CN116357283A - 立体压裂竞争注液模拟系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立体压裂竞争注液模拟系统及方法，立体压裂竞争注液模拟系统包括压裂井筒设备和压裂液注入设备，压裂井筒设备，包括多簇射孔井筒、射孔组件和多个分簇注液管道，多簇射孔井筒上开设有多个第一分簇射孔组，多个第一分簇射孔组沿多簇射孔井筒的高度方向依次间隔设置，并且每个第一分簇射孔组中均包括有多种射孔模式，并选用其中一种射孔模式安装射孔组件，多个分簇注液管道与多个第一分簇射孔组内的射孔组件一一对应连接，本发明可选择不同种射孔组件实现多种射孔模式进行对比实验，降低了制造成本，提高了实验效率，不同数量和不同类型的射孔组件可满足注液压裂实验的要求以实现不同方位角的射孔。

Description

立体压裂竞争注液模拟系统及方法

技术领域

本发明属于石油压裂施工技术领域，尤其涉及一种立体压裂竞争注液模拟系统及方法。

背景技术

我国非常规油气资源的开发潜力巨大，常规开发方式无法对非常规储层实现高效开发。油藏立体开发是以流体三维运移和驱动规律为基础，既考虑水平作用力对流体渗流的影响，又考虑垂直作用力对流体渗流的影响而建立起来的一种开发模式。此种开发模式不局限于一套层系、一套井网，而是将垂直井网与水平井网相结合，采用立体井网开发油藏，从而最大程度地提高油藏采出程度，实现高水平、高效益开发。它既适用于巨厚或者大倾角的砂岩油藏、页岩油藏，更适用于高角度裂缝发育的碳酸盐岩油藏、火山岩油藏和变质岩油藏。多层系立体开发的原则是：立体开发、分层实施、整体压裂、协同开采。在立体开发时，以三维地质模型以及储量分布模型为基础，结合地应力与天然裂缝研究技术，以整体压裂开发为目的，其包含的关键技术有：三维地层描述技术，地应力与天然裂缝研究技术，三维裂缝模拟技术，多层压裂技术，以及配套的压裂施工工艺技术等。

随着水力压裂在非常规油气领域的成功应用以及非常规油气开采难度的逐年增加，研究多簇射孔压裂的必要性逐渐增加，对多簇射孔压裂物理模拟实验的精确度提出了更高的要求。为了通过实验研究为现场压裂设计和施工方案提供有力的技术支撑，探究多簇射孔压裂过程中每簇流量对裂缝扩展形态的影响，水力压裂室内物理模拟实验需要提供更精确的簇内流量监测结果。传统的水力压裂实验难以实现不同方位角的射孔以及同时进行多种不同射孔模式的射孔。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷或不足，本发明提供了一种立体压裂竞争注液模拟系统，旨在解决在水力压裂实验过程中难以实现不同方位角的射孔以及同时进行多种不同射孔模式的射孔的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种立体压裂竞争注液模拟系统，其中，立体压裂竞争注液模拟系统包括压裂井筒设备和压裂液注入设备，压裂井筒设备，包括多簇射孔井筒、射孔组件和多个分簇注液管道，多簇射孔井筒上开设有多个第一分簇射孔组，多个第一分簇射孔组沿多簇射孔井筒的高度方向依次间隔设置，并且每个第一分簇射孔组中均包括有多种射孔模式，并选用其中一种射孔模式安装射孔组件，多个分簇注液管道与多个第一分簇射孔组内的射孔组件一一对应连接，压裂液注入设备用于分别向多个分簇注液管道注入压裂液。

在本发明实施例中，射孔组件包括射孔接头、射孔管以及具有不同种射孔模式的多种射孔模块，多簇射孔井筒的内侧对应每个第一分簇射孔组选用其中一种射孔模块进行安装，射孔模块形成有与分簇注液管道连通的分液空间，并且射孔模块的周侧开设有与分液空间连通的第二分簇射孔组，第二分簇射孔组中的第二分簇射孔与第一分簇射孔组中的部分第一分簇射孔对通设置，以形成相应的射孔模式的射孔孔眼，射孔接头安装于射孔孔眼内，射孔管与射孔接头连接并伸出多簇射孔井筒。

