一种体积压裂动态返排模拟装置及模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种体积压裂动态返排模拟装置及模拟方法。所述模拟装置包括由密闭壳体、上钢板和下钢板围成的密闭腔体；密闭腔体由移动式密封板分隔为高温高压工作腔体和动态控制腔体；移动式密封板在高温高压工作腔体与动态控制腔体之间可移动；高温高压工作腔体内设有三维岩心模型，三维岩心模型内设有携砂液注入管；动态控制腔体的上钢板上设有液体注入管。本发明专利技术采用模拟压裂三维岩心模型，及动态控制腔体控压的设计，可研究煤层气藏和页岩气藏等缝网形成机理，及微裂缝扩展因素。本发明专利技术通过设计与现场压裂施工相匹配的体积压裂动态返排系统，可研究压裂液滞留对煤岩及页岩等三维岩心模型的物性作用规律。

A Simulating Device and Method for Dynamic Return of Volume Fracturing

【技术实现步骤摘要】
一种体积压裂动态返排模拟装置及模拟方法
本专利技术涉及一种体积压裂动态返排模拟装置及模拟方法，属于页岩气及煤层气等非常规油气藏改造开发、压裂液返排、压裂增产的

技术介绍
我国非常规油气储量巨大，随着探明储量的不断增加，合理有效的开发手段受到越来越广泛的关注。以页岩油气藏、煤层气藏、致密砂岩气藏为代表的复杂油藏，具有储层致密、连通性差、渗透率极低、渗流阻力大等特点。体积压裂是经济有效地开采此类非常规油气藏关键技术之一，这项技术能够使储层产生复杂的裂缝网络系统，使储层整体渗透率得以提升，储层动用程度大幅度提高，实现了对页岩油气藏、煤层气藏、致密砂岩气藏等复杂油层的三维压裂改造。然而，压裂液动态返排过程影响压后产能效果。由于复杂的储层条件，大量压裂液滞留于地层，导致其返排率极低。同时，返排过程中出现的支撑剂回流、裂缝出砂、排液速度变慢等复杂问题，不利于储层保护，造成产能损失。油气地质与采收率2017年第24卷中，记载了司志梅等人发表的《致密油藏压裂液滤液返排率影响因素室内实验》一文，文章中指出压裂液返排是影响页岩油藏、致密及低渗透油气藏压裂效果的主要因素。胜利油区压裂资料表明，一般致密油藏压裂液滤液返排率小于30％～40％，页岩油藏小于20％，大量压裂液滞留于地层，造成地层水锁严重，严重影响了压裂改造的效果。石油化工应用2009年第28卷中，记载了赖海涛等人发表的《气田防支撑剂防回流压裂液快速返排研究》一文，文章中指出低孔低渗储层应重视压裂液返排问题。压裂后压裂液必须快速返排出地层，同时不能产生支撑剂回流，否则会在排液测试过程中出砂，降低排液速度，延长压裂残液的滞留时间，不利于储层保护。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种体积压裂动态返排模拟装置及模拟方法，所述装置可以模拟煤岩及页岩等体积压裂形成的缝网，并且可以实现后续的压裂液滤液动态返排过程；本专利技术可实现裂缝动态变化过程与现场实际的压裂返排过程相匹配，可深入研究压裂液动态返排过程中遇到的等各种复杂问题，为煤层气及页岩气等现场压裂施工提供合理的返排制度及指导方法。本专利技术模拟装置能够承受较大的压力(0～90MPa)，通过煤岩及页岩等三维岩心模型中压裂液注入和返排系统来模拟体积压裂动态返排过程，从而与现场的实际压裂返排过程相匹配，具有操作简单、安全性能强、稳定性良好的特点。本专利技术模拟装置的整体尺寸可为：长：120～150cm，宽：120～150cm，高：45～60cm。具体地，本专利技术所提供的体积压裂动态返排模拟装置，包括由密闭壳体、上钢板和下钢板围成的密闭腔体；所述密闭腔体由移动式密封板分隔为高温高压工作腔体和动态控制腔体；所述移动式密封板在所述高温高压工作腔体与所述动态控制腔体之间可移动；所述高温高压工作腔体内设有三维岩心模型，所述三维岩心模型内设有携砂液注入管；所述动态控制腔体的上钢板上设有液体注入管，在所述液体注入管上设置有流量控制阀，其作用是调整所述动态控制腔体气液比进而控制压缩系数，进而达到控制体系压力，模拟体积压裂过程中压力的动态变化的目的。上述的模拟装置中，所述密闭壳体、所述上钢板和所述下钢板均可采用15MnVR钢板，厚度可为16～20cm；所述移动式密封板可采用15MnVR钢板，厚度可为10～15cm。上述的模拟装置中，所述三维岩心模型可为采集的天然露头岩心，所述天然露头岩心的尺寸如下：长为15～45cm，宽为15～45cm，高为7～23cm；所述三维岩心模型为模拟煤岩及页岩等的岩心模型。上述的模拟装置中，所述移动式密封板通过一滑轨(近似半圆形的凹槽式固定轨道)移动；所述滑轨可以保证所述移动式密封板沿着确定的轨迹移动，避免在较大压力下，所述移动式密封板发生歪斜、漏压等事故；所述移动式密封板的边缘(四周和凸起部分)设置有胶套，一是确保实验的密闭性；二是减小所述移动式密封板的磨损程度。上述的模拟装置中，所述密闭腔体由四个所述移动式密封板分隔为一个所述高温高压工作腔体和四个所述动态控制腔体。上述的模拟装置中，所述动态控制腔体的一端由法兰密封；所述法兰与所述动态控制腔体之间设有防砂网和胶套，所述防砂网的作用是过滤掉压裂液中的颗粒，减小所述胶套的磨损程度。上述的模拟装置中，所述携砂液注入管设于所述三维岩心模型的中心位置，用于注入和返排压裂液，模拟体积压裂及压裂液动态返排过程；所述三维岩心模型的内部均匀布置若干含油饱和度传感器，用于监测煤岩及页岩等基质及裂缝内含油饱和度的变化；所述三维岩心模型的边缘及中心位置处设有温度压力传感器，用于监测煤岩及页岩等三维岩心模型内温度和压力的变化。上述的模拟装置中，于所述三维岩心模型的边缘的中间位置处设有4个所述温度压力传感器，以精确监测压裂液动态返排压力降时，所述三维岩心模型四周的温度和压力的变化；所述三维岩心模型的中心位置处设置有1个所述温度压力传感器，精确监测压裂液注入压力增大时和压裂液动态返排压力减小时，所述三维岩心模型注入端附近的温度和压力的变化；所述温度压力传感器的测温点和测压点在同一位置。上述的模拟装置中，所述三维缝网模型包括压裂主裂缝和压裂缝网，由石英砂或陶粒支撑。上述的模拟装置中，所述携砂液注入管上沿携砂液的注入方向依次设有压力表和加砂器。本专利技术还提供了一种体积压裂动态返排模拟方法，包括如下步骤：将压裂基液由所述体积压裂动态返排模拟装置的所述携砂注入管注入所述三维岩心模型中，对所述三维岩心模型(如天然露头岩心)进行体积压裂，使其形成三维缝网模型，此时所述高温高压工作腔体的压力大于所述动态控制腔体的压力，促使所述三维缝网模型中裂缝扩张，进而推动所述移动式密封板向外扩张，用于模拟体积压裂过程；注入压裂基液后，卸载压力，使所述高温高压工作腔体的压力小于所述动态控制腔体的压力，则所述移动式密封板进行收缩，进而压缩所述三维缝网模型中的流体，使注入的压裂基液开始返排，用于模拟压裂液动态返排过程。上述模拟方法中，在模拟体积压裂过程之前，还包括如下试压步骤：将所述体积压裂动态返排模拟装置中的所述携砂液注入管连接到装配阀门的压裂用高压管线上，开启阀门，向所述体积压裂动态返排模拟装置中通入压裂液基液，进行憋压处理，维持最高工作压力30～40min，试压合格标准为不刺不漏。可根据具体的施工现场确定最高工作压力；上述模拟方法中，在模拟体积压裂过程和模拟压裂液动态返排过程中，按照下述步骤控制体系压力，实现对模拟体积压裂过程和模拟压裂液动态返排过程中压力的动态变化：由所述液体注入管向所述动态控制腔体中注入液体，通过控制气液比进而控制压缩系数，进而控制体系压力，达到模拟体积压裂及动态返排过程中压力的动态变化的目的。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术实现了与现场实际动态返排过程相匹配，可模拟体积压裂动态返排过程，具有操作简单、实验数据准确可靠的特点，这有利于深入研究返排过程中支撑剂回流、低返排率、储层伤害、裂缝出砂等复杂问题，有利于制定合理的返排制度，提供现场压裂施工指导方法。(2)本专利技术压裂液动态返排模拟装置，采用凹槽式固定轨道设计，有效地避免了在较大压力下发生歪斜、漏压等事故，达到稳定性良好、安全性能强的目的。(3)本专利技术通过动态控制腔体，及动态移动式密闭钢板的设计，可控制气液比进而控制压缩系数，进而达到控制体系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体积压裂动态返排模拟装置，包括由密闭壳体、上钢板和下钢板围成的密闭腔体；所述密闭腔体由移动式密封板分隔为高温高压工作腔体和动态控制腔体；所述移动式密封板在所述高温高压工作腔体与所述动态控制腔体之间可移动；所述高温高压工作腔体内设有三维岩心模型，所述三维岩心模型内设有携砂液注入管；所述动态控制腔体的上钢板上设有液体注入管。

