CN116182951A - 一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气开发技术领域，特别涉及一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置及方法，包括多裂缝模型，其具有主裂缝、设置在所述主裂缝侧部的二级裂缝以及设置在所述二级裂缝侧部的三级裂缝，裂缝均由至少一个模块组成且模块间的接头作为裂缝间连接的节点，各所述模块所形成的裂缝两端的高度均可调节；本发明中各模块所形成的裂缝两端的高度均可调节，可形成不同的高度样式，两端可处于同一高度，或者两端不处于同一高度，能够适应不同的高度需求，满足不同现场要求，更加真实的模拟现场真实情况。
Description
技术领域
本发明涉及油气开发技术领域，特别涉及一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置及方法。
背景技术
储有页岩气的页岩储层具有极低的孔隙度和渗透率，水力压裂是进行油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施。支撑剂能支撑水力压裂作业形成的人工裂缝，为油气畅流入井提供高速导流通道，这已成为压裂作业必不可少的技术手段。支撑剂的铺置形态与最终压裂的裂缝形态基本一致，且支撑剂在裂缝中的铺置情况决定了导流能力。停泵泄压后受实地应力场的作用会使未充填支撑剂的裂缝区域重新闭合而成为无效裂缝。
探究水力压裂裂缝内支撑剂的输送规律对于改善裂缝内铺砂形态、优化压裂改造效果具有重要的现实指导意义。页岩地层通常含有大量天然裂缝，压裂作用下形成由主裂缝与多级次生裂缝构成的复杂水力裂缝网络。其中，主裂缝与角度不一的多级次生裂缝连接，主裂缝一般宽度和高度较大，而次级裂缝宽度和高度较小。现有支撑剂运移试验装置大多采用光滑平行板来模拟单一平面裂缝，模拟的裂缝形态和尺寸相对固定，即便有少量复杂裂缝的试验装置，也主要设计次生裂缝垂直于主裂缝的特殊缝网装置，难以模拟现场的真实情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置及方法，以解决现有技术中存在的上述问题。为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来解决：
第一方面，本发明提供了一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置，包括多裂缝模型，其具有主裂缝、设置在所述主裂缝侧部的二级裂缝以及设置在所述二级裂缝侧部的三级裂缝，裂缝均由至少一个模块组成且模块间的接头作为裂缝间连接的节点，各所述模块所形成的裂缝两端的高度均可调节。
作为进一步的技术方案，各所述模块由两侧板组件组成，两所述侧板组件上下各设置一连接组件封闭形成裂缝结构，所述侧板组件端部均通过上下滑动调节裂缝两端高度。
作为进一步的技术方案，所述连接组件包括盖板组件且其设有安装所述侧板组件的卡槽，所述侧板组件穿过所述卡槽。
作为进一步的技术方案，所述连接组件在裂缝宽度方向上可伸缩。
作为进一步的技术方案，所述连接组件在裂缝长度方向上可伸缩，所述侧板组件由两块交错搭接的板材组成。
作为进一步的技术方案，所述板材由透明材质制成。
作为进一步的技术方案，所述连接组件端部铰接竖向滑动结构。
作为进一步的技术方案，所述接头为两通或三通结构，所述接头的端口间采用弹性材料过渡。
作为进一步的技术方案，所述主裂缝、所述二级裂缝和所述三级裂缝内壁间隔贴有长条模拟迂曲裂缝。
第二方面，本发明提供了根据如第一方面所述支撑剂运移模拟装置的工作方法，包括以下步骤：
调整主裂缝、二级裂缝和三级裂缝的宽度、高度、长度至设计值，调整相邻裂缝至设计角度；将前置液注入到多裂缝模型中，使其充满整个多裂缝模型；混合支撑剂与压裂液形成携砂液并注入多裂缝模型，开启高速摄像机，观察并记录试验过程中支撑剂铺置形态，当支撑剂堆积高度达到平衡高度后停止，记录砂堤的最终形态，清洗烘干支撑剂，分析不同裂缝形式和不同支撑剂对裂缝内支撑剂运移及沙堤形态的影响。
上述本发明的有益效果如下：
(1)本发明中各模块所形成的裂缝两端的高度均可调节，可形成不同的高度样式，两端可处于同一高度，或者两端不处于同一高度，能够适应不同的高度需求，满足不同现场要求，更加真实的模拟现场真实情况。