在本发明实施例中，射孔模块形成有供分簇注液管道穿过的穿线通道，分液空间环绕穿线通道设置。

在本发明实施例中，多簇射孔井筒的内壁上设置有沿高度方向延伸的导向件，射孔模块的外侧设置有可移动安装于导向件上的滑移件，导向件的下端对应第一分簇射孔组设置。

在本发明实施例中，射孔模式包括螺旋射孔、定面射孔和极限射孔，和/或，压裂井筒设备还包括射孔堵塞件，射孔堵塞件用于对剩余的射孔孔眼进行封堵。

在本发明实施例中，压裂液注入设备包括注入泵组、总压力监测装置、分管线、流量监测装置和分压力监测装置，注入泵组用于泵入压裂液，总压力监测装置安装于注入泵组的输出端并用于对注入泵组的总输出压力进行监测，分管线的数量为多个，多个分管线将多个分簇注液管道分别与注入泵组的输出端连接，多个分管线上均对应设置有流量监测装置和分压力监测装置，以分别用于对相应的分管线的分管流量和分管压力进行监测。

在本发明实施例中，压裂液注入设备还包括控制装置和控制阀，多个分管线上均设置有控制阀，控制装置分别与控制阀、流量监测装置和分压力监测装置通讯连接，控制装置用于根据每个分管线上的流量监测装置和分压力监测装置的检测数据对控制阀进行控制。

在本发明实施例中，控制装置被配置为执行自然流量分配实验方法，自然流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件；

控制控制阀完全打开；

接收流量监测装置和分压力监测装置的第一检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统进行压裂实验后的第一岩样裂缝形态；

根据第一检测数据和第一岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的压裂液自然分配数据。

在本发明实施例中，控制装置被配置为执行固定流量分配实验方法，固定流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件；

调整控制阀的开度以保持每条分管线的流量不变；

接收流量监测装置和分压力监测装置在控制阀多次开度调整后的第二检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统在控制阀多次开度调整进行压裂试验后的第二岩样裂缝形态；

根据第二检测数据和第二岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的最佳固定流量。

在本发明实施例中，控制装置被配置为执行缝口暂堵流量分配实验方法，缝口暂堵流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件；

控制一个分管线的控制阀关闭以及调整另外两个控制阀的开度；

接收总压力监测装置和分压力监测装置在控制阀多次开度调整后的第三检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统在不同的控制阀关闭进行压裂试验后的第三岩样裂缝形态；

根据第三检测数据和第三岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的缝口暂堵的最佳固定压力。

为了实现上述目的，本发明包括一种立体压裂竞争注液模拟方法，其中，立体压裂竞争注液模拟方法采用上述立体压裂竞争注液模拟系统，立体压裂竞争注液模拟方法包括自然流量分配实验方法，自然流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件；

控制控制阀完全打开；

接收流量监测装置和分压力监测装置的第一检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统进行压裂实验后的第一岩样裂缝形态；

根据第一检测数据和第一岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的压裂液自然分配数据。

在本发明实施例中，立体压裂竞争注液模拟方法还包括固定流量分配实验方法，固定流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件；

调整控制阀的开度以保持每条分管线的流量不变；

接收流量监测装置和分压力监测装置在控制阀多次开度调整后的第二检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统在控制阀多次开度调整进行压裂试验后的第二岩样裂缝形态；

根据第二检测数据和第二岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的最佳固定流量。

在本发明实施例中，立体压裂竞争注液模拟方法还包括缝口暂堵流量分配实验方法，缝口暂堵流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件；

控制一个分管线的控制阀关闭以及调整另外两个控制阀的开度；

接收总压力监测装置和分压力监测装置在控制阀多次开度调整后的第三检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统在不同的控制阀关闭进行压裂试验后的第三岩样裂缝形态；

根据第三检测数据和第三岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的缝口暂堵的最佳固定压力。

通过上述技术方案，本发明实施例所提供的立体压裂竞争注液模拟系统具有如下的有益效果：

当使用上述立体压裂竞争注液模拟系统时，由于包括压裂井筒设备和压裂液注入设备，压裂井筒设备包括多簇射孔井筒、射孔组件和多个分簇注液管道，多簇射孔井筒上开设有多个第一分簇射孔组，多个第一分簇射孔组沿多簇射孔井筒的高度方向依次间隔设置，其中每个第一分簇射孔组均可组成多种射孔模式，且每个第一分簇射孔组所对应的多簇射孔井筒内均可安装一个射孔组件，选用不同种类的射孔组件与第一分簇射孔配合能组合成不同的射孔模式，多个分簇注液管道与多个第一分簇射孔组内的射孔组件一一对应连接，相较于现有技术中采用单一的射孔组件实现单一的射孔模式进行注液压裂实验，本发明可选择不同种射孔组件实现多种射孔模式进行对比实验，降低了制造成本，提高了实验效率，不同数量和不同类型的射孔组件可满足注液压裂实验的要求以实现不同方位角的射孔。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明实施例中立体压裂竞争注液模拟系统的工作原理图；

