CN116378621B - 一种矿场级压裂全流程模拟实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种矿场级压裂全流程模拟实验装置及方法,模拟实验装置包括：实验岩样，包括具有一定延伸长度的主岩样基体，主岩样基体内部模拟构建出贯通的压裂主缝；加强钢板，紧贴在主岩样基体的各个外壁面上，相邻两个外壁面上的加强钢板之间进行焊接固定为一体结构；紧固装置，包括多个，沿主岩样基体的延伸长度方向均匀布置，所述实验岩样外壁面上加强钢板被夹持固定在紧固装置的紧固通槽内；应力监测装置，设置在所述实验岩样上且靠近所述紧固装置设置。本发明通过调节紧固装置的调节螺栓向实验岩样外壁面上施加模拟压应力，向实验岩样内部的压裂主缝内泵注压裂液进行压裂全流程模拟实验，设计出了更贴近实际情况的矿场级物理模拟实验装置。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，具体的涉及一种矿场级压裂全流程模拟实验装置及方法。
背景技术
随着非常规油气资源的勘探和开发，水力压裂相关技术成为油气开发领域的重要研究课题，自从水力压裂技术广泛应用以来，在针对水力压裂技术的物理模拟实验中，如何更好的模拟出真实储层环境从而使得压裂物理模拟实验的数据更加真实可靠一直是石油领域科研工作者的研究重点。在物理模拟实验的发展过程中，众多学者和工程师提出了诸如配制模拟地层水以尽可能还原储层液态环境、通过真三轴物理模拟实验以模拟储层应力环境、岩样老化处理以模拟储层岩样赋存状态等一系列模拟方法和改进措施，最大程度的还原储层真实应力环境以得到更加可靠的实验数据。但是，常规真三轴实验由于加载条件的限制，岩样一般都为规则的方形，而且三轴应力系统的硬件约束，导致岩样的尺寸大小非常有限，并且也难以进行压裂全流程模拟。
因此，如何更高程度的还原真实储层环境进行压裂物理模拟实验，以及如何实现压裂全流程模拟成为了领域内的研究难点。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为了能够更好的模拟出真实储层情况，实现压裂全流程模拟实验，研究水力压裂在实际储层中的压裂裂缝扩展规律、压裂液中支撑剂和/或暂堵剂运移规律以及压裂后裂缝的导流能力，本发明提出一种矿场级压裂全流程模拟实验装置及方法。具体地，采用了如下技术方案：
一种矿场级压裂全流程模拟实验装置，包括：
实验岩样，包括具有一定延伸长度的主岩样基体，主岩样基体内部模拟构建出贯通的压裂主缝；
加强钢板，紧贴在所述主岩样基体的各个外壁面上，相邻两个外壁面上的加强钢板之间进行焊接固定为一体结构；
紧固装置，包括多个，沿所述主岩样基体的延伸长度方向均匀布置，所述的紧固装置包括内部具有敞口紧固通槽的紧固夹板和安装在所述紧固夹板上的调节螺栓，所述实验岩样外壁面上加强钢板被夹持固定在紧固夹板的紧固通槽内，所述的调节螺栓安装在紧固夹板上且位于实验岩样的相对两侧；
应力监测装置，设置在所述实验岩样上且靠近所述紧固装置设置，用于监测实验岩样的外壁面上被施加的模拟压应力；
通过调节所述调节螺栓向实验岩样外壁面上施加模拟压应力，向实验岩样内部的压裂主缝内泵注压裂液进行压裂全流程模拟实验。
作为本发明的可选实施方式，所述的加强钢板根据主岩样基体的长度划分为多个加强钢板子模块，相邻两个加强钢板子模块的衔接处通过固联钢板进行焊接固定，所有加强钢板子模块拼接固定覆盖主岩样基体的整个延伸长度外壁面。
