【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及页岩油气压裂加砂模拟试验，具体来讲，涉及一种复杂裂缝模拟试验装置、试验方法及裂缝壁面制备方法。
技术介绍
1、水力压裂是目前国内构建页岩油气储层复杂裂缝网络的主要技术之一。页岩储层内部矿物组分差异以及不连续界面(层理、天然裂缝)的广泛分布使其具有强烈的非均质性，造成压裂后裂缝展布和形态差别很大。裂缝壁面的形态和粗糙度也各不相同，并直接影响压裂后支撑剂在裂缝系统内的运移和展布，进而影响后续气井产能。现有的裂缝模拟方法大多把压裂形成的裂缝看作平直缝，制作的支撑剂运移装置无法模拟真实裂缝断面形态起伏和粗糙度差异带来的支撑剂运移和铺置变化。因此，有必要研究模拟迂曲和粗糙裂缝的方法及实验装置，为优化支撑剂类型及比例等参数提供技术支撑。
2、研究页岩储层压裂后复杂缝网内支撑剂沉降运移规律的方法主要包括数值模拟方法和物理模拟法两大类型。其中物理模拟方法相比数值模拟方法可更直观地观察支撑剂的沉降运移规律。水力压裂工艺最初主要应用在常规砂岩储层，压裂裂缝形态以单一平面裂缝为主，因此构建的裂缝模拟装置的裂缝形态多为单一平面裂缝，其裂缝形态和尺寸就相对固定。随着页岩油气藏勘探开发的兴起，针对复杂压裂裂缝，国内外学者开展了大量的支撑剂运移与展布评价实验仪器的研究，其中裂缝模拟装置主要针对正交复杂裂缝和分支复杂裂缝，不同装置模拟的裂缝形态和尺寸差异大。裂缝模拟装置的材质决定了实验仪器的整体性能和实验参数，不透明的材质如岩石、混凝土试件等只能观测支撑剂最终在压裂裂缝中的展布情况，采用相对较少。透明材质(有机玻璃)为裂缝模拟装置的首
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种复杂裂缝模拟试验装置、试验方法及裂缝壁面制备方法，用以解决现有技术中存在的模拟裂缝壁面无法还原真实裂缝壁面所具有的迂曲和粗糙度进而无法准确模拟支撑剂的沉降和分布规律的技术难题。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种复杂裂缝模拟试验装置，所述试验装置可包括试验台、搅拌输送单元、裂缝单元、数据采集单元和控制单元，其中，裂缝单元安装在试验台上，搅拌输送单元与裂缝单元通过管路连通，搅拌输送单元包括搅拌罐和输送泵，输送泵设置在搅拌罐的下方并通过管路与搅拌罐连通，搅拌罐能够将支撑剂混合搅拌并利用输送泵沿管路泵送至裂缝单元中进行沉降运移试验；数据采集单元与控制单元连接，数据采集单元包括运移监测模块和参数测量模块，运移监测模块安装在试验台上，运移监测模块能够对支撑剂在裂缝单元中的运移和铺置情况进行监控；参数测量模块安装在搅拌输送单元与裂缝单元之间的管路中，参数测量模块能够测量管路中的流量及压力参数；控制单元能够接收数据采集单元采集的数据并对所述试验装置进行控制。
3、可选择地，所述裂缝单元可包括常规裂缝模块，常规裂缝模块包括主裂缝、若干条分支裂缝和若干条三级裂缝，若干条分支裂缝分别与主裂缝的侧壁连接，若干条三级裂缝与若干条分支裂缝中的一条或多条连接，所述搅拌输送单元中的支撑剂能够沿管路被先后输送至主裂缝、若干条分支裂缝和若干条三级裂缝中进行沉降运移试验。
4、可选择地，所述裂缝单元还可包括微裂缝模块，微裂缝模块与所述常规裂缝模块连接，所述常规裂缝模块中的支撑剂能够被输送至微裂缝模块中进行沉降运移试验；微裂缝模块的裂缝缝宽尺寸范围为0.05mm～1mm。
5、可选择地，所述常规裂缝模块及微裂缝模块中的裂缝壁面的粗糙度范围可为5μm～9.5μm。
