CN116927747A - 一种模拟井下支撑剂沉降的实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模拟井下支撑剂沉降的实验装置及实验方法，所述实验装置包括混砂单元、井筒、裂缝单元和过滤单元，混砂单元的出口端通过管线连接在井筒的一端，井筒的侧壁上开设有若干个射孔，若干个射孔沿井筒的轴向分布；裂缝单元一端通过管线与若干个射孔相连通，另一端通过管线与过滤单元连通；井筒中相邻的两个射孔之间安装有水嘴，可将井筒分成多段以形成压降；压裂液与支撑剂可在混砂单元中混合后通入井筒，并通过射孔进入裂缝单元，裂缝单元可模拟支撑剂的沉降运移规律，过滤单元可对压裂液与支撑剂过滤。本发明可便捷调整缝宽及逼近角，模拟支撑剂在复杂裂缝中的沉降运移规律，也可模拟壁面粗糙度及滤失影响，优化实验效果。
Description
技术领域
本发明涉及压裂作业井下模拟实验技术领域，具体来讲，涉及一种模拟井下支撑剂沉降的实验装置及实验方法。
背景技术
水平井体积压裂是非常规储层开发的一种重要技术措施。通过体积压裂，会在储层中形成复杂裂缝网络，而支撑剂在复杂缝网内铺置形态直接关系到储层改造效果。另一方面，随着非常规储层压裂工艺由1.0到2.0转变，分段段长及簇数逐渐增加，为提升储层改造效果，暂堵工艺技术应用越来越广泛，而暂堵后的携砂液运移规律对评价暂堵效果、优化暂堵参数具有重要意义，因此，有必要形成一套综合评价支撑剂在复杂缝网内沉降运移规律及暂堵效果的评价方法，以为优化支撑剂类型及比例、暂堵参数等提供支撑。
现有技术中，可以用可视化支撑剂沉降运移实验装置模拟在裂缝不同位置处注入携砂液时，支撑剂在水力裂缝内支撑剂沉降运移规律，具体的，在裂缝注入端设置不同的孔眼，孔眼与管线相连接，管线与泵相连接，通过调整不同孔眼开启，实现携砂液在裂缝不同位置注入。水力裂缝宽度恒定，裂缝结构固定，主裂缝与分支缝通过铰链固定，在主裂缝上设置不同逼近角的分支缝以模拟逼近角对携砂液运移规律影响。
现有技术中，可以用模拟实验装置模拟暂堵球对射孔孔眼的封堵机制，具体的，根据具体射孔需求，在一水平或垂直圆管上设置不同的射孔孔眼，在圆管一侧与投球装置及泵注单元相连接，射孔孔眼与不同的管线相连接，投放暂堵球后，通过泵注单元泵入液体送暂堵球，模拟暂堵球对孔眼的封堵效果。
但是，现有的实验装置在模拟复杂缝网内携砂液运移时，不能实现缝宽及逼近角的调节，不能模拟水平井筒内携砂液运移规律及不同压裂簇间由于井筒摩阻导致的簇间分流差异，且无法同时实现暂堵球封堵机制及复杂缝网内支撑剂沉降运移规律实验研究，即无法模拟暂堵前后复杂缝网内支撑剂沉降运移规律。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种模拟井下支撑剂沉降的实验装置及实验方法，以解决现有技术中存在的实验装置无法实现缝宽及逼近角的调节，不能模拟水平井筒内携砂液运移规律及不同压裂簇间由于井筒摩阻导致的簇间分流差异，无法模拟暂堵前后复杂缝网内支撑剂沉降运移规律的技术问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种模拟井下支撑剂沉降的实验装置，所述实验装置包括混砂单元、井筒、裂缝单元和过滤单元，其中，混砂单元的出口端通过管线连接在井筒的一端，井筒的侧壁上开设有若干个射孔，若干个射孔沿井筒的轴向分布；裂缝单元的一端通过管线与若干个射孔相连通，裂缝单元的另一端通过管线与过滤单元连通；井筒中相邻的两个射孔之间都安装有水嘴，用于将井筒分成多段以形成压降；混砂单元能够将压裂液与支撑剂混合后通入井筒中，压裂液与支撑剂进入井筒后能够通过若干个射孔进入裂缝单元，裂缝单元用于模拟支撑剂的沉降运移规律，过滤单元用于对裂缝单元中流出的压裂液与支撑剂进行固液分离。
