复杂裂缝压裂液-支撑剂转向分流三维速度测速方法技术

本发明专利技术公开了一种复杂裂缝压裂液

【技术实现步骤摘要】
复杂裂缝压裂液
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支撑剂转向分流三维速度测速方法


[0001]本专利技术涉及水力压裂
，具体涉及一种复杂裂缝压裂液
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支撑剂转向分流三维速度测速方法。

技术介绍

[0002]非常规油气资源是缓解我国能源供需矛盾、实现能源战略性接替的关键，其低孔、低渗等复杂的地质特点迫使其需要水力压裂技术才能实现规模效益开采。水力压裂是通过地面往地层泵入高压携砂流体，在储层内压出多条人工高速油气通道。压裂液在裂缝中流动，将支撑剂携带至裂缝深处，而支撑剂由于其自身的重力与裂缝壁面阻碍作用会在裂缝内沉降堆积形成砂堤以撑开人工裂缝。结束泵送后，支撑剂会滞留在裂缝内以保持裂缝张开。但非常规油气储层经水力压裂后会形成裂缝网络，其复杂的裂缝结构导致支撑剂会跟随压裂液分流而流向不同次缝，而油气井的产能很大程度上与支撑剂在次缝内的运移与铺置有关。因此，研究支撑剂在复杂裂缝节点处的运动至关重要。
[0003]目前，现有的模拟支撑剂在复杂裂缝中输送过程的实验装置均是抽提地下真实裂缝形态特点，通过设置不同的主次缝角度、主次缝缝宽比这两个参数，基于可视化平板，设计实验装置。多数学者在研究复杂裂缝内支撑剂运移与铺置规律时，采用定性分析砂堤铺置形态，通过研究不同工况下，主次缝内砂堤的演化过程与最终铺置形态，得出定性化的复杂裂缝支撑剂运移与沉降规律。在2009年Adam Dayan通过在在主缝上平行接上一条分支缝，来研究多级裂缝内支撑剂输送过程。(Adam Dayan,Shaun M.Stracener,and Peter E.Clark.2009.“Proppant Transport in Slick
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Water Fracturing of Shale
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Gas Formations|SPE Annual Technical Conference and Exhibition|OnePetro.”2009.
[0004]https://onepetro.org/SPEATCE/proceedings/09ATCE/All
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09ATCE/SPE
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125068
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MS/147307)。而后Sahai增加了实验装置中次缝的数量以还原真实裂缝的复杂度，研究了正交多级裂缝中支撑剂的铺置过程(Sahai,Raki.2014.
[0005]“Laboratory Results of Proppant Transport in Complex Fracture Systems|SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference and Exhibition|OnePetro.”2014.https://onepetro.org/SPEHFTC/proceedings/14HFTC/All
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14HFTC/SPE
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168579
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MS/211036？searchresult＝1)。压裂液携带支撑剂在进入次级裂缝时的运动状态决定了后续在次级裂缝中的运移与铺置，未流入次缝的支撑剂将改变原有运动状态，继续在主缝中运动，故支撑剂在复杂裂缝中的运移与铺置过程可拆解为与井筒直连的主缝内运动、主次缝节点处转向运动、进入次缝后的又一单缝内运动，该过程中压裂液与支撑剂转向入缝过程缺乏定量化的精确表征。大多数学者通过数值模拟的手段研究支撑剂在主裂缝与次裂缝交汇处行为，在现有技术中还未见有通过物理实验的手段还原主次缝节点处压裂液的分流与支撑剂的微观转向运动，如果能实现对支撑剂速度场的精确测量与表征，即可深入理解复杂裂缝中压裂液
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支撑剂分流与转向入缝过程。
[0006]公开号为CN109779593A的专利首次公开了一种可实现简化裂缝内压裂液流场与
支撑剂颗粒速度场测量与表征的平板裂缝装置，该装置引入粒子图像测速仪(PIV)，通过激光照射裂缝内流动区域，然后利用CCD摄像机捕捉支撑剂颗粒与示踪粒子的瞬态运动，从而实现对压裂液流场与支撑剂颗粒场的测量，但是该装置为单缝平板装置，无法实现对复杂裂缝节点处压裂液分流与支撑剂转向入缝行为的捕捉与表征。公开号为CN111119848A的专利中，通过设计加入分支裂缝，实现了对复杂裂缝内交叉位置的测速，但由于采用全透明亚克力玻璃板拼接的方式，激光照射后会在拼接处产生多处反光，不利于PIV测量，同时上述专利并未公开分支裂缝节点处三维PIV测试具体方法以及采集图片之后如何实现压裂液与支撑剂的分离与表征。基于此，本专利技术专利提供了一项基于三维PIV(粒子成像测速)与三维PTV技术(粒子追踪测速)的复杂裂缝压裂液
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支撑剂转向分流三维速度测速方法。

