CN204419150U - 一种压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置,其特征在于,所述模拟装置包括用于储存及混合支撑剂和压裂液的混砂模块;及与所述混砂模块中的混砂单元(130)连通的可视化分支裂缝模块;其中,所述可视化分支裂缝模块包括主裂缝(210)和至少一条通过一过渡段(202)可开关地平行设置于所述主裂缝(210)侧面的分支裂缝(220),用以模拟具有分支裂缝的压裂裂缝。本实用新型将可视化分支裂缝模块设置成具有分支裂缝的压裂裂缝,可以更真实地反映支撑剂在地层中的沉降和铺置规律。
Description
技术领域
本实用新型涉及油气田开发研究技术领域,尤其涉及一种压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置。
背景技术
随着国内低渗透储层及致密油藏的不断增多,水力压裂技术越来越成为油气藏增产开发的重要技术手段。但是在压裂过程中支撑剂往往沉降在裂缝中底部导致裂缝上部没有支撑剂或者很少,影响裂缝有效支撑,从而影响裂缝导流能力及压后产量。因此在水力压裂中支撑剂在裂缝的铺置状态和沉降规律直接关系到水力压裂的压后产量。目前针对支撑剂在裂缝的铺置状态和沉降规律往往是通过压裂软件来优化,有很大局限。
而目前用于裂缝内支撑剂沉降规律和铺置规律的模拟装置主要有:
公开号为CN 103048431 A的中国专利申请,其公开了一种水力压裂支撑剂沉降及渗透率测试装置。一种水力压裂支撑剂沉降及渗透率测试装置主要是针对煤储层和通过示踪剂来测试压裂过程支撑剂运移,缺乏针对油气储层支撑剂沉降研究;同时示踪剂只能探测支撑剂沉降,缺乏支撑剂在裂缝中铺置状态测试。
授权公告号为CN 202494617 U的中国专利,其公开了一种缝内液体携砂模拟实验装置。缝内液体携砂模拟实验装置主要是支撑剂泵入透明平板裂缝模型和泵入平行板裂缝内的液体混合,然后分析裂缝中携砂液流动状态以及支撑剂在裂缝内的沉降,而现场施工往往是先混合形成携砂液之后在进入裂缝中;同时该装置裂缝的长度太小;泵注液体太少,只能测裂缝中携砂液流动状态以及支撑剂在裂缝内的沉降;不能对裂缝中支撑剂的分布测定。
中国石油大学设计了一套《大型可视平板裂缝模拟系统》。其主要可以模拟单一砂比的支撑剂沉降和铺置规律;缺乏连续变砂比的支撑剂沉降和铺置规律研究。
以上装置均只能模拟支撑剂在单裂缝中的沉降和铺置的规律,但页岩气储层属于裂缝性致密气藏,地层中存在天然的裂缝网络,水力压裂的过程中,形成的裂缝不是简单的双翼裂缝,而是非常复杂的裂缝网络。因此,以往模拟支撑剂在单条裂缝中输送的物理装置不能客观真实的反应地层中的实际情况,这就需要考虑具有分支裂缝的多裂缝物理装置。
实用新型内容
针对现有技术之不足,本实用新型提供了一种压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置。
一种压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置,其包括用于储存及混合支撑剂和压裂液的混砂模块;及与所述混砂模块中的混砂单元连通的可视化分支裂缝模块;其中,所述可视化分支裂缝模块包括主裂缝和至少一条通过一过渡段可开关地平行设置于所述主裂缝侧面的分支裂缝,用以模拟具有分支裂缝的压裂裂缝。
根据一个优选的实施方式,所述混砂模块还包括与所述混砂单元中的支撑剂通道连通的支撑剂供给单元;和与所述混砂单元中的压裂液通道通过动力泵连通的压裂液供给单元,并且在所述动力泵与所述压裂液通道之间设置有液体流量计。
根据一个优选的实施方式,所述混砂单元还包括携砂液通道,所述压裂液通道与所述支撑剂通道连通,所述携砂液通道通过两相流量计连通至所述可视化分支裂缝模块中的主裂缝,并且所述压裂液通道与所述支撑剂通道之间的夹角为30~60度。