(2)本发明设置的连接组件在纵向和横向上均可实现伸缩，与连接组件配合的侧板组件由两块交错搭接的板材组成，实现侧板组件跟随连接组件在纵向上的伸长，实现裂缝长度和宽度的调节。另外相邻的裂缝之间可以设置带有弹性材料的接头，实现相邻裂缝间角度调节需求。
(3)本发明可以有效模拟不同裂缝高度、裂缝宽度、分支裂缝角度、支撑剂粒径、支撑剂密度、压裂液粘度、携砂液排量、携砂液射入方式、射入位置等参数对裂缝内支撑剂运移及沙堤形态的影响，进而对现场压裂作业的支撑剂设计参数进行优化。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。还应当理解，这些附图是为了简化和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。现在将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释本发明，其中：
图1示出了本发明实施例中整体结构示意图。
图2示出了本发明实施例中多裂缝模型详细图，其中三级裂缝角度90°。
图3示出了本发明实施例中主裂缝的正视图。
图4示出了本发明实施例中进水漏斗阀板示意图。
图5示出了本发明实施例中接头示意图。
图6示出了本发明实施例中连接组件示意图。
图7示出了本发明实施例中连接组件滑道示意图。
图8示出了本发明实施例中亚克力板连接角示意图。
图9示出了本发明实施例中清洗门示意图。
图10示出了本发明实施例中裂缝透视图。
图11示出了本发明实施例中变高度后裂缝形态示意图。
图12示出了本发明实施例中变高度后接头示意图。
图中：1、搅拌罐；2、第一连通管道；3、调节阀门；4、渣浆泵；5、第二连通管道；6、电磁流量计；7、压力计；8、多裂缝模型；9、主裂缝；10、二级裂缝；11、三级裂缝；12、第三连通管道；13、回收罐；14、高速摄像机；15、接头；16、转角部分；17、水平部分；18、竖向滑动结构；19、密封条；20、亚克力板；21、外侧框架；22、螺栓；23、连接组件；24、卡槽；25、移动板；26、固定板；27、滑道；28、移动块；29、射孔；30、亚克力板连接角；31、入口阀门；32、亚克力条；33、清洗门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明典型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置，包括搅拌罐1、渣浆泵4、多裂缝模型8、回收罐13、高速摄像机14以及相应的配套结构。
多裂缝模型8具有主裂缝9、设置在主裂缝侧部的二级裂缝10以及设置在二级裂缝侧部的三级裂缝11。
如图1、图2所示，本实施例中，多裂缝模型8包括一条主裂缝9、三条二级裂缝10、一条三级裂缝11。搅拌罐1通过第一连通管道2与渣浆泵4连接，渣浆泵4通过第二连通管道5与多裂缝模型8连接，多裂缝模型8通过第三连通管道12与回收罐13连接。
裂缝均由至少一个模块组成且模块间的接头作为裂缝间连接的节点，各模块所形成的裂缝两端的高度均可调节。本实施例中，主裂缝9长3m，高0.3m，由四个模块组成，模块长0.75m，高0.3m。二级裂缝10长1m，高0.3m，由两个模块拼接而成，每块长0.5m，高0.3m。三条二级裂缝10将主裂缝9平均分为四段，第一条二级裂缝10中轴线距离主裂缝9入口0.75m，第二条二级裂缝10中轴线距离主裂缝9入口1.5m，第三条二级裂缝10中轴线距离主裂缝9入口2.25m。
三级裂缝11长0.5m，高0.3m，具有一个模块且长0.5m，高0.3m。三级裂缝11位于第一条二级裂缝10的中线处，距离二级裂缝10入口0.5m。
本实施例中各模块所形成的裂缝两端的高度均可调节，可形成不同的高度样式，两端可处于同一高度，或者两端不处于同一高度，能够适应不同的高度需求，满足不同现场要求，更加真实的模拟现场真实情况。
各模块由两侧板组件组成，两侧板组件上下各设置一连接组件23封闭形成裂缝结构，侧板组件端部均通过上下滑动调节裂缝两端高度。两侧板组件之间的间隙即为裂缝的宽度，连接组件23从侧板组件从上部和下部进行封闭形成两端开口的裂缝。连接组件23包括盖板组件且其设有安装侧板组件的卡槽24，侧板组件穿过卡槽24。如图8所示，连接组件23端部铰接竖向滑动结构18，竖向滑动结构18连接在外部框架上，可在框架上竖向滑动，并带动连接组件23端部上下移动。
例如，如图11所示，图示两连接组件23的左侧端部均未发生移动保持正常，在右侧端部，上方连接组件向下移动，下方连接组件向上移动，从而改变了裂缝的高度。为了保持高度调整后相邻裂缝的顺利对接，如图12所示，在接头上设置密封条19。