【技术特征摘要】
1.一种体积压裂动态返排模拟装置，包括由密闭壳体、上钢板和下钢板围成的密闭腔体；所述密闭腔体由移动式密封板分隔为高温高压工作腔体和动态控制腔体；所述移动式密封板在所述高温高压工作腔体与所述动态控制腔体之间可移动；所述高温高压工作腔体内设有三维岩心模型，所述三维岩心模型内设有携砂液注入管；所述动态控制腔体的上钢板上设有液体注入管。2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述移动式密封板为钢板，厚度为10～15cm；所述移动式密封板通过一滑轨移动；所述移动式密封板的边缘设置有胶套。3.根据权利要求1或2所述的模拟装置，其特征在于：所述密闭腔体由四个所述移动式密封板分隔为一个所述高温高压工作腔体和四个所述动态控制腔体；所述动态控制腔体的一端由法兰密封；所述法兰与所述动态控制腔体之间设有防砂网和胶套。4.根据权利要求1-3中任一项所述的模拟装置，其特征在于：所述携砂液注入管设于所述三维岩心模型的中心位置；所述三维岩心模型的内部均匀布置若干含油饱和度传感器；所述三维岩心模型的边缘处及中心位置设有温度压力传感器。5.根据权利要求4所述的模拟装置，其特征在于：于所述煤岩及页岩等三维岩心模型的中心位置设置有1个所述温度压力传感器；所述煤岩及页岩等三维岩心模型的边缘的中间位置处设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕其超，左博文，董朝霞，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11