[发明专利]裂缝模拟装置、支撑剂运移轨迹与展布的实验仪器和方法

说明书

本申请提供了一种裂缝模拟装置、支撑剂运移轨迹与展布的实验仪器和方法。该裂缝模拟装置包括：裂缝主体，裂缝主体呈半椭圆状，裂缝主体包括固定板和透明观测板；沿裂缝主体的弧形外周上形成有均匀分布的出口孔眼；主液体与支撑剂注入部；以及，次级液体与支撑剂注入部，其包括次级注入管线，次级注入管线可移动地设置在主液体与支撑剂注入部内以调节次级注入管线注出口的高度。本申请利用该裂缝模拟装置能够模拟椭圆形压裂裂缝形态以及裂缝尖端的支撑剂运移轨迹与展布规律。同时，该裂缝模拟装置在裂缝高度方向上有流体流动，能够分析高度方向的流体流动对支撑剂运移轨迹与展布的影响。该裂缝模拟装置还能够对少量甚至单颗粒支撑剂在裂缝中的运移轨迹进行评价。

技术领域

本发明涉及水力压裂技术领域，尤其涉及一种裂缝模拟装置、支撑剂运移轨迹与展布的实验仪器和方法。

背景技术

水力压裂改造过程中，支撑剂在压裂裂缝中的运移与展布特征对压裂改造效果具有重要影响。支撑剂在压裂裂缝中受到重力、流体携带力以及颗粒碰撞力等多种因素影响，支撑剂的运移路径复杂多变。

室内实验是研究支撑剂运移轨迹与展布的重要手段之一。利用实验可方便地观测支撑剂在压裂裂缝中的运移轨迹与展布形态，评价裂缝形态、压裂液参数、支撑剂参数和施工参数等对支撑剂运移与展布的影响，分析压裂改造支撑效果，为压裂设计优化与支撑剂材料优选提供参考。

国内外针对支撑剂在裂缝中的运移轨迹与展布特征进行了大量的实验研究，形成了不同类型的实验仪器和实验方法。

然而，现有的实验仪器具有以下几方面的缺点：(1)压裂裂缝形态为平直长方体。现有的实验仪器的裂缝模拟装置主要为长方体状，与实际压裂过程的椭圆形压裂裂缝差异性大，无法模拟裂缝尖端的支撑剂运移轨迹与展布规律。(2)流体的出口主要在裂缝的末端。现有的裂缝模拟装置的流体出口端主要分布在裂缝模拟装置的末端，裂缝高度方向上没有流体流动，无法分析高度方向的流体流动对支撑剂运移轨迹与展布的影响。(3)无法进行少量支撑剂运移轨迹的评价与分析。现有的实验仪器主要用于大量支撑剂运移轨迹与展布的模拟，无法对少量支撑剂在裂缝中的运移轨迹进行评价，因此评价支撑剂单颗粒的运移轨迹的难度大。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种裂缝模拟装置、支撑剂运移轨迹与展布的实验仪器和方法。该裂缝模拟装置能够模拟椭圆形压裂裂缝，可以模拟裂缝尖端的支撑剂运移轨迹与展布规律。同时，该裂缝模拟装置在裂缝高度方向上有流体流动，能够分析高度方向的流体流动对支撑剂运移轨迹与展布的影响。该裂缝模拟装置还能够对少量甚至单颗粒支撑剂在裂缝中的运移轨迹进行评价。

第一方面，本发明提供了一种裂缝模拟装置，该裂缝模拟装置包括：裂缝主体，所述裂缝主体呈半椭圆状，所述裂缝主体包括固定板和透明观测板，所述固定板和所述透明观测板围合形成裂缝空间，所述裂缝空间的开口位于所述裂缝主体的轴处；沿所述裂缝主体的弧形外周上形成有均匀分布的出口孔眼；主液体与支撑剂注入部，其与所述裂缝主体的所述裂缝空间的开口连通；以及，次级液体与支撑剂注入部，其包括次级注入管线，所述次级注入管线可移动地设置在所述主液体与支撑剂注入部内以调节次级注入管线注入口的高度。本实施方式利用裂缝模拟装置，能够模拟椭圆形压裂裂缝形态以及裂缝尖端的支撑剂运移轨迹与展布规律；同时，该裂缝模拟装置在裂缝高度方向上有流体流动，能够分析高度方向的流体流动对支撑剂运移轨迹与展布的影响。该裂缝模拟装置还能够对少量甚至单颗粒支撑剂在裂缝中的运移轨迹进行评价。

在第一方面的一个实施方式中，所述透明观测板通过垫块固定在所述固定板上，所述垫块沿所述裂缝主体的弧形外周设置；所述出口孔眼位于所述垫块上。通过该实施方式，有利于连接固定板和透明观测板并使两者围合形成裂缝空间。

在第一方面的一个实施方式中，所述垫块与所述固定板间形成有密封胶层，所述密封胶层由树脂胶构成；所述垫块与所述透明观测板间形成有密封胶层，所述密封胶层由树脂胶构成。通过该实施方式，能够使得裂缝模拟装置具有良好的密闭性能，有利于实验的顺利进行。