CN116927746A - 加砂压裂模拟实验方法及实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种加砂压裂模拟实验方法及实验装置，涉及煤矿开采技术领域，用于解决相关技术的室内压裂物理模拟实验模拟精度与模拟结果可靠性不足的问题。该实验方法包括步骤：获取岩样，并将井筒安装于岩样的井口处；向岩样施加三向应力，以模拟井筒在地层岩体中的环境受力，三向应力包括三个方向相互正交的应力；将压裂液注入至井筒内，以清洁井筒；检测井筒的第一压力值，并在确定第一压力值等于第一压力阈值时，向井筒内注入第一混砂液，以模拟第一支撑剂的注入，其中，第一压力阈值对应于岩样的破裂压力；第一混砂液包括第一砂体和压裂液。提高了加砂压裂模拟实验与实际施工现场压裂条件的匹配度、模拟精度及模拟结果可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种加砂压裂模拟实验方法及实验装置。
背景技术
油气藏为地下储存着化石燃料的场所，也被称为储层，水力压裂技术对于储层的高效开发起到了重要作用，水力压裂的目标是在储层中形成有效的裂缝，然后通过向裂缝内注入支撑剂，扩张裂缝并使其具有足够的导流能力，以确保储层流体能流入与储层连通的井筒，进而通过井筒将储层流体开采出来。
相关技术中，采用室内压裂物理模拟实验来模拟不同地质和工程参数条件下水力压裂后储层裂缝形态的变化，从而了解水力裂缝起裂和扩展的动态规律。
然而，相关技术的室内压裂物理模拟实验中的压裂液参数缺乏支撑剂相关参数，与实际施工现场压裂条件的匹配度较低，模拟精度与模拟结果可靠性不足。
发明内容
本发明提供一种加砂压裂模拟实验方法及实验装置，以提高加砂压裂模拟实验与实际施工现场压裂条件的匹配度、模拟精度及模拟结果可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种加砂压裂模拟实验方法，其包括以下步骤：
获取岩样，并将井筒安装于所述岩样的井口处；
向所述岩样施加三向应力，以模拟所述井筒在地层岩体中的环境受力，所述三向应力包括三个方向相互正交的应力；
将压裂液注入至所述井筒内，以清洁井筒；
检测所述井筒的第一压力值，并在确定所述第一压力值等于第一压力阈值时，向所述井筒内注入第一混砂液，以模拟第一支撑剂的注入，其中，所述第一压力阈值对应于所述岩样的破裂压力；所述第一混砂液包括第一砂体和所述压裂液。
本发明至少具备如下有益效果：
通过用于携砂的实验装置对支撑剂和压裂液进行定量混合，并将混合均匀的混砂液通过注液管线注入岩样来产生水力支撑裂缝，控制支撑剂相关参数变化，实现不同加砂强度和加砂类型下的压裂物理模拟实验，以研究不同类型、粒径和浓度的支撑剂在水力裂缝内的运移铺置规率，以及，支撑剂的性质对水力裂缝形态和支撑裂缝导流能力的影响，实现了对于采矿施工现场支撑剂在水力裂缝内的分布情况的模拟，使室内压裂物模实验更加贴近现场压裂施工，综合提高了采矿施工现场水力压裂施工的模拟准确性。在一种可能的实现方式中，所述第一压力阈值为所述第一压力值随所述压裂液的注入量的增大而下降预设值时所对应的压力值。
在一种可能的实现方式中，所述向所述井筒内注入第一混砂液，具体包括：
当所述第一压力值随所述混砂液的注入在预设时长内的变化量小于或等于预设变化量时，停止所述第一混砂液的注入，并向所述井筒内注入第二混砂液，以模拟第二支撑剂的注入，所述第一支撑剂和所述第二支撑剂的种类和/或粒径不同，其中，所述第一预设时长的范围为20-60秒，所述预设变化量的范围为0.5-2Mpa；所述第二混砂液包括第二砂体和所述压裂液。
