【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及模拟水力压裂，特别涉及一种三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验系统。
技术介绍
1、随着人类工程建设活动不断向地球深部发展，地下环境的复杂和未知性也急剧提升。当地下水流经岩石裂隙时，由于裂隙内部摩擦力和黏滞阻力的存在会形成一定的水压差。而支撑剂作为填充物进入裂隙后，会改变裂隙中的孔隙度和渗透性，从而影响水流在其中的通透性和导向性。因此，通过测量不同条件下支撑剂填充后裂隙内部的水压变化情况，可以评估支撑剂对于地下水流动态行为的影响。
2、但是目前研究模拟裂缝输砂的实验设备、实验方法、试件制备等方面明显不足，现有的裂缝输砂模拟实验装置试件制备过于复杂，实验方案及目的过于单一的问题。例如，张宏方（1997年）提出的拟三维裂缝几何形态模型，计算支撑裂缝的几何尺寸。杨立君学者（2006年）的支撑剂对流模型研究及水平井分级压裂设计模拟软件研制，以二维的液体运动模型为理论依据来研究。
3、除此之外，目前针对三维非平面的测试研究却很少见，作为模拟地下复杂铺砂裂缝内支撑剂运动规律的重要指标，实验设备的研制和测试方法的设计都具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，以解决现有的无法模拟地下复杂裂缝情况、实验方案过于复杂，实验目的过于单一的技术问题。
2、本专利技术的目的是以下述方式实现的：
3、一种三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，包括定量加砂系统、混砂系统、液体泵注系统、流量监测系统、模拟
4、上述三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，所述模拟井筒装置为一顶端开口的管筒，管筒的顶端与液体泵注系统通过管道连通，管筒的两侧焊接连接板，在管筒的侧壁上由上而下依次设置至少三个连通管。
5、上述三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，所述三维非平面多尺度模型包括水平裂缝模型，垂直裂缝模型，多角度转向装置，水平裂缝模型与垂直裂缝模型通过多角度转向装置连通。
6、上述三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，所述水平裂缝模型包含外围承压框架，模拟井筒装置的连接板通过螺栓固定在三维非平面多尺度模型的外围承压框架上，在外围承压框架底部设置可视透明背板在外围承压框架内的可视透明背板上通过防水胶粘贴两个缝宽透明固定板，两缝宽透明固定板的两端和顶部均粘贴对应的透明端板和透明顶板，可视透明背板、两缝宽透明固定板、透明顶板和两透明端板围成的透明空腔构成支撑剂流动通道，模拟井筒装置上的连通管穿过水平裂缝模型的前端透明端板连通到三支撑剂流动通道，在水平裂缝模型的后端透明端板上设置有第一竖向出料口。
7、上述三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，所述多角度转向装置包括上端和下端封闭的竖管，竖管侧壁设置转向进料口和转向出料口，水平裂缝模型的第一竖向出料口与转向进料口对应连通，所述垂直裂缝模型和水平裂缝模型的结构一致，水平裂缝模型的外围承压框架与垂直裂缝模型的外围承压框架对应焊接或用螺栓固定在竖管上，垂直裂缝模型的前透明端板上设置有垂直裂缝进料口，垂直裂缝进料口与转向出料口连通。
8、上述三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，所述三维非平面多尺度模型由第一水平裂缝模型、垂直裂缝模型和第二水平裂缝模型依次通过多角度转向装置连通，高清摄像系统为两套，分别设置在垂直裂缝模型一侧和第二水平裂缝模型的上方。
9、上述三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，所述可视透明背板为波浪型或楔形，对应地粘贴在其上面的两缝宽透明固定板的底部设置有与可视透明背板形状一致的波浪形或楔形。
10、上述三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，所述多角度转向装置包括竖管，竖管侧壁上的转向进料口和转向出料口之间的夹角α为30°，60°90°120°150°。
11、上述三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，所述定量加砂系统包括加料口，螺旋推进装置，控制电机，控制电机与控制系统连接。
12、上述三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，所述高清摄像系统包括高清摄像机，高清摄像机安装在视屏控制移动机构上，在视屏控制移动机构上还设置照明辅助装置。
13、相对于现有技术，本专利技术有以下技术效果：
14、本专利技术能够模拟地下复杂裂缝情况、实验方案简单、方便操作。本专利技术能清晰的研究支撑剂在人工多尺度复杂裂缝中的铺置规律、建立砂堤堆起的新理论模型和输砂、铺置、沉降理论，评价多尺度裂缝内，支撑剂的输送、转向、铺置以及不同粒径与不同尺度裂缝的匹配关系，为水力压裂裂缝参数设计、施工参数优化、支撑剂优选、压裂液优选、排量优化、泵注程序优化等提供理论依据。
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1.一种三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：包括定量加砂系统(1)、混砂系统(2)、液体泵注系统(4)、流量监测系统(5)、模拟井筒装置(11)、三维非平面多尺度裂缝模型(6)、沉降罐(10)、安全保护系统(12)、压力监测系统(3)、流量监测系统(5)和高清摄像系统(9)，其中混砂系统(2)、液体泵注系统(4)、模拟井筒装置(11)、三维非平面多尺度裂缝模型(6)、沉降罐(10)依次通过管道连通，流量监测系统(5)设置在液体泵注系统和模拟井筒系统之间的连接管道上，定量加砂系统(1)设置在混砂系统(2)上方，定量加砂系统的出砂口对应混砂系统的入料口，高清摄像系统(9)设置在三维非平面多尺度裂缝模型(6)的侧面，压力监测系统(3)、流量监测系统(5)和高清摄像系统(9)均与控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：所述模拟井筒装置(11)为一顶端开口的管筒，管筒的顶端与液体泵注系统通过管道连通，管筒的两侧焊接连接板(22)，在管筒的侧壁上由上而下依次设置至少三个连通管(23)。
