[发明专利]一种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置及模拟方法

权利要求书

1.一种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：这种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置包括接头部件（1）、多个连接部件（2）、多个射孔部件（3）、尾部接头（4），接头部件（1）上端有注入孔，下端有连接孔；连接部件（2）、射孔部件（3）上端均有中心孔，中心孔外设置密封圈（5），下端均有连接孔；尾部接头（4）上端有中心孔，中心孔外设置密封圈（5），下端为封闭的，相邻两个射孔部件（3）通过下一个射孔部件（3）的密封圈（5）连接上一个射孔部件（3）的连接孔相连接，通过多个射孔部件（3）设置射孔相位角，接头部件（1）、多个连接部件（2）、多个射孔部件（3）、尾部接头（4）相互连通，且依次可拆卸连接形成组合式3D螺旋射孔模拟注入装置；射孔部件（3）包括本体、上盖、射孔球座和水溶性射孔（7），本体外壁具有球座孔，本体上端口内壁向内伸出3个螺栓连接块，每个螺栓连接块上设置螺栓孔，上盖具有3个螺栓孔，射孔球座设置于本体内，固定螺丝（8）穿过上盖上的螺栓孔和螺栓连接块上的螺栓孔后，将射孔球座顶固住，射孔球座设置入水口，入水口与射孔部件（3）上端的中心孔相通，水溶性射孔（7）为尖端封闭的锥形壳体，水溶性射孔（7）的根部插入从球座孔处裸露出来的射孔球座的孔洞中，水溶性射孔（7）采用PVA聚乙烯醇水溶性材料，由3D打印机制作。

2.根据权利要求1所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置浇筑到人造岩芯后，通过注入孔注入蒸馏水将水溶性射孔（7）溶解，在人造岩芯内形成接近真实射孔条件的射孔孔洞。

3.根据权利要求2所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：所述的接头部件（1）与恒速恒压泵的注入管线连接，用于流体的注入。

4.根据权利要求3所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：所述的射孔部件（3）根据射孔方案安装不同角度的、不同孔数的射孔球座。

5.根据权利要求4所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：所述的射孔球座为单孔射孔球座（6）或三孔射孔球座（9），通过任意角度旋转射孔球座，来模拟不同的3D射孔情况。

6.根据权利要求5所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：所述的接头部件（1）、连接部件（2）、射孔部件（3）、尾部接头（4）均具有外螺纹。

7.一种权利要求6所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的模拟方法，其特征在于：

（1）按设计好的试验方案，确定好接头部件（1）、连接部件（2）、射孔部件（3）、尾部接头（4）的数量以及3D射孔的角度；

（2）将接头部件（1）、连接部件（2）、射孔部件（3）、尾部接头（4）通过上端密封圈（5）和下端连接孔相互连接，完成组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的组装；

（3）将组合式3D螺旋射孔模拟注入装置安装到人造岩芯模具中，浇筑水泥砂浆，完成人造岩芯的制备；

（4）向组合式3D螺旋射孔模拟注入装置中注入蒸馏水，将水溶性射孔（7）溶解，在人造岩芯内形成射孔孔洞；

（5）将包含组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的人造岩芯放入试验机内，开始水力压裂模拟实验，模拟研究不同3D螺旋射孔条件下的裂缝起裂延伸特征。

8.根据权利要求7所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的模拟方法，其特征在于：

（1）根据现场条件设计试验方案，设计相位角90°的8孔3D射孔的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，首先将射孔部件上的3个固定螺丝（8）拧开，按试验要求放入单孔射孔球座（6），并在单孔射孔球座（6）的孔洞内插入水溶性射孔（7），调整好水溶性射孔（7）的方向后拧紧固定螺丝（8），射孔部件（3）准备完成，同样完成8个射孔部件的组装工作；

（2）将射孔部件（3）上端的密封圈（5）卡入另一射孔部件（3）下端的孔洞中，如此完成8个射孔部件的首尾相连，旋转各射孔部件（3），使射孔相位角为90°；

（3）按照人造岩芯尺寸，确定连接部件的个数，并将所有连接部件依次连接起来，将最下面的连接部件（2）连接到最上面的射孔部件（3）上部，将接头部件（1）连接到最上面的连接部件（2）上，将尾部接头（4）连接到最下面的射孔部件（3）下，完成组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的组装；

（4）在组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的各部件接缝处均匀涂抹环氧树脂胶，增加注入装置的密封效果，随后安装到人造岩芯模具中，浇筑水泥砂浆，完成人造岩芯的制备；

（5）包含3D螺旋射孔模拟注入装置的人造岩芯养护完成后，将接头部件（1）和恒速恒压泵连接，向包含3D螺旋射孔模拟注入装置中注入蒸馏水，将水溶性射孔（7）溶解，再将人造岩芯倒置，接头部件（1）向下空出水溶性射孔（7）的溶解液；

（6）将包含3D螺旋射孔模拟注入装置的人造岩芯放入试验机内，开始水力压裂模拟实验，模拟研究不同3D螺旋射孔条件下的裂缝起裂延伸特征。