图2是根据本发明实施例中压裂井筒设备的使用状态图；

图3是根据本发明实施例中压裂井筒设备的结构示意图；

图4是根据本发明实施例中多簇射孔井筒的结构示意图；

图5是根据图4的剖视图；

图6是根据本发明实施例中射孔模块的结构示意图；

图7是根据图6的剖视图；

图8是根据本发明实施例中压裂液注入设备的部分结构示意图。

附图标记说明

100 压裂井筒设备 101 多簇射孔井筒

102 射孔组件 103 射孔接头

104 射孔管 105 射孔模块

106 分簇注液管道 107 第一分簇射孔组

108 第二分簇射孔组 110 穿线通道

111 分液空间 112 导向件

113 滑移件 114 射孔堵塞件

200 压裂液注入设备 201 注入泵组

202 总压力监测装置 203 流量监测装置

204 分压力监测装置 205 分管线

206 控制阀 300 试样

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

我国非常规油气资源的开发潜力巨大，水力压裂是目前高效开发非常规油气资源最常用的储层改造工艺之一。油藏立体开发是以流体三维运移和驱动规律为基础，既考虑水平作用力对流体渗流的影响，又考虑垂直作用力对流体渗流的影响而建立起来的一种开发模式。此种开发模式不局限于一套层系、一套井网，而是将垂直井网与水平井网相结合，采用立体井网开发油藏，从而最大程度地提高油藏采出程度，实现高水平、高效益开发。它既适用于巨厚或者大倾角的砂岩油藏、页岩油藏，更适用于高角度裂缝发育的碳酸盐岩油藏、火山岩油藏和变质岩油藏。多层系立体开发的原则是：立体开发、分层实施、整体压裂、协同开采。在立体开发时，以三维地质模型以及储量分布模型为基础，结合地应力与天然裂缝研究技术，以整体压裂开发为目的，其包含的关键技术有：三维地层描述技术，地应力与天然裂缝研究技术，三维裂缝模拟技术，多层压裂技术，以及配套的压裂施工工艺技术等。

随着水力压裂在非常规油气领域的成功应用以及非常规油气开采难度的逐年增加，研究多簇射孔压裂的必要性逐渐增加，对多簇射孔压裂物理模拟实验的精确度提出了更高的要求。为了通过实验研究为现场压裂设计和施工方案提供有力的技术支撑，探究多簇射孔压裂过程中每簇流量对裂缝扩展形态的影响，水力压裂室内物理模拟实验需要提供更精确的簇内流量监测结果。传统的水力压裂实验难以实现不同方位角的射孔以及对不同簇内压裂液流量的控制。

基于此，本申请实施例提供了一种立体压裂竞争注液模拟系统，旨在解决在水力压裂实验过程中难以实现不同方位角的射孔以及对不同簇内压裂液流量的控制的技术问题。

下面参考附图描述根据本发明的立体压裂竞争注液模拟系统。

如图1至图4所示，在本发明的实施例中，提供一种立体压裂竞争注液模拟系统，其中，立体压裂竞争注液模拟系统包括：

压裂井筒设备100，包括多簇射孔井筒101、射孔组件102和多个分簇注液管道106，多簇射孔井筒101上开设有多个第一分簇射孔组107，多个第一分簇射孔组107沿多簇射孔井筒101的高度方向依次间隔设置，并且每个第一分簇射孔组107中均包括有多种射孔模式，并选用其中一种射孔模式安装射孔组件102，多个分簇注液管道106与多个第一分簇射孔组107内的射孔组件102一一对应连接；

