裂缝模拟装置、支撑剂运移轨迹与展布的实验仪器和方法制造方法及图纸

本申请提供了一种裂缝模拟装置、支撑剂运移轨迹与展布的实验仪器和方法。该裂缝模拟装置包括：裂缝主体，裂缝主体呈半椭圆状，裂缝主体包括固定板和透明观测板；沿裂缝主体的弧形外周上形成有均匀分布的出口孔眼；主液体与支撑剂注入部；以及，次级液体与支撑剂注入部，其包括次级注入管线，次级注入管线可移动地设置在主液体与支撑剂注入部内以调节次级注入管线注出口的高度。本申请利用该裂缝模拟装置能够模拟椭圆形压裂裂缝形态以及裂缝尖端的支撑剂运移轨迹与展布规律。同时，该裂缝模拟装置在裂缝高度方向上有流体流动，能够分析高度方向的流体流动对支撑剂运移轨迹与展布的影响。该裂缝模拟装置还能够对少量甚至单颗粒支撑剂在裂缝中的运移轨迹进行评价。撑剂在裂缝中的运移轨迹进行评价。撑剂在裂缝中的运移轨迹进行评价。

【技术实现步骤摘要】
裂缝模拟装置、支撑剂运移轨迹与展布的实验仪器和方法


[0001]本专利技术涉及水力压裂
，尤其涉及一种裂缝模拟装置、支撑剂运移轨迹与展布的实验仪器和方法。

技术介绍

[0002]水力压裂改造过程中，支撑剂在压裂裂缝中的运移与展布特征对压裂改造效果具有重要影响。支撑剂在压裂裂缝中受到重力、流体携带力以及颗粒碰撞力等多种因素影响，支撑剂的运移路径复杂多变。
[0003]室内实验是研究支撑剂运移轨迹与展布的重要手段之一。利用实验可方便地观测支撑剂在压裂裂缝中的运移轨迹与展布形态，评价裂缝形态、压裂液参数、支撑剂参数和施工参数等对支撑剂运移与展布的影响，分析压裂改造支撑效果，为压裂设计优化与支撑剂材料优选提供参考。
[0004]国内外针对支撑剂在裂缝中的运移轨迹与展布特征进行了大量的实验研究，形成了不同类型的实验仪器和实验方法。
[0005]然而，现有的实验仪器具有以下几方面的缺点：(1)压裂裂缝形态为平直长方体。现有的实验仪器的裂缝模拟装置主要为长方体状，与实际压裂过程的椭圆形压裂裂缝差异性大，无法模拟裂缝尖端的支撑剂运移轨迹与展布规律。(2)流体的出口主要在裂缝的末端。现有的裂缝模拟装置的流体出口端主要分布在裂缝模拟装置的末端，裂缝高度方向上没有流体流动，无法分析高度方向的流体流动对支撑剂运移轨迹与展布的影响。(3)无法进行少量支撑剂运移轨迹的评价与分析。现有的实验仪器主要用于大量支撑剂运移轨迹与展布的模拟，无法对少量支撑剂在裂缝中的运移轨迹进行评价，因此评价支撑剂单颗粒的运移轨迹的难度大。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种裂缝模拟装置、支撑剂运移轨迹与展布的实验仪器和方法。该裂缝模拟装置能够模拟椭圆形压裂裂缝，可以模拟裂缝尖端的支撑剂运移轨迹与展布规律。同时，该裂缝模拟装置在裂缝高度方向上有流体流动，能够分析高度方向的流体流动对支撑剂运移轨迹与展布的影响。该裂缝模拟装置还能够对少量甚至单颗粒支撑剂在裂缝中的运移轨迹进行评价。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种裂缝模拟装置，该裂缝模拟装置包括：裂缝主体，所述裂缝主体呈半椭圆状，所述裂缝主体包括固定板和透明观测板，所述固定板和所述透明观测板围合形成裂缝空间，所述裂缝空间的开口位于所述裂缝主体的轴处；沿所述裂缝主体的弧形外周上形成有均匀分布的出口孔眼；主液体与支撑剂注入部，其与所述裂缝主体的所述裂缝空间的开口连通；以及，次级液体与支撑剂注入部，其包括次级注入管线，所述次级注入管线可移动地设置在所述主液体与支撑剂注入部内以调节次级注入管线注入口的高度。本实施方式利用裂缝模拟装置，能够模拟椭圆形压裂裂缝形态以及裂缝尖端的支