可选择地，所述模拟井下支撑剂沉降的实验装置还可包括暂堵球投放单元及泵注单元，暂堵球投放单元及泵注单元都通过管线连接在所述井筒的一端，暂堵球投放单元能够将暂堵球投放至所述井筒中，泵注单元能够向所述井筒中泵入液体以将暂堵球泵送至所述射孔处，暂堵球能够将所述射孔封堵以模拟对所述射孔的孔眼的封堵效果。
可选择地，所述裂缝单元可包括若干组裂缝，每组裂缝都至少包括两个第一裂缝段，两个第一裂缝段中的一个通过管线与所述射孔连通，两个第一裂缝段中的另一个通过管线与所述过滤单元连通。
可选择地，所述裂缝还可包括第二裂缝段和第三裂缝段，第二裂缝段设置在两个第一裂缝段之间，第三裂缝段安装在所述第一裂缝段与第二裂缝段之间；第三裂缝段与所述第一裂缝段为直裂缝段，所述第二裂缝段为分支裂缝段。
可选择地，所述裂缝的侧壁上可开设有若干个滤失孔，每个滤失孔都能够利用胶塞封堵或放开，以改变所述裂缝的滤失量；所述裂缝的缝宽能够调节以模拟不同的裂缝宽度；所述裂缝的内壁上都形成有粗糙壁面，用于模拟真实裂缝的内壁。
可选择地，所述过滤单元可包括若干个过滤器，每个过滤器都包括过滤箱体、滤网、过滤管道和测量皿，滤网设置在过滤箱体中，过滤管道安装在过滤箱体的下端，测量皿安装在过滤管道的下方；所述裂缝单元中流出的压裂液与支撑剂能够流入过滤器中进行固液分离，固体部分能够被留在滤网上，液体部分能够沿过滤管道流入测量皿中被测量。
可选择地，所述裂缝的侧壁可由透明有机玻璃板制成，所述粗糙壁面采用拓印工艺制成，拓印工艺包括在有机玻璃板的内壁均匀涂抹硅树脂，再用真三轴大物模实验形成的页岩裂缝壁面在硅树脂上拓印，形成所述粗糙壁面。
可选择地，所述实验装置还可包括测量单元，测量单元包括相机、秒表、刻度线、称，相机用于记录实验时所述裂缝单元中沙堤形成过程和铺置状态；秒表用于记录试验时间以计算沉降速度；刻度线设置在所述裂缝单元的外壁，用于描述所述裂缝单元中的沙堤形态；称用于对所述过滤单元中收集的固体称重测量。
可选择地，所述混砂单元与井筒之间的管线上可安装有流量计，流量计用于对输入至井筒中的压裂液和支撑剂的流量进行测量。
本发明另一方面提供了一种模拟井下支撑剂沉降的实验方法，所述实验方法采用如上所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置，所述实验方法包括配置压裂液和支撑剂，调整所述实验装置的参数，向所述实验装置中注入清水进行装置清洁度和气密性试验；在所述混砂单元中将压裂液和支撑剂混合，按照设计排量泵入所述井筒及裂缝单元中；观察所述井筒及裂缝单元内支撑剂沉降运移过程，观察支撑剂铺置状态，记录实验数据，完成模拟实验。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
1、本发明的模拟井下支撑剂沉降的实验装置及实验方法可以实现更便捷的调整裂缝缝宽及逼近角，模拟暂堵前后支撑剂在井筒、不同缝宽及逼近角复杂裂缝中的沉降运移规律，且本装置同时考虑了壁面粗糙度及滤失影响，更能真实模拟现场状况，提高实验效果，对优化非常规储层改造施工方案设计具有重要指导意义。
2、本发明的模拟井下支撑剂沉降的实验装置及实验方法可更加真实的反映暂堵前后水平井井筒及压裂裂缝内支撑剂沉降运移情况及各簇间分流情况，可以考虑井筒射孔数量、簇间距、逼近角，主缝与分支缝间不同缝宽匹配对支撑剂沉降运移效果的影响，以及壁面粗糙度、滤失的影响，且实验装置中裂缝缝宽及逼近角调节模式较为简便。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明示例性实施例的模拟井下支撑剂沉降的实验装置示意图。
图2示出了本发明示例性实施例的模拟井下支撑剂沉降的实验装置中的第一裂缝段示意图。
图3示出了本发明示例性实施例的模拟井下支撑剂沉降的实验装置中的第二裂缝段示意图。
图4示出了本发明示例性实施例的模拟井下支撑剂沉降的实验装置中的第三裂缝段示意图。
图5示出了本发明示例性实施例的模拟井下支撑剂沉降的实验装置中的过滤器的结构示意图。
