一种流场全域可测量的支撑剂输送复杂裂缝实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种流场全域可测量的支撑剂输送复杂裂缝实验装置，由压裂液配置罐1、输送泵3、模拟井筒4、可视化复杂平板裂缝、出液管11、废液处理罐17、CCD相机9、PIV激光仪10组成，配置罐的混合物经过出料口、输送泵自模拟井筒顶端进入后，流入平板裂缝中；平板裂缝由单缝模块和分支缝模块拼接而成，单缝模块由一种可变缝宽的单裂缝通道构成，分支缝模块由主裂缝‑一级次生缝、一级次生缝‑二级次生缝两种不同缝宽的裂缝通道构成；各级裂缝出口处均连接出液管，自平板裂缝流出的流体进入出液管后流入废液处理罐；该装置利用CCD相机、PIV激光仪对平板裂缝的流场速度进行测试和记录。本发明专利技术能够为水力压裂施工参数优化、支撑剂优选提供理论依据。

An experimental device for complex cracks in proppant transportation

【技术实现步骤摘要】
一种流场全域可测量的支撑剂输送复杂裂缝实验装置
本专利技术涉及一种流场全域可测量的支撑剂输送复杂裂缝实验装置，属于油气田开发和实验流体力学研究

技术介绍
页岩气作为一种非常规的天然气资源在我国储量丰富，具有广阔的开采前景。水力压裂技术是页岩气开采的核心技术，是页岩气储层增产改造的一项重要手段。页岩的压裂主要是采用低黏的滑溜水向地层进行高排量的泵注，实现页岩储层中的层理和天然裂缝的沟通，从而形成多级复杂裂缝。为了在裂缝闭合时形成有效的支撑，随压裂液进入裂缝通道的支撑剂需要具有较好的输送沉降特性，从而来提高储层的导流能力，达到增产的目的。压裂液中的支撑剂在裂缝中的输送和沉降性能将直接影响到裂缝的导流能力，因此研究支撑剂在裂缝中的输运特性对于页岩气的高效开采具有重要的指导意义。通过各种平板裂缝实验装置模拟页岩复杂裂缝中支撑剂的输送过程，可以认识其输送规律以及建立相应理论模型，为工程应用提供依据。目前已有的模拟实验装置中，大都通过透明材料搭建人工裂缝通道实现支撑剂输送过程的可视化来研究支撑剂的运移特性。由于滑溜水压裂形成的复杂裂缝的缝宽较小，同时压裂液在缝内高速流动，所以流体在其中的流动状态、支撑剂的输送和沉降规律都异常复杂，因此仅通过可视化装置定性观察支撑剂输送和沉降的宏观特征有一定局限性，而对复杂裂缝中的压裂液和支撑剂颗粒的速度场进行定量化表征则能够更好地研究支撑剂在复杂裂缝里的运移铺置机理。中国专利申请CN107816342A公开了一种裂缝内支撑剂运移可视化实验装置，由两块透明板夹设成一段长裂缝通道，仅能观察和记录支撑剂在其中的运移规律。中国专利申请CN104792491A公开了一种模拟多角度缝网支撑剂沉降规律装置，包含了主缝和次生缝结构，充分反映了天然裂缝的形态，但也仅能定性观察支撑剂运移堆积情况。中国专利申请CN109779593A公开了一种可实现单裂缝通道中三维流场测试的可视化平板裂缝装置，结合流场测试工具，仅能实现对常规油气田压裂过程中长单缝通道内压裂液和支撑剂颗粒的速度场的测量。然而页岩复杂裂缝通道中包括单缝内和分支缝接头处两种类型的流场特征，其中分支缝接头处的流场测量更为困难，对于研究整个页岩复杂裂缝中流体和颗粒的运动规律也更为重要，目前相关的专利都未能实现该功能。基于此，本专利技术提供了一种流场全域可测量的支撑剂输送复杂裂缝实验装置，结合先进的流场测试工具可以实现对复杂裂缝中单缝内、各分支缝接头处等关键区域的压裂液和支撑剂速度场进行定量化表征，同时裂缝中各级分支裂缝可以按实验需求增添延伸且方便组装和拆洗，能够真实地模拟天然页岩地层中复杂裂缝的结构形态，克服了同类平板装置的缺点，为研究页岩储层水力压裂过程中支撑剂的输送规律提供了一种更好的实验装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种流场全域可测量的支撑剂输送复杂裂缝实验装置，该装置能较真实地模拟水力压裂过程中支撑剂在页岩复杂裂缝中的输送铺置过程，并结合流场测试工具获得整个复杂裂缝中单缝内、各分支缝接头处等关键区域压裂液和支撑剂的速度分布，从而定量化表征压裂液和支撑剂在裂缝中流动的参数及相互作用规律，同时该装置实现了模块化，利于组装和拆洗，能够更好地研究支撑剂在复杂裂缝里的运移铺置机理，为页岩气开采过程中的水力压裂施工参数优化、支撑剂优选提供更好的理论依据。为达到以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案。