节系统实现裂缝缝宽在1-10毫米间的精细调节，通过观察不同砂液比的携砂液在可视化倒模板不同缝宽裂缝中的运移规律，以模拟真实岩石水力压裂裂缝中砂体的运移规律和最终的铺置形态。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置，包括储砂罐、储液罐、搅拌系统、缝宽调节系统、裂缝倒模、回流系统和中控系统；所述搅拌系统、缝宽调节系统、回流系统均与所述中控系统电连接；
所述储砂罐和所述储液罐均与所述搅拌系统连通，用于向所述搅拌系统中输送砂体和液体；
所述搅拌系统通过管路与所述裂缝倒模连通，用于向裂缝倒模注入携砂液；
所述裂缝倒模至少包括左右两个由透明材质制成的倒模板；
所述缝宽调节系统包括激光测距仪和调节装置，所述激光测距仪用于测量两个倒模板之间的距离，所述调节装置连接左右两个倒模板，用于调节两个倒模板的间距；
所述回流装置通过管路分别与所述搅拌系统及裂缝倒模连接，用于将裂缝倒模中的携砂液回流导入至搅拌系统中。
进一步的，该装置还包括成像记录仪，所述成像记录仪安装在所述裂缝倒模上并与所述中控系统电连接。
进一步的，所述储液罐与所述搅拌系统通过管路连接，管路上安装有第一智能控流泵，所述第一控流泵与所述中控系统电连接。
进一步的，所述搅拌系统包括搅拌罐、搅拌器和搅拌马达，所述搅拌罐上设置有液位传感器，所述液位传感器和所述搅拌马达与所述中控系统电连接。
进一步的，所述回流装置包括回流暂存罐，所述回流装置与搅拌系统连通的管路上设有第三智能控流泵，所述第三智能控流泵与所述液位传感器电连接。
进一步的，所述搅拌系统与所述裂缝倒模连通的管路上设置有第二智能控流泵，所述第二智能控流泵与所述中控系统电连接。
进一步的，所述搅拌系统与所述裂缝倒模连通的管路上还设置有压力监测器和流量监测器，所述压力监测器和流量监测器均与所述中控系统电连接。
进一步的，该装置还包括报警模块，所述报警模块包括压力预警器和流量预警器，所述压力预警器和流量预警器均与所述中控系统电连接。
另一方面，本发明还提供一种可视化裂缝铺置砂形态智能模拟方法，包括以下步骤：
通过真实岩石的水力压裂形成水力裂缝，用透明材料倒模形成裂缝倒模；
从储液罐向混砂搅拌罐里加入液体，中控系统通过液位传感器实时感应搅拌罐中的液位，当注液量达到设定注液量时，中控系统控制智能控流泵停止液体输入；同时从储砂罐向搅拌罐中注入砂粒，使砂液比达到设定砂液比；添液添砂完成后，中控系统控制搅拌器将混砂搅拌罐里的固液混合物搅拌均匀；
中控系统控制第二智能控流泵将携砂液通过管线泵入裂缝倒模，中控系统通过压力监测器与流量监测器实时监测携砂液的压力与流量，同时控制第二智能控流泵调节压力与流量；
中控系统根据设定缝宽通过调节系统调节裂缝倒模中两个倒模板的间距并利用激光测距仪实时测量缝宽；
中控系统利用倒模板上安装的成像记录仪实现不同流速下的铺砂形态成像记录。
进一步的，该方法还包括：
当管线中携砂液压力与流量超出临界值时，压力监测器与流量监测器向中控系统发送预警信号，中控系统接受到预警信号后控制压力预警器与流量预警器向操作人员发出报警信号。
本发明的有益效果是：本发明通过真实岩石的水力压裂形成水力裂缝，用透明树脂材料倒模形成具有一定抗压强度的倒模板，用来模拟真实的岩石压裂裂缝，并用于模拟水力压裂时支撑剂在裂缝中铺砂规律与形态的可视化研究。原理简单，操作方便，实验结果清晰明了。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置结构原理图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、储砂罐，2、砂体传输动力系统，3、搅拌马达，4、压力监测器，5、流量监测器，6、成像记录仪，7、储液罐，8-1、第一智能控流泵，8-2、第二智能控流泵，8-3、第三智能控流泵，9、液位传感器，10、倒模板，11、压力预警器，12、流量预警器，13、搅拌器，14、混砂搅拌罐，15、激光测距仪，16、支撑底座，17、调节装置，18、回流暂存罐，19、中控系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置，包括储砂罐1、储液罐7、搅拌系统、缝宽调节系统、裂缝倒模、回流系统、成像记录仪和中控系统19；所述搅拌系统、缝宽调节系统、回流系统、成像记录仪均与所述中控系统19电连接；
所述储砂罐1和所述储液罐7均与所述搅拌系统连通，用于向所述搅拌系统中输送砂体和液体。所述储液罐与所述搅拌系统通过管路连接，管路上安装有第一智能控流泵，所述第一控流泵与所述中控系统电连接。储砂罐1通过砂体传输动力系统2向搅拌系统中输送砂体，砂体传输动力系统2与中控系统19电连接，其启停受中控系统19信号控制。