作为本发明的可选实施方式，所述的实验岩样包括与所述主岩样基体一体成型的分支岩样基体，所述分支岩样基体内部具有与所述压裂主缝贯通的压裂支缝，所述的加强钢板固定粘贴在所述分支岩样基体的外壁面上，相邻两个外壁面上的加强钢板之间进行焊接固定为一体结构，所述紧固装置固定安装在所述分支岩样基体外壁面上的加强钢板上。
作为本发明的可选实施方式，所述的实验岩样为通过岩样浇筑模具浇筑形成的一体式的人工岩样，所述的岩样浇筑模具包括用于浇筑只具有主岩样基体段的第一岩样浇筑模具和用于浇筑既具有主岩样基体段又具有分支岩样基体的第二岩样浇筑模具，将多个所述第一岩样浇筑模具和多个所述第二岩样浇筑模具进行拼接贯通后，进行浇筑工艺流程，各个岩样浇筑模具中的主岩样基体段一体成型形成主岩样基体，并在第二岩样浇筑模具对应成型形成分支岩样基体。
作为本发明的可选实施方式，所述的应力监测装置在进行人工岩样浇筑时被预置于岩样浇筑模具，在人工岩样完成浇筑工艺后被预置于主岩样基体和支岩样基体内，且应力监测装置的检测端在进行加强钢板粘贴时与加强钢板的内壁面保持接触。
作为本发明的可选实施方式，本发明的一种矿场级压裂全流程模拟实验装置,包括：
压裂泵注系统，用于向实验岩样内部的压裂主缝泵注压裂液，包括压裂泵车和进液管线，压裂泵车通过进液管线与所述压裂主缝的进液口连通；
压裂液回收系统，用于回收实验岩样内部的压裂液，包括储液罐、控制阀、抽吸泵和出液管线，所述压裂主缝、压裂支缝的出液口分别通过出液管线与储液罐连通，各个所述出液管线上分别设置控制阀和抽吸泵。
作为本发明的可选实施方式，所述紧固夹板的开口端和与开口端相对的封闭端分别安装调节螺栓，所述紧固夹板采用开口朝向同向的安装方式固定在所述实验岩样上。
本发明同时提供一种采用所述矿场级压裂全流程模拟实验装置进行的矿场级压裂全流程模拟方法,包括：
根据实验参数制备实验岩样；
在制备好的人工岩样外壁面上粘贴加强钢板，相邻两个外壁面上的加强钢板之间进行焊接固定为一体结构；
沿实验岩样的主岩样基体的延伸方向固定安装紧固装置，
通过调节紧固装置的调节螺栓，结合应力监测装置向实验岩样外壁面上施加模拟压应力，向实验岩样内部的压裂主缝内泵注压裂液进行压裂全流程模拟实验。
作为本发明的可选实施方式，
所述的矿场级压裂全流程模拟方法，包括：
打开压裂泵车，关闭出液管线上的控制阀，压裂泵车通过进液管线向实验岩样内部的压裂主缝泵注前置液，通过压裂泵车压力示数变化判断实验岩样被压开裂缝后，将前置液换为含有支撑剂的携砂液继续向实验岩样中泵注，泵注过程中保持调节螺栓施加应力不变，以模拟实际储层水力压裂过程；
观察压裂泵车仪表示数，当所述压裂泵车仪表示数在预设时间间隔内的降低幅度超过预设阈值时，则判定实验岩样已被压裂完成，关闭压裂泵车，打开出液管线上的控制阀，调节所述调节螺栓所施加应力，以模拟实际储层压裂液返排过程；
针对实验岩样进行剖分，观察并记录实验岩样内支撑剂颗粒分布情况。
作为本发明的可选实施方式，所述模拟实际储层压裂液返排过程之后还包括：
通过压裂泵车向实验岩样内部的压裂主缝泵注暂堵剂，进行暂堵模拟实验；
若所述主岩样基体的整个延伸长度外壁面由加强钢板子模块拼接固定覆盖，将拼接的加强钢板子模块编号后进行模块拆除，对拆开各编号加强钢板子模块进行导流能力测试，分析暂堵模拟实验后裂缝是否发生塌陷。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的实验岩样包括具有一定延伸长度的主岩样基体，主岩样基体的长度可达百米级，通过制备百米级长度的实验岩样以模拟真实储层岩心。进一步地，为了实现百米级长度的实验岩样的应力加载，本实施例通过加强钢板粘贴在所述主岩样基体的各个外壁面上，再将紧固装置紧固在加强钢板上，通过调节紧固装置的调节螺栓实现向实验岩样进行应力加载，以模拟储层闭合应力及对压裂后裂缝导流能力的测试。
