[发明专利]一种脉冲加砂压裂中间顶替液的泵注装置及工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲加砂压裂中间顶替液的泵注装置及工作方法，属于油气田开发研究技术领域。

背景技术

脉冲加砂压裂，是在加砂压裂过程中，通过专用混砂车脉冲式泵入一段支撑剂，再脉冲式泵入一段纯液体，进行反复交替循环加砂压裂。支撑剂脉冲时间与纯液体脉冲时间之和为一个脉冲周期。

脉冲加砂压裂前置液注入与常规压裂工艺一致，主要区别在于携砂液阶段支撑剂以脉冲段塞形式注入，一段支撑剂、一段中间顶替液交替进行，支撑剂浓度逐级升高。前置液阶段可以泵注冻胶液或者滑溜水，携砂液阶段采用冻胶混合纤维注入，确保获得稳定的支撑剂段塞，中间顶替液多采用滑溜水或者一定浓度的胍胶压裂液。在施工末期，需要尾追一个连续支撑剂段塞，使缝口位置有稳定而均匀的支撑剂充填层。段塞式泵注工艺有利于在裂缝中形成“通道”，中间顶替液把前一段支撑剂推入地层，形成一段支撑剂“支柱带”，由于中间顶替液的交替式注入，使支撑剂段塞达到隔离的状态，使各“支柱”间留有一定空间的支撑剂真空带，液体破胶返排后便形成众多的通道网络。

目前，对于脉冲加砂压裂脉冲式注入所形成理想的支撑剂团，多是进行定性的描述，不存在关于中间顶替液的泵入研究。2014年，吴顺林等人在《一种实现裂缝高导流能力的脉冲加砂压裂新方法》中提出一种实现裂缝高导流能力的脉冲加砂压裂新方法，并验证了不均匀充填层与均匀充填层的导流能力的关系，同时对支撑剂段塞的稳定性和完整性等进行过探索，但是也没有就中间顶替液对不均匀充填层的影响和中间顶替液的泵入过程进行充分的探究。国内专利文件“用于水力压裂模拟实验的流体交替连续泵入装置”(CN203515536U)中提出了泵入两种实验流体的实验装置，采用的是两个高压容器罐交替注入，不能按照要求以既定的程序调节携砂液的砂比以及添加其他添加剂。另外在其末尾只设计了井口装置，没有设计支撑剂段塞的可视装置，也不能达到液体的有效循环利用。国内专利文件“用于水力压裂模拟实验的携砂流体泵注装置”(CN204371292U)设计了一种携砂液的泵注模拟装置，但是不能使中间顶替液与携砂液的交替注入，也不能形成相应的支撑剂段塞，无法优选出适合的液体流量、泵注时间以及携砂液浓度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种脉冲加砂压裂中间顶替液的泵注装置，该装置对混砂车、储液罐以及外部压裂泵车机组等其他压裂设备无缝嵌入式连接，通过此装置的控制实现支撑剂段塞和中间顶替液的脉冲式注入，并基于可视化平板对支撑剂段塞进行清晰地记录和分析。

本发明还提供一种上述泵注装置的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种脉冲加砂压裂中间顶替液泵注装置，包括中间顶替液泵机组、混砂车泵机组、储液罐、电脑控制系统、模拟井筒和可视平板裂缝装置，混砂车泵机组与中间顶替液泵机组的出口共同接入模拟井筒，混砂车泵机组与中间顶替液泵机组的入口分别与储液罐相连，模拟井筒与可视平板裂缝装置连接，电脑控制系统分别与混砂车泵机组、中间顶替液泵机组连接；所述的混砂车泵机组用以泵入压裂用的携砂液，所述中间顶替液泵机组用以泵入压裂用的中间顶替液，所述储液罐用以盛装压裂用的压裂液基液，所述的可视平板裂缝装置用以从外部观察支撑剂段塞的形成和分布，所述电脑控制系统用以控制混砂车泵机组和中间顶替液泵机组进行间隔交替泵入。不同于目前现场加砂用一根管线的情况，本发明的技术方案使用两部泵机组交替泵入液体以实现支撑剂段塞的形成，最后在支撑剂段塞之间形成无支撑剂填充的高导流通道，更加清楚、可控性强。

根据本发明优选的，混砂车泵机组包括加砂口、输入管汇、输出管汇、加砂装置、纤维添加装置和混砂部分，加砂装置包括加砂池和螺杆输送装置，加砂方式为螺旋加砂。在加砂池中填砂并通过螺杆输送装置将支撑剂输送至加砂口，通过控制螺杆的旋转速度对加砂速度进行控制调节，加入混砂车泵机组中的支撑剂、纤维和压裂液基液充分混合形成携砂液。

进一步优选的，混砂车泵机组混砂部分的容积为200～300L，加砂速度为0～10L/min。

根据本发明优选的，模拟井筒包括外壳和内套，外壳在纵向上设有一条间隙，间隙与可视平板裂缝装置连接；内套与外壳旋转连接，内套管壁上沿周向分布有至少1列射孔，每一列射孔的射孔数目各不相同。将模拟井筒设为双层构造，可以通过旋转内套，选择需要的射孔数目，使具有特定射孔数目的这一列射孔与外壳的间隙对齐，即与可视平板裂缝装置联通，来参与模拟井筒下的压裂射孔情况，此时其他列的射孔则不能与可视平板裂缝联通。