[发明专利]一种模拟支撑剂铺置的真三轴压裂模拟装置及其工作方法

权利要求书

1.一种模拟支撑剂铺置的真三轴压裂模拟装置，其特征在于通过主管线依次连接有压裂液搅拌罐、压裂泵、支撑剂搅拌罐、裂缝扩展模拟组件，其中所述支撑剂搅拌罐并联有可控制连通与切断的支管线；

所述压裂液搅拌罐内部包括搅拌机，上部设置压裂液进料口，侧面底部设置出料口连入主管线；

所述支撑剂搅拌罐内部包括搅拌机，侧面分别设置与主管线相连的压裂液进料口和混砂液出料口；

所述裂缝扩展模拟组件外围为压裂模拟容器，内部具有压裂模拟岩样，压裂模拟岩样内部安装有穿过压裂模拟容器的上盖与主管线相通的井筒，所述井筒与所述压裂模拟岩样接触表面分布有射孔孔眼，所述压裂模拟岩样前、后、左、右、上五个方向分别连接有千斤顶；

还包括集成控制系统。

2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于所述压裂液搅拌罐的内壁面设置实时观察罐内的压裂液液面位置的测位仪；所述压裂液搅拌罐直径1～80cm，高度1～80cm；其侧面设置的出料口位置距罐底0.1～30cm。

3.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于所述支撑剂搅拌罐直径1～80cm，高度1～80cm；其侧面的混砂液出料口位置距离支撑剂搅拌罐底部0.1～30cm；压裂液进料口位置高于混砂液出料口的高度差为0.1～50cm。

4.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于所述压裂泵为柱塞泵，扬程0.1～10⁴kPa；所述压裂泵出口处安装电磁流量计。

5.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于所述支管线与主管线的连接处设置有转向开关。

6.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于所述压裂模拟岩样的原材料包括纤维，所述纤维长度0.1～10cm，纤维含量1～60％。

7.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于所述井筒为表面具有螺纹的金属井筒，井筒横截面为圆形或轴向具有扭曲的椭圆形，轴向扭曲角度为0～360°；井筒末端设置密封盖；所述圆形横截面井筒半径1～150mm；所述椭圆形横截面井筒短半径1～75mm，长轴与短轴比值1～2；井筒表面螺纹的大径D与小径d的差值0.1～5cm，螺纹螺距0.1～15cm；所述井筒数量1～5个，井筒类型为垂直井筒和/或水平井筒，井筒长度5～400cm。

8.根据权利要求7所述的模拟装置，其特征在于所述井筒表面均匀或分簇分布射孔孔眼，孔眼直径1～20mm，孔眼相位0～180°，孔眼密度8～96个/m，通过螺母密封的方式来调节孔眼数量。

9.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于所述集成控制系统控制压裂泵、电动搅拌机、千斤顶装置的电源开关；所述集成控制系统的系统控制面板上设置压裂泵的频率调节按钮、千斤顶的压力调节按钮、排量显示器与压力显示器。

10.根据权利要求1-9任意一项所述模拟装置的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)装配井筒装置，安装末端密封盖，确定孔眼密度；

(2)准备包括纤维的岩样制作所需的原材料，与井筒一起固结制作储层模拟岩样，晾干岩样至实验所需状态；

(3)安装岩样与井筒至压裂模拟容器的内部，并固定千斤顶于岩样前、后、左、右、上5个壁面；

(4)配制实验用压裂液体系，准备压裂用支撑剂材料；

(5)布置实验室，移动实验设备到合适的位置，连接所述设备的所有实验管线，并检查管线的密封性；

(6)将压裂液材料倒入压裂液搅拌罐，使液体体积占罐体积的80～90％；将支撑剂材料装入支撑剂搅拌罐，使支撑剂体积占罐体积的3～25％；

(7)启动千斤顶装置，设置前后、左右与上下方向的围压大小；

(8)切断主管线与支撑剂搅拌罐的连通，连通支管线，启动压裂液电动搅拌机；

(9)启动压裂泵并调节频率至所需排量，压裂液经压裂泵泵入井筒，在岩样内部憋起高压使岩样致裂；

(10)观察集成控制显示界面的岩样压力变化曲线，根据曲线判断岩样是否致裂；

(11)岩样压裂后，启动支撑剂电动搅拌机；

(12)连通支撑剂搅拌罐，关闭支管线，压裂液进入支撑剂搅拌罐，与支撑剂混合形成混砂液后，经转换接头流入井筒，进入岩样内的人工裂缝；

(13)重复步骤(8) ～( 12)，模拟现场实际压裂过程；

(14)实验结束，关闭压裂泵、电动搅拌机、卸载千斤顶压力；

(15)保存实验数据并拷贝，关闭集成控制系统；

(16)取出模拟岩样，观察压裂裂缝扩展形态，分析支撑剂在裂缝中的铺置规律，整理实验仪器与材料，清理打扫实验室。