在一种可能的实现方式中，所述检测所述井筒的第一压力值，具体包括：以预设时间间隔采集所述第一压力值；
所述方法还包括：当所述第一压力值较前一个预设时间间隔对应的第一压力值的差值大于2Mpa时，停止向所述井筒内输送所述压裂液。
在一种可能的实现方式中，所述三向应力分别为施加于所述岩样表面的垂向应力、最大水平主应力和最小水平主应力，所述垂向应力、所述最大水平主应力和所述最小水平主应力两两相互正交。
在一种可能的实现方式中，所述向所述岩样施加三向应力具体包括：控制液压加载系统向所述岩样依次施加最小水平主应力、最大水平主应力和垂向应力，或者依次施加垂向应力、最小水平主应力和最大水平主应力。
第二方面，本发明提供一种实现第一方面任一技术方案所提供加砂压裂模拟实验方法的实验装置，其包括容纳室、液压加载系统、压力传感器、携砂装置、第一容器、驱动泵和控制器；
所述容纳室具有用于容置所述岩样的容纳腔，所述液压加载系统传动连接于所述容纳室，并被配置为向所述岩样加载三向应力；所述携砂装置连通于所述井筒，被配置为将所述砂体与所述压裂液混合以形成所述混砂液，以及将所述混砂液输送至所述井筒，所述第一容器连通于所述携砂装置，并用于储存所述压裂液；
所述压力传感器与所述井筒信号连接，并用于检测所述井筒的第一压力值；
所述驱动泵和所述压力传感器均和所述控制器电连接，且所述控制器被配置为控制所述驱动泵工作，以使所述驱动泵将所述容器内的所述压裂液输送至所述携砂装置。
在一种可能的实现方式中，所述携砂装置包括支撑座；
安装在所述支撑座上的混砂罐，所述混砂罐的相对两侧分别设有用于加入所述砂体的加砂口和用于导出所述混砂液的出砂口；
以及设置在所述混砂罐内的搅拌泵，所述搅拌泵用于使所述砂体和所述压裂液混合搅拌；
其中，所述出砂口连接有控制阀，所述控制阀具有第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口连通于所述出砂口，所述第二接口连通于所述容器，所述第三接口连通于所述井筒。
在一种可能的实现方式中，所述混砂罐为至少两个，所述混砂罐包括用于容置所述第一混砂液的第一混砂罐和用于容置所述第二混砂液的第二混砂罐。
在一种可能的实现方式中，还包括抵接于所述容纳室内侧壁和所述岩样侧表面之间的承压板。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例所提供的加砂压裂模拟实验方法的流程示意图；
图2为本发明实施例所提供的加砂压裂模拟实验方法中步骤S140所包括的具体步骤流程示意图；
图3为本发明又一实施例所提供的加砂压裂模拟实验方法的流程示意图；
图4为本发明实施例所提供的实验装置的结构示意图。
附图标记说明：
100-容纳室；
110-容纳腔；120-承压板；130-井筒；140-岩样；
200-携砂装置；
210-支撑座；220-第一混砂罐；230-第一搅拌泵；
221-第一加砂口；222-第一混砂口；223-第一入液口；224-第一出砂口；
240-第二混砂罐；250-第二搅拌泵；
241-第二加砂口；242-第二混砂口；243-第二入液口；244-第二出砂口；
300-液压加载系统；
310-油压泵组；320-液压缸；
400-压力传感器；
500-第一容器；
600-驱动泵；
700-控制阀；
710-第一六通阀；
711-第一进液口；712-第一出液口；713-第二出液口；
720-第二六通阀；730-井口阀门；
721-第二进液口；722-第三出液口；723-第四出液口；
800-管线组件；
810-第一管线；820-第二管线；830-第三管线；840-第四管线；850-第五管线；860-第六管线；
