CN211314200U - 一种页岩气地层复杂缝网模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种页岩气地层复杂缝网模拟装置。所述装置包括：沿流体流动方向依次连接的水槽、连接管线、泵、高压管线、主罐、近井扭曲模拟模块、第一连接罐、地层裂缝模拟模块、第二连接罐和第一低压管线，其中，水槽中存储由水和支撑剂组成的流体；泵能够将水槽中的流体传输至主罐；主罐能够存储流体；近井扭曲模拟模块包括若干条能够模拟近井裂缝扭曲的第一模拟管线；第一连接罐能够存储流体；地层裂缝模拟模块能够模拟地层裂缝；第二连接罐能够存储流体；第一低压管线能够排出第二连接罐中的流体。本实用新型的有益效果可包括：能够更加准确模拟水力裂缝形态、储层改造复杂水力缝网，能够有效评价近井扭曲现象。

Description

一种页岩气地层复杂缝网模拟装置

技术领域

本实用新型涉及石油模拟领域，特别地，涉及一种页岩气地层复杂缝网模拟装置。

背景技术

大型页岩储层工程模拟实验能够有效指导页岩开发。目前页岩储层改造模拟实验较多，基本属于小型，不能真实模拟储层压裂形态，通常选择露头做评价实验；无法实现智能化操作，基本全靠人工操作且设备操作繁琐。页岩压裂改造大型模拟工程实验相对较少，主要是模拟单一的、不同的层理缝/垂直缝评价性实验，不能准确的描述页岩压裂时准确的水力裂缝形态，得到的结论存在一定偏差性。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本实用新型的目的之一在于提供一种页岩气地层复杂缝网模拟装置，以更加真实地模拟地层实际裂缝情况。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种页岩气地层复杂缝网模拟装置。

所述模拟装置可包括：沿流体流动方向依次连接的水槽、连接管线、泵、高压管线、主罐、近井扭曲模拟模块、第一连接罐、地层裂缝模拟模块、第二连接罐和第一低压管线，其中，水槽中能够存储由水和支撑剂组成的流体，水槽内还设置有搅拌机以将水、支撑剂混匀；泵能够通过连接管线和高压管线将水槽中的流体传输至主罐；主罐能够存储泵传输的流体；近井扭曲模拟模块包括若干条能够模拟近井裂缝扭曲的第一模拟管线，每条第一模拟管线能够接收并流通主罐中的流体；第一连接罐能够接收并存储通过所述若干个第一模拟管线流入的流体；地层裂缝模拟模块包括能够模拟地层裂缝的模拟管线组件，模拟管线组件能够接收并流通第二连接罐中的流体，模拟管线组件包括多条第二模拟管线与若干个多通接头，若干个多通接头能够与多条第二模拟管线中的全部或部分管线组合使用；第二连接罐能够接收并存储通过模拟管线组件流入的流体；第一低压管线能够排出第二连接罐中的流体。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述装置还可包括设置在所述高压管线上的流量计，以测量高压管线内流体的流量。

在本实用新型的一个示例性实施例中，支撑剂可包括石英砂或陶粒。泵可包括柱塞泵。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述装置还可包括第一、第二和第三压力监测组件中的至少一个，其中，第一压力监测组件设置在主罐上并能够监测主罐内的压力；第二压力监测组件设置在第一连接罐上并能够监测第一连接罐内的压力；第三压力监测组件设置在第一连接罐上并能够监测第二连接罐内的压力。

在本实用新型的一个示例性实施例中，第一压力监测组件可包括第一压力表，第二压力监测组件可包括第二压力表，第三压力监测组件可包括第三压力表。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述第一模拟管线可包括直管或异型管。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述第二模拟管线可包括直管或异型管。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述第一低压管线上可设置有第一调节阀门。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述装置还可包括第二低压管线，第二低压管线能够将所述第一连接罐与第一低压管线连通，第二低压管线上还设置有第二调节阀门。