基于相似准则，当物理模拟实验的样品尺寸与实际情况更为接近时，实验效果越好，所得结果也更为准确，因此，本发明提出了一种矿场级压裂全流程模拟实验装置及方法，在满足基础理论的前提下，设计出了更贴近实际情况的矿场级物理模拟实验装置。
因此，与现有技术相比，本实施例的一种矿场级压裂全流程模拟实验装置及方法的优势在于：
（1）实验岩样长度尺寸可达百米级别，物理模拟实验尺度更大，更加贴近现场真实储层尺度，所得实验数据更加准确可靠；
（2）利用紧固装置和高强度的调节螺栓结合的方式对实验岩样施加应力，应力施加设备简便，施加方式快捷；
（3）能够在较大尺度实验条件下对压裂全流程进行模拟，实验装置尺寸可根据实验需求进行调节；
（4）矿场级尺度下可根据实验需求，可进行模块化组装，压裂实验结束后可对含有实验岩样的相应模块进行导流能力测试。
附图说明
图1 本发明实施例一种矿场级压裂全流程模拟实验装置的结构原理示意图；
图2 本发明实施例矿场级导流室的侧面结构示意图；
图3 本发明实施例矿场级导流室多模块拼接的结构示意图；
图4 本发明实施例矿场级导流室的组装流程示意图；
图5 本发明实施例一种矿场级压裂全流程模拟实验方法的流程图。
附图标号说明：1-压裂泵车 2-紧固装置 3-主岩样基体 4-压裂主缝 5-应力监测装置 6-压裂支缝 7-控制阀 8-压裂液 9-加强钢板 10-储液罐 11-矿场级导流室进液口12-调节螺栓 13-矿场级导流室出液口 15-防倾倒支架 16-抽吸泵 17-1号加强钢板子模块 18-2号加强钢板子模块 19-模块衔接处 20-n号加强钢板子模块 21-密封树脂胶 22-固联钢板 23-紧固夹板 24-分支岩样基体 25-进液管线 26-出液管线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参见图1及图2所示，本实施例的一种矿场级压裂全流程模拟实验装置,包括：
实验岩样，包括具有一定延伸长度的主岩样基体3，主岩样基体3内部模拟构建出贯通的压裂主缝4；
加强钢板9，紧贴在所述主岩样基体3的各个外壁面上，相邻两个外壁面上的加强钢板9之间进行焊接固定为一体结构；
紧固装置2，包括多个，沿所述主岩样基体3的延伸长度方向均匀布置，所述的紧固装置2包括内部具有敞口紧固通槽的紧固夹板23和安装在所述紧固夹板23上的调节螺栓12，所述实验岩样外壁面上加强钢板9被夹持固定在紧固夹板23的紧固通槽内，所述的调节螺栓12安装在紧固夹板23上且位于实验岩样的相对两侧；
应力监测装置5，设置在所述实验岩样上且靠近所述紧固装置2设置，用于监测实验岩样的外壁面上被施加的模拟压应力；
通过调节所述调节螺栓12向实验岩样外壁面上施加模拟压应力，向实验岩样内部的压裂主缝4内泵注压裂液8进行压裂全流程模拟实验。
本实施例的实验岩样包括具有一定延伸长度的主岩样基体3，主岩样基体3的长度可达百米级，通过制备百米级长度的实验岩样以模拟真实储层岩心。进一步地，为了实现百米级长度的实验岩样的应力加载，参见图1、2及4所示，本实施例的一种矿场级压裂全流程模拟实验装置,应力监测装置被预置于主岩样基体3内，通过加强钢板9将主岩样基体3进行焊接封装，加强钢板9之间的接缝处用密封树脂胶密封，通过高强度的调节螺栓固定连接，实现紧固装置安装在加强钢板9上进行加固，最终组装形成矿场级导流室；通过调节紧固装置2的调节螺栓12实现向实验岩样进行应力加载，以模拟储层闭合应力及对压裂后裂缝导流能力的测试。