连接组件23在裂缝宽度方向上、裂缝长度方向上均可伸缩，侧板组件由两块交错搭接的板材组成。本实施例板材由透明的亚克力板20组成。
如图6、图7所示，盖板组件还包括固定板26和移动板25组成，固定板26上安装有滑道27，移动板25上安装有移动块28。通过从后向前拉动移动板25调节主裂缝9、二级裂缝10及三级裂缝11宽度。通过从左向右拉动移动板25调节主裂缝9、二级裂缝10及三级裂缝11长度，结合亚克力板连接角30调节主裂缝9、二级裂缝10及三级裂缝11高度。
接头为两通或三通结构，接头的端口间采用弹性材料过渡，可实现相邻裂缝间角度的任意调节，可根据实际情况选择不同的接头类型，并不要求全部采用带有弹性材料的接头，仅在有角度调节需求的地方设置即可。如图5所示，可以调节角度的接头15包括转角部分16和水平部分17，其中水平部分17正常装配在模块上，转角部分16则根据需要拉伸调整至设计角度。转角部分16是橡胶材料，通过转角部分16转动调节裂缝间角度。接头15与外侧框架21之间使用螺栓22连接。
本实施例设置的连接组件在纵向和横向上均可实现伸缩，与连接组件配合的侧板组件由两块交错搭接的板材组成，实现侧板组件跟随连接组件在纵向上的伸长，实现裂缝长度和宽度的调节。另外相邻的裂缝之间可以设置带有弹性材料的接头，实现相邻裂缝间角度调节需求。
如图2、图3、图4所示，多裂缝模型8的入口使用进水漏斗阀板，射孔29均匀分布在进水漏斗阀板整侧，射孔29为直径2mm和1mm的圆形，与外侧框架21之间使用螺栓22连接，方便安装拆卸。
如图2、图3、图4所示，进水漏斗阀板可拆卸，携砂液注入方式可由一侧全注入转换为射孔注射，对于射孔注射，可通过改变开启入口阀门31的个数进而改变射入位置。
如图2所示，主裂缝9、二级裂缝10和三级裂缝11两侧设有钢筋作为支架固定支撑。
如图2、图10所示，主裂缝9、二级裂缝10和三级裂缝11内壁间隔贴有亚克力条32，模拟迂曲裂缝。
如图2、图9所示，主裂缝9、二级裂缝10和三级裂缝11一侧设置有清洗门33，用密封条19进行密封固定。
如图1所示，搅拌罐1可变频调速，在第一连通管道2上安装有调节阀门3，可以控制排量。渣浆泵4通过第一连通管道2与搅拌罐1连接，可调节输出流量，在第二连通管道5上安装有调节阀门3与电磁流量计6。主裂缝9、二级裂缝10和三级裂缝11的出口侧均通过第三连通管道12与回收罐13连接，第三连通管道12上安装有调节阀门3与电磁流量计6。高速摄像机14位于多裂缝模型8中轴线正前方。
本实施例的模拟装置可有效模拟不同裂缝高度、裂缝宽度、分支裂缝角度、支撑剂粒径、支撑剂密度、压裂液粘度、携砂液排量、携砂液射入方式、射入位置等参数对裂缝内支撑剂运移及沙堤形态的影响，进而对现场压裂作业的支撑剂设计参数进行优化。
实施例二
本实施例提供了根据如实施例一所述支撑剂运移模拟装置的工作方法，包括以下步骤：
设计试验方案，根据现场施工中压裂缝的尺寸、泵注排量、施工砂比、支撑剂粒径、支撑剂密度等信息，计算试验中所需泵注排量、砂比，预估所需压裂液体积及支撑剂质量。
按顺序连接搅拌罐1、第一连通管道2、渣浆泵4、第二连通管道5、多裂缝模型8、第三连通管道12和回收罐13。
调整主裂缝9、二级裂缝10和三级裂缝11的缝宽、缝高、缝长至设计值，调整相邻裂缝至设计角度，根据试验方案安装多裂缝模型8的出、入口，梳理所有连通管道上的调节阀门3并检查试验装置的密封性，调整高速摄像机14的拍摄距离和角度，使整个多裂缝模型8完整出现在镜头内。
将前置液(向产层注入某种工作液(如压裂液、酸化液、堵水剂、防砂剂等)之前，注入井内的一种液体，在提高油气采收率中作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携砂液进入，本发明将清水作为前置液)注入到多裂缝模型8中，使其充满整个多裂缝模型8。
根据试验方案称取一定量的支撑剂，并将称好的支撑剂缓慢加入搅拌罐1中，开启搅拌罐1使支撑剂与压裂液(流体矿(气、汽、油、淡水、盐水、热水等)在开采过程中，为了获得高产而借用液体传导力(如水力等)压裂措施时所用的液体)混合。
开启渣浆泵4，进行渣浆泵4变频调速，观察第一连通管道2上的电磁流量计6，逐渐提高泵注排量至设计排量，保证携砂液(压裂液携带有一定浓度支撑剂的混合液体)流速稳定，同时开启高速摄像机14，观察并记录试验过程中支撑剂的铺置形态。