压裂液注入设备200，用于分别向多个第一分簇注液管道106注入压裂液。

当使用上述立体压裂竞争注液模拟系统时，由于包括压裂井筒设备100和压裂液注入设备200，压裂井筒设备100包括多簇射孔井筒101、射孔组件102和多个分簇注液管道106，多簇射孔井筒101上开设有多个第一分簇射孔组107，多个第一分簇射孔组107沿多簇射孔井筒101的高度方向依次间隔设置，其中每个第一分簇射孔组107均可组成多种射孔模式，且每个第一分簇射孔组107所对应的多簇射孔井筒101内均可安装一个射孔组件102，选用不同种类的射孔组件102与第一分簇射孔配合能组合成不同的射孔模式，多个分簇注液管道106与多个第一分簇射孔组107内的射孔组件102一一对应连接，相较于现有技术中采用单一的射孔组件102实现单一的射孔模式进行注液压裂实验，本发明可选择不同种射孔组件102实现多种射孔模式进行对比实验，降低了制造成本，提高了实验效率，不同数量和不同类型的射孔组件102可满足注液压裂实验的要求以实现不同方位角的射孔。需要特别说明的是，本发明中可通过更换多簇射孔井筒101来改变相邻的两个第一分簇射孔组107的间距，以设计制造不同簇间距的多簇射孔井筒101实现密切割压裂，进一步地，多簇射孔井筒101射孔时固定于试样300中，试样300的材质以混凝土岩样为主，也可结合露头岩样或其他人造岩样，试样300中可预埋多个多簇射孔井筒101，并通过多根管线将多个多簇射孔井筒101与压裂液注入设备200相连，以得到更加全面的实验数据。

参见图3、图6和图7，在本发明实施例中，射孔组件102包括射孔接头103、射孔管104以及具有不同种射孔模式的多种射孔模块105，多簇射孔井筒101的内侧对应每个第一分簇射孔组107选用其中一种射孔模块105进行安装，射孔模块105形成有与分簇注液管道106连通的分液空间111，并且射孔模块105的周侧开设有与分液空间111连通的第二分簇射孔组108，第二分簇射孔组108中的第二分簇射孔与第一分簇射孔组107中的部分第一分簇射孔对通设置，以形成相应的射孔模式的射孔孔眼，即多簇射孔井筒101的第一分簇射孔组107同时拥有不同射孔模式布置，而射孔模块105只拥有一种射孔模式布置，射孔接头103安装于射孔孔眼内，射孔管104与射孔接头103连接并伸出多簇射孔井筒101。即通过更换具有不同射孔模式布置的第二分簇射孔组108的射孔模块105与第一分簇射孔组107、射孔接头103和射孔管104可组合出不同射孔模式的射孔孔眼，可以快速实现多种射孔模式的切换即提供立体压裂注液模拟实验的条件。

具体地，射孔接头103穿过多簇射孔井筒101的外壁并插入第二分簇射孔组108内，以使得射孔接头103将射孔模块105的分液空间111与多簇射孔井筒101外连通，射孔接头103形成有供射孔管104穿过的管路通道，射孔管104的外端位于多簇射孔井筒101外，射孔管104的内端插入射孔接头103的管路通道内。

参见图6和图7，在本发明的实施例中，射孔模块105形成有供分簇注液管道106穿过的穿线通道110，分液空间111环绕穿线通道110设置。即穿线通道110起到将分簇注液管道106约束于射孔模块105内的作用，环形布置的分液空间111使得开设在射孔模块105周侧的用于射孔的第二分簇射孔组108均能及时补充射孔所需的压裂液，以确保射孔压裂实验的正常进行。

具体地，穿线通道110为圆柱形通道且圆柱形通道与射孔模块105同轴心，以便于分簇注液管道106能顺利从射孔模块105的穿线通道110穿过，将穿线通道110与射孔模块105同轴心设计使得形成的分液空间111在各个方向具有相同的径向宽度，能够对连通于分液空间111上的多个射孔接头103提供相同的压裂液条件。

参见图5和图6，在本发明的实施例中，多簇射孔井筒101的内壁上设置有沿高度方向延伸的导向件112，射孔模块105的外侧设置有可移动安装于导向件112上的滑移件113，导向件112的下端对应第一分簇射孔组107设置。即射孔模块105通过导向件112移动至多簇射孔井筒101内的滑移件113末端，以实现第二分簇射孔与对应的第一分簇射孔的快速对接，可提高射孔模块105的安装效率和准确度。

具体地，导向件112为开设在多簇射孔井筒101内壁的滑槽，滑移件113为固定安装在射孔模块105外侧的滑块，滑槽的数量为三组且每组滑槽的末端分别与每组第一分簇射孔的位置相对应，每组滑槽的数量为两个且每组的两个滑槽关于多簇射孔井筒101轴心对称设置，射孔模块105上的滑块为对称设置的两个以配合对应的每组滑槽，能够提高射孔模块105在多簇射孔井筒101内的稳定性。