一种流场全域可测量的支撑剂输送复杂裂缝实验装置，主要由压裂液配置罐、压裂液和支撑剂混合物输送泵、模拟井筒、可视化复杂平板裂缝、出口立管、排出液回收罐、连接管路、平板裂缝支座、压力计、控制阀、流量计组成。所述压裂液配置罐为圆柱形罐体，包含进液口、支撑剂进口、罐体自身、搅拌机、出料口和回料口，所述出料口通过管线连接混合物输送泵入口，泵出口通过管线与圆柱形模拟井筒顶端连接。混合物自模拟井筒顶端进入后，通过与平板连通的模拟射孔孔口流入平板裂缝中。所述可视化复杂平板裂缝由多段空间连通的缝状流动通道互联而成，并结合支撑剂输送铺置模拟实验的完整性要求，确定可视化复杂平板裂缝包含三种缝宽依次减小的裂缝通道，分别为主裂缝、一级次生缝、二级次生缝。整个可视化复杂平板裂缝由单缝和分支缝两种模块组装拼接而成。单缝模块由一种可变缝宽的单裂缝通道构成，分支缝模块则由主裂缝-一级次生缝或一级次生缝-二级次生缝两种不同缝宽组合的裂缝通道构成。所述单缝模块包含两块竖立且平行放置的透明平板和两幅用于固定的外框架。将透明平板镶嵌于两幅框架内进行固定，使其能够承受实验过程中较高的流体压力。为了实现框架对平板的固定，在两幅框架上下两端加工足够多个对称布置的螺孔，用于螺栓连接。所述分支缝模块包含五块竖立的透明平板和三幅用于固定的外框架，上一级裂缝一侧由一整块透明平板构成，另一侧由两块在空间上共面且留有一定间隔的透明平板构成。次级裂缝的两块透明平板的端面直接延伸至与上一级裂缝留有间隔的一侧透明平板的内侧平齐，同时形成不同的分支缝角度，并通过相应的特制框架螺孔中的螺栓进行连接和固定。为了在透明平板之间形成从前至后的流动通道，平板间上下两侧采用具有一定宽度的有机玻璃长条支撑平板，有机玻璃长条和平板之间进行粘接密封，从而形成可视化的平板裂缝流动通道。单缝模块和分支缝模块均可根据实验要求进行增添延伸，通过框架前后侧边螺孔中的螺栓进行连接和固定，从而形成可以多段互联、可调节长度的复杂平板裂缝模型。可视化复杂平板裂缝放置于支座上，形成垂直缝。各级裂缝出口处连接一割缝圆形立管，流体流入立管后自上端流出，进入出口管汇，并最后流入回收罐。为了实现平板裂缝中压裂液和支撑剂速度场的测试，本专利技术拟利用粒子图像测速仪(PIV)实现流场速度测试。采用PIV进行流场测试时，激光片光源平行于流动方向自平板裂缝顶部的有机玻璃长条射入流动通道之中，采用CCD相机从裂缝通道正面接收被流场中示踪粒子反射的激光，从而获得示踪粒子的运动图像，并传输至电脑保存，然后采用PIV装置后处理软件即可得到测试区域流体的速度场,从而可以分析得到其流动规律。为了满足激光入射和反射不被遮挡的问题，安装时两幅框架顶部之间需留有足够的间隙（即光源入射通道），同时不安装入射光经过区域的螺栓，避免螺栓对入射光路的阻挡，入射后的激光自玻璃平板正面反射被CCD接收。PIV激光器入射光为片光源，单次可以直接测量平行于流动方向某个面的速度场，同时采用两台CCD即可得到该平面上三维速度矢量。若需不同平面的三维速度场，可沿垂直于流动方向前后移动片光源，再次测量即可。对于整个裂缝中具有平板裂缝特征的任意位置，CCD相机摆放至裂缝通道任意一侧即可进行对单缝通道流场的测试。对于分支缝模块接头处，CCD只需置于该模块上一级裂缝无遮挡的一侧，便可进行对分支裂缝接头处流场的测试，由于可实现该位置流出的三维测量，所以从该位置进入支缝的流动参数也能由此测得。由此可看出，通过这样的组合方式，可以构建不同形态的组合复杂裂缝模拟结构，并实现整个裂缝中所有位置流场测试。利用上述装置测试复杂裂缝单缝内或分支缝接头处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流场全域可测量的支撑剂输送复杂裂缝实验装置，由压裂液配置罐（1）、输送泵（3）、模拟井筒（4）、可视化复杂平板裂缝、出液管（11）、废液处理罐（17）、CCD相机（9）、PIV激光仪（10）组成，其特征在于，所述压裂液配置罐（1）为圆柱形罐体，包含进液口（20）、支撑剂进口（19）、搅拌机（18）、出料口和回料口，所述出料口通过管线连接输送泵（3）的入口，输送泵的出口通过管线与模拟井筒（4）顶端连接；配置罐的混合物经过出料口、输送泵自模拟井筒顶端进入后流入平板裂缝中；所述可视化复杂平板裂缝由单缝模块和分支缝模块拼接而成，单缝模块由一种可变缝宽的单裂缝通道构成，分支缝模块由主裂缝-一级次生缝、一级次生缝-二级次生缝两种不同缝宽的裂缝通道构成；平板裂缝置于支座（6）上，形成垂直缝，各级裂缝出口处均连接一出液管（11），自平板裂缝流出的流体进入出液管后流入废液处理罐（17），废液处理罐连接压裂液配置罐的回料口；该装置利用CCD相机（9）、PIV激光仪（10）对平板裂缝的流场速度进行测试和记录。/n