根据一个优选的实施方式,所述压裂液通道的直径与所述携砂液通道的直径比为10:3,并且所述压裂液通道的直径沿压裂液流动的方向逐渐减小至所述携砂液通道的直径。
根据一个优选的实施方式,所述模拟装置还包括与所述可视化分支裂缝模块连通的过滤单元,所述过滤单元与所述混砂模块中的压裂液供给单元为相互连通的一体结构,使得所述混砂模块、所述可视化分支裂缝模块和所述过滤单元通过管道构成循环回路。
根据一个优选的实施方式,在所述可视化分支裂缝模块与所述过滤单元之间设置有接头,所述可视化分支裂缝模块中的主裂缝和分支裂缝分别与所述接头连通。
根据一个优选的实施方式,所述支撑剂供给单元包括储砂槽和加砂筒,所述储砂槽通过传送轮连通至所述加砂筒;所述加砂筒的出料端与所述混砂单元中的支撑剂通道连通;并且在所述储砂槽的下端设置有刮条,在所述加砂筒上设置有透明可视窗口。
根据一个优选的实施方式,所述动力泵为QBY-50型气动隔膜泵;所述液体流量计和所述两相流量计为电磁流量计。
根据一个优选的实施方式,所述主裂缝与所述过渡段的连接处设置有开关阀,用于对所述分支裂缝进行关闭和开启。
根据一个优选的实施方式,所述主裂缝的流动长度为3009mm,所述分支裂缝的流动长度为1874mm,所述主裂缝与所述分支裂缝的高度为300mm;并且所述主裂缝与所述分支裂缝的裂缝宽度可调,其调整范围为2~4mm。
本实用新型的有益效果在于:
1、将可视化分支裂缝模块设置成具有分支裂缝的压裂裂缝,可以更真实地反映支撑剂在地层中的沉降和铺置规律。
2、通过动力泵与支撑剂供给单元中传送轮来控制支撑剂与压裂液的混合比,能够完成精确控制混合砂比和实时变砂比作业,实现支撑剂与压裂液混合比的连续改变,从而更加真实优化压裂施工设计和优选支撑剂、支撑剂组合和压裂液粘度。
3、通过将主裂缝与分支裂缝的连接处设置成可关断的结构,使得本实用新型既可以模拟支撑剂在单条裂缝中沉降和铺置规律,又可以模拟支撑剂在具有分支裂缝的多裂缝中的沉降和铺置规律。
4、本实用新型动力泵与混砂单元相结合,使混砂单元在动力泵的作用下,能够在进口形成高速射流,并使砂液能够更均匀的混合,避免出现支撑剂在管线中堆集的现象。
5、在加砂筒上设置透明可视窗口,可以有效的监测加砂筒内的水位情况,有效的防止水满外溢。
6、在储砂槽的下端,增设矩形刮条,防止储砂槽内的支撑剂在进入传送轮的过程中发生堵塞,使支撑剂均匀顺利地进入传送轮。
附图说明
图1、图2是本实用新型的结构示意图;
图3是本实用新型可视化分支裂缝模块的装配示意图;
图4是本实用新型主裂缝和分支裂缝的连接结构示意图;
图5是本实用新型开关阀的结构示意图;
图6是本实用新型混砂单元的结构示意图;
图7是本实用新型支撑剂供给单元的结构示意图;和
图8是本实用新型压裂液供给单元与过滤单元的结构示意图。
附图标记列表
110:支撑剂供给单元 120:压裂液供给单元 130:混砂单元
111:储砂槽 112:加砂筒 113:传送轮
114:出料端 115:刮条 116:透明可视窗口
131:压裂液通道 132:支撑剂通道 133:携砂液通道
210:主裂缝 220:分支裂缝 202:过渡段
211:透明平板 212:密封凸台 213:密封胶片
30:过滤单元 301:过滤网 40:管道
50:开关阀 501:阀芯 502:密封拨片
60:动力泵 70:液体流量计 80:两相流量计
90:接头
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
图1、图2是本实用新型的结构示意图。图1、图2示出了本实用新型压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置的一种优选实施方式。图1、图2所示模拟装置包括用于储存及混合支撑剂和压裂液的混砂模块。与混砂模块中的混砂单元130连通的可视化分支裂缝模块。其中,可视化分支裂缝模块包括主裂缝210和至少一条通过一过渡段202可开关地平行设置于主裂缝210侧面的分支裂缝220,用以模拟具有分支裂缝的压裂裂缝。