900-滑轮。
具体实施方式
正如背景技术所述，水力压裂技术对于地下油气的开采起到重要作用，相关技术采用室内压裂物理模拟实验来对水力压裂所产生的储层裂缝的物理形态变化进行模拟，其中，室内压裂物理模拟实验主要研究在压裂液的注入，不同地质和工程参数对裂缝形态的影响，地质和工程参数包括岩石的物性、构造特征、压裂液的粘度、排量和压裂工艺，以推断储层岩石的破坏机制，来了解水力裂缝起裂和扩展的动态规律。但是，在实际工程中，对地下储层进行水力压裂后，一般需向裂缝注入支撑剂来保障储层流体从储层内的导出，相关技术中的模拟缺乏支撑剂相关参数条件下对于水力裂缝的影响，存在着与实际施工现场压裂条件的匹配度较低，模拟精度与模拟结果可靠性不足的问题。
经发明人研究发现，出现这种问题的原因主要在于：相关技术中的压裂模拟实验仅采用不含支撑剂的压裂液进行压裂，无法研究不同类型、粒径以及浓度的支撑剂在裂缝内的分布规律，然而，在实际现场压裂施工过程中，支撑剂在水力压裂后的储层裂缝内的运移分布情况是衡量水力压裂效果的重要因素，相关技术模拟方法支撑剂相关参数的缺乏，使得该方法不能较好对应现场压裂施工条件，实验结果的可靠性较差，且无法研究支撑剂的在水力裂缝中的运移铺置规律，模拟实验的效果不佳。
针对上述技术问题，本发明实施例提供一种加砂压裂模拟实验方法及实验装置，通过用于携砂的实验装置对支撑剂和压裂液进行定量混合，并将混合均匀的混砂液通过注液管线注入岩样来产生水力支撑裂缝，控制支撑剂相关参数变化，实现不同加砂强度和加砂类型下的压裂物理模拟实验，以研究不同类型、粒径和浓度的支撑剂在水力裂缝内的运移铺置规率，以及，支撑剂的性质对水力裂缝形态和支撑裂缝导流能力的影响，实现了对于采矿施工现场支撑剂在水力裂缝内的分布情况的模拟，使室内压裂物模实验更加贴近现场压裂施工，综合提高了采矿施工现场水力压裂施工的模拟准确性。
为了使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
第一方面，结合图1，本发明实施例提供了一种加砂压裂模拟实验方法，包括以下步骤：
S110、获取岩样140，并将井筒130安装于岩样140的井口处，岩样140内设置有模拟井眼，用于模拟直井和水平井的压裂裂口，井筒130指水平井或直井等的从井口到井底的筒状四壁或空间。
S120、向岩样140施加三向应力，以模拟井筒130在地层岩体中的环境受力，三向应力包括三个方向相互正交的应力，具体地，结合图4，岩样140与液压加载系统300通过管线相连，液压加载系统300可用于向岩样140输出应力载荷。
S130、将压裂液注入至井筒130内，以清洁井筒130，并同时在井筒130内产生足够的前置压力，便于后续模拟过程的进行。
示例性地，结合图4，将配置好的压裂液倒入第一容器500内，连接好管线之后，打开驱动泵600，以一定的排量或恒定井口压力向井筒130内部注入压裂液，位于井口的压力传感器400实时监测井口的压力，根据井口压力变化进行下一步的实验操作。
需要说明的是，压裂液包括滑溜水或冻胶。
S140、检测井筒130的第一压力值，并在确定第一压力值等于第一压力阈值时，向井筒130内注入第一混砂液，以模拟第一支撑剂的注入，其中，第一压力阈值对应于岩样140的破裂压力；第一混砂液包括第一砂体和压裂液，支撑剂包括石英砂、陶粒和/或树脂包裹陶粒，可通过调控支撑剂的添加量，来形成不同砂比的混砂液。
支撑剂的粒径为20/40目、30/50目、40/70目、70/140目或140/200目，示例性地，第一支撑剂为40/70目石英砂，质量为10g，与压裂液混合形成的混砂液的砂比为6；支撑剂还可以为30/50目的石英砂，质量为20g，所形成混砂液砂比为12。