基于相似准则，当物理模拟实验的样品尺寸与实际情况更为接近时，实验效果越好，所得结果也更为准确，因此，本发明提出了一种矿场级压裂全流程模拟实验装置，可以在矿场级尺度下对水力压裂全流程进行模拟实验，也可根据实验需求，进行暂堵模拟实验，从而得出更贴近实际情况的水力压裂和暂堵的实验数据，为现场水力压裂和暂堵提供更加真实可靠的理论指导。因此，与现有技术相比，本实施例的一种矿场级压裂全流程模拟实验装置的优势在于：
（1）实验岩样长度尺寸可达百米级别，物理模拟实验尺度更大，更加贴近现场真实储层尺度，所得实验数据更加准确可靠；
（2）利用紧固装置和高强度的调节螺栓结合的方式对实验岩样施加应力，应力施加设备简便，施加方式快捷；
（3）能够在较大尺度实验条件下对压裂全流程进行模拟，实验装置尺寸可根据实验需求进行调节；
（4）矿场级尺度下可根据实验需求，可进行模块化组装，压裂实验结束后可对含有实验岩样的相应模块进行导流能力测试。
本实施例的实验岩样的长度尺寸根据实验需求确定，由岩样浇筑模具一体浇筑成型，虽然实验岩样可以一体浇筑成型，为了实现实验岩样外壁面上加强钢板9的安装，作为本实施例的可选实施方式，参见图3所示，所述的加强钢板9根据主岩样基体3的长度划分为多个加强钢板子模块，相邻两个加强钢板子模块的接处通过固联钢板进行焊接固定，所有加强钢板子模块拼接固定覆盖主岩样基体3的整个延伸长度外壁面。本实施例根据实验岩样主岩样基体3的长度，通过多个加强钢板子模块拼接实现主岩样基体3的整个延伸长度外壁面的覆盖安装，进一步为紧固装置2和应力监测装置的安装提供基础。
参见图3所示，由于实验岩样长度尺寸较长，本实施例的加强钢板子模块为1号加强钢板子模块17、2号加强钢板子模块18和n号加强钢板子模块20，加强钢板子模块之间的模块衔接处19的具体方式为，通过衔接处固联钢板22焊接固定在相邻两个加强钢板子模块上，再通过密封树脂胶21进行无缝密封，实现了加强钢板子模块之间的无缝衔接。
进一步地，作为本实施例的可选实施方式，本实施例实验岩样如有分支缝模拟需求可连同分支缝一同制备，这样制备的所述实验岩样包括与所述主岩样基体3一体成型的分支岩样基体24，所述分支岩样基体24内部具有与所述压裂主缝4贯通的压裂支缝6，所述的加强钢板9固定粘贴在所述分支岩样基体24的外壁面上，相邻两个外壁面上的加强钢板9之间进行焊接固定为一体结构，所述紧固装置2固定安装在所述分支岩样基体24外壁面上的加强钢板9上。这样，本实施例的矿场级压裂全流程模拟实验装置可以进行具有压裂支缝6的实验岩样的压裂全流程模拟实验。
作为本实施例的可选实施方式，本实施例所述的实验岩样为通过岩样浇筑模具浇筑形成的一体式的人工岩样，所述的岩样浇筑模具包括用于浇筑只具有主岩样基体段的第一岩样浇筑模具和用于浇筑既具有主岩样基体段又具有分支岩样基体的第二岩样浇筑模具，将多个所述第一岩样浇筑模具和多个所述第二岩样浇筑模具进行拼接贯通后，进行浇筑工艺流程，各个岩样浇筑模具中的主岩样基体段一体成型形成主岩样基体，并在第二岩样浇筑模具对应成型形成分支岩样基体。
需要说明的是，当实验岩样不具有压裂支缝压裂模拟实验需求时，可只通过第一岩样浇筑模具进行拼接浇筑出只具有主岩样基体的实验岩样。