当观察到支撑剂堆积高度达到平衡高度后停泵，记录砂堤的最终形态。
用清水反复清洗多裂缝模型8，并将清洗出的支撑剂烘干。
使用图像分析工具Image J精确测量支撑剂铺置面积、平衡高度、砂堤前缘坡度、支撑剂运移水平距离等参数，分析不同裂缝高度、裂缝宽度、分支裂缝角度、支撑剂粒径、支撑剂密度、压裂液粘度、携砂液排量、携砂液射入方式、射入位置等参数对裂缝内支撑剂运移及沙堤形态的影响，进而对现场压裂设计参数进行优化。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，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、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置，其特征在于，包括多裂缝模型，其具有主裂缝、设置在所述主裂缝侧部的二级裂缝以及设置在所述二级裂缝侧部的三级裂缝，裂缝均由至少一个模块组成且模块间的接头作为裂缝间连接的节点，各所述模块所形成的裂缝两端的高度均可调节。
2.如权利要求1所述的一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置，其特征在于，各所述模块由两侧板组件组成，两所述侧板组件上下各设置一连接组件封闭形成裂缝结构，所述侧板组件端部均通过上下滑动调节裂缝两端高度。
3.如权利要求2所述的一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置，其特征在于，所述连接组件包括盖板组件且其设有安装所述侧板组件的卡槽，所述侧板组件穿过所述卡槽。
4.如权利要求3所述的一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置，其特征在于，所述连接组件在裂缝宽度方向上可伸缩。
5.如权利要求3所述的一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置，其特征在于，所述连接组件在裂缝长度方向上可伸缩，所述侧板组件由两块交错搭接的板材组成。
6.如权利要求5所述的一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置，其特征在于，所述板材由透明材质制成。
7.如权利要求3所述的一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置，其特征在于，所述连接组件端部铰接竖向滑动结构。
8.如权利要求1所述的一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置，其特征在于，所述接头为两通或三通结构，所述接头的端口间采用弹性材料过渡。
9.如权利要求1所述的一种适用于不同裂缝形式的支撑剂运移模拟装置，其特征在于，所述主裂缝、所述二级裂缝和所述三级裂缝内壁间隔贴有长条模拟迂曲裂缝。
10.根据如权利要求1-9任一项所述支撑剂运移模拟装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
调整主裂缝、二级裂缝和三级裂缝的宽度、高度、长度至设计值，调整相邻裂缝至设计角度；将前置液注入到多裂缝模型中，使其充满整个多裂缝模型；混合支撑剂与压裂液形成携砂液并注入多裂缝模型，开启高速摄像机，观察并记录试验过程中支撑剂铺置形态，当支撑剂堆积高度达到平衡高度后停止，记录砂堤的最终形态，清洗烘干支撑剂，分析不同裂缝形式和不同支撑剂对裂缝内支撑剂运移及沙堤形态的影响。
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| CN117328848A (zh) * | 2023-10-15 | 2024-01-02 | 东北石油大学 | 一种可调节多功能的支撑剂运移实验装置 |
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-
2023
- 2023-02-27 CN CN202310201149.5A patent/CN116182951A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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