一种缝隙导流沉降模拟装置和模拟水力压裂的系统及方法制造方法及图纸

本公开涉及一种缝隙导流沉降模拟装置和模拟水力压裂的系统及方法，该装置包括人工裂缝(9)，所述人工裂缝包括：具有缝隙的第一段，用于模拟支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；以及具有可开闭缝隙的第二段，用于模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程。本公开的缝隙导流沉降模拟装置可以调节人工裂缝的尺寸，针对某一尺寸的地下裂缝对待测携砂液进行水力压裂模拟，模拟过程中可以收集支撑剂的沉降速度、运移轨迹和沙堤形态等数据，从而优选出最适宜的支撑剂种类、砂比和携砂液排量等施工参数。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及石油工程领域，具体地，涉及一种缝隙导流沉降模拟装置和模拟水力压裂的系统及方法。
技术介绍
水力压裂作为油气开发的重要增产改造措施，发挥着十分重要的作用。由于在水力压裂过程中，支撑剂的输送规律影响支撑剂在裂缝中的铺设形态，从而决定了压裂改造的最终效果。因此，对支撑剂在裂缝中的输送规律开展研究极具必要性。目前，国内油气田现场压裂设计模拟携砂液中的支撑剂在裂缝中的运移及铺置规律时，常凭经验或理论计算。国外研究支撑剂规律的实验装置有同心圆筒装置和平板装置，但是其实验装置并没有按照相似性原则确定室内模拟参数，且装置尺寸较小，只能对支撑剂的沉降进行简单研究，无法研究砂堤的堆积和铺置规律，也无法模拟携砂液将裂缝岩层劈开的过程。此外，现有的模拟装置没考虑裂缝壁面的不光滑、压裂液在裂缝的滤失以及井筒射孔孔径及密度，因此和实际情况有较大的出入。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种缝隙导流沉降模拟装置，该装置可以更准确地模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程，还可以模拟携砂液在地层中的滤失及将地下裂缝的岩层劈开的过程，解决现有的模拟装置与实际水力压裂过程相差较大的技术问题。本公开的另一个目的是提供一种模拟水力压裂的系统。本公开的再一个目的是提供一种模拟水力压裂的方法，该系统和方法可以更精确地模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程，还可以模拟携砂液将地下裂缝的岩层劈开的过程。为了实现上述目的，本公开提供一种缝隙导流沉降模拟装置，该装置包括人工裂缝，所述人工裂缝包括：具有缝隙的第一段，用于模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；以及具有可开闭缝隙的第二段，用于模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程。本公开还提供一种模拟水力压裂的系统，该系统包括：输送装置，用于输送携砂液；以及上述的缝隙导流沉降模拟装置，用于模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程和携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程；其中，所述缝隙导流沉降模拟装置的流体入口与所述输送装置的流体出口连通。本公开还提供一种模拟水力压裂的方法，该方法包括如下步骤：(1)使待测携砂液通过射孔沿水平方向进入人工裂缝的缝隙中，所述人工裂缝包括具有缝隙的第一段和具有可开闭缝隙的第二段；所述携砂液流经所述人工裂缝的第一段，模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；所述携砂液在压力作用下撑开闭合的人工裂缝的第二段，模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程；(2)采用高速摄像设备通过所述人工裂缝的透明侧板拍摄所述人工缝隙中支撑剂的运移和沉降过程，得到所述支撑剂的沉降速度和运移轨迹；(3)停止向所述人工裂缝进入所述携砂液，记录所述人工裂缝底部的沙堤形态后，使所述携砂液从所述人工裂缝中排出；(4)根据所述支撑剂的沉降速度、运移轨迹和沙堤形态来判断待测携砂液和支撑剂是否可以用于水力压裂施工。通过上述技术方案，本公开的缝隙导流沉降模拟装置中具有缝隙的第一段可以用于模拟支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程，具有可开闭缝隙的第二段可以用于模拟携砂液在压力作用下将地下裂缝中的岩层劈开的过程。本公开的缝隙导流沉降模拟装置可以调节人工裂缝的尺寸，可以针对某一尺寸的地下裂缝对待测携砂液进行水力压裂模拟，模拟过程中可以收集支撑剂的沉降速度、运移轨迹和沙堤形态等数据，从而优选出最适宜的支撑剂种类、砂比和携砂液排量等施工参数。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：图1是根据本公开的一种具体实施方式的缝隙导流沉降模拟装置的俯视图。图2是根据本公开的一种具体实施方式的缝隙导流沉降模拟装置的结构示意图。图3是根据本公开的一种具体实施方式的模拟水力压裂的系统的结构示意图。附图标记说明1搅拌器2储液装置3液位计4放空阀5进液阀6注入泵7压力表8流量计9人工裂缝901第一侧板902固定板903第一孔道904第二孔道905活动板906弹性件907仿岩板908流体入口909流体出口10摩阻管11压差变送器12排沙口13回流管路具体实施方式以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指本公开的缝隙导流沉降模拟装置在正常使用状态下的上、下、左和右，具体可以参考图2和图3的图面方向。“内、外”指的是针对装置的轮廓而言的内和外。本公开提供一种缝隙导流沉降模拟装置，该装置包括人工裂缝9，所述人工裂缝9包括：具有缝隙的第一段，用于模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；以及具有可开闭缝隙的第二段，用于模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程。