在本实施例中，第一、第二调节阀门都能够够使相应的管线成流通或封闭的状态；进一步地，还能够调整相应管线中流体的流速。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述第一调节阀门在第二低压管线上设置的位置可位于第一、第二低压管线交汇点的上游。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述第一连接罐的罐体上可设置有多个能够与第二模拟管线连接的管线连接接头。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述第二连接罐的罐体上也可设置有多个能够与第二模拟管线连接的管线连接接头。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述主罐的罐体上还可设置有若干个第一连接孔；第一模拟管线与第一连接孔的数量相同且能够一一对应，每个第一模拟管线的一端都能够插入到成对应关系的第一连接孔中；第一连接罐罐体上设置有若干个第二连接孔，第二连接孔与第一模拟管线的数量相同且能够一一对应，每个第一模拟管线的另一端都能够插入到成对应关系的第二连接孔中。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果可包括：装置结构科学合理，能够更加准确模拟水力裂缝形态，能够有效评价近井扭曲现象，能够指导储层改造压裂现场施工压力异常等情况，能够为施工指挥人员提供理论基础支撑，能够模拟储层改造复杂水力缝网，为页岩储层改造提供有效的指导。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本实用新型的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本实用新型的页岩气地层复杂缝网模拟装置的一个示意图；

图2示出了本实用新型的第一连接罐的一个侧面的示意图；

图3示出了本实用新型的第一、第二连接罐位置关系的一个示意图；

图4示出了本实用新型的第一模拟管线的一个结构示意图；

图5示出了本实用新型的第二模拟管线与多通接头连接关系的一个示意图；

图6示出了本实用新型的第一、第二连接罐与地层裂缝的模拟管线组件之间连接关系的示意图。

主要附图标记说明：

1-水槽，2-柱塞泵，3-流量计，4-高压管线，5-主罐，6-第一压力表，7-第二压力表，8-第三压力表，9-近井扭曲模拟管线，10-第一连接罐，11-地层裂缝模拟管线，12-第二连接罐，13-低压管线，14-第一调节阀门，15-第二调节阀门，16-搅拌机，17-多通连接头，18-管线连接接头。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本实用新型的页岩气地层复杂缝网模拟装置。

相较于现有利用两层玻璃夹层缝隙模拟页岩储层裂缝的装置和方法只能实现一条或多条规则裂缝的情况，本实用新型的模拟装置可以采用一条或多条直管或异形管线来模拟页岩储层裂缝，这样能够更加有效的实现单一裂缝、多条裂缝或复杂缝网的模拟，与地层实际裂缝情况更加接近。同时，本实用新型的模拟装置可以通过调整模拟管线的直径、数量、位置及连接方式，可以实现裂缝不同缝长、缝宽、缝高和复杂程度的模拟。本实用新型在裂缝模拟中也考虑了近井裂缝扭曲，采用一条或多条直管或异形管线的方式来模拟近井裂缝扭曲。本实用新型的模拟装置能够用来模拟石油行业水力压裂、地层产生复杂裂缝网络时，发生砂堵的可能性及其对应的排量和砂浓度等参数。

本实用新型提供了一种页岩气地层复杂缝网模拟装置。

在本实用新型的一个示例性实施例中，如图1所示，所述页岩气地层复杂缝网模拟装置可包括：

沿流体流动方向依次连接的水槽1、柱塞泵2、高压管线4、主罐5、近井扭曲模拟管线(也可称为第一模拟管线)9、第一连接罐10、地层裂缝模拟管线(也可称为第二模拟管线)11、第二连接罐12和低压管线13(即第一低压管线)。水槽1内可设置有搅拌机16，高压管线4上可设置有流量计3，主罐5上可设置有第一压力表6，第一连接罐10和第二连接罐12上分别设置有第二压力表7和第三压力表8。

在本实施例中，水槽1内可以装有水，水中含有一定浓度的石英砂或陶粒，其浓度可以调节。在进行模拟时，搅拌机16可保持工作状态，以确保石英砂或陶粒能够均匀的混入水中。

在本实施例中，柱塞泵2能够把水槽1内含有一定浓度的石英砂或陶粒的水沿箭头方向泵入高压管线4内，流量计3能够实时监测高压管线4内流体的流量。

在本实施例中，流体可通过高压管线4进入主罐5，主罐5内可充满流体。主罐5上安装的第一压力表6能够监测主罐5内的压力。如图1所示，第一压力表6可安装在主罐5的顶部。