应当为本领域技术人员所知悉的是，本实施例所述的实验岩样也可为根据实验参数以及长度尺寸要求基于矿场现场切割的自然岩样。
本实施例的第一岩样浇筑模具为长20m，高度为1m，宽为0.5m的立方体模具。本实施例的第二岩样浇筑模具为在立方体模具的基础上在加设45度角的立方体模具与之连接。
与此同时，本实施例所述的应力监测装置5在进行人工岩样浇筑时被预置于岩样浇筑模具，在人工岩样完成浇筑工艺后被预置于主岩样基体3和支岩样基体24内，且应力监测装置5的检测端在进行加强钢板9粘贴时与加强钢板9的内壁面保持接触。
参见图1、2及4所示，本实施例的一种矿场级压裂全流程模拟实验装置,应力监测装置被预置于主岩样基体3内，通过加强钢板9将主岩样基体3进行焊接封装，加强钢板9之间的接缝处用密封树脂胶密封，通过高强度的调节螺栓固定连接，实现紧固装置安装在加强钢板9上进行加固，最终组装形成矿场级导流室。
本实施例的一种矿场级压裂全流程模拟实验装置,包括：
压裂泵注系统，用于向实验岩样内部的压裂主缝泵注压裂液，包括压裂泵车1和进液管线25，压裂泵车1通过进液管线25与所述压裂主缝4的进液口连通；
压裂液回收系统，用于回收实验岩样内部的压裂液，包括储液罐10、控制阀7、抽吸泵16和出液管线26，所述压裂主缝4、压裂支缝6的出液口分别通过出液管线26与储液罐10连通，各个所述出液管线26上分别设置控制阀7和抽吸泵16。
参见图3所示，本实施例所述紧固夹板23的开口端和与开口端相对的封闭端分别安装调节螺栓12，所述紧固夹板23采用开口朝向同向的安装方式固定在所述实验岩样上。紧固装置2的紧固夹板23每个侧边均匀设置4个螺孔，每两个对向螺孔之间用高强度的调节螺栓12连接。紧固装置2采用开口朝向同向的排布方式，均匀的排列在实验岩样的外侧，且应力监测装置5与紧固装置2侧边中心点共线。
本实施例一种采用所述矿场级压裂全流程模拟实验装置包括防倾倒支架15, 防倾倒支架数量可根据实验岩样尺寸进行加设和去除。将制备好的实验岩样吊装至防倾倒支架15上，然后在实验岩样上加装紧固装置2。
本实施例提供了一种矿场级压裂全流程模拟实验装置，通过制备百米级长度的人工岩样以模拟真实储层岩心；通过制备矿场级导流室以模拟储层闭合应力及对压裂后裂缝导流能力的测试；通过压裂泵车向人工岩样中泵注压裂液以模拟真实储层压裂过程。
参见图5所示，本实施例同时提供一种采用所述矿场级压裂全流程模拟实验装置进行的矿场级压裂全流程模拟方法,包括：
根据实验参数制备实验岩样；
在制备好的人工岩样外壁面上粘贴加强钢板，相邻两个外壁面上的加强钢板之间进行焊接固定为一体结构；
沿实验岩样的主岩样基体的延伸方向固定安装紧固装置，
通过调节紧固装置的调节螺栓，结合应力监测装置向实验岩样外壁面上施加模拟压应力，向实验岩样内部的压裂主缝内泵注压裂液8进行压裂全流程模拟实验。
本实施例的一种矿场级压裂全流程模拟方法，实现水力压裂实验的过程包括：
打开压裂泵车，关闭出液管线上的控制阀，压裂泵车通过进液管线向实验岩样内部的压裂主缝泵注前置液，通过压裂泵车压力示数变化判断实验岩样被压开裂缝后，将前置液换为含有支撑剂的携砂液继续向实验岩样中泵注，泵注过程中保持调节螺栓施加应力不变，以模拟实际储层水力压裂过程；
观察压裂泵车仪表示数，当所述压裂泵车仪表示数在预设时间间隔内的降低幅度超过预设阈值时，则判定实验岩样已被压裂完成，关闭压裂泵车，打开出液管线上的控制阀，调节所述调节螺栓所施加应力，以模拟实际储层压裂液返排过程；