6、本专利技术另一方面提供了一种复杂裂缝模拟试验方法，所述试验方法可采用如上所述的复杂裂缝模拟试验装置，所述试验方法可包括在所述试验台上安装所述裂缝单元，通过所述管路连接所述搅拌输送单元与所述裂缝单元，在所述管路中安装所述参数测量模块，在所述试验台上安装所述运移监测模块，将所述参数测量模块和所述运移监测模块分别与所述控制单元连接；向所述搅拌输送单元和裂缝单元中输入清水进行密封性试验；向所述搅拌罐中输入携砂液与支撑剂，搅拌形成支撑剂悬浮液后开启所述输送泵，将支撑剂输入至所述裂缝单元中，通过所述参数测量模块测量所述裂缝单元中的压力和流量参数并传输至所述控制单元，所述运移监测模块监测所述裂缝单元中支撑剂的运移和铺置情况并在所述控制单元中显示，所述控制单元调节所述裂缝单元中的压力和流量参数，在所述裂缝单元的出口处收集支撑剂悬浮液进行支撑剂粒度分析。
7、本专利技术再一方面提供了一种裂缝壁面的制备方法，所述制备方法可用于制备如上所述的复杂裂缝模拟试验装置中所述裂缝单元的裂缝壁面，所述制备方法可包括确定压裂裂缝壁面粗糙度值的分布范围；制备预设尺寸厚度的透明有机玻璃板，根据所需裂缝宽度在单块或两块有机玻璃板表面上3d雕刻，形成模拟的迂曲裂缝断面；准备预设粒径的磨料，将磨料装入喷砂机，调整喷砂机的压力参数，对3d雕刻后的玻璃板进行喷砂处理，得到预设粗糙度的裂缝壁面。
8、可选择地，所述确定压裂裂缝壁面粗糙度值的分布范围可包括切割页岩制备若干块岩板，利用三轴应力系统对若干块岩板加压制备人工裂缝，使用三维激光表面轮廓仪扫描压裂后的若干块岩板的表面，采集裂缝表面三维坐标数据，进行3d数字化立体成像，分析每块岩板表面的几何形态；根据下式计算得到每块岩板的粗糙度值：
9、
10、其中，n为岩板表面选定的测量长度，z(x)为表面高度差值函数；再根据每块岩板的粗糙度值确定压裂裂缝壁面粗糙度值的近似分布范围。
11、可选择地，所述预设粒径的磨料可包括目数为20～200的5种不同粒径的喷砂磨料。
12、可选择地，所述制备方法还可包括使用三维激光表面轮廓仪对喷砂后的玻璃板进行扫描，得到喷砂后的玻璃板的3d粗糙面图像，并计算得到喷砂后的玻璃板的粗糙度值；选择属于所述压裂裂缝壁面粗糙度值的分布范围中的玻璃板的粗糙面图像，通过数据拟合得到模拟的裂缝断面粗糙度与喷砂粒径和喷砂压力的关系式。
<本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种复杂裂缝模拟试验装置，其特征在于，所述试验装置包括试验台、搅拌输送单元、裂缝单元、数据采集单元和控制单元，其中，
2.根据权利要求1所述的复杂裂缝模拟试验装置，其特征在于，所述裂缝单元包括常规裂缝模块，常规裂缝模块包括主裂缝、若干条分支裂缝和若干条三级裂缝，若干条分支裂缝分别与主裂缝的侧壁连接，若干条三级裂缝与若干条分支裂缝中的一条或多条连接，所述搅拌输送单元中的支撑剂能够沿管路被先后输送至主裂缝、若干条分支裂缝和若干条三级裂缝中进行沉降运移试验。
3.根据权利要求2所述的复杂裂缝模拟试验装置，其特征在于，所述裂缝单元还包括微裂缝模块，微裂缝模块与所述常规裂缝模块连接，所述常规裂缝模块中的支撑剂能够被输送至微裂缝模块中进行沉降运移试验；微裂缝模块的裂缝缝宽尺寸范围为0.05mm～1mm。
4.根据权利要求2所述的复杂裂缝模拟试验装置，其特征在于，所述常规裂缝模块及微裂缝模块中的裂缝壁面的粗糙度范围为5μm～9.5μm。
5.一种复杂裂缝模拟试验方法，其特征在于，所述试验方法采用如权利要求1至4中任意一项所述的复杂裂缝模拟试验