在本实施例中，主罐5在材料上可以选择高强度的透明塑料材料，这样可以实现可视化功能。

在本实施例中，近井扭曲模拟管线9的一端可与主罐5连接。流体通过主罐5可进入近井扭曲模拟管线9。近井扭曲模拟管线9的另一端可以与第一连接罐10连接。

近井扭曲模拟管线9可以是一根或者多根，如图4所示，其可以采用直管，例如(a)图中所示的结构，也可以采用异型管线，例如(b)和(c)图示出的结构。

在本实施例中，如图1所示，高压管线4可安装于主罐5罐体上端，近井扭曲模拟管线9的一端可连接在主罐5罐体周向偏下方的位置。由于从高压管线4进入罐体的流体是具有一定波动性的，把近井扭曲模拟管线9的一端设置在罐体周向偏下方，经过整个罐体内液体的缓冲，从罐体经近井扭曲模拟管线9流出的流体就会很平稳。

在本实施例中，地层裂缝模拟管线11的一端与第一连接罐10连接，另一端与第二连接罐12连接。流体可通过第一连接罐10进入地层裂缝模拟管线11，并继续进入第二连接罐12。

第一连接罐10的一个侧面上与第二连接罐12的一个侧面上可设置有若干个呈对应关系的连接孔，该连接孔可用来连接地层裂缝模拟管线11。

在本实施例中，如图2所示，第一连接罐10的一个侧面与第二连接罐12的一个侧面上均可设置多个管线连接接头18，连接接头18可用于连接地层裂缝模拟管线的一端。

在本实施例中，第一连接罐10上安装的第二压力表7能够测量第一连接罐10内的压力，第二连接罐12上安装的第三压力表8能够测量第二连接罐12内的压力。如图1所示，第二压力表7和第三压力表8可分别安装在第一连接罐10、第二连接罐12的顶部。

在本实施例中，第一连接罐10与第二连接罐12的形状可相同或相似，例如都可为长方体形状或扁平状。

在本实施例中，第一连接罐10与第二连接罐12之间的相对位置可以调节，例如水平距离、相对高度等，如图3所示相对高度的调整。所述装置还可包括位置调整机构。例如，第一、第二连接罐的底部都可设置有一个可滑动的底座，底座的底面上设置有至少三个滑轮，所述装置还可包括升降机构，升降机构能够使第一、第二连接罐处于不同的高度位置，升降机构也可设置在第一、第二连接罐的底部。

在本实施例中，如图1、图3和图6所示，第一、第二连接罐的形状是扁平状的长方体结构，这样不仅便于第一、第二连接罐分别与近井扭曲模拟管线9、地层裂缝模拟管线11、低压管线13之间的连接，还有助于在第一、第二连接罐之间搭建横向和/或纵向的复杂缝网(其他形状则不容易实现这个目的)。其中，第一、第二连接罐的宽面(即面积较大的面)可以与各种管线连接，搭建横向和/或纵向的复杂缝网也是设置在第一、第二连接罐的宽面之间。

在本实施例中，第一、第二连接罐的形状和结构可以一样。这样设置的目的是为了便于在第一、第二连接罐之间搭建横向和/或纵向的复杂缝网。

在本实施例中，主罐5、第一和第二连接罐可以都是长方体的结构，外形为长方体结构，内腔也可相应的为长方体结构。这样设置均是便于连接管线。三个罐与管线之间均可采用快速接头方式进行机械连接。

在本实施例中，主罐5、第一、第二连接罐及其连接管线间均可采用机械密封结构。

在本实施例中，地层裂缝模拟管线11可以是一根或者多根，其可以采用直管，也可以采用异型管线，例如与图4所示的管线结构相同或相似的管线。

另外，不同的地层裂缝模拟管线11之间也可以通过多通连接头17进行连接，各管线可以一端连接多通连接头17，另一端连接第一连接罐10或第二连接罐12，也可以两端均连接多通连接头17，以用于模拟复杂缝网。图5示出了地层裂缝模拟管线11与多通连接头17之间的组合形式，两者的组合不局限于(a)、(b)和(c)图中所示的三种，只要是能够连通第一、第二连接罐且能够模拟裂缝的组合形式都可。