图6示出了真三轴大物实验获取的裂缝壁面示意图。
图7示出了本发明示例性实施例的模拟井下支撑剂沉降的实验装置中基于裂缝壁面拓印的粗糙裂缝壁面示意图。
附图标记说明：
1、混砂单元，2、井筒，21、射孔，3、水嘴，4、裂缝单元，41、第一组裂缝，411、第一裂缝段，4111、滤失孔，4112、进液孔，412、第二裂缝段，42、第二组裂缝，43、第三组裂缝，44、第四组裂缝，441、第三裂缝段，5、过滤单元，51、过滤器，511、过滤箱体，512、滤网，513、过滤管道，514、测量皿，6、暂堵球投放单元，7、流量计。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的模拟井下支撑剂沉降的实验装置及实验方法。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
相关技术中的实验装置在模拟复杂缝网内携砂液运移时，不能实现缝宽及逼近角的调节，不能模拟水平井筒内携砂液运移规律及不同压裂簇间由于井筒摩阻导致的簇间分流差异，且无法同时实现暂堵球封堵机制及复杂缝网内支撑剂沉降运移规律实验研究，即无法模拟暂堵前后复杂缝网内支撑剂沉降运移规律。
基于此，本发明提供了一种模拟井下支撑剂沉降的实验装置及实验方法，所述实验装置包括混砂单元、井筒、裂缝单元和过滤单元，其中，混砂单元的出口端通过管线连接在井筒的一端，井筒的侧壁上开设有若干个射孔，若干个射孔沿井筒的轴向分布；裂缝单元的一端通过管线与若干个射孔相连通，裂缝单元的另一端通过管线与过滤单元连通；井筒中相邻的两个射孔之间都安装有水嘴，用于将井筒分成多段以形成压降；混砂单元能够将压裂液与支撑剂混合后通入井筒中，压裂液与支撑剂进入井筒后能够通过若干个射孔进入裂缝单元，裂缝单元用于模拟支撑剂的沉降运移规律，过滤单元用于对裂缝单元中流出的压裂液与支撑剂进行固液分离。
本发明的模拟井下支撑剂沉降的实验装置及实验方法可以实现更便捷的调整裂缝缝宽及逼近角，模拟暂堵前后支撑剂在井筒、不同缝宽及逼近角复杂裂缝中的沉降运移规律，且本装置同时考虑了壁面粗糙度及滤失影响，更能真实模拟现场状况，提高实验效果，对优化非常规储层改造施工方案设计具有重要指导意义。
示例性实施例1
本示例性实施例提供了一种模拟井下支撑剂沉降的实验装置。
图1示出了本发明示例性实施例的模拟井下支撑剂沉降的实验装置示意图；图2示出了本发明示例性实施例的模拟井下支撑剂沉降的实验装置中的第一裂缝段示意图；图3示出了本发明示例性实施例的模拟井下支撑剂沉降的实验装置中的第二裂缝段示意图；图4示出了本发明示例性实施例的模拟井下支撑剂沉降的实验装置中的第三裂缝段示意图；图5示出了本发明示例性实施例的模拟井下支撑剂沉降的实验装置中的过滤器的结构示意图；图6示出了真三轴大物实验获取的裂缝壁面示意图；图7示出了本发明示例性实施例的模拟井下支撑剂沉降的实验装置中基于裂缝壁面拓印的粗糙裂缝壁面示意图。
如图1至图7所示，本示例性实施例所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置可包括混砂单元1、井筒2、水嘴3、裂缝单元4和过滤单元5，其中，混砂单元1的出口端通过管线与井筒2的上端相连，井筒2的侧壁上开设有多个射孔21，具体地，例如射孔21的数量可为4个，多个射孔21可沿井筒2的轴向分布；裂缝单元4的一端通过管线分别与多个射孔21相连通，裂缝单元4的另一端通过管线与过滤单元5连通；水嘴3安装在井筒2上相邻的两个射孔21之间，可将井筒2分隔成多段，具体地，例如水嘴3的数量可为3个，可将井筒2分隔为4段；水嘴3可为可拆换水嘴，可通过拆换水嘴3改变水嘴3的内径，来调节井筒2各段之间的压降，从而模拟井筒的不同段(簇)间距造成的压力损失；但本发明不限于此，井筒2上射孔21以及井筒2中安装的水嘴3的数量可为其他任意数量，本发明对此不作具体限定。