【技术特征摘要】
1.一种流场全域可测量的支撑剂输送复杂裂缝实验装置，由压裂液配置罐（1）、输送泵（3）、模拟井筒（4）、可视化复杂平板裂缝、出液管（11）、废液处理罐（17）、CCD相机（9）、PIV激光仪（10）组成，其特征在于，所述压裂液配置罐（1）为圆柱形罐体，包含进液口（20）、支撑剂进口（19）、搅拌机（18）、出料口和回料口，所述出料口通过管线连接输送泵（3）的入口，输送泵的出口通过管线与模拟井筒（4）顶端连接；配置罐的混合物经过出料口、输送泵自模拟井筒顶端进入后流入平板裂缝中；所述可视化复杂平板裂缝由单缝模块和分支缝模块拼接而成，单缝模块由一种可变缝宽的单裂缝通道构成，分支缝模块由主裂缝-一级次生缝、一级次生缝-二级次生缝两种不同缝宽的裂缝通道构成；平板裂缝置于支座（6）上，形成垂直缝，各级裂缝出口处均连接一出液管（11），自平板裂缝流出的流体进入出液管后流入废液处理罐（17），废液处理罐连接压裂液配置罐的回料口；该装置利用CCD相机（9）、PIV激光仪（10）对平板裂缝的流场速度进行测试和记录。


2.如权利要求1所述的一种流场全域可测量的支撑剂输送复杂裂缝实验装置，其特征在于，自平板裂缝流出的流体进入出液管后自上端流出，分别经过主管线（12）或分支管线（13）流入废液处理罐（17），主管线上设置压力计（14）、流量调节阀（15）、流量计（16）。


3.如权利要求1所述的一种流场全域可测量的支撑剂输送复杂裂缝实验装置，其特征在于，所述单缝模块包含两块竖立且平行放置的透明平板（23）和两幅用于固定透明平板的外框架（22），透明平板之间形成流动通道（21），在两幅外框架上下两端设置多个对称布置的螺孔，通过螺栓（24）连接。


4.如权利要求1所述的一种流场全域可测量的支撑剂输送复杂裂缝实验装置，其特征在于，所述分支缝模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，孙堃，郭建春，陈迟，杨若愚，李鸣，洪迎河，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51