针对实验岩样进行剖分，观察并记录实验岩样内支撑剂颗粒分布情况。
本实施例的一种矿场级压裂全流程模拟方法,实现暂堵模拟实验的过程包括，所述模拟实际储层压裂液返排过程之后执行以下步骤：
通过压裂泵车向实验岩样内部的压裂主缝泵注暂堵剂，进行暂堵模拟实验；
若所述主岩样基体的整个延伸长度外壁面由加强钢板子模块拼接固定覆盖，将拼接的加强钢板子模块编号后进行模块拆除，对拆开各编号加强钢板子模块进行导流能力测试，分析暂堵模拟实验后裂缝是否发生塌陷。
本实施例一种矿场级压裂全流程模拟方法，在满足基础理论的前提下，设计出了更贴近实际情况的矿场级物理模拟实验方法，该方法也可针对压裂液返排、支撑剂运移、暂堵剂封堵等规律进行研究，本实施例一种矿场级压裂全流程模拟方法的提出为水力压裂全流程模拟实验提出了一种全新的思路与方法。
结合图5所示，作为本实施例一种矿场级压裂全流程模拟方法的具体实例，包括如下步骤：
（1）对室外实验场地进行布置，根据实验参数制备人工岩样，如有分支缝模拟需求可连同分支缝一同制备；
（2）按照如图4安装流程示意图安装各实验装置得到矿场级导流室；
（3）将制备好的人工岩样放入矿场级导流室并进行紧固操作；
（4）紧固装置向已放入人工岩样的矿场级导流室施加应力：结合应力监测装置，利用力矩扳手调节紧固装置上的高强度的调节螺栓使裂缝模拟装置所模拟应力环境达到实验要求应力值；
（5）打开压裂泵车，关闭出液口处控制阀，通过预置在人工岩样上的进液口泵注前置液，通过压裂泵车压力示数变化判断人工岩样被压开裂缝后，将前置液换为含有支撑剂的携砂液继续向人工岩样中泵注，泵注过程中保持高强度的调节螺栓施加应力不变，以模拟实际储层水力压裂过程；
（6）观察压裂泵车仪表参数变化以及应力监测装置示数，压力示数有明显改变后，紧固装置保持施加应力，关闭压裂泵车，一段时间后，打开出液口处控制阀，利用力矩扳手，调节高强度的调节螺栓所施加应力，以模拟实际储层压裂液（支撑剂）返排过程；
（7）根据实验需求，可在步骤（6）后注入暂堵剂，进行暂堵模拟实验；
（8）若有拼接，可将拼接的矿场级导流室编号后进行模块拆除，对拆开各编号模块进行导流能力测试，分析暂堵模拟实验后裂缝是否发生塌陷；
（9）完成步骤（6）后，或者完成步骤（7）和步骤（8）后，将含有人工岩样的矿场级导流室晾置一段时间，对所拼接各矿场级导流室及内部人工岩样进行对应编号，然后卸除高强度的调节螺栓，对所有矿场级导流室进行拆除；
（10）对人工岩样进行剖分，观察并记录岩样导流室内支撑剂颗粒分布情况或暂堵剂暂堵情况。
具体地，本实施例一种矿场级压裂全流程模拟方法：
首先，对实验场地进行布置，根据实验需求，岩样浇筑模具为长20m，高度为1m，宽为0.5m的立方体模具。
人工岩样浇筑完毕后，在岩样表面均匀涂抹密封树脂胶以粘贴5mm厚度的加强钢板9，各侧边钢板连接处进行高强度焊接，焊接完毕后并在接缝处均匀涂抹密封树脂胶。
根据人工岩样尺寸，选用侧边宽度为0.5m的紧固装置2，并在紧固装置2侧边以2×2排布方式均匀制备4个直径为100mm的调节螺孔。
将制备好的人工岩样吊装至防倾倒支架15上，然后在人工岩样上加装紧固装置2，紧固装置2排列方式采用开口朝向同向的方式，依次排布20个，加装完紧固装置2后在紧固装置2侧边安装高强度的调节螺栓，根据需要，可对矿场级导流室进行多模块拼接，一般可拼接5~6块，模块连接处使用密封树脂胶21进行无缝衔接。