混砂单元1能够将压裂液与支撑剂混合后通入井筒2中，压裂液与支撑剂进入井筒2后能够通过多个射孔21进入裂缝单元4中，裂缝单元4可用于模拟支撑剂的沉降运移规律，过滤单元5可用于对裂缝单元中流出的压裂液与支撑剂进行固液分离。
在本实施例中，所述模拟井下支撑剂沉降的实验装置还可包括暂堵球投放单元6及泵注单元(图中未示出)，暂堵球投放单元6及泵注单元都可通过管线连接在井筒2的一端，暂堵球投放单元6可将暂堵球投放至井筒2中，具体地，可通过控制暂堵球投放单元6上方的旋塞控制暂堵球投放单元6开启，投放暂堵球；泵注单元可向井筒2中泵入液体以将暂堵球泵送至射孔21处，暂堵球可将射孔21封堵从而模拟对射孔21的孔眼的封堵效果。
可选择地，混砂单元1可为圆筒状结构，支撑剂可通过混砂单元1上方的漏斗结构进入下方的圆筒内，压裂液可通过混砂单元1上的另一通道进入圆筒中，搅拌均匀后，由泵注单元以一定排量泵出并输入至井筒2中。
在本实施例中，裂缝单元4可包括多组裂缝，具体地，裂缝单元4中的裂缝的数量可为4组，每组裂缝都至少包括两个第一裂缝段411，也可根据需要安装第二裂缝段412，第二裂缝段412设置在两个第一裂缝段411之间，两个第一裂缝段411的其中之一可通过管线与射孔21连通，两个第一裂缝段411中的另一个可通过管线与过滤单元5连通。
可选择地，裂缝单元4可包括第一组裂缝41、第二组裂缝42、第三组裂缝43和第四组裂缝44；其中，第一组裂缝41由两个第一裂缝段411和一个第二裂缝段412对接构成，第二裂缝段412位于两个第一裂缝段411之间，具体地，两个第一裂缝段411都为直裂缝段，第二裂缝段412为分支裂缝段；连接在第二裂缝段412的上端的第一裂缝段411可通过管线与过滤单元5连接，连接在第二裂缝段412的下端的第一裂缝段411可通过管线与射孔21连接，第二裂缝段412的分支末端也可通过管线与过滤单元5连接。
第二组裂缝42的结构与第一组裂缝41相同，第二组裂缝42与第一组裂缝41中分支裂缝段的逼近角都可根据实际实验需要分别进行调节，使得第二组裂缝42中分支裂缝段的逼近角与第一组裂缝41中分支裂缝段的逼近角可相同也可不同，具体地，可根据实验需要在实验之前安装对应逼近角度的第二裂缝段412，使分支裂缝的逼近角满足实验需求；本发明对分支裂缝段的逼近角的角度不作具体限定。
第三组裂缝43可包括4个第一裂缝段、2个第二裂缝段和1个第三裂缝段，从图中可以理解为，第三组裂缝43是在第一组裂缝41和第二组裂缝42的基础上增加了一组裂缝的分支结构，可用于模拟实际井下复杂的裂缝结构，可使实验数据更接近实际的压裂作业；第三组裂缝43的下端可通过管线与射孔21连接，其他各分支的端部都可通过管线与过滤单元5连接。
第四组裂缝44可包括两个第一裂缝段、一个第二裂缝段和一个第三裂缝段441，第三裂缝段441也为直裂缝段，连接在第一裂缝段和第二裂缝段之间，可将裂缝的纵向长度延长，可模拟井下长裂缝结构，第四组裂缝44的下端可通过管线与射孔21连接，其他各分支的端部都可通过管线与过滤单元5连接；第三组裂缝43和第四组裂缝44的分支裂缝段的逼近角也可根据实验需要分别安装对应逼近角的分支裂缝段。
裂缝的进液孔4112可包括上中下三个进液孔，井筒2与裂缝可通过与不同的进液孔4112相连可以模拟不同注入位置对支撑剂沉降运移规律的影响。
本发明裂缝单元4中的裂缝数量、每组裂缝的具体结构、分支裂缝段的逼近角等参数均可根据实验需要调整和更换，例如可将裂缝调整为多级裂缝结构，逼近角参数的调整可通过更换对应逼近角度的分支裂缝段来实现，本发明对此不作具体限定。
在本实施例中，对于每组裂缝中的各个裂缝段，如第一裂缝段411、第二裂缝段412和第三裂缝段441，其侧壁上都开设有多个滤失孔4111，每个滤失孔4111都配有对应的胶塞用于将滤失孔封堵，将胶塞从滤失孔4111中取下后，可模拟裂缝的滤失，通过取下不同数量的胶塞打开对应数量的滤失孔4111，可改变滤失量。