也就是说，结合图4，在向井筒130输送压裂液的过程中，靠近井口的压力传感器400实时检测井筒130所受压力，当井筒130的压力小于第一压力阈值时，继续向井筒130输送压裂液；当井筒130的压力升高至第一压力阈值时，开启第一混砂罐220的第一出砂口224阀门。可以理解的是，在实验过程中，可通过观察压力传感器400所输出压力值进一步被拟合的井口压力曲线，随着压裂液的注入，井口压力曲线上的井口压力值不变或突然下降时所对应的压力值为第一压力阈值。
需要说明的是，本步骤中，之所以在井筒130的压力升高至第一阈值后再开启第一混砂罐220的第一出砂口224阀门，是为了模拟施工现场泵注程序中注入前置液的过程，使前置压裂液充满井筒130和裂缝，为之后混砂液的注入提供基础，也同时能清洁井筒130，有助于提高液体的传递效率，并减少阻塞和污染的可能性。
可以理解的是，第一压力阈值即储层破裂压力的确定方式还包括根据岩石力学性质估算储层破裂压力，其中，所述岩石力学性质包括下述岩石力学性质中的至少一个：岩石抗张强度、岩石摩擦系数、岩石抗剪强度以及油藏压力。岩石抗张强度用于指示岩石试件在拉应力作用下破坏时，与拉力垂直的断面上的平均拉应力，这样，通过根据岩石力学性质估算储层破裂压力，进而利用储层破裂压力确定第一压力阈值，实现精确控制第一混砂罐220的第一出砂口224的出砂时机。
可以理解的是，还可通过第一压力值达到第一压力阈值后的变化来判定岩样140裂缝起裂阶段和扩展阶段，为进一步岩样140开裂机理研究作出奠基。
在一些实施例中，压裂液可以被预先染成与岩样140相异的颜色，便于对岩样140压裂后裂缝的延伸位置的判断。
作为一个例子，第一压力阈值为第一压力值随压裂液的注入量的增大而下降预设值时所对应的压力值，以更好地判断岩样140储层的开裂应力。
在可能的实施方式中，结合图2，S140包括子步骤S141、向井筒130内注入第一混砂液，具体包括：
当第一压力值随混砂液的注入在预设时长内的变化量小于或等于预设变化量时，停止第一混砂液的注入，并向井筒130内注入第二混砂液，以模拟第二支撑剂的注入，第一支撑剂和第二支撑剂的种类和/或粒径不同，其中，第一预设时长的范围为20-60秒，预设变化量的范围为0.5-2Mpa；第二混砂液包括第二砂体和压裂液。
也就是说，通过井口压力传感器400来监测井口压力变化，若获取的第一压力值变化量较小，则表明井口所受压力平稳，裂缝不再延伸，且第一支撑剂在裂缝内的堆积形态趋于稳定。此时，通过关闭第一混砂罐220的第一出砂口224的阀门，开启第二混砂罐240的第二出砂口244的阀门，来完成不同类型或不同粒径支撑剂的向井筒130内的输送切换，较好地模拟施工现场组合铺砂过程。
示例性地，结合图4，通过开启携砂装置200中的第一混砂罐220的出砂口阀门，使得第一砂体也即第一支撑剂与压裂液混合后进入压裂管线，岩样140破裂后其裂口被持续注入混砂液，加砂1min后，关闭第一混砂罐220的第一出砂口224阀门，开启第二混砂罐240的第二出砂口244阀门，使得第二砂体即第二支撑剂与压裂液混合后进入压裂管线，以完成不同类型或不同粒径支撑剂的泵注切换。
作为一种可能的实施例，结合图2，S140还包括子步骤S142、检测井筒130的第一压力值，具体包括：以预设时间间隔采集第一压力值，以便于实时监控井口的压力积蓄情况，为砂堵停泵的操作提供有效判据。
在更多的实施例中，结合图3，加砂压裂模拟实验方法还包括步骤S150、当第一压力值较前一个预设时间间隔对应的第一压力值的差值大于2Mpa时，停止向井筒130内输送压裂液，也就是说，当压力传感器400所显示的压力急剧升高后，停泵结束实验，以模拟砂堵情况。