参见图3，在本发明的实施例中，射孔模式包括螺旋射孔、定面射孔和极限射孔，即相对应地，射孔模块105包括螺旋射孔模块、定面射孔模块和极限射孔模块，螺旋射孔模块上的第二分簇射孔组108与第一分簇射孔组107上对应的孔位连通可实现螺旋射孔，定面射孔模块上的第二分簇射孔组108与第一分簇射孔组107上对应的孔位连通可实现定面射孔，极限射孔模块上的第二分簇射孔组108与第一分簇射孔组107上对应的孔位连通可实现极限射孔。

在本发明的实施例中，压裂井筒设备100还包括射孔堵塞件114，射孔堵塞件114用于对剩余的射孔孔眼进行封堵。具体地，射孔堵塞件114相对与射孔接头103没有形成管路通道而是实心结构，以将多簇射孔井筒101上没有设置射孔管104的第一分簇射孔进行封堵，射孔堵塞件114与第一分簇射孔通过O型密封圈密封相连。具体地，当需要进行螺旋射孔时，在多簇射孔井筒101上能形成螺旋形结构的第一分簇射孔上安装射孔接头103和射孔管104，并将剩余的第一分簇射孔通过射孔堵塞件114封堵，以使得从射孔管104喷出的压裂液能够对岩样形成螺旋射孔，进一步地，当需要进行定面射孔时，在多簇射孔井筒101上能形成与多簇射孔井筒101平行、垂直以及成任意夹角的平面结构的第一分簇射孔上安装射孔接头103和射孔管104，并将剩余的第一分簇射孔通过射孔堵塞件114封堵，以使得从射孔管104喷出的压裂液能够对岩样形成定面射孔，更进一步地，当需要进行极限射孔时，改变多簇射孔井筒101上参与射孔的第一分簇射孔数量并安装射孔接头103和射孔管104，并将剩余的第一分簇射孔通过射孔堵塞件114封堵，以增大从射孔管104喷出的压裂液喷射强度，对岩样形成极限射孔。

参见图1、图2和图8，在本发明的实施例中，压裂液注入设备200包括注入泵组201、总压力监测装置202、分管线205、流量监测装置203和分压力监测装置204，注入泵组201用于泵入压裂液，总压力监测装置202安装于注入泵组201的输出端并用于对注入泵组201的总输出压力进行监测，分管线205的数量为多个，多个分管线205将多个分簇注液管道106分别与注入泵组201的输出端连接，多个分管线205上均对应设置有流量监测装置203和分压力监测装置204，以分别用于对相应的分管线205的分管流量和分管压力进行监测。即通过流量监测装置203和分压力监测装置204能够对流入每一条分簇注液管道106的流量及压力进行调控，以研究不同分簇注液管道106内不同大小的流量和压力对裂缝扩展形态的影响。

具体地，流量监测装置203包括设置在多条分管线205上用于监测每条分管线205内压裂液的流量大小的流量计，分压力监测装置204包括设置在多条分管线205上用于监测每条分管线205内压裂液的压力大小的压力计。

参见图1和图8，在本发明的实施例中，压裂液注入设备200还包括控制装置和控制阀206，多个分管线205上均设置有控制阀206，控制装置分别与控制阀206、流量监测装置203和分压力监测装置204通讯连接，控制装置用于根据每个分管线205上的流量监测装置203和分压力监测装置204的检测数据对控制阀206进行控制。即控制装置通过对流量监测装置203和分压力监测装置204等电信号的采集和计算以控制电控阀门的开度，从而实现对每条分簇注液管道106内流量和压力的动态调控。

参见图1、图3、图4和图8，在本发明的实施例中，控制装置被配置为执行自然流量分配实验方法，自然流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组107中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件102；

控制控制阀206完全打开；

接收流量监测装置203和分压力监测装置204的第一检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统进行压裂实验后的第一岩样裂缝形态；

根据第一检测数据和第一岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的压裂液自然分配数据。

当使用上述自然流量分配实验方法，即得到自然流量和压力状态与射孔模块105对岩样的射孔裂缝形态之间的关系。控制阀206完全开启不工作，仅监控每条分簇注液管道106内的流量和压力，结合压后岩样裂缝形态与流、压参数分析密切割压裂过程中各射孔簇压裂液流量的自然分配规律。

参见图1、图3、图4和图8，在本发明的实施例中，控制装置被配置为执行固定流量分配实验方法，固定流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组107中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件102；

调整控制阀206的开度以保持每条分管线205的流量不变；

接收流量监测装置203和分压力监测装置204在控制阀206多次开度调整后的第二检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统在控制阀206多次开度调整进行压裂试验后的第二岩样裂缝形态；