本实用新型的模拟装置还可以包括与可视化分支裂缝模块连通的过滤单元30。过滤单元30与混砂模块中的压裂液供给单元120为相互连通的一体结构,如图8所示。在过滤单元30中设置有过滤网301。由支撑剂和压裂液混合形成的携砂液经可视化分支裂缝模块中的主裂缝210和分支裂缝220的尾端排出,通过管道40进入过滤单元30。进入过滤单元30中浑浊的携砂液经过过滤单元30中的过滤网301,将携砂液中的支撑剂滤除。过滤后的压裂液进入压裂液供给单元120中继续使用。使得混砂模块、可视化分支裂缝模块和过滤单元30通过管道40构成循环回路。
混砂模块还包括支撑剂供给单元110和压裂液供给单元120。支撑剂供给单元110与混砂单元130连通。压裂液供给单元120通过动力泵60连通至混砂单元130。并且在动力泵60与混砂单元130之间设置有液体流量计70。在混砂单元130与可视化分支裂缝模块中的主裂缝210之间设置有两相流量计80。
可视化分支裂缝模块与过滤单元30设置有接头90。可视化分支裂缝模块中的主裂缝210和分支裂缝220分别与接头90连通。由支撑剂和压裂液混合形成的携砂液经可视化分支裂缝模块中的主裂缝210和分支裂缝220的尾端排出,分别通过管道进入接头90并在接头90中汇合,再通过管道进入过滤单元30。
动力泵60优选为QBY-50型气动隔膜泵。QBY-50型气动隔膜泵对于带颗粒的液体以及高黏度的液体均能予以抽吸,且可实现泵入排量的可调。
QBY-50型气动隔膜泵的性能参数如表1所示。
表1
适用气压 | 2~7kg/cm2 | 适用气源 | 压缩空气 |
流量 | 12m3/h | 扬程 | 50m |
泵进口直径 | 50mm | 泵入口直径 | 50mm |
入气口直径 | 10mm | 吸程 | 7m |
液体流量计70和两相流量计80为电磁流量计。采用电磁流量计优点在于:1测量管道为光滑直管,无阻流部件,在固液两相流的测量中不易堵塞管路;2精度较常规流量计高;3测量量程范围大。并且优选公称通径为DN25的AFLD电磁流量计,其性能参数如表2所示。
表2
如图2所示,可视化分支裂缝模块中的分支裂缝220通过过渡段202可开关地平行设置于主裂缝210的侧面。分支裂缝的数量可以根据需要进行设置,可以为1条、2条、3条或更多条。如图2所示的可视化分支裂缝模块设置有2条分支裂缝,这两条分支裂缝错开地平行设置于主裂缝的两侧。主裂缝210与分支裂缝220的缝宽可调。缝宽调整范围为2~4mm。主裂缝210的流动长度为3009mm。分支裂缝的长度为1874mm,主裂缝210与分支裂缝220的高度为300mm。
如图3所示,可视化分支裂缝模块中的主裂缝210和分支裂缝220分别包括两块平行设置的透明平板211。透明平板211可以是透明树脂薄板或透明有机玻璃板。在透明平板211的四周边缘区域设置有密封凹槽214。在两块透明平板之间的四周边缘区域的密封凹槽214处设置有密封凸台212。在密封凸台212的两侧还分别设置有密封胶片213。密封胶片213可以是硅胶片。透明平板211、密封凸台212和密封胶片213通过螺栓固定在一起,在透明平板之间形成模拟裂缝。另外,可视化分支裂缝模块中的主裂缝210和分支裂缝220的缝宽可以通过采用不同厚度的密封凸台212进行定量调节。在紧固过程中密封胶片213和/或密封凸台212会发生受力变形,从而能起到密封作用。可以准备不同厚度的密封胶片或密封凸台对设备进行密封上装,同时测量裂缝宽度,确定不同裂缝宽度与密封胶片或密封凸台厚度之间的对应关系,从而调节裂缝缝宽。