需要说明的是，步骤S141中随着包含第二支撑剂的第二混砂液液连续不断地被运移到井筒130内岩样140的裂缝中，当缝内支撑剂充填完毕时，支撑剂无法通过缝口进入裂缝内部，于是在井筒130底部堆积，使井口阀门730处泵注压力持续升高，该情况可被视为发生砂堵，立即关停驱动系统而结束实验，例如，驱动系统包括驱动泵600。
在可能的实施方式中，三向应力分别为施加于岩样140表面的垂向应力、最大水平主应力和最小水平主应力，垂向应力、最大水平主应力和最小水平主应力两两相互正交，管线包括X轴液压管线、Y轴液压管线和Z轴液压管线，三者均设有阀门，首先将三向应力增加至水平最小主应力，关闭Z轴液压管线阀门；然后继续增加应力至水平最大主应力，关闭Y轴液压管线阀门；最后将应力增加至垂向应力，关闭X轴液压管线阀门。
另外一个例子中，向岩样140施加三向应力具体包括：控制液压加载系统300向岩样140依次施加最小水平主应力、最大水平主应力和垂向应力，可模拟垂向应力最大，水平最小和主应力最小的地层情况，或者，依次施加垂向应力、最小水平主应力和最大水平主应力，可模拟地层较浅导致垂向应力较小的情况。
例如，当垂向应力为10MPa，最大水平主应力为20MPa，最小水平主应力为15MPa时，应先施加垂向应力，再施加最小水平主应力，最后施加最大水平主应力。
可以理解的是，还可以根据实际地层的应力条件来调整三向应力的大小和加载顺序，使岩样140受力条件更贴近于地层实际情况，如此一来，提升了本发明实施例模拟方法与实际底层深度应力状况变化的适配性。
第二方面，本发明提供一种用于实现第一方面任一实施例所提供的加砂压裂模拟实验方法的实验装置，其包括容纳室100、液压加载系统300、压力传感器400、携砂装置200、第一容器500、驱动泵600、控制器以及用于传输介质的管线组件800，其中，容纳室100也即岩心室，被配置为压裂模拟实验的反应场所；管线组件800包括第一管线810、第二管线820、第三管线830、第四管线840、第五管线850和第六管线860。
如图4所示，液压加载系统300被配置为从两两正交的X轴、Y轴以及Z轴的三个方向给岩样140分别施加垂向应力、最大水平主应力和最小水平主应力，模拟地层的三相应力条件；压力传感器400用于实时监测压裂过程中岩样140的井口压力，即压力传感器400可同步采集压裂过程中的压力变化，待井筒130及连接在井筒130上的第六管线860充满压裂液后，井口压力开始上升，第一容器500也可被称为中间容器。
容纳室100具有用于容置岩样140的容纳腔110，液压加载系统300传动连接于容纳室100，并被配置为向岩样140加载三向应力；携砂装置200连通于井筒130，被配置为将砂体与压裂液混合以形成混砂液，以及将混砂液输送至井筒130，第一容器500连通于携砂装置200，并用于储存预先配置的压裂液；压力传感器400与井筒130信号连接，并用于检测井筒130的第一压力值；驱动泵600和压力传感器400均和控制器电连接，且控制器被配置为控制驱动泵600工作，以使驱动泵600将容器内的压裂液输送至携砂装置200。
作为一个例子，驱动泵600为双缸恒速恒压泵，即其具有恒速和恒压两种模式，可将混砂液以恒速和/或恒压模式注入岩样140井筒130内，利于模拟混砂液注入过程的变量调控。
又一个例子，液压加载系统300为液压伺服系统，使得在压裂实验过程中，利于保持岩样140的应力条件的加载稳定性，即利于维持三向应力的大小。