所述搅拌系统包括混砂搅拌罐14、搅拌器13和搅拌马达3，所述混砂搅拌罐14上设置有液位传感器9，所述液位传感器9和所述搅拌马达3与所述中控系统19电连接。
所述混砂搅拌罐14通过管路与所述裂缝倒模连通，用于向裂缝倒模注入携砂液。所述裂缝倒模至少包括左右两个由透明材质制成的倒模板10。本实施例中通过真实岩石的水力压裂形成水力裂缝，用透明树脂材料倒模形成具有一定抗压强度的可视化倒模板。两个倒模板安装在支撑底座上。
所述搅拌系统与所述裂缝倒模连通的管路上设置有第二智能控流泵8-2，所述第二智能控流泵8-2与所述中控系统19电连接。
所述缝宽调节系统包括激光测距仪15和调节装置17，所述激光测距仪15用于测量两个倒模板之间的距离，所述调节装置17连接左右两个倒模板，用于调节两个倒模板的间距。这里调节装置17可以由步进电机和螺杆组成，螺杆穿过两个倒模板，中控系统19通过对步进电机的旋转控制，从而实现两个倒模板的间距调节。
所述回流装置通过管路分别与所述搅拌系统及裂缝倒模连接，用于将裂缝倒模中的携砂液回流导入至搅拌系统中。具体的，所述回流装置包括回流暂存罐18，回流暂存罐18与搅拌系统的混砂搅拌罐14连通的管路上设有第三智能控流泵8-3，所述第三智能控流泵8-3与所述液位传感器9电连接。
所述成像记录仪6安装在所述裂缝倒模的其中一个倒模板上并与所述中控系统电连接。应当理解的是，成像记录仪6可以根据需要安装在其他方便安装且便于录制的位置
所述搅拌系统与所述裂缝倒模连通的管路上还设置有压力监测器4和流量监测器5，所述压力监测器4和流量监测器5均与所述中控系统19电连接。
该装置还包括报警模块，所述报警模块包括压力预警器11和流量预警器12，所述压力预警器11和流量预警器12均与所述中控系统电连接。
本实验装置通过真实岩石的水力压裂形成水力裂缝，用透明树脂材料倒模形成具有一定抗压强度的倒模板，用来模拟真实的岩石压裂裂缝，并用于模拟水力压裂时支撑剂在裂缝中铺砂规律与形态的可视化研究。具体步骤如下：
(1)可视化铺砂形态模板搭建：通过真实岩石的水力压裂形成水力裂缝，用透明树脂材料倒模形成具有一定抗压强度的可视化倒模板，用于模拟水力压裂时支撑剂在裂缝中铺砂规律与形态的可视化研究。
(2)携砂液砂液比自动配比系统：如图1所示，从储液罐7及暂存回流罐18向混砂搅拌罐14里加入液体(从倒模板流出的液体进入到回流暂存罐中，根据需要通过智能控流泵回流到混砂搅拌器中回收利用)，注入速率由第一智能控流泵8-1，第三智能控流泵8-3智能调控，混砂搅拌罐上装有液位传感器9，能感应混砂搅拌罐中的液位，在中控系统19中输入砂液比和注液量，当注液量达到设定注液量时，液位传感器感应并发送信号，中控系统控制智能控流泵停止液体输入。同时中控系统进行添砂量计算并控制砂体传输动力系统2从储砂罐1向混砂搅拌罐中注入计算量的砂粒，使砂液比达到设定砂液比。混砂搅拌罐中装置有搅拌系统，包括搅拌马达3和搅拌器18，添液添砂完成后，中控系统控制搅拌器将混砂搅拌罐里的固液混合物搅拌均匀，搅拌马达的转速根据需要可调节。
(3)压力流量智能监测预警系统：如步骤(2)所述，设定砂液比的携砂液配置完成后，中控系统19控制第二智能控流泵8-2将携砂液通过管线泵入可视化模拟装置，管线上设置有压力监测器4与流量监测器5用以监测携砂液的压力与流量，压力监测器4与流量监测器5通过电路经中控系统分别连接压力预警器11与流量预警器12，当管线中携砂液压力与流量超出临界值时，压力监测器4与流量监测器5向中控系统发送预警信号，中控系统接受到预警信号后控制压力预警器11与流量预警器12向操作人员发出报警信号，同时控制智能控流泵8-2调节压力与流量，保障安全压力与流量下的铺砂形态模拟研究。
(4)缝宽自动调节系统：可视化倒模板10安装在可调支撑底座16上，外部包裹金属框架，金属框架上安装缝宽调节动力系统17，可实现缝宽在1-10毫米间的精确调节，支撑底座上装有激光测距仪15，激光测距仪通过激光测量倒模板间的距离即裂缝宽度，上述组件共同组成铺砂形态模拟系统装置。激光测距仪15与缝宽调节动力系统17通过电路与中控系统19连接，在中控系统中输入设定缝宽，中控系统控制缝宽调节动力系统在激光测距仪的精确测量下调节倒模板间的距离为所设缝宽，以实现不同缝宽下的铺砂形态可视化研究。
(5)沙丘形态记录系统：包裹可视化倒模板的金属框架装有成像记录仪6，成像记录仪与流量监测器5通过电路与中控系统19连接，实现不同流速下的铺砂形态成像记录。
该装置不局限于模拟支撑剂在裂缝中铺砂规律和铺砂形态的研究，还包括滑溜水压裂液体系在裂缝中减阻规律的研究、暂堵压裂液体系中暂堵剂运移及封堵规律的可视化研究等，具体体现在：
(1)含有一定量支撑剂的瓜胶压裂液在固定裂缝宽度中按照一定流速泵送时运移规律及铺置形态研究；