含有人工岩样的矿场级导流室安装完毕后，矿场级导流室具有与人工岩样的压裂主缝4的进液口连通的矿场级导流室进液口11和分别与人工岩样的压裂主缝4、压裂支缝6的出液口分别连通的矿场级导流室出液口13，将压裂泵车1出液口与矿场级导流室进液口11进行连接，储液罐10液体入口经过抽吸泵16和控制阀7与矿场级导流室出液口13进行连接。
各设备连接完毕后，利用力矩扳手调节高强度的调节螺栓12，观察应力监测装置5示数，将应力调节至实验所需施加应力20MPa。
打开压裂泵车1，将含有支撑剂的压裂液以2m3/min的排量泵注入矿场级导流室，进行压裂模拟实验，实验时注意观测压裂泵车1的仪表示数，示数有明显下降，对压裂液进行加砂操作，泵注5-10min后，关闭压裂泵车1，间隔2-3h以模拟焖井，焖井结束后，调节高强度的调节螺栓12应力施加数值为25MPa，打开矿场级导流室出液口13处控制阀7，模拟压裂液和支撑剂返排。
模拟实验结束后，卸除高强度的调节螺栓12施加应力，移除紧固装置2，将人工岩样吊装至空场地，对裂缝模拟装置模块进行导流能力测试后，拆除岩样外壁加强钢板9，对人工岩样进行剖分，观察并记录人工岩样内部支撑剂颗粒分布情况，以分析模拟实验压裂效果的好坏。
本实施例一种矿场级压裂全流程模拟方法，在压裂模拟实验结束后，通过压裂泵车1以2m3/min的排量向模拟装置中注入暂堵剂，注入时观测并记录压裂泵车1仪表示数变化，当压裂泵车1仪表压力示数陡升时，持续注入5-10min后压力仍不下降，关闭压裂泵车1。
更换压裂泵车中溶液类型，以1m3/min的排量向模拟装置中注入解堵剂，注入时观测并记录压裂泵车1仪表示数变化，当压裂泵车1仪表压力示数突然下降时，关闭压裂泵车1，打开出液口处控制阀7，模拟暂堵剂返驱过程。
实验结束后，先对裂缝模拟装置模块进行导流能力测试，分析暂堵剂溶解后裂缝是否发生塌陷，分析完毕后再对人工岩样进行剖分，观察支撑剂运移/暂堵剂暂堵情况，根据暂堵剂封堵和解堵情况，结合所记录压裂泵车1仪表示数，对该类型暂堵剂进行性能评价。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种矿场级压裂全流程模拟实验装置,其特征在于，包括：
实验岩样，包括具有一定延伸长度的主岩样基体，主岩样基体内部模拟构建出贯通的压裂主缝，主岩样基体的长度达百米级，通过制备百米级长度的实验岩样以模拟真实储层岩心；
加强钢板，紧贴在所述主岩样基体的各个外壁面上，相邻两个外壁面上的加强钢板之间进行焊接固定为一体结构；
紧固装置，包括多个，沿所述主岩样基体的延伸长度方向均匀布置，所述的紧固装置包括内部具有敞口紧固通槽的紧固夹板和安装在所述紧固夹板上的调节螺栓，所述实验岩样外壁面上加强钢板被夹持固定在紧固夹板的紧固通槽内，所述的调节螺栓安装在紧固夹板上且位于实验岩样的相对两侧；
应力监测装置，设置在所述实验岩样上且靠近所述紧固装置设置，用于监测实验岩样的外壁面上被施加的模拟压应力；
通过调节所述调节螺栓向实验岩样外壁面上施加模拟压应力，向实验岩样内部的压裂主缝内泵注压裂液进行压裂全流程模拟实验；
所述的加强钢板根据主岩样基体的长度划分为多个加强钢板子模块，相邻两个加强钢板子模块的衔接处通过固联钢板进行焊接固定，所有加强钢板子模块拼接固定覆盖主岩样基体的整个延伸长度外壁面；
矿场级压裂全流程模拟实验装置包括，压裂泵注系统，用于向实验岩样内部的压裂主缝泵注压裂液，包括压裂泵车和进液管线，压裂泵车通过进液管线与所述压裂主缝的进液口连通。