可选择地，第一裂缝段411、第二裂缝段412和第三裂缝段441都可由透明有机玻璃板制成，有机玻璃板内表面涂盖一层等厚度透明玻璃胶，并利用真三轴大物模实验所获取的页岩裂缝壁面拓印，以形成与真实页岩储层水力裂缝粗糙度近似的壁面结构，可以更准确模拟粗糙壁面对支撑剂沉降运移规律影响；通过调节玻璃板上的螺栓，可以改变缝宽，模拟不同的裂缝宽度。井筒2与裂缝单元4间通过装在裂缝一端的不同的进液孔相连，模拟不同注入点对裂缝内支撑剂沉降运移规律的影响。
裂缝的玻璃板的上下两端可通过弹性橡胶密封，可通过螺栓固定，通过调节透明玻璃板四周的螺栓即可调节两块玻璃板的间距，即模拟裂缝系统的缝宽。
实验过程中，首先根据实验要求参数确定裂缝的缝宽及分支裂缝的逼近角的角度，根据需求调节裂缝单元4的支架的位置，支架可为铝合金支架(图中未示出)；分别在裂缝的透明有机玻璃板内壁上均匀涂抹一定厚度硅树脂，1小时后用真三轴大物模实验形成的页岩裂缝壁面在硅树脂上拓印，形成真实粗糙壁面；可使用弹性橡胶和螺栓固定裂缝两侧相对设置的两块玻璃板，玻璃板间缝宽可通过紧固螺栓调节，改变间距；各组裂缝可以通过分支裂缝段处的连接部件组合成所需多级复杂裂缝，并通过弹性高弹性丁基胶带固定密封；通过管线将裂缝出口处孔眼连接到过滤单元中的各个独立单元。
在本实施例中，过滤单元5可包括多个单独设置的过滤器51，可保证每个出口处流出的流体相区分，每个过滤器51都可包括过滤箱体511、滤网512、过滤管道513和测量皿514，滤网512设置在过滤箱体511中，过滤管道513安装在过滤箱体511的下端，测量皿514安装在过滤管道513的下方；从裂缝单元4中流出的压裂液与支撑剂可流入各个过滤器51中进行过滤实现固液分离，固体部分可被留在滤网512上，液体部分可沿过滤管道513流入测量皿514中被测量，测量皿514中的液体被测量后也可沿管线流入混砂单元1中与新加入的压裂液重新混合。
可选择地，过滤单元5还包括挡板和底部构件(图中未示出)，过滤单元5中设置挡板可将从一条管线流出的混合物与其他管线的混合物分隔开；过滤单元5的底部构件可将滤网512上滤除的固体颗粒收集在一起，同时底部构件可从过滤单元5中拆卸取出，从而固体颗粒的烘干和称量。
在本实施例中，本示例性实施例所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置还包括流量计7，流量计7安装在混砂单元1与井筒2之间的管线上，流量计7可用于对从混砂单元1中输入至井筒2中的压裂液和支撑剂的流量进行测量，以便于控制实验中混砂单元1向井筒2中的输入流量。
在本实施例中，本示例性实施例所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置还包括测量单元(图中未示出)，测量单元包括相机、秒表、刻度线、称，相机用于记录实验时裂缝单元4中沙堤形成过程和铺置状态；秒表用于记录实验时间从而可进一步计算沉降速度；刻度线均匀分布在裂缝单元4的外壁，用于描述裂缝单元4中的沙堤形态；称用于对过滤单元5中收集的固体称重测量。
示例性实施例2
本示例性实施例提供了一种模拟井下支撑剂沉降的实验方法。
本示例性实施例所述的模拟井下支撑剂沉降的实验方法可采用如示例性实施例1中所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置来完成。
本示例性实施例所述的模拟井下支撑剂沉降的实验方法可包括：
根据所需模拟的地层环境参数配置压裂液；
调整实验装置参数，主要包括水平井筒的射孔开启数量、裂缝宽度、分支裂缝段的逼近角、水嘴的直径、进液孔的位置等；
根据簇间距选择合理尺寸的水嘴；
准备支撑剂；
选择裂缝的进液孔与井筒连接，并关闭其余进液孔；
根据实验要求，调节裂缝宽度，并调节裂缝侧壁上滤失孔的开合量；
根据所模拟的裂缝形态，连接主裂缝及分支缝；
检查实验装置的清洁度及气密性，向实验装置中注入清水进行实验。若实验装置的清洁度不够则清理后在进行实验；若装置不密封，则确保密封后实验；若清洁且密封，则放空清水后实验。