3.根据权利要求2
4.根据权利要求3所述的三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：所述水平裂缝模型包含外围承压框架(18)，模拟井筒装置(11)的连接板通过螺栓固定在三维非平面多尺度模型的外围承压框架上，在外围承压框架底部设置可视透明背板(19)，在外围承压框架内的可视透明背板(19)上通过防水胶粘贴两个缝宽透明固定板(21)，两缝宽透明固定板的两端和顶部均粘贴对应的透明端板和透明顶板，可视透明背板、两缝宽透明固定板、透明顶板和两透明端板围成的透明空腔构成支撑剂流动通道(27)，模拟井筒装置(11)上的连通管(23)穿过水平裂缝模型的前端透明端板连通到三支撑剂流动通道(27)，在水平裂缝模型的后端透明端板上设置有第一竖向出料口。
5.根据权利要求4所述的三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：所述多角度转向装置包括上端和下端封闭的竖管(24)，竖管侧壁设置转向进料口(25)和转向出料口(26)，水平裂缝模型的第一竖向出料口与转向进料口(26)对应连通，所述垂直裂缝模型和水平裂缝模型的结构一致，水平裂缝模型的外围承压框架与垂直裂缝模型的外围承压框架对应焊接或用螺栓固定在竖管上，垂直裂缝模型的前透明端板上设置有垂直裂缝进料口，垂直裂缝进料口与转向出料口连通。
6.根据权利要求5所述的三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：所述三维非平面多尺度模型由第一水平裂缝模型、垂直裂缝模型和第二水平裂缝模型依次通过多角度转向装置连通，高清摄像系统(9)为两套，分别设置在垂直裂缝模型一侧和第二水平裂缝模型的上方。
7.根据权利要求6所述的三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：所述可视透明背板(19)为波浪型或楔形，对应地粘贴在其上面的两缝宽透明固定板的底部设置有与可视透明背板形状一致的波浪形或楔形。
8.根据权利要求7所述的三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：所述多角度转向装置包括竖管，竖管侧壁上的转向进料口(2)(5)和转向出料口(2)(6)之间的夹角α为30°，60°，90°，120°，150°。
9.根据权利要求8所述的三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：所述定量加砂系统包括加料口(16)，螺旋推进装置(17)，控制电机(15)，控制电机与控制系统连接。
10.根据权利要求9所述的三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：所述高清摄像系统(9)包括高清摄像机，高清摄像机安装在视屏控制移动机构(13)上，在视屏控制移动机构上还设置照明辅助装置(14)。
...【技术特征摘要】
1.一种三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：包括定量加砂系统(1)、混砂系统(2)、液体泵注系统(4)、流量监测系统(5)、模拟井筒装置(11)、三维非平面多尺度裂缝模型(6)、沉降罐(10)、安全保护系统(12)、压力监测系统(3)、流量监测系统(5)和高清摄像系统(9)，其中混砂系统(2)、液体泵注系统(4)、模拟井筒装置(11)、三维非平面多尺度裂缝模型(6)、沉降罐(10)依次通过管道连通，流量监测系统(5)设置在液体泵注系统和模拟井筒系统之间的连接管道上，定量加砂系统(1)设置在混砂系统(2)上方，定量加砂系统的出砂口对应混砂系统的入料口，高清摄像系统(9)设置在三维非平面多尺度裂缝模型(6)的侧面，压力监测系统(3)、流量监测系统(5)和高清摄像系统(9)均与控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：所述模拟井筒装置(11)为一顶端开口的管筒，管筒的顶端与液体泵注系统通过管道连通，管筒的两侧焊接连接板(22)，在管筒的侧壁上由上而下依次设置至少三个连通管(23)。
3.根据权利要求2所述的三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：所述三维非平面多尺度模型包括水平裂缝模型(6)，垂直裂缝模型(8)，多角度转向装置(7)，水平裂缝模型与垂直裂缝模型通过多角度转向装置连通。
4.根据权利要求3所述的三维非平面多尺度裂缝输砂模拟实验装置，其特征在于：所述水平裂缝模型包含外围承压框架(18)，模拟井筒装置(11)的连接板通过螺栓固定在三维非平面多尺度模型的外围承压框架上，在外围承压框架底部设置可视透明背板(19)，在外围承压框架内的可视透明背板(19)上通过防水胶粘贴两个缝宽透明固定板(21)，两缝宽透明固定板的两端和顶部均粘贴对应的透明端板和透明顶板，可视透明背板、两缝宽透明固定板、透明顶板和两透明端板围成的透明空腔构成支撑剂流动通道(27)，模拟井筒装置(11)上的连...
【专利技术属性】
技术研发人员：王洪建，孙麒涵，董金玉，刘汉东，于怀昌，李垒成，袁广祥，陈敬轶，邹明俊，郭彪，王小东，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：
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