在本实施例中，低压管线的两端可分别与第二连接罐12和水槽1连接，低压管线上可设置有第一调节阀门。

所述装置还可包括将第一连接罐10与低压管线13连通另一低压管线(即第二低压管线)，该低压管线上可设置有第二调节阀门。其中，第一调节阀门在低压管线13上设置的位置可位于两条低压管线交汇点的上游。

在本实施例中，如图1所示，低压管线13进口可分为两处，分别与第一连接罐10和第二连接罐12连接，两处管线上可分别安装第一调节阀门14和第二调节阀门15，两处管线之后汇于一处，并且其出口端可与水槽1连接。

在模拟时，可以关闭第二调节阀门15，同时打开第一调节阀门14，确保流体同时通过近井扭曲模拟管线9和地层裂缝模拟管线11。也可以打开第二调节阀门15，同时关闭第一调节阀门14，确保流体只通过近井扭曲模拟管线9。

在本实施例中，近井扭曲模拟管线9与主罐5、第一连接罐10之间可采用螺纹连接。

地层裂缝模拟管线11与第一连接罐10、第二连接罐12之间可采用螺纹连接。地层裂缝模拟管线11与多通连接头17之间也可采用螺纹连接。

在本实施例中，近井扭曲模拟管线9的内径可大于地层裂缝模拟管线11的内径，即近井扭曲模拟管线9的内径较大，地层裂缝模拟管线11的内径较小。这样设置的原因是：在实际压裂时，近井地带压裂液更加集中，所造缝宽会更大，与之对应的近井扭曲模拟管线的内径也会相应的设置的较大；压裂液继续沿裂缝流动，压裂液逐渐分散，裂缝也更加复杂，每条裂缝的宽度则会相应减小，与之对应的地层裂缝模拟管线的内径也会相应的设置的较小。

在本实施例中，图6中的(a)图示出了呈连接关系的第一、第二连接罐与一列地层裂缝模拟管线的正视图，如(a)图所示，通过第一连接罐10和第二连接罐12之间的一排纵向平行管线可以模拟一条地层裂缝。

图6中的(b)图示出了呈连接关系的第一、第二连接罐与多排地层裂缝模拟管线的俯视图，如(b)图所示，模拟5条裂缝，则设置5排纵向的平行管线，每排平行管线可以用来模拟一条裂缝。

图6中的(c)图示出了呈连接关系的第一、第二连接罐、多排地层裂缝模拟管线与多个多通连接头的俯视图。可使用多通连接头17通过一定方式连接各条管线，模拟复杂缝网，连接方式不固定，连接原则为：通过多通连接头17增加连接管线，连通各条主裂缝，并通过连接增加流体流动通道的复杂性。当然，每排纵向平行的管线之间也可通过多通连接头进行连接。

在利用本实用新型的装置进行实验时，可根据实验需要，选择模拟1条及以上的裂缝，或复杂缝网。

综上所述，本实用新型的页岩气地层复杂缝网模拟装置的优点可包括：

(1)本实用新型可为页岩储层改造设计与现场施工提供定性结论、定量参数优化，减少施工复杂情况发生概率，增大改造SRV与泄气面积，最大程度提高增产倍比。

(2)本实用新型针对页岩储层改造，能够更加准确模拟水力裂缝形态，即复杂人造裂缝或简易人造裂缝；能够评价支撑剂、压裂液在井下运移、沉降、轨迹形态等等功能。

(3)本实用新型能够有效评价近井扭曲现象，指导储层改造压裂现场施工压力异常等情况，为施工指挥人员提供理论基础支撑。

(4)本实用新型能够模拟储层改造复杂水力缝网，可实现不同角度，不同复杂程度的水力裂缝功能，获得尽可能接近地层水力裂缝真实形态，为页岩储层改造提供有效的指导。

(5)本实用新型能够评价压裂改造过程中不同形态天然裂缝条件下水力裂缝延展、支撑剂运移形态；能够评价不同施工参数对有效支撑体积、支撑剂运移距离等影响；同时也能够对不同支撑剂进行适应性评价。