在混砂单元中将压裂液与支撑剂均匀混合，由泵注单元按照设计排量泵入井筒及裂缝单元中；
观察水平井筒及裂缝内支撑剂沉降运移过程，观察支撑剂铺置状态，观察实验过程，记录实验现象；
停泵开启暂堵球投放单元上的旋塞投放一定数量的暂堵球后关闭旋塞，开启泵注单元将暂堵球送至射孔孔眼，观察暂堵球对射孔孔眼的封堵情况，注入携砂液继续观察暂堵后携砂液运移情况，利用测量单元对实验过程全程记录，直至完成模拟。
实验过程中可调整压裂液粘度、支撑剂浓度，观察砂堤展布情况，实验结束后，根据实验需求调整裂缝宽度、分支裂缝段的逼近角、水嘴的直径，同时清洗实验装置并准备下一组实验。
根据本发明，所用压裂液可为滑溜水压裂液、瓜胶压裂液或交联压裂液。所用支撑剂可为天然砂、陶粒、微粒径支撑剂等多类型支撑剂。实验过程中可采用不同粘度、不同支撑剂浓度分别观察支撑剂铺砂状况。
综上所述，本发明的模拟井下支撑剂沉降的实验装置及实验方法可以实现更便捷的调整裂缝缝宽及逼近角，模拟暂堵前后支撑剂在井筒、不同缝宽及逼近角复杂裂缝中的沉降运移规律，且本装置同时考虑了壁面粗糙度及滤失影响，更能真实模拟现场状况，提高实验效果，对优化非常规储层改造施工方案设计具有重要指导意义。
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (10)
1.一种模拟井下支撑剂沉降的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括混砂单元、井筒、裂缝单元和过滤单元，其中，
混砂单元的出口端通过管线连接在井筒的一端，井筒的侧壁上开设有若干个射孔，若干个射孔沿井筒的轴向分布；裂缝单元的一端通过管线与若干个射孔相连通，裂缝单元的另一端通过管线与过滤单元连通；井筒中相邻的两个射孔之间都安装有水嘴，用于将井筒分成多段以形成压降；
混砂单元能够将压裂液与支撑剂混合后通入井筒中，压裂液与支撑剂进入井筒后能够通过若干个射孔进入裂缝单元，裂缝单元用于模拟支撑剂的沉降运移规律，过滤单元用于对裂缝单元中流出的压裂液与支撑剂进行固液分离。
2.根据权利要求1所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置，其特征在于，所述模拟井下支撑剂沉降的实验装置还包括暂堵球投放单元及泵注单元，暂堵球投放单元及泵注单元都通过管线连接在所述井筒的一端，暂堵球投放单元能够将暂堵球投放至所述井筒中，泵注单元能够向所述井筒中泵入液体以将暂堵球泵送至所述射孔处，暂堵球能够将所述射孔封堵以模拟对所述射孔的孔眼的封堵效果。
3.根据权利要求1所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置，其特征在于，所述裂缝单元包括若干组裂缝，每组裂缝都至少包括两个第一裂缝段，两个第一裂缝段中的一个通过管线与所述射孔连通，两个第一裂缝段中的另一个通过管线与所述过滤单元连通。
4.根据权利要求3所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置，其特征在于，所述裂缝还包括第二裂缝段和第三裂缝段，第二裂缝段设置在两个第一裂缝段之间，第三裂缝段安装在所述第一裂缝段与第二裂缝段之间；第三裂缝段与所述第一裂缝段为直裂缝段，所述第二裂缝段为分支裂缝段。
5.根据权利要求3所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置，其特征在于，所述裂缝的侧壁上开设有若干个滤失孔，每个滤失孔都能够利用胶塞封堵或放开，以改变所述裂缝的滤失量；所述裂缝的缝宽能够调节以模拟不同的裂缝宽度；所述裂缝的内壁上都形成有粗糙壁面，用于模拟真实裂缝的内壁。