(2)改变砂液比、裂缝宽度和泵送速度下的瓜胶压裂液中支撑剂运移规律及铺置形态研究；
(3)不含支撑剂的滑溜水压裂液在不同缝宽裂缝中减阻规律研究；
(4)暂堵压裂液体系中暂堵剂运移及封堵规律的可视化研究。
(5)延伸研究可通过添加加热装置以及在压裂液中添加矿物盐或其他化学剂等研究不同因素对(1)～(4)形成过程的影响。
(6)砂液比自动配比。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置，其特征在于，包括储砂罐、储液罐、搅拌系统、缝宽调节系统、裂缝倒模、回流系统和中控系统；所述搅拌系统、缝宽调节系统、回流系统均与所述中控系统电连接；
所述储砂罐和所述储液罐均与所述搅拌系统连通，用于向所述搅拌系统中输送砂体和液体；
所述搅拌系统通过管路与所述裂缝倒模连通，用于向裂缝倒模注入携砂液；
所述裂缝倒模至少包括左右两个由透明材质制成的倒模板；
所述缝宽调节系统包括激光测距仪和调节装置，所述激光测距仪用于测量两个倒模板之间的距离，所述调节装置连接左右两个倒模板，用于调节两个倒模板的间距；
所述回流装置通过管路分别与所述搅拌系统及裂缝倒模连接，用于将裂缝倒模中的携砂液回流导入至搅拌系统中。
2.根据权利要求1所述的可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置，其特征在于，还包括成像记录仪，所述成像记录仪安装在所述裂缝倒模上并与所述中控系统电连接。
3.根据权利要求1所述的可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置，其特征在于，所述储液罐与所述搅拌系统通过管路连接，管路上安装有第一智能控流泵，所述第一控流泵与所述中控系统电连接。
4.根据权利要求1所述的可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置，其特征在于，所述搅拌系统包括搅拌罐、搅拌器和搅拌马达，所述搅拌罐上设置有液位传感器，所述液位传感器和所述搅拌马达与所述中控系统电连接。
5.根据权利要求4所述的可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置，其特征在于，所述回流装置包括回流暂存罐，所述回流装置与搅拌系统连通的管路上设有第三智能控流泵，所述第三智能控流泵与所述液位传感器电连接。
6.根据权利要求1所述的可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置，其特征在于，所述搅拌系统与所述裂缝倒模连通的管路上设置有第二智能控流泵，所述第二智能控流泵与所述中控系统电连接。
7.根据权利要求5所述的可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置，其特征在于，所述搅拌系统与所述裂缝倒模连通的管路上还设置有压力监测器和流量监测器，所述压力监测器和流量监测器均与所述中控系统电连接。
8.根据权利要求7所述的可视化裂缝铺置砂形态智能模拟装置，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块包括压力预警器和流量预警器，所述压力预警器和流量预警器均与所述中控系统电连接。
9.一种可视化裂缝铺置砂形态智能模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过真实岩石的水力压裂形成水力裂缝，用透明材料倒模形成裂缝倒模；
从储液罐向混砂搅拌罐里加入液体，中控系统通过液位传感器实时感应搅拌罐中的液位，当注液量达到设定注液量时，中控系统控制智能控流泵停止液体输入；同时从储砂罐向搅拌罐中注入砂粒，使砂液比达到设定砂液比；添液添砂完成后，中控系统控制搅拌器将混砂搅拌罐里的固液混合物搅拌均匀；
中控系统控制第二智能控流泵将携砂液通过管线泵入裂缝倒模，中控系统通过压力监测器与流量监测器实时监测携砂液的压力与流量，同时控制第二智能控流泵调节压力与流量；
中控系统根据设定缝宽通过调节系统调节裂缝倒模中两个倒模板的间距并利用激光测距仪实时测量缝宽；
中控系统利用倒模板上安装的成像记录仪实现不同流速下的铺砂形态成像记录。
10.根据权利要求9所述的可视化裂缝铺置砂形态智能模拟方法，其特征在于，还包括：
当管线中携砂液压力与流量超出临界值时，压力监测器与流量监测器向中控系统发送预警信号，中控系统接受到预警信号后控制压力预警器与流量预警器向操作人员发出报警信号。
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