根据第二检测数据和第二岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的最佳固定流量。

当使用上述的固定流量分配实验方法，即得到不同的流量和压力状态与射孔模块105对岩样的射孔裂缝形态之间的关系，以确定分簇注液管道106内的最佳流量和压力大小，第二岩样裂缝形态最佳对应的第二检测数据为最佳固定流量。通过流量监测装置203与控制阀206的配合为各条分簇注液管道106设置固定的流量，量化分析不同方案下岩样的压裂效果，进而寻找密切割压裂最佳的簇间流量分配方案。

参见图1、图3、图4和图8，在本发明的实施例中，控制装置被配置为执行缝口暂堵流量分配实验方法，缝口暂堵流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组107中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件102；

控制一个分管线205的控制阀206关闭以及调整另外两个控制阀206的开度；

接收总压力监测装置202和分压力监测装置204在控制阀206多次开度调整后的第三检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统在不同的控制阀206关闭进行压裂试验后的第三岩样裂缝形态；

根据第三检测数据和第三岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的缝口暂堵的最佳固定压力。

当使用上述的缝口暂堵流量分配实验方法，先按照自然分配方法进行实验，当出现一个或多个分簇注液管道106的流量较大而其他分簇注液管道106的流量很小的情况时，减小流量较大的分簇注液管道106对应的分管线205上的控制阀206的开度，并施加一个人工阻力以模拟缝口暂堵施工，即控制不同的控制阀206关闭，使得对应的射孔模块105不进行射孔，根据剩余射孔模块105对岩样产生的第三岩样裂缝形态以及第三检测数据，以分析在固定压力条件下岩样裂缝与不同的控制阀206关闭之间关系。第三岩样裂缝形态最佳对应的第三检测数据为最佳固定压力。通过总压力监测装置202与分压力监测装置204为每条分簇注液管道106设置固定的井底和缝内压差，配合控制阀206模拟不同缝口暂堵效果下储层改造效果。

具体地，制样可以体现多层系，即采用不同配方的混凝土试样300，以模拟对不同物性储层的立体压裂开发工况，进一步地，试样300中可预埋多个多簇射孔井筒101，并通过多条管线与注入泵组201相连，制作多簇射孔井筒101时，可以通过改变多簇射孔井筒101的长度控制多簇射孔井筒101放置于试样300的层位，以模拟垂向多层立体开发工况，同时，通过改变多簇射孔井筒101间的相对位置，可以模拟不同井网、井距条件下，储层的立体压裂开发效果，更进一步地，通过控制多簇射孔井筒101与注入泵组201连接的分管线205上的控制阀206，可以研究不同井网在不同流量下对储层的整体改造效果，为工程实际中的立体开发方案编制提供可靠实验依据。

为了实现上述目的，本发明包括一种立体压裂竞争注液模拟方法，其中，立体压裂竞争注液模拟方法采用上述立体压裂竞争注液模拟系统，立体压裂竞争注液模拟方法包括自然流量分配实验方法，自然流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组107中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件102；

控制控制阀206完全打开；

接收流量监测装置203和分压力监测装置204的第一检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统进行压裂实验后的第一岩样裂缝形态；

根据第一检测数据和第一岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的压裂液自然分配数据。

当使用上述自然流量分配实验方法，即得到自然流量和压力状态与射孔模块105对岩样的射孔裂缝形态之间的关系。控制阀206完全开启不工作，仅监控每条分簇注液管道106内的流量和压力，结合压后岩样裂缝形态与流、压参数分析密切割压裂过程中各射孔簇压裂液流量的自然分配规律。

在本发明的实施例中，立体压裂竞争注液模拟方法还包括固定流量分配实验方法，固定流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组107中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件102；

调整控制阀206的开度以保持每条分管线205的流量不变；

接收流量监测装置203和分压力监测装置204在控制阀206多次开度调整后的第二检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统在控制阀206多次开度调整进行压裂试验后的第二岩样裂缝形态；

根据第二检测数据和第二岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的最佳固定流量。

当使用上述的固定流量分配实验方法，即得到不同的流量和压力状态与射孔模块105对岩样的射孔裂缝形态之间的关系，以确定分簇注液管道106内的最佳流量和压力大小，第二岩样裂缝形态最佳对应的第二检测数据为最佳固定流量。通过流量监测装置203与控制阀206的配合为各条分簇注液管道106设置固定的流量，量化分析不同方案下岩样的压裂效果，进而寻找密切割压裂最佳的簇间流量分配方案。