6.根据权利要求5所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置，其特征在于，所述裂缝的侧壁由透明有机玻璃板制成，所述粗糙壁面采用拓印工艺制成，拓印工艺包括在有机玻璃板的内壁均匀涂抹硅树脂，再用真三轴大物模实验形成的页岩裂缝壁面在硅树脂上拓印，形成所述粗糙壁面。
7.根据权利要求1所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置，其特征在于，所述过滤单元包括若干个过滤器，每个过滤器都包括过滤箱体、滤网、过滤管道和测量皿，滤网设置在过滤箱体中，过滤管道安装在过滤箱体的下端，测量皿安装在过滤管道的下方；所述裂缝单元中流出的压裂液与支撑剂能够流入过滤器中进行固液分离，固体部分能够被留在滤网上，液体部分能够沿过滤管道流入测量皿中被测量。
8.根据权利要求1所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括测量单元，测量单元包括相机、秒表、刻度线、称，相机用于记录实验时所述裂缝单元中沙堤形成过程和铺置状态；秒表用于记录试验时间以计算沉降速度；刻度线设置在所述裂缝单元的外壁，用于描述所述裂缝单元中的沙堤形态；称用于对所述过滤单元中收集的固体称重测量。
9.根据权利要求1所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置，其特征在于，所述混砂单元与井筒之间的管线上安装有流量计，流量计用于对输入至井筒中的压裂液和支撑剂的流量进行测量。
10.一种模拟井下支撑剂沉降的实验方法，其特征在于，所述实验方法采用权利要求1至9中任意一项所述的模拟井下支撑剂沉降的实验装置，所述实验方法包括配置压裂液和支撑剂，调整所述实验装置的参数，向所述实验装置中注入清水进行装置清洁度和气密性试验；在所述混砂单元中将压裂液和支撑剂混合，按照设计排量泵入所述井筒及裂缝单元中；观察所述井筒及裂缝单元内支撑剂沉降运移过程，观察支撑剂铺置状态，记录实验数据，完成模拟实验。
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|---|---|---|---|
| CN202311124431.4A CN116927747A (zh) | 2023-09-01 | 2023-09-01 | 一种模拟井下支撑剂沉降的实验装置及实验方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117489317A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-02-02 | 克拉玛依市白碱滩区(克拉玛依高新区)石油工程现场(中试)实验室 | 一种矿场级二氧化碳压裂液模拟实验装置及方法 |
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2023
- 2023-09-01 CN CN202311124431.4A patent/CN116927747A/zh active Pending
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| CN117489317A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-02-02 | 克拉玛依市白碱滩区(克拉玛依高新区)石油工程现场(中试)实验室 | 一种矿场级二氧化碳压裂液模拟实验装置及方法 |
| CN117489317B (zh) * | 2023-12-29 | 2024-03-22 | 克拉玛依市白碱滩区(克拉玛依高新区)石油工程现场(中试)实验室 | 一种矿场级二氧化碳压裂液模拟实验装置及方法 |
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