作为一种可能的实施方式，携砂装置200包括支撑座210；安装在支撑座210上的混砂罐，混砂罐的相对两侧分别设有用于加入砂体的加砂口和用于导出混砂液的出砂口；以及设置在混砂罐内的搅拌泵，搅拌泵用于使砂体和压裂液混合搅拌；其中，出砂口连接有控制阀，其具有第一接口、第二接口和第三接口，第一接口连通于出砂口，第二接口连通于容器，第三接口连通于井筒130。
需要说明的是，砂体即支撑剂，出砂口为混砂液的流出通道，混砂液通过出砂口与从第一容器500流出的压裂液混合后，通过管线被注入岩样140。
可以理解的是，支撑座210用于支撑并固定混砂罐和搅拌泵，另一些实施例中，支撑座210底部安装有滚动滑轮900，便于携砂装置200的移动。
作为一个例子，控制阀700包括三通阀门，三通阀门包括上阀门、侧阀门和下阀门，下阀门连通于第一容器500，为第一容器500内部压裂液提供流入通道，上阀门用于控制混砂罐内混砂液的流出，侧阀门用于控制混砂液通过管线向井筒130的注入，三通阀门内部为相连通的结构。
又一个例子中，第一容器500、第一混砂罐220、第二混砂罐240通过控制阀700连通于井筒130，即岩样140井口，控制阀700还包括第一六通阀710和第二六通阀720，混砂罐的出砂口均设有三通阀，三通阀的下端与第一六通阀710连通，三通阀的上端连通于混砂罐，三通阀的侧端连通于第二六通阀720。
使用时，在驱动泵600的驱动下，第一容器500内的压裂液通过管线进入第一进液口711，压裂液通过第一出液口712和第二出液口713流出，压裂液再通过管线进入第一混砂罐220和第二混砂罐240后再通过混砂罐出砂口所设的三通阀被注入第二六通阀720，最终被输送至岩样140井筒130内。
在可能的实施例中，结合图4，混砂罐为至少两个，混砂罐包括用于容置第一混砂液的第一混砂罐220和用于容置第二混砂液的第二混砂罐240，这样一来，多个混砂罐所形成的混砂罐组可实现不同类型、不同粒径的支撑剂的加入，完成组合加砂过程模拟。
示例性地，混砂罐的容积为1000mL，可通过控制向混砂罐内所加入支撑剂的质量，来实现与压裂液混合后的混砂液中砂比参数的调控。
本实施例中，第一混砂罐220具有第一加砂口221、第一混砂口222、第一入液口223和第一出砂口224，第一混砂罐220内设有第一搅拌泵230，第二混砂罐240具有第二加砂口241、第二混砂口242、第二入液口243和第二出砂口244，第二混砂罐240内设有第二搅拌泵250，第一六通阀710具有第一进液口711、第一出液口712和第二出液口713，第二六通阀720具有第二进液口721、第三出液口722和第四出液口723。
进一步，结合上述结构对本实施例中的实验装置实现加砂压裂模拟实验方法的工作原理进行描述：利用液压加载系统300中的油压泵组310和液压缸320的配合并通过载荷管线对岩样140三向应力加载完毕即步骤S110和S120后，开启双缸恒速恒压泵，将第一容器500内的压裂液，通过第一管线810注入到第一六通阀710的第一进液口711，该过程中，第一出液口712、第一入液口223、第一出砂口224、第二进液口721和第四出液口723保持开启，阀体其余开口的阀门保持关闭，以便于进行步骤S130压裂液的注入过程。
进一步地，对于步骤S140，当井口的第一压力值增加到第一压力阈值之后，开启第一混砂罐220的第一混砂口222，让第一混砂罐220内的混砂液和压裂液进一步混合形成第一混砂液，通过第四管线840和第六管线860，将第一混砂液注入到井筒130内岩样140的裂缝内，以完成步骤S140的第一混砂液的注入过程。
