[发明专利]一种模拟裂缝闭合后支撑剂回流的测试装置及方法

权利要求书

1.一种模拟裂缝闭合后支撑剂回流的测试装置，其特征在于：包括第一平流泵、输液管线、可控温中间容器、供压系统、可视化集砂器、天平和数据采集系统；所述第一平流泵一端与装有实验液体的容器连接，另一端经所述输液管线依次与所述可控温中间容器、供压系统第一端连接，所述供压系统第二端经所述输液管线分别与所述可视化集砂器和天平连接；且所述供压系统第二端还与所述数据采集系统电连接；所述供压系统设置为两个，两个所述供压系统并联设置；

所述供压系统包括壳体、液压机、压力补偿泵、液压平台、导流室、液压缸、旋转螺杆和电动机；所述壳体由上壳体和下壳体构成，所述下壳体内设置有所述液压机、压力补偿泵和液压缸，所述液压机与所述液压缸连接，所述液压机与所述液压缸之间设置有所述压力补偿泵；所述上壳体内设置有所述液压平台，所述液压平台底部设置有两个叠放的所述导流室，位于下部的所述导流室底部与所述液压缸的输出端连接，位于上部的所述导流室顶部设置有所述旋转螺杆，所述旋转螺杆由位于所述液压平台顶部的所述电动机带动工作；

所述导流室的出液口经所述输液管线与四通阀门的第一端口连接，所述四通阀门的第二端口和第三端口分别经所述输液管线与所述可视化集砂器和天平连接，所述四通阀门的第四端口经所述输液管线与真空泵连接；位于所述导流室与所述四通阀门之间的所述输液管线上设置有出液阀；位于所述四通阀门与所述可视化集砂器之间的所述输液管线上设置有可视化集砂器阀门；位于所述四通阀门与所述天平之间设置有天平阀门；位于所述四通阀门与所述真空泵之间设置有真空阀；

所述可视化集砂器包括水平塑料管、刻度管、集液桶和第二平流泵；所述四通阀门的第二端口经所述输液管线与所述水平塑料管一端连接，所述水平塑料管另一端与所述刻度管连接，位于所述刻度管下方设置有所述集液桶，所述集液桶经所述输液管线与所述第二平流泵一端连接，所述第二平流泵另一端与所述水平塑料管一端连接；位于所述刻度管底部设置有滤网；

位于所述第一平流泵与所述可控温中间容器之间的所述输液管线上设置有流量控制阀；位于所述可控温中间容器与所述供压系统第一端之间的所述输液管线上设置有流量计，位于所述流量计与所述可控温中间容器之间的所述输液管线上也设置有流量控制阀；位于所述流量计与所述供压系统之间的所述输液管线上设置有进液阀。

2.如权利要求1所述测试装置，其特征在于：所述导流室包括导流室主体、上岩板、上盖板、下岩板、下盖板和垫板；所述导流室主体内部上方设置有所述上岩板，且所述上盖板的中部插设在所述导流室主体上部，插入端与所述上岩板接触，能在所述导流室主体内上下滑动；所述导流室主体内下方设置有所述下岩板，所述下盖板中部嵌入所述导流室主体内下方，并在所述下盖板内侧面设置有与其匹配的所述垫板；位于所述上盖板与所述导流室主体之间、所述下盖板与所述导流室主体之间都设置有橡胶密封圈；所述导流室主体内还设置有撑剂充填层，所述撑剂充填层位于所述上岩板和下岩板之间；所述上盖板上还设置有光电位移传感器。

3.如权利要求2所述测试装置，其特征在于：所述导流室主体采用方形结构，位于所述导流室主体正面中心的位置处设置有进液口，位于背面相同位置设置有出液口，位于所述导流室主体正面四个顶角位置处分别设置有用于安装电加热棒的加热孔，所述导流室主体一侧面设置有温度传感器插孔，温度传感器安装在该温度传感器插孔内。

4.如权利要求3所述测试装置，其特征在于：所述进液口与所述进液阀之间设置有入口端压力传感器，所述出液口与所述出液阀之间设置有出口端压力传感器；所述进液口内部设置有滤网，所述出液口与所述出液阀之间设置有可拆卸的外置滤网；位于所述进液口和出液口之间通过输液管线连接有差压计。

5.如权利要求1所述测试装置，其特征在于：所述可控温中间容器外部设置有加热套，且该加热套与温度传感器连接。

6.一种基于如权利要求1至5任一项所述测试装置的模拟裂缝闭合后支撑剂回流的测试方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将未装填支撑剂的导流室上下叠加放在液压平台上，启动液压机将导流室上盖板压至导流室主体底部，此时对光电位移传感器进行归零校准；

2)将支撑剂按铺砂浓度10kg/m²换算质量；

3)取待压裂地层岩石，切割成符合导流室主体内腔形状尺寸的上、下岩板，依次按下盖板、垫板、橡胶密封圈、下岩板组装导流室，将支撑剂均匀铺置在下岩板上，将另一块涂抹玻璃胶的上岩板置于下岩板上，按橡胶密封圈、上盖板的顺序组装完成导流室；并用玻璃胶充填上下岩板与导流室腔内微小空隙；

4)将导流室叠加放置在液压平台上，打开光电位移传感器，通过液压机加载实验压力；

5)关闭导流室前后的进液阀、可视化集砂器阀门和天平阀门，打开出液阀和真空阀，打开真空阀由真空泵抽真空后关闭真空阀；

6)启动液压机，通过现有控制系统加载至设定闭合压力；

7)将四根电加热棒插入导流室主体侧面四个加热孔，开启加热器进行加热，将温度传感器插入温度传感器插孔，待温度稳定至预先设定温度；

8)启动第一平流泵，接通可控温中间容器，打开进液阀、出液阀、天平阀门，关闭可视化集砂器阀门和真空阀，打开入口端、出口端压力传感器，数据采集系统自动获取天平称量的质量计算成出口端流量，当入口端、出口端压力稳定且流量相等时，则认为实验液体均匀充满导流室腔内；

9)关闭天平阀门，拆卸出液口与出液阀之间的外置滤网，打开可视化集砂器，每一阶段以固定流量冲洗一定时间，观察刻度管的变化，通过刻度体积换算出每阶段砂样质量；以小排量启动可视化集砂器内的第二平流泵，利用集液桶中的实验液体进行循环冲洗；

10)拆下并更换干净的刻度管进行下一阶段实验，实验完成后，清洗实验设备并重新安装导流室，改变实验条件进行下一组实验。