6.一种裂缝壁面的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1至4中任意一项所述的复杂裂缝模拟试验装置中所述裂缝单元的裂缝壁面，所述制备方法包括确定压裂裂缝壁面粗糙度值的分布范围；制备预设尺寸厚度的透明有机玻璃板，根据所需裂缝宽度在单块或两块有机玻璃板表面上3D雕刻，形成模拟的迂曲裂缝断面；准备预设粒径的磨料，将磨料装入喷砂机，调整喷砂机的压力参数，对3D雕刻后的玻璃板进行喷砂处理，得到预设粗糙度的裂缝壁面。
7.根据权利要求6所述的裂缝壁面的制备方法，其特征在于，所述确定压裂裂缝壁面粗糙度值的分布范围包括切割页岩制备若干块岩板，利用三轴应力系统对若干块岩板加压制备人工裂缝，使用三维激光表面轮廓仪扫描压裂后的若干块岩板的表面，采集裂缝表面三维坐标数据，进行3D数字化立体成像，分析每块岩板表面的几何形态；根据下式计算得到每块岩板的粗糙度值：
8.根据权利要求6所述的裂缝壁面的制备方法，其特征在于，所述预设粒径的磨料包括目数为20～200的5种不同粒径的喷砂磨料。
9.根据权利要求6所述的裂缝壁面的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括使用三维激光表面轮廓仪对喷砂后的玻璃板进行扫描，得到喷砂后的玻璃板的3D粗糙面图像，并计算得到喷砂后的玻璃板的粗糙度值；选择属于所述压裂裂缝壁面粗糙度值的分布范围中的玻璃板的粗糙面图像，通过数据拟合得到模拟的裂缝断面粗糙度与喷砂粒径和喷砂压力的关系式。
10.根据权利要求9所述的裂缝壁面的制备方法，其特征在于，根据所述模拟的裂缝断面粗糙度与喷砂粒径和喷砂压力的关系式，能够通过控制所述磨料的粒径和所述喷砂机的压力参数制备不同粗糙度的裂缝壁面。
...【技术特征摘要】
1.一种复杂裂缝模拟试验装置，其特征在于，所述试验装置包括试验台、搅拌输送单元、裂缝单元、数据采集单元和控制单元，其中，
2.根据权利要求1所述的复杂裂缝模拟试验装置，其特征在于，所述裂缝单元包括常规裂缝模块，常规裂缝模块包括主裂缝、若干条分支裂缝和若干条三级裂缝，若干条分支裂缝分别与主裂缝的侧壁连接，若干条三级裂缝与若干条分支裂缝中的一条或多条连接，所述搅拌输送单元中的支撑剂能够沿管路被先后输送至主裂缝、若干条分支裂缝和若干条三级裂缝中进行沉降运移试验。
3.根据权利要求2所述的复杂裂缝模拟试验装置，其特征在于，所述裂缝单元还包括微裂缝模块，微裂缝模块与所述常规裂缝模块连接，所述常规裂缝模块中的支撑剂能够被输送至微裂缝模块中进行沉降运移试验；微裂缝模块的裂缝缝宽尺寸范围为0.05mm～1mm。
4.根据权利要求2所述的复杂裂缝模拟试验装置，其特征在于，所述常规裂缝模块及微裂缝模块中的裂缝壁面的粗糙度范围为5μm～9.5μm。
5.一种复杂裂缝模拟试验方法，其特征在于，所述试验方法采用如权利要求1至4中任意一项所述的复杂裂缝模拟试验装置，所述试验方法包括在所述试验台上安装所述裂缝单元，通过所述管路连接所述搅拌输送单元与所述裂缝单元，在所述管路中安装所述参数测量模块，在所述试验台上安装所述运移监测模块，将所述参数测量模块和所述运移监测模块分别与所述控制单元连接；向所述搅拌输送单元和裂缝单元中输入清水进行密封性试验；向所述搅拌罐中输入携砂液与支撑剂，搅拌形成支撑剂悬浮液后开启所述输送泵，将支撑剂输入至所述裂缝单元中，通过所述参数测量模块测量所述裂缝单元中的压力和流量参数并传输至所述控制单元，所述运移监测模块监测所述裂缝单元中支撑剂的运移和铺置情况并在所述控制单元中显示，所述控制单元调节...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘春亭，龚蔚，石孝志，王素兵，朱炬辉，周文高，齐天俊，张俊成，王荣，周川云，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。