技术实现思路

[0007]为了解决上述现有方法的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种复杂裂缝压裂液
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支撑剂转向分流三维速度测速方法，以解决现有技术中水力压裂过程中支撑剂在复杂裂缝节点处的运移规律缺乏定量化认识的技术问题，为地下复杂裂缝压裂液
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支撑剂速度定量表征提供新思路与方法。
[0008]为达到以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0009]一方面，本专利技术提供了一种复杂裂缝压裂液
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支撑剂转向分流三维速度测速实验装置，实验装置包括主缝金属框架、立板、可旋转通道、主缝裂缝板、主缝顶部缝宽条、主缝底部缝宽条、密封条、紧固件；主缝金属框架紧贴于主缝裂缝板左侧壁面，主缝裂缝板右侧壁面上下开有凹槽，密封条放置于凹槽内，主缝顶部缝宽条和主缝底部缝宽条分别紧贴于凹槽右侧，形成密封效果；立板紧贴于主缝顶部缝宽条和主缝底部缝宽条的右侧壁面；主缝金属框架、立板上开有对称槽孔，并通过紧固件连接固定压紧，从而将主缝金属框架、立板之间的各部分压紧。
[0010]主缝裂缝板、立板、主缝顶部缝宽条、主缝底部缝宽条左右上下组合形成主缝流动通道。
[0011]立板右侧壁面上设置有可旋转通道，可旋转通道内开有狭缝以形成次缝流动通道，可旋转通道最右端可以与次缝裂缝板连接。
[0012]立板中心开有圆形通孔，通孔上铺设橡胶密封圈，立板上沿圆形通孔周围开有多个螺孔；可旋转通道左端是与立板厚度相同、与圆形通孔直径相同的圆柱体，其右侧为具有与立板上的多个螺孔对应的孔洞的圆片，螺栓经过孔洞和立板上的螺孔将可旋转通道和立板连接紧固；该圆片右侧是俯视角度为T字形的、具有一定高度的构件；可旋转通道从左至右贯穿了一条纵向的狭缝，液体在这条狭缝内流动。
[0013]进一步的，主缝和支缝之间的角度通过拧松并取下连接可旋转通道和立板的螺栓，然后旋转可旋转通道至一定角度再拧紧螺栓，即可实现改变。
[0014]进一步的，主缝出口P1、主缝出口P2和支缝出口B1所在端面上均开有小孔洞，可通过螺栓与其他裂缝板进行连接。
[0015]进一步的，为了减少光学测试时内部空间反光等干扰，在立板左侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂裂缝压裂液
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支撑剂转向分流三维速度测速方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)安装复杂裂缝模拟实验装置；(2)设置激光发射器位置，调整第一相机与第二相机的角度以及焦距，进行流场标定；(3)采集图像，同步触发激光发射器、第一相机以及第二相机采集图像，对采集图像进行图像增强并分离；(4)对支撑剂颗粒和示踪粒子颗粒进行定位；(5)对相邻的两帧图像进行颗粒匹配，并对确实颗粒进行补全，获取颗粒场的三维速度测量值。2.如权利要求1所述的复杂裂缝压裂液
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支撑剂转向分流三维速度测速方法，所述步骤(1)中还包括：所述实验装置为透明材质且顶部透光，所述实验装置内壁面喷镀哑光黑漆，所述实验装置内置压裂液，所述压裂液中包括支撑剂以及示踪粒子；所述实验装置上方设置激光发射器，所述实验装置正面设置第一相机与第二相机。3.如权利要求2所述的复杂裂缝压裂液
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支撑剂转向分流三维速度测速方法，所述步骤(2)中还包括：设置激光发射器位置；将亚克力玻璃材质的压裂液容器放置于实验装置上方，压裂液容器内装满压裂液，将标定板放入压裂液容器中；移动压裂液容器，直至压裂液容器内的标定板凸表面与激光表面重合；调整第一相机与第二相机的角度以及焦距，直至第一相机与第二相机的采集界面内标定板呈对称分布且标定中心重合，完成流场标定。4.如权利要求1所述的复杂裂缝压裂液
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支撑剂转向分流三维速度测速方法，所述步骤(3)中还包括：同步触发激光发射器、第一相机以及第二相机采集图像，所述采集图像包括第一相机第一帧、第一相机第二帧、第二相机第一帧、第二相机第二帧；对采集图像进行图像增强并分离，获取第一分离图像以及第二分离图像，第一分离图像仅含有示踪粒子颗粒，第二分离图像仅含有支撑剂颗粒。5.如权利要求4所述的复杂裂缝压裂液
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支撑剂转向分流三维速度测速方法，所述步骤(3)中还包括：进行图像增强；将第一相机获取的图像与第二相机获取的图像进行纵向区域网格划分，所述纵向区域网格等分图像；统计图像曝光总强度P
all
与总粒子数N
all
,求取平均曝光强度P
all(average)
：统计图像顶部第一区域内粒子总数N1与粒子曝光平均强度P，求取图像最大曝光阈值P
max
，
将图像中曝光强度大于P
max
的粒子认定为支撑剂颗粒；记录增强曝光强度P
增
与减弱曝光强度P
减
，将增幅与减幅记录为修正比例系数，将图像内增强后的粒子像素P
增
、P
减
进行统计并存入矩阵，将修正之后的像素值大于P
max
的粒子认定为支撑剂颗粒，剩余粒子即为示踪粒子颗粒。6.如权利要求4所述的复杂裂缝压裂液
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支撑剂转向分流三维速度测速方法，所述步骤(4)中还包括，对支撑剂颗粒和示踪粒子颗粒进行定位，包括：(4.1)粒子初步定位遍历搜索粒子图像曝光矩阵，搜寻到第n个颗粒的第一个发光像素的坐标(x
n,i
，y
n,i
)(4.2)通过几何质心法求取未饱和颗粒的中心坐标中心坐标计算公式为：中心坐标计算公式为：x
center,i
—第i个未饱和曝光颗粒的x中心坐标，无量纲；y
center,i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建春，唐堂，张涛，刘彧轩，张一凡，宋波，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：