本公开的缝隙导流沉降模拟装置中具有缝隙的第一段可以用于模拟支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程，具有可开闭缝隙的第二段可以用于模拟携砂液在压力作用下将地下裂缝中的岩层劈开的过程。本公开的缝隙导流沉降模拟装置可以调节人工裂缝的尺寸，可以针对某一尺寸的地下裂缝对待测携砂液进行水力压裂模拟，模拟过程中可以收集支撑剂的沉降速度、运移轨迹和沙堤形态等数据，从而优选出最适宜的支撑剂种类、砂比和携砂液排量等施工参数。其中，水力压裂的含义为本领域技术人员所熟知，是指利用增压设备向地下油层注入压裂液，当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时，则在油层上形成很高的压力，当这种压力超过油层岩石的破裂压力时，油层将被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向油层挤注压裂液，裂缝就会继续向油层内部扩张。为了保持压开的裂缝处于张开状态，接着向油层挤入带有支撑剂的携砂液，携砂液进入裂缝之后，使裂缝继续向前延伸，并支撑已经压开的裂缝使其保持撑开状态。支撑剂也为本领域技术人员所熟知，为具有一定粒度和级配的天然砂或人造高强陶瓷颗粒，支撑剂由压裂液带入并支撑在压裂地层的裂隙中，从而有效地将油气导入油气井，可以大幅度提高油气产量和延长油井寿命。如图1所示，在本公开的一种具体实施方式中，人工裂缝9可以包括沿竖直方向平行设置的第一侧板901和第二侧板，第一侧板901和第二侧板可以平行间隔设置以形成所述第一段的缝隙；第二侧板可以包括固定板902和沿垂直于板面方向可移动的活动板905，活动板905与固定板902之间可以设置有弹性件906，弹性件906可以使得活动板905与第一侧板901之间形成第二段的可开闭缝隙；第一段的缝隙和第二段的可开闭缝隙的周向均密封；周向密封的两个侧面上分别设置有流体入口908和流体出口909，优选地，第一侧板901和第二侧板之间的距离可以调节，以形成不同尺寸的人工裂缝9，便于模拟携砂液在不同尺寸的地下裂缝中的压裂过程，其中，第一侧板901和第二侧板之间的距离优选为6-20mm。在本公开优选的一种具体实施方式中，可以采用密封边框对上述第一段的缝隙和第二段的缝隙进行密封，为了更准确地模拟压裂液在地下裂缝中的水力压裂过程，优选地，密封边框的额定承压强度可以为大于2MPa。为了防止模拟过程中人工裂缝9内的压力超过额定的承压强度，优选地，人工裂缝9还可以设有保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种缝隙导流沉降模拟装置，其特征在于，该装置包括人工裂缝(9)，所述人工裂缝(9)包括：具有缝隙的第一段，用于模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；以及具有可开闭缝隙的第二段，用于模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程。

【技术特征摘要】
1.一种缝隙导流沉降模拟装置，其特征在于，该装置包括人工裂缝(9)，所述人工裂缝(9)包括：具有缝隙的第一段，用于模拟携砂液中的支撑剂在地下裂缝中的运移和沉降过程；以及具有可开闭缝隙的第二段，用于模拟携砂液将地下裂缝中的岩层劈开的过程。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述人工裂缝(9)包括沿竖直方向设置的第一侧板(901)和第二侧板，所述第一侧板(901)和第二侧板平行间隔设置以形成所述第一段的缝隙；所述第二侧板包括固定板(902)和沿垂直于板面方向可移动的活动板(905)，所述活动板(905)与所述固定板(902)之间设置有弹性件(906)，所述弹性件(906)使得所述活动板(905)与所述第一侧板(901)之间形成所述第二段的所述可开闭缝隙；所述第一段的缝隙和所述第二段的可开闭缝隙的周向均密封；所述周向密封的两个侧面上分别设置有流体入口(908)和流体出口(909)。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述弹性件(906)为压缩弹簧，所述压缩弹簧一端抵顶在所述固定板(902)上，另一端抵顶在所述活动板(905)上。4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述人工裂缝(9)还包括沿所述第一侧板(901)和第二侧板的两个侧边竖直设置的第一孔道(903)和第二孔道(904)，所述第一孔道(903)和第二孔道(904)朝向所述缝隙内部的一侧分别设有水平方向的射孔；所述人工裂缝(9)的流体入口(908)设置于所述第一孔道(903)的顶部，所述人工裂缝(9)的流体出口(909)设置于所述第二孔道(904)的顶部。5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一侧板(901)为透明板，该系统还包括高速摄像设备，用于通过所述透明的第一侧板(901)拍摄所述人工裂缝(9)中支撑剂的运移和沉降过程。6.根据权利要求2或5所述的装置，其特征在于，所述第一侧板(901)位于所述第一段的至少一部分内表面形成为粗糙表面。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一侧板(901)位于所述第一段的至少一部分内表面形成为光滑表面。8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二侧板还包括仿岩板(907)，所述仿岩板(907)可拆卸地设置于所述第二侧板的内表面，所述仿岩板(907)的滤失量可调节。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，通过更换仿岩板(907)的种类来调节所述仿岩板(907)的滤失量，所述仿岩板(907)为选自页岩板、砂岩板、致密岩层板和超低密岩层板中的至少一种。10.一种模拟水力压裂的系统，其特征在于，该系统包括：输送装置，用于输送携砂液；以及权利要求1-9中任意一项所述的缝隙导流沉降模拟装置，用于模拟携砂...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦升益，于倩，王中学，李阔，
申请(专利权)人：内蒙古仁创沙漠资源利用研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15