如图4所示,主裂缝210与分支裂缝220之间设置有一过渡段202。过渡段包括一直线段和圆弧段。直线段的一端与主裂缝210垂直连接,另一端与圆弧段的一端连接,圆弧段的另一端与分支裂缝连接,使得分支裂缝平行设置于主裂缝的侧面。过渡段202中的直线段裂缝长度为75mm。过渡段202中的圆弧段圆弧半径为123.5mm。使得可视化分支裂缝模块中裂缝总流动长度为7295mm。主裂缝210与过渡段202的连接处设置有开关阀50,用于对分支裂缝进行关闭和开启。如图5所示,连接处采用阀芯501控制,阀芯轴端部带有密封拨片502,可以对分支裂缝的流动予以关闭和开启。阀芯筒主裂缝方向采用圆柱与直线相切的结构,能够在关闭的时候密封件与主裂缝内壁面齐平,防止在模拟主裂缝沉降的过程中流动通道出现流动限制。通过将主裂缝与分支裂缝的连接处设置成可关断的结构,使得本实用新型既可以模拟支撑剂在单条裂缝中沉降和铺置规律,又可以模拟支撑剂在具有分支裂缝的多裂缝中的沉降和铺置规律。
如图6所示,混砂单元130包括压裂液通道131、支撑剂通道132和携砂液通道133。压裂液通道131与支撑剂通道132连通,携砂液通道133连通至压裂液通道131与支撑剂通道132的交汇处,形成一个三通结构。并且压裂液通道131与支撑剂通道132之间的夹角α为30~60度,优选为45度。其中,压裂液通道131通过动力泵60连通至压裂液供给单元120。支撑剂通道132连通至支撑剂供给单元110。携砂液通道133通过两相流量计80连通至可视化分支裂缝模块中的主裂缝210。
压裂液通道131的直径与携砂液通道133的直径比d1:d2为10:3。如压裂液通道131的直径d1为10mm,携砂液通道133的直径d2为3mm。并且压裂液通道131的直径沿压裂液流动的方向逐渐减小至携砂液通道133的直径。
在动力泵60的作用下,压裂液供给单元120中的压裂液通过压裂液通道131注入,由于压裂液通道131的直径沿压裂液流动的方向逐渐减小至携砂液通道133的直径,所以压裂液能够在混砂单元130形成高速射流。支撑剂供给单元110中的支撑剂通过支撑剂通道132进入,在压裂液通道131与支撑剂通道132连接处与压裂液混合,形成携砂液。携砂液通过携砂液通道133进入管道40,进而通过管道40输送到可视化分支裂缝模块中。由于压裂液能够在混砂单元130形成高速射流,使支撑剂和压裂液能够更均匀的混合,同时可以避免出现支撑剂在管道中堆集,造成混砂单元130堵塞的现象。
如图7所示,支撑剂供给单元110包括储砂槽111和加砂筒112。储砂槽111通过传送轮113连通至加砂筒112。加砂筒112的出料端114与混砂单元130中的支撑剂通道132连通。通过传送轮113的转动将储砂槽中储存的支撑剂带入加砂筒112中,进而进入混砂单元130。通过控制传送轮的转速可以控制支撑剂的加入量,进而控制与压裂液混合的支撑剂的量,以获得指定浓度的携砂液。并且在储砂槽的下端设置有刮条115,通过刮动刮条可以防止储砂槽内的支撑剂在进入传送轮的过程中发生堵塞,使支撑剂均匀顺利地进入传送轮。另外,在加砂筒112上设置有透明可视窗口116,用来监测加砂筒112内的水位情况,防止水满外溢。
需要注意的是,上述具体实施例是示例性的,本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案,而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白,本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置,其特征在于,所述模拟装置包括用于储存及混合支撑剂和压裂液的混砂模块;及与所述混砂模块中的混砂单元(130)连通的可视化分支裂缝模块;
其中,所述可视化分支裂缝模块包括主裂缝(210)和至少一条通过一过渡段(202)可开关地平行设置于所述主裂缝(210)侧面的分支裂缝(220),用以模拟具有分支裂缝的压裂裂缝。
