[发明专利]缝网压裂携砂物理模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明属于油田水力压裂实验装置领域，涉及缝网压裂携砂物理模拟实验装置。

背景技术

页岩油气水力压裂施工是一项系统的增产工艺技术措施，通过水力压裂在地层3000米～4000米之间压开裂缝形成导流通道从而将无法产出的油气通过井筒采出。我国页岩储层既包含丰富的海相页岩气，也包含大量的陆相和海陆过渡相页岩气区块，构造应力强烈，地质结构复杂，不同页岩物性及施工条件下压裂后形成不同的裂缝形态，包括单条裂缝、复杂裂缝和网状缝网裂缝。在水力压裂施工过程中一方面地层裂缝不断扩展，一方面支撑剂由压裂液携带进入裂缝，支撑剂在裂缝中的分布、扩展、沉降、回流直接影响到裂缝的铺砂浓度和导流能力，从而影响裂缝闭合后有效导流能力和页岩气产量。通过物理模拟实验建立裂缝物理模型，在实验室模拟分析支撑剂在裂缝中的分布、扩展、沉降、回流是目前最直接有效的分析评价方法。

针对以上特点，与常规砂岩储层形成的双翼平面裂缝不同，页岩储层形成的是网状缝网裂缝，支撑剂颗粒沉降主要受缝网裂缝复杂程度的影响。在页岩储层中，尤其是脆性页岩中，由于压裂时形成的裂缝呈缝网特征，裂缝高度非常有限，并且缝网裂缝复杂程度越高，单条裂缝的高度越小、宽度越窄。目前实验室通过物理模型进行支撑剂实验分析时采用双翼平面裂缝，裂缝形态不符合页岩储层实际，支撑剂的分布、扩展、沉降、回流仍然只能反映常规砂岩储层的特点而并不能有效体现页岩储层缝网裂缝的特征。目前的主要物理模拟实验装置在主裂缝之外没有有效的次裂缝，或者仅有一级次裂缝，次裂缝的数量设计不符合缝网裂缝特征，裂缝长度单一、宽度单一、角度单一，无法模拟在不同次裂缝下支撑剂的运移，也无法观察在不同宽度的裂缝内支撑剂的沉降等情况。另外玻璃材质物理模型内壁面光滑度均衡单一也不符合储层内部裂缝内壁面的真实情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种符合页岩油气水力压裂实际情况的缝网压裂携砂物理模拟实验装置，本发明的目的通过以下技术方案实现。

缝网压裂携砂物理模拟实验装置，包括储液罐、砂罐、水罐、输送泵、记录装置和实验装置本体，其特征在于，还包括位于实验装置本体上的主裂缝面板、位于主裂缝面板上的N条一级次裂缝面板、位于一级次裂缝面板上的M条二级次裂缝面板和位于二级次裂缝面板上至少一条三级次裂缝面板，N和M均为自然数且N≥M≥1，各级裂缝面板内部设置有中空腔隙和控制中空腔隙开闭的开关；砂罐中的支撑剂和水罐中的水混合形成携砂液，由输送泵加压打入主裂缝面板腔隙内，进而进入不同级数的次裂缝，最后由主裂缝面板出口经循环管路进入储液罐；记录装置实时记录支撑剂在不同裂缝组合形态下的运动规律。

进一步地，为模拟地层裂缝内壁面的复杂粗糙形态，在裂缝面板空腔内壁采用不规则溶蚀，形成不同规则形态的凹凸内壁面，支撑剂的运移和沉降受不规则凹凸内壁面摩擦阻力影响在垂直方向受到的摩擦阻力越大，越会减弱重力作用下的沉降速度，支撑剂沉降速度减弱，水平方向运移时间延长距离增加。不规则凹凸内壁面在水平方向也会对向前移动的支撑剂产生摩擦阻力，水平方向阻力越大，移动速度减弱，运移时间缩短，运移距离减小。由于整个裂缝面板空腔内壁采用不规则溶蚀，所形成的摩擦阻力随机无规则分布，更加符合地层裂缝真实情况。

进一步地，各级次裂缝面板与其上级裂缝面板的角度可以通过连接处的铰链进行调节，模拟支撑剂由主裂缝进入一级次裂缝或者进入下级次裂缝时裂缝角度的改变对运移规律的影响，通过连接角度的改变来进行液体流向的调整，对比分析液体在进入下级次裂缝时的速度和方向对支撑剂的运移、沉降规律的影响。

进一步地，所述记录装置为高精度摄像机，精确实时记录和对比分析每一节点支撑剂在缝网裂缝中的运移位置、沉降堆积。

进一步地，所述输送泵为柱塞泵，将支撑剂与液体混合后加压打入主裂缝面板内腔隙，进而进入不同级别的次级裂缝。

进一步地，主裂缝面板的中空腔隙长度为1.5～2.0m、宽度为3.2～6.4mm，一级次裂缝面板的中空腔隙长度为1.0～1.8m、宽度为0.8～6.4mm，二级次裂缝面板的中空腔隙长度为0.5～1.0m、宽度为0.4～1.2mm，三级次裂缝面板的中空腔隙长度为0.5～1.5m、宽度为0.2～0.6mm。

进一步地，3≤M≤5，2≤N≤4。

进一步地，一级次裂缝面板与主裂缝面板的连接角度以15°～30°为基础，按照30°增量依次连接；二级次裂缝面板与主裂缝面板的连接角度以15°～45°为基础，按照30°增量依次连接；三级次裂缝面板以90°～120°角度与二级次裂缝相连。