更进一步地，结合图2和图4，对于步骤S141进行描述，当井口压力平稳后，关闭第一六通阀710、第二六通阀720，开启第一六通阀710、第二六通阀720和第二混砂罐240的第二混砂口242、第二入液口243、第二出砂口244，让第二混砂罐240里的混砂液和压裂液混合形成第二混砂液，通过第三管线830、第五管线850和第六管线860，将第二混砂液注入到井筒130内岩样140的裂缝内，完成步骤S141第二混砂液的注入过程，从而模拟不同类型或不同粒径支撑剂的切换输送。
作为一个例子，还包括抵接于容纳室100内侧壁和岩样140侧表面之间的承压板120，承压板120设置于容纳室100和岩样140之间，避免岩样140和岩心室的直接接触，提高了液压加载系统300对于岩样140表面压力施加的均匀性。
在上述实施例的基础上，可以改进的是，承压板120设有凹槽，凹槽内安装有多个声发射探头，声发射探头被构造为采集岩样140压裂过程中所产生的声发射信号，便于多维度监测岩样140内的压裂情况，压裂情况包括裂纹萌生、裂纹扩展和失稳断裂。
在其他可能的实施方式中，实验装置还包括显示终端，控制器也即控制单元设置于显示终端中。
另一个例子中，实验装置包括真三轴水力压裂模拟系统。
可以理解的是，在第二方面所提供的实验装置在实现第一方面的实验方法时，包括以下操作：将岩样140放置在容纳室100内，用承压板120围住岩样140的六个面，通过液压加载系统300，由液压加载系统300中的油压泵组310泵出油流，通过三个方向的液压缸320和承压板120，向岩样140表面施加三向应力，井口压力传感器400通过实时监测岩样140井口的压力变化，可判定岩样140是否起裂，为加砂压裂时机提供基础。
第一容器500内被注入预先配置的压裂液，根据不同的实验方案要求，压裂液的类型不同，示例性地，压裂液可以为清水、滑溜水、活性水、刮胶或线性胶；当驱动泵600为双缸恒速恒压泵时，其可以恒定的排量或恒定的压力将第一容器500内的压裂液注入到井筒130内。
另一些实施例中，支撑座210为四腿支撑的支架，以防止实验过程中混砂罐发生晃动，且每条支撑腿的下部安装有滚动滑轮900，方便携砂装置200在地面沿任意方向的移动。
本发明实施例至少具备以下有益效果：
通过携砂装置将支撑剂和压裂液进行定量混合，并将混合均匀的混砂液通过管线注入岩样产生水力支撑裂缝，如此，在室内压裂物理模拟条件下可研究不同类型、粒径以及浓度的支撑剂的运移规律，以及支撑剂的性质对水力裂缝形态和支撑裂缝导流能力的影响，可以更加准确的模拟现场压裂施工泵注程序及支撑剂在水力裂缝内的分布情况，为实际压裂施工提供了技术指导，利于使水平井的每一个压裂段得到良性改造，从而利于形成高导流人工裂缝或缝网，为非常规油气藏开发实现了技术拓展。
不仅如此，本发明实施例提供的实验装置，特别地，其中的携砂装置结构简单、加工方便，能够被重复利用，节约了成本并简化了加砂压裂模拟实验的操作流程，提高了加砂压裂模拟实验的效率，所得实验结果能够为矿场加砂压裂的施工设计提供技术依据。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，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”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；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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种加砂压裂模拟实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取岩样，并将井筒安装于所述岩样的井口处；