在本发明的实施例中，立体压裂竞争注液模拟方法还包括缝口暂堵流量分配实验方法，缝口暂堵流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组107中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件102；

控制一个分管线205的控制阀206关闭以及调整另外两个控制阀206的开度；

接收总压力监测装置202和分压力监测装置204在控制阀206多次开度调整后的第三检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统在不同的控制阀206关闭进行压裂试验后的第三岩样裂缝形态；

根据第三检测数据和第三岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的缝口暂堵的最佳固定压力。

当使用上述的缝口暂堵流量分配实验方法，先按照自然分配方法进行实验，当出现一个或多个分簇注液管道106的流量较大而其他分簇注液管道106的流量很小的情况时，减小流量较大的分簇注液管道106对应的分管线205上的控制阀206的开度，并施加一个人工阻力以模拟缝口暂堵施工，即控制不同的控制阀206关闭，使得对应的射孔模块105不进行射孔，根据剩余射孔模块105对岩样产生的第三岩样裂缝形态以及第三检测数据，以分析在固定压力条件下岩样裂缝与不同的控制阀206关闭之间关系。第三岩样裂缝形态最佳对应的第三检测数据为最佳固定压力。通过总压力监测装置202与分压力监测装置204为每条分簇注液管道106设置固定的井底和缝内压差，配合控制阀206模拟不同缝口暂堵效果下储层改造效果。

具体地，立体压裂竞争注液模拟系统实验的使用步骤为：

步骤一：将多个分簇注液管道106一一对应连接至射孔模块105上，并将射孔模块105从下到上依次沿多簇射孔井筒101内壁的滑槽放入多簇射孔井筒101中，并确保第二分簇射孔与第一分簇射孔的位置相对应；

步骤二：根据确定的射孔模式，将射孔接头103安装至对应的第一分簇射孔上，随后将射孔管104安装至射孔接头103上，射孔堵塞件114将剩余的第一分簇射孔封堵；

步骤三：将完成以上步骤的多簇射孔井筒101放入水泥模具中心位置中，并向模具中装入水泥直至试样300达到300mm×300mm×300mm的规格；

步骤四：侯凝，等待水泥完全凝固并包裹多簇射孔井筒101；

步骤五：将试样300放入真三轴水力压裂物理模拟实验系统中，安装压力板及压裂液注入设备200；

步骤六：将多簇注液管道与压裂液注入设备200相连；

步骤七：开启三向围压加载系统，对实验样品施加三向围压，尽量保持三向围压平衡加载；

步骤八：开启压裂液注入设备200，按照制定的实验方案注入预先调配的实验流体，并在计算机上记录压力-时间变化关系、每个分簇注液管道106中流量及压力分布情况；

步骤九：注入压力-时间曲线出现明显下降后，实验结束，先关闭压裂液注入设备200，操作围压加载泵组执行三向围压泄压操作，泄压完毕后，断开多簇注液管道与压裂液注入设备200的连接；

步骤十：将试样300移出真三轴水力压裂物理模拟实验系统，并破坏试样300，观察试样300形成的裂缝形态，结合计算机记录的每个分簇注液管道106中的流体流量及流体压力，分析裂缝形态与流量、压力分配情况的关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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发明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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种立体压裂竞争注液模拟系统，其特征在于，所述立体压裂竞争注液模拟系统包括：

压裂井筒设备(100)，包括多簇射孔井筒(101)、射孔组件(102)和多个分簇注液管道(106)，所述多簇射孔井筒(101)上开设有多个第一分簇射孔组(107)，多个所述第一分簇射孔组(107)沿所述多簇射孔井筒(101)的高度方向依次间隔设置，并且每个所述第一分簇射孔组(107)中均包括有多种射孔模式，并选用其中一种射孔模式安装所述射孔组件(102)，多个所述分簇注液管道(106)与多个所述第一分簇射孔组(107)内的所述射孔组件(102)一一对应连接；

压裂液注入设备(200)，用于分别向多个所述分簇注液管道(106)注入压裂液。

2.根据权利要求1所述的立体压裂竞争注液模拟系统，其特征在于，所述射孔组件(102)包括射孔接头(103)、射孔管(104)以及具有不同种所述射孔模式的多种射孔模块(105)，所述多簇射孔井筒(101)的内侧对应每个所述第一分簇射孔组(107)选用其中一种所述射孔模块(105)进行安装，所述射孔模块(105)形成有与所述分簇注液管道(106)连通的分液空间(111)，并且所述射孔模块(105)的周侧开设有与所述分液空间(111)连通的第二分簇射孔组(108)，所述第二分簇射孔组(108)中的第二分簇射孔与所述第一分簇射孔组(107)中的部分第一分簇射孔对通设置，以形成相应的所述射孔模式的射孔孔眼，所述射孔接头(103)安装于所述射孔孔眼内，所述射孔管(104)与所述射孔接头(103)连接并伸出所述多簇射孔井筒(101)。