(6)本实用新型能够模拟复杂缝网不同缝宽、以及垂直、水平或不规则裂缝、以及不同施工参数、不同入井材料等评价实验，能够定量指导现场施工指挥，评价垂向上的改造效果，避免砂堵等复杂情况发生，可实现提速提效开发，在一定程度达到降本增效的目的。

(7)本实用新型能够进行施工压力异常的评价，例如评价储层改造过程中多种导致施工压力异常发生情况，有助于形成适应于开发区块的模块化量化指导方案及有效处理建议。

(8)本实用新型能够实现多角度、透明化、可视化等模拟。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本实用新型，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本实用新型的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种页岩气地层复杂缝网模拟装置，其特征在于，所述装置包括：沿流体流动方向依次连接的水槽、连接管线、泵、高压管线、主罐、近井扭曲模拟模块、第一连接罐、地层裂缝模拟模块、第二连接罐和第一低压管线，其中，

水槽中能够存储由水和支撑剂组成的流体，水槽内还设置有搅拌机以将水、支撑剂混匀；

泵能够通过连接管线和高压管线将水槽中的流体传输至主罐；

主罐能够存储泵传输的流体；

近井扭曲模拟模块包括若干条能够模拟近井裂缝扭曲的第一模拟管线，每条第一模拟管线能够接收并流通主罐中的流体；

第一连接罐能够接收并存储通过所述若干个第一模拟管线流入的流体；

地层裂缝模拟模块包括能够模拟地层裂缝的模拟管线组件，模拟管线组件能够接收并流通第二连接罐中的流体，模拟管线组件包括多条第二模拟管线与若干个多通接头，若干个多通接头能够与多条第二模拟管线中的全部或部分管线组合使用；

第二连接罐能够接收并存储通过模拟管线组件流入的流体；

第一低压管线能够排出第二连接罐中的流体。

2.根据权利要求1所述的页岩气地层复杂缝网模拟装置，其特征在于，所述装置还包括设置在所述高压管线上的流量计，以测量高压管线内流体的流量。

3.根据权利要求1所述的页岩气地层复杂缝网模拟装置，其特征在于，所述装置还包括第一、第二和第三压力监测组件中的至少一个，其中，

第一压力监测组件设置在主罐上并能够监测主罐内的压力；

第二压力监测组件设置在第一连接罐上并能够监测第一连接罐内的压力；

第三压力监测组件设置在第一连接罐上并能够监测第二连接罐内的压力。

4.根据权利要求1所述的页岩气地层复杂缝网模拟装置，其特征在于，所述第一模拟管线包括直管或异型管。

5.根据权利要求1所述的页岩气地层复杂缝网模拟装置，其特征在于，所述第二模拟管线包括直管或异型管。

6.根据权利要求1所述的页岩气地层复杂缝网模拟装置，其特征在于，所述第一低压管线上设置有第一调节阀门。

7.根据权利要求6所述的页岩气地层复杂缝网模拟装置，其特征在于，所述装置还可包括第二低压管线，第二低压管线能够将所述第一连接罐与第一低压管线连通，第二低压管线上还设置有第二调节阀门。

8.根据权利要求7所述的页岩气地层复杂缝网模拟装置，其特征在于，所述第一调节阀门在第一低压管线上设置的位置位于第一、第二低压管线交汇点的上游。

9.根据权利要求1所述的页岩气地层复杂缝网模拟装置，其特征在于，所述第一连接罐的罐体上设置有多个能够与第二模拟管线连接的管线连接接头。

10.根据权利要求9所述的页岩气地层复杂缝网模拟装置，其特征在于，所述第二连接罐的罐体上也设置有多个能够与第二模拟管线连接的管线连接接头。

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