撑剂运移轨迹与展布规律；同时，该裂缝模拟装置在裂缝高度方向上有流体流动，能够分析高度方向的流体流动对支撑剂运移轨迹与展布的影响。该裂缝模拟装置还能够对少量甚至单颗粒支撑剂在裂缝中的运移轨迹进行评价。
[0008]在第一方面的一个实施方式中，所述透明观测板通过垫块固定在所述固定板上，所述垫块沿所述裂缝主体的弧形外周设置；所述出口孔眼位于所述垫块上。通过该实施方式，有利于连接固定板和透明观测板并使两者围合形成裂缝空间。
[0009]在第一方面的一个实施方式中，所述垫块与所述固定板间形成有密封胶层，所述密封胶层由树脂胶构成；所述垫块与所述透明观测板间形成有密封胶层，所述密封胶层由树脂胶构成。通过该实施方式，能够使得裂缝模拟装置具有良好的密闭性能，有利于实验的顺利进行。
[0010]在第一方面的一个实施方式中，所述垫块与所述透明观测板间安装有橡胶垫圈，用于支撑所述透明观测板。通过该实施方式，橡胶垫圈能够进一步提升裂缝模拟装置的密闭性能，有利于实验的顺利进行。
[0011]在第一方面的一个实施方式中，所述垫块上均匀分布有安装孔眼，螺钉能够穿过所述安装孔眼和所述固定板从而将所述垫块固定在所述固定板上。通过该实施方式，能够提高垫块与固定板间连接的机械强度，避免垫块与固定板相互分离。
[0012]在第一方面的一个实施方式中，沿所述透明观测板的弧形外周均匀分布有固定孔眼，螺钉能够穿过所述固定孔眼将所述透明观测板固定在所述垫块上。通过该实施方式，能够提高垫块与透明观测板间连接的机械强度，避免垫块与透明观测板相互分离。
[0013]在第一方面的一个实施方式中，所述透明观测板上标注有尺度刻度线。通过该实施方式，有利于支撑剂运移轨迹的观测和展布尺度的估算，从而有利于观测运移路径和后期的数据分析。
[0014]在第一方面的一个实施方式中，所述固定板由钢材料制成，所述透明观测板由有机玻璃制成。通过该实施方式，有利于降低固定板的成本并提高其机械强度，同时有利于降低透明观测板的成本并有利于实验观测的顺利进行。
[0015]第二方面，本专利技术还提供了一种支撑剂运移轨迹与展布的实验仪器，该实验仪器包括第一方面及其任一实施方式的裂缝模拟装置。利用该实验仪器，采用椭圆形压裂裂缝形态，评价裂缝尖端的支撑剂运移轨迹与展布规律。同时，该裂缝模拟装置在裂缝高度方向上有流体流动，能够分析高度方向的流体流动对支撑剂运移轨迹与展布的影响。该裂缝模拟装置还能够对少量甚至单颗粒支撑剂在裂缝中的运移轨迹进行评价。
[0016]在第二方面的一个实施方式中，所述的实验仪器还包括：水源，用于向实验仪器提供实验所需的水；主注入混合系统，用于向所述裂缝模拟装置的主液体与支撑剂注入部提供携砂液；次级注入混合系统，用于向所述裂缝模拟装置的次级液体与支撑剂注入部提供携砂液；出口管线收集罐，用于携砂液的收集，其与所述出口孔眼通过管线连通，所述出口管线收集罐与主注入混合系统的主注入混液罐通过管线连通；以及，控制系统，用于控制所述实验仪器的运行并记录运行数据。通过该实施方式，可以模拟裂缝尖端与裂缝高度方向的支撑剂运移轨迹与展布规律。同时，该裂缝模拟装置在裂缝高度方向上有流体流动，能够分析高度方向的流体流动对支撑剂运移轨迹与展布的影响。该裂缝模拟装置还能够对少量甚至单颗粒支撑剂在裂缝中的运移轨迹进行评价。
[0017]在第二方面的一个实施方式中，所述主注入混合系统包括：主注入混液罐，其与所述水源连接，能够用于配置压裂液与携砂液；主支撑剂添加装置，其与所述主注入混液罐连接，用于向所述主注入混液罐输送支撑剂；以及，主注入泵，其与所述主注入混液罐连接，用于泵送压裂液与携砂液并控制进入主液体与支撑剂注入部的携砂液的流量，所述主注入泵与所述裂缝模拟装置的所述主液体与支撑剂注入部通过管线连通。通过该实施方式，有利于向裂缝模拟装置的主液体与支撑剂注入部提供携砂液。