向所述岩样施加三向应力，以模拟所述井筒在地层岩体中的环境受力，所述三向应力包括三个方向相互正交的应力；
将压裂液注入至所述井筒内，以清洁井筒；
检测所述井筒的第一压力值，并在确定所述第一压力值等于第一压力阈值时，向所述井筒内注入第一混砂液，以模拟第一支撑剂的注入，其中，所述第一压力阈值对应于所述岩样的破裂压力；所述第一混砂液包括第一砂体和所述压裂液。
2.根据权利要求1所述的模拟实验方法，其特征在于，所述第一压力阈值为所述第一压力值随所述压裂液的注入量的增大而下降预设值时所对应的压力值。
3.根据权利要求1或2所述的模拟实验方法，其特征在于，所述向所述井筒内注入第一混砂液，具体包括：
当所述第一压力值随所述混砂液的注入在预设时长内的变化量小于或等于预设变化量时，停止所述第一混砂液的注入，并向所述井筒内注入第二混砂液，以模拟第二支撑剂的注入，所述第一支撑剂和所述第二支撑剂的种类和/或粒径不同，其中，所述第一预设时长的范围为20-60秒，所述预设变化量的范围为0.5-2Mpa；所述第二混砂液包括第二砂体和所述压裂液。
4.根据权利要求3所述的模拟实验方法，其特征在于，所述检测所述井筒的第一压力值，具体包括：以预设时间间隔采集所述第一压力值；
所述方法还包括：当所述第一压力值较前一个预设时间间隔对应的第一压力值的差值大于2Mpa时，停止向所述井筒内输送所述压裂液。
5.根据权利要求1或2所述的模拟实验方法，其特征在于，所述三向应力分别为施加于所述岩样表面的垂向应力、最大水平主应力和最小水平主应力，所述垂向应力、所述最大水平主应力和所述最小水平主应力两两相互正交。
6.根据权利要求5所述的模拟实验方法，其特征在于，所述向所述岩样施加三向应力具体包括：控制液压加载系统向所述岩样依次施加最小水平主应力、最大水平主应力和垂向应力，或者依次施加垂向应力、最小水平主应力和最大水平主应力。
7.一种用于实现权利要求1-6任一项所述加砂压裂模拟实验方法的实验装置，其特征在于，包括容纳室、液压加载系统、压力传感器、携砂装置、第一容器、驱动泵和控制器；
所述容纳室具有用于容置所述岩样的容纳腔，所述液压加载系统传动连接于所述容纳室，并被配置为向所述岩样加载三向应力；所述携砂装置连通于所述井筒，被配置为将所述砂体与所述压裂液混合以形成所述混砂液，以及将所述混砂液输送至所述井筒，所述第一容器连通于所述携砂装置，并用于储存所述压裂液；
所述压力传感器与所述井筒信号连接，并用于检测所述井筒的第一压力值；
所述驱动泵和所述压力传感器均和所述控制器电连接，且所述控制器被配置为控制所述驱动泵工作，以使所述驱动泵将所述容器内的所述压裂液输送至所述携砂装置。
8.根据权利要求7所述的实验装置，其特征在于，所述携砂装置包括支撑座；
安装在所述支撑座上的混砂罐，所述混砂罐的相对两侧分别设有用于加入所述砂体的加砂口和用于导出所述混砂液的出砂口；
以及设置在所述混砂罐内的搅拌泵，所述搅拌泵用于使所述砂体和所述压裂液混合搅拌；
其中，所述出砂口连接有控制阀，所述控制阀具有第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口连通于所述出砂口，所述第二接口连通于所述容器，所述第三接口连通于所述井筒。
9.根据权利要求8所述的实验装置，其特征在于，所述混砂罐为至少两个，所述混砂罐包括用于容置所述第一混砂液的第一混砂罐和用于容置所述第二混砂液的第二混砂罐。
10.根据权利要求7-9任一项所述的实验装置，其特征在于，还包括抵接于所述容纳室内侧壁和所述岩样的侧表面之间的承压板。
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