2.根据权利要求1所述的一种矿场级压裂全流程模拟实验装置,其特征在于，所述的实验岩样包括与所述主岩样基体一体成型的分支岩样基体，所述分支岩样基体内部具有与所述压裂主缝贯通的压裂支缝，所述的加强钢板固定粘贴在所述分支岩样基体的外壁面上，相邻两个外壁面上的加强钢板之间进行焊接固定为一体结构，所述紧固装置固定安装在所述分支岩样基体外壁面上的加强钢板上。
3.根据权利要求2所述的一种矿场级压裂全流程模拟实验装置,其特征在于，所述的实验岩样为通过岩样浇筑模具浇筑形成的一体式的人工岩样，所述的岩样浇筑模具包括用于浇筑只具有主岩样基体段的第一岩样浇筑模具和用于浇筑既具有主岩样基体段又具有分支岩样基体的第二岩样浇筑模具，将多个所述第一岩样浇筑模具和多个所述第二岩样浇筑模具进行拼接贯通后，进行浇筑工艺流程，各个岩样浇筑模具中的主岩样基体段一体成型形成主岩样基体，并在第二岩样浇筑模具对应成型形成分支岩样基体。
4.根据权利要求3所述的一种矿场级压裂全流程模拟实验装置,其特征在于，所述的应力监测装置在进行人工岩样浇筑时被预置于岩样浇筑模具，在人工岩样完成浇筑工艺后被预置于主岩样基体和支岩样基体内，且应力监测装置的检测端在进行加强钢板粘贴时与加强钢板的内壁面保持接触。
5.根据权利要求2所述的一种矿场级压裂全流程模拟实验装置,其特征在于，包括：
压裂液回收系统，用于回收实验岩样内部的压裂液，包括储液罐、控制阀、抽吸泵和出液管线，所述压裂主缝、压裂支缝的出液口分别通过出液管线与储液罐连通，各个所述出液管线上分别设置控制阀和抽吸泵。
6.根据权利要求1-2任意一项所述的一种矿场级压裂全流程模拟实验装置,其特征在于，所述紧固夹板的开口端和与开口端相对的封闭端分别安装调节螺栓，所述紧固夹板采用开口朝向同向的安装方式固定在所述实验岩样上。
7.一种采用如权利要求1-6任意一项所述矿场级压裂全流程模拟实验装置进行的矿场级压裂全流程模拟方法,其特征在于，包括：
根据实验参数制备实验岩样；
在制备好的人工岩样外壁面上粘贴加强钢板，相邻两个外壁面上的加强钢板之间进行焊接固定为一体结构；
沿实验岩样的主岩样基体的延伸方向固定安装紧固装置，
通过调节紧固装置的调节螺栓，结合应力监测装置向实验岩样外壁面上施加模拟压应力，向实验岩样内部的压裂主缝内泵注压裂液进行压裂全流程模拟实验。
8.根据权利要求7所述的一种矿场级压裂全流程模拟方法,其特征在于，包括：
打开压裂泵车，关闭出液管线上的控制阀，压裂泵车通过进液管线向实验岩样内部的压裂主缝泵注前置液，通过压裂泵车压力示数变化判断实验岩样被压开裂缝后，将前置液换为含有支撑剂的携砂液继续向实验岩样中泵注，泵注过程中保持调节螺栓施加应力不变，以模拟实际储层水力压裂过程；
观察压裂泵车仪表示数，当所述压裂泵车仪表示数在预设时间间隔内的降低幅度超过预设阈值时，则判定实验岩样已被压裂完成，关闭压裂泵车，打开出液管线上的控制阀，调节所述调节螺栓所施加应力，以模拟实际储层压裂液返排过程；
针对实验岩样进行剖分，观察并记录实验岩样内支撑剂分布情况。
9.根据权利要求8所述的一种矿场级压裂全流程模拟方法,其特征在于，所述模拟实际储层压裂液返排过程之后还包括：
通过压裂泵车向实验岩样内部的压裂主缝泵注暂堵剂，进行暂堵模拟实验；
若所述主岩样基体的整个延伸长度外壁面由加强钢板子模块拼接固定覆盖，将拼接的加强钢板子模块编号后进行模块拆除，对拆开各编号加强钢板子模块进行导流能力测试，分析暂堵模拟实验后裂缝是否发生塌陷。
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