[0018]在第二方面的一个实施方式中，连接所述主注入泵与所述裂缝模拟装置的所述主液体与支撑剂注入部间的管线上设置有主注入管线球阀、主注入流量计和主注入压力计。通过该实施方式，主注入管线球阀能够控制主注入混合系统配制的携砂液是否能够流入裂缝模拟装置，主注入流量计和主注入压力计分别用于测量从主注入混合系统进入裂缝模拟装置的携砂液的流量和压力，以方便本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种裂缝模拟装置，其特征在于，包括：裂缝主体，所述裂缝主体呈半椭圆状，所述裂缝主体包括固定板和透明观测板，所述固定板和所述透明观测板围合形成裂缝空间，所述裂缝空间的开口位于所述裂缝主体的轴处；沿所述裂缝主体的弧形外周上形成有均匀分布的出口孔眼；主液体与支撑剂注入部，其与所述裂缝主体的所述裂缝空间的开口连通；以及，次级液体与支撑剂注入部，其包括次级注入管线，所述次级注入管线可移动地设置在所述主液体与支撑剂注入部内以调节次级注入管线注入口的高度。2.根据权利要求1所述的裂缝模拟装置，其特征在于，所述透明观测板通过垫块固定在所述固定板上，所述垫块沿所述裂缝主体的弧形外周设置；所述出口孔眼位于所述垫块上。3.根据权利要求2所述的裂缝模拟装置，其特征在于，所述垫块与所述固定板间形成有密封胶层，所述密封胶层由树脂胶构成；所述垫块与所述透明观测板间形成有密封胶层，所述密封胶层由树脂胶构成。4.根据权利要求2所述的裂缝模拟装置，其特征在于，所述垫块与所述透明观测板间安装有橡胶垫圈，用于支撑所述透明观测板。5.根据权利要求2所述的裂缝模拟装置，其特征在于，所述垫块上均匀分布有安装孔眼，螺钉能够穿过所述安装孔眼和所述固定板从而将所述垫块固定在所述固定板上。6.根据权利要求2所述的裂缝模拟装置，其特征在于，沿所述透明观测板的弧形外周均匀分布有固定孔眼，螺钉能够穿过所述固定孔眼将所述透明观测板固定在所述垫块上。7.根据权利要求1所述的裂缝模拟装置，其特征在于，所述透明观测板上标注有尺度刻度线。8.根据权利要求1
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7中任一项所述的裂缝模拟装置，其特征在于，所述固定板由钢质材料制成，所述透明观测板由高强度有机玻璃制成。9.一种支撑剂运移轨迹与展布的实验仪器，其特征在于，包括如权利要求1
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8中任一项所述的裂缝模拟装置。10.根据权利要求9所述的实验仪器，其特征在于，还包括：水源，用于向实验仪器提供实验所需的水；主注入混合系统，用于向所述裂缝模拟装置的主液体与支撑剂注入部提供携砂液；次级注入混合系统，用于向所述裂缝模拟装置的次级液体与支撑剂注入部提供携砂液；出口管线收集罐，用于携砂液的收集，其与所述出口孔眼通过管线连通，所述出口管线收集罐与主注入混合系统的主注入混液罐通过管线连通；以及，控制系统，用于控制所述实验仪器的运行并记录运行数据。11.根据权利要求10所述的实验仪器，其特征在于，所述主注入混合系统包括：主注入混液罐，其与所述水源连接，能够用于配置压裂液与携砂...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘林华，王海波，贺甲元，李凤霞，周彤，董涛，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：