[发明专利]一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置及其应用，属于油气田开发研究技术领域。

背景技术

在水力压裂中，支撑剂在裂缝中的铺置的情况对作业的成功起着至关重要的作用。在压裂过程中，混砂液经泵的输送进入裂缝中，支撑剂在重力、浮力、水平方向液体携带力、粘滞阻力的影响下，在裂缝的垂直剖面上存在浓度差别，自上而下可分为无砂区、悬浮区、颗粒滚流区、砂堤。现场施工时，支撑剂可能会全部沉降至裂缝底部，导致裂缝上部无支撑剂充填，从而形成无效的裂缝支撑，这样严重影响了裂缝的导流能力和压裂的增产效果。因此对支撑剂运移及铺置情况的准确预测是设计和评价水力压裂措施的关键所在。

中国专利申请CN102183796公开了一种模拟支撑剂回流的测试装置及方法，虽然具有导流室，对支撑剂具有导流的作用，但是与本申请具有以下区别：1、研究的目的不同。专利申请CN102183796是为了掌握生产工艺对支撑剂回流的影响，从而改进生产工艺；本申请是为了优化支撑剂在裂缝中的铺置，提高裂缝的导流能力，从而提出更加合理的施工参数(如施工排量)、选择更优良的压裂液体系和支撑剂类型。2、解决的问题不同。专利申请CN102183796主要研究油藏压裂以后生产过程中支撑剂的回流，要解决生产过程的问题；而本申请主要研究压裂施工过程中支撑剂的铺置，要解决压裂过程的问题。3、实验装置的核心部件完全不同。专利申请CN102183796的核心部件是标准导流室，长度18cm，宽度3.4cm，厚度2.0cm，密封不透明，钢质材料；本申请的核心部件是大尺度可视平板，长度4m，高度1m，宽度可调，可视，特种玻璃。两者尺寸不是一个数量级，所用材料不同。4、实验工作液不同。专利申请CN102183796用纯液体作为工作液，而本申请用压裂液和支撑剂的混合液作为工作液。

目前，国内油田现场压裂设计模拟支撑剂在裂缝中的运移及铺置规律时，常凭经验或理论计算。国外研究此规律的实验装置有同心圆筒装置和平板装置，但是其实验装置并没有按照相似性原则确定室内模拟参数，具有尺寸较小，只能对支撑剂的沉降进行简单研究，无法研究砂堤的堆积及铺置规律，此外，模型没考虑裂缝壁面的不光滑、压裂液在裂缝的滤失以及井筒射孔孔眼孔径、相位及密度，因此和实际情况有较大的出入。

发明内容

针对以上的技术不足，本发明提供一种大尺度、可视化的模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置，应用于水力压裂时，该实验装置能优选出适合不同裂缝的支撑剂、压裂施工参数及优化压裂设计等。

本发明还提供一种利用上述实验装置进行模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验方法。

技术术语解释：

全直径岩心的断裂面：指用取心技术从油(气)层中取出的岩心，经过劈分形成断裂面。

支撑剂：为具有一定粒度和级配的天然砂或人造高强陶瓷颗粒。支撑剂由压裂液带入并支撑在压裂地层的裂隙中，从而有效地将油气导入油气井，大幅度提高油气产量和延长油井寿命。

相似原理：本发明所述的相似原理属于公知原理，参见袁恩熙《工程流体力学[M]》，石油工业出版社，105-109。

本发明的技术方案如下：

一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置，包括人工裂缝，所述的人工裂缝包括两张相互平行设置的透明平板，在两张透明平板的上下两端分别通过包边框密封，在透明平板的左端设置一个模拟井筒，在透明平板的右端设置一个出液管，所述透明平板、包边框、模拟井筒的筒壁和出液管的筒壁共同围成一个密闭空间；所述模拟井筒顶部设置有进料口、模拟井筒的底部设置有卸料口，在模拟井筒壁上且朝向密闭空间方向均匀设置有多个筒壁射孔，所述进料口、卸料口和筒壁射孔相互贯通；在模拟井筒的进料口处设置有流量计和压力表；所述出液管顶部设置有回料口、出液管底部卸料口，在出液管壁上且朝向密闭空间方向均匀设置有多个孔眼，所述回料口、卸料口和孔眼相互贯通；在出液管的回料口处设置有流量计和压力表。

所述的实验装置还包括数据采集控制板和计算机，所述实验装置所采集到的实验数据通过数据采集控制板传输至计算机。

优选的，所述透明平板的长度为4m，高度为1m，厚度为4cm，两透明平板的间距可调，间距调整范围为：2-14mm；所述透明平板内壁面粘贴有塑料膜，所述塑料膜的表面粗糙度与实际施工层的全直径岩心的断裂面的粗糙度相同。在利用本发明进行实验时，选择与实际粗糙度相同的塑料膜贴置两透明平板内壁上，以使得模拟环境与现实环境完全一致。