3.根据权利要求2所述的立体压裂竞争注液模拟系统，其特征在于，所述射孔模块(105)形成有供所述分簇注液管道(106)穿过的穿线通道(110)，所述分液空间(111)环绕所述穿线通道(110)设置。

4.根据权利要求3所述的立体压裂竞争注液模拟系统，其特征在于，所述多簇射孔井筒(101)的内壁上设置有沿高度方向延伸的导向件(112)，所述射孔模块(105)的外侧设置有可移动安装于所述导向件(112)上的滑移件(113)，所述导向件(112)的下端对应所述第一分簇射孔组(107)设置。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的立体压裂竞争注液模拟系统，其特征在于，所述射孔模式包括螺旋射孔、定面射孔和极限射孔，和/或，所述压裂井筒设备(100)还包括射孔堵塞件(114)，所述射孔堵塞件(114)用于对剩余的所述射孔孔眼进行封堵。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的立体压裂竞争注液模拟系统，其特征在于，所述压裂液注入设备(200)包括注入泵组(201)、总压力监测装置(202)、分管线(205)、流量监测装置(203)和分压力监测装置(204)，所述注入泵组(201)用于泵入压裂液，所述总压力监测装置(202)安装于所述注入泵组(201)的输出端并用于对所述注入泵组(201)的总输出压力进行监测，所述分管线(205)的数量为多个，多个所述分管线(205)将多个所述分簇注液管道(106)分别与所述注入泵组(201)的输出端连接，多个所述分管线(205)上均对应设置有所述流量监测装置(203)和所述分压力监测装置(204)，以分别用于对相应的所述分管线(205)的分管流量和分管压力进行监测。

7.根据权利要求6所述的立体压裂竞争注液模拟系统，其特征在于，所述压裂液注入设备(200)还包括控制装置和控制阀(206)，多个所述分管线(205)上均设置有所述控制阀(206)，所述控制装置分别与所述控制阀(206)、所述流量监测装置(203)和分压力监测装置(204)通讯连接，所述控制装置用于根据每个所述分管线(205)上的所述流量监测装置(203)和分压力监测装置(204)的检测数据对所述控制阀(206)进行控制。

8.一种立体压裂竞争注液模拟方法，其特征在于，所述立体压裂竞争注液模拟方法采用根据权利要求7所述的立体压裂竞争注液模拟系统，所述立体压裂竞争注液模拟方法包括自然流量分配实验方法，所述自然流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组(107)中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件(102)；

控制控制阀(206)完全打开；

接收流量监测装置(203)和分压力监测装置(204)的第一检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统进行压裂实验后的第一岩样裂缝形态；

根据所述第一检测数据和所述第一岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的压裂液自然分配数据。

9.根据权利要求8所述的立体压裂竞争注液模拟方法，其特征在于，所述立体压裂竞争注液模拟方法还包括固定流量分配实验方法，所述固定流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组(107)中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件(102)；

调整控制阀(206)的开度以保持每条分管线(205)的流量不变；

接收流量监测装置(203)和分压力监测装置(204)在所述控制阀(206)多次开度调整后的第二检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统在所述控制阀(206)多次开度调整进行压裂试验后的第二岩样裂缝形态；

根据第二检测数据和所述第二岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的最佳固定流量。

10.根据权利要求8所述的立体压裂竞争注液模拟方法，其特征在于，所述立体压裂竞争注液模拟方法还包括缝口暂堵流量分配实验方法，所述缝口暂堵流量分配实验方法包括：

在多个第一分簇射孔组(107)中各选用其中一种射孔模式安装射孔组件(102)；

控制一个所述分管线(205)的控制阀(206)关闭以及调整另外两个控制阀(206)的开度；

接收总压力监测装置(202)和分压力监测装置(204)在所述控制阀(206)多次开度调整后的第三检测数据；

获取经立体压裂竞争注液模拟系统在不同的所述控制阀(206)关闭进行压裂试验后的第三岩样裂缝形态；

根据第三检测数据和所述第三岩样裂缝形态确定不同种射孔模式下的缝口暂堵的最佳固定压力。

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