2.如权利要求1所述的压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置,其特征在于,所述混砂模块还包括与所述混砂单元(130)中的支撑剂通道(132)连通的支撑剂供给单元(110);和
与所述混砂单元(130)中的压裂液通道(131)通过动力泵(60)连通的压裂液供给单元(120),并且在所述动力泵(60)与所述压裂液通道(131)之间设置有液体流量计(70)。
3.如权利要求2所述的压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置,其特征在于,所述混砂单元(130)还包括携砂液通道(133),所述压裂液通道(131)与所述支撑剂通道(132)连通,所述携砂液通道(133)通过两相流量计(80)连通至所述可视化分支裂缝模块中的主裂缝(210),
并且所述压裂液通道(131)与所述支撑剂通道(132)之间的夹角为30~60度。
4.如权利要求3所述的压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置,其特征在于,所述压裂液通道(131)的直径与所述携砂液通道(133)的直径比为10:3,并且所述压裂液通道(131)的直径沿压裂液流动的方向逐渐减小至所述携砂液通道(133)的直径。
5.如权利要求2所述的压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置,其特征在于,所述模拟装置还包括与所述可视化分支裂缝模块连通的过滤单元(30),所述过滤单元(30)与所述混砂模块中的压裂液供给单元(120)为相互连通的一体结构,使得所述混砂模块、所述可视化分支裂缝模块和所述过滤单元(30)通过管道(40)构成循环回路。
6.如权利要求5所述的压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置,其特征在于,在所述可视化分支裂缝模块与所述过滤单元(30)之间设置有接头(90),所述可视化分支裂缝模块中的主裂缝(210)和分支裂缝(220)分别与所述接头(90)连通。
7.如权利要求2所述的压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置,其特征在于,所述支撑剂供给单元(110)包括储砂槽(111)和加砂筒(112),所述储砂槽(111)通过传送轮(113)连通至所述加砂筒(112);所述加砂筒(112)的出料端(114)与所述混砂单元中的支撑剂通道(132)连通;
并且在所述储砂槽的下端设置有刮条(115),在所述加砂筒(112)上设置有透明可视化窗口(116)。
8.如权利要求3所述的压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置,其特征在于,所述动力泵(60)为QBY-50型气动隔膜泵;所述液体流量计(70)和所述两相流量计(80)为电磁流量计。
9.如权利要求1至8之一所述的压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置,其特征在于,所述主裂缝(210)与所述过渡段(202)的连接处设置有开关阀(50),用于对所述分支裂缝进行关闭和开启。
10.如权利要求1至8之一所述的压裂裂缝内支撑剂沉降及运移的模拟装置,其特征在于,所述主裂缝(210)的流动长度为3009mm,所述分支裂缝(220)的流动长度为1874mm,所述主裂缝(210)与所述分支裂缝(220)的高度为300mm;并且所述主裂缝(210)与所述分支裂缝(220)的裂缝宽度可调,其调整范围为2~4mm。
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