模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置的制作方法

本实用新型涉及油气田开发技术，尤其涉及一种模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置。

背景技术：

随着社会进一步发展，石油在世界上的需求量日益增加。大型整装油田、高渗区块开发已经进入高含水中后期，此时，开发低渗、特低渗油气藏就显得十分必要，而水力压裂作为一项增产技术，能够在地层中形成具有高导流能力的裂缝，进而增加油井产量，在开发低渗油气藏过程中起着非常重要的作用。

支撑剂的铺置是水力压裂过程中十分重要的一个环节，支撑剂被压裂液携带进裂缝中，在裂缝闭合时对裂缝起到支撑作用，使裂缝具有导流能力。裂缝中被支撑的长度是裂缝的有效缝长，有效缝长越长，铺置高度越高，改造范围越大。此外，支撑剂的铺置形态也对裂缝导流能力有直接影响。压裂液返排时支撑剂会随着压裂液发生回流，会导致支撑剂铺置形态的改变，减小有效裂缝长度和支撑剂铺置高度。而返排的施工参数不同，支撑剂回流量就会不同，导致返排的效果也各有不同。

目前，针对裂缝宽度与支撑剂铺置之间关系以及模拟压裂液返排时支撑剂运移规律的研究相对匮乏，还没有可以模拟支撑剂铺置和压裂液返排的实验装置，导致实际作业时缺少实验数据支撑，水力压裂效果不佳。

技术实现要素：

本实用新型提供一种模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置，用以解决现有技术中缺乏支撑剂铺置和压裂液返排的实验装置的技术问题。

本实用新型提供一种模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置，包括：第一平板、第二平板、以及框架；

所述第一平板与所述第二平板平行设置，所述第一平板、所述第二平板与所述框架组成密封箱体；

所述第一平板和第二平板均呈透明状，用于供用户观察箱内情况；

所述箱体内设置有透明的内置平板，所述内置平板与第一平板平行，且与所述第一平板之间形成空腔，所述空腔用于模拟裂缝；

所述箱体左右两端分别设置有用于模拟井筒的第一盛水腔和用于模拟裂缝尖端的第二盛水腔；

所述第一盛水腔和所述第二盛水腔分别通过连通缝与所述空腔实现连通。

进一步地，所述装置还包括：螺杆以及与所述螺杆配合的螺母；

所述螺杆的一端与所述内置平板相接触，所述螺母与所述第二平板固定连接，以使所述内置平板与所述第二平板之间的距离可调。

进一步地，所述装置还包括：与所述连通缝配合的固定条；

所述固定条可插入所述连通缝，使得盛水腔与所述空腔之间不再连通。

进一步地，所述第一平板和第二平板的长度为3m，高度为0.8m，厚度为0.04m；

所述第一平板与所述第二平板间隔0.1m；

所述内置平板长度为3m，厚度为0.04m；

所述内置平板与所述第一平板的间距可调范围为0至0.05m；

所述第一盛水腔与所述第二盛水腔高0.8m，长0.1m，宽0.08m；

所述连通缝宽0.02m。

进一步地，所述箱体的底部开设有用于清洗所述空腔的清洗孔。

进一步地，所述装置还包括：混砂器；

所述混砂器用于盛放支撑剂与压裂液的混合物；

所述混砂器的出料口通过泵与所述第一盛水腔连接，以在进行支撑剂铺置实验时将所述支撑剂与压裂液的混合物通过所述第一盛水腔排入所述空腔。

进一步地，所述装置还包括：储液罐；

所述储液罐用于盛放压裂液；

所述储液罐的出料口通过泵与所述第二盛水腔连接，以在进行压裂液返排实验时将所述压裂液通过所述第二盛水腔排入所述空腔。

进一步地，所述装置还包括：回收池；

所述回收池与所述第一盛水腔连接，用于回收压裂液返排实验时所述第一盛水腔中排出的液体。

本实用新型提供的模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置中，所述第一平板与所述第二平板平行设置，所述第一平板、所述第二平板与所述框架组成密封箱体，所述第一平板和第二平板均呈透明状，用于供用户观察箱内情况，所述箱体内设置有透明的内置平板，所述内置平板与第一平板平行，且与所述第一平板之间形成空腔，所述空腔用于模拟裂缝，所述箱体左右两端分别设置有用于模拟井筒的第一盛水腔和用于模拟裂缝尖端的第二盛水腔，所述第一盛水腔和所述第二盛水腔分别通过连通缝与所述空腔实现连通，通过将支撑剂通过第一盛水腔泵注到裂缝内，可以进行支撑剂铺置的模拟实验，支撑剂铺置后，可以将压裂液从第二盛水腔注入裂缝，进行压裂液返排的模拟实验，从而实现不同缝宽下支撑剂铺置、压裂液返排以及支撑剂回流的研究，且整个装置具有可视性，能够方便用户观察实验现象，记录实验数据，比较实验效果，对油田矿场水力压裂实践活动具有指导意义。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置的结构示意图；

图2为图1中箱体和盛水腔的俯视图；

图3为本实用新型实施例二提供的模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置的结构示意图；

图4为图3中箱体和盛水腔的俯视图；

图5为本实用新型实施例三提供的模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验方法的流程图。

附图标记：

1-第一平板 2-第二平板 3-框架 4-内置平板

5-第一盛水腔 6-第二盛水腔 7-连通缝 8-螺杆

9-螺母 10-清洗孔 11-万向轮 12-混砂器

13-泵 14-储液罐 15-回收池

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

实施例一

本实用新型实施例一提供一种模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置。图1为本实用新型实施例一提供的模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置的结构示意图。图2为图1中箱体和盛水腔的俯视图。

如图1和图2所示，本实施例中模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置，可以包括：第一平板1、第二平板2、以及框架3；

所述第一平板1与所述第二平板2平行设置，所述第一平板1、所述第二平板2与所述框架3组成密封箱体；

所述第一平板1和第二平板2均呈透明状，用于供用户观察箱内情况；

所述箱体内设置有透明的内置平板4，所述内置平板4与第一平板1平行，且与所述第一平板1之间形成空腔，所述空腔用于模拟裂缝；

所述箱体左右两端分别设置有用于模拟井筒的第一盛水腔5和用于模拟裂缝尖端的第二盛水腔6；

所述第一盛水腔5和所述第二盛水腔6分别通过连通缝7与所述空腔实现连通。

本实施例提供的装置，可以用于研究支撑剂在裂缝尤其是单翼垂直裂缝中的铺置情况。

本实施例中，所述框架3的形状和结构可以根据实际需要来设置。例如，所述框架3可以包括顶盖、底板、侧板等，所述框架3的各部分之间可以通过螺接、焊接等方式固定连接，也可以为一体成型结构。

所述框架3与所述第一平板1和第二平板2构成密封的箱体，所述框架3与所述第一平板1或所述第二平板2接触的部分可以在所述第一平板1或所述第二平板2的一侧表面均匀分布，例如相接触的部分可以做成条纹状或网格状，如图1所示，框架3与第一平板1相接触的部分包括多个条形结构，相邻两个条形结构的间距相等，能够在实验过程中防止第一平板1或第二平板2受到的压力过大导致挤压变形，延长装置的寿命。

所述箱体内设置有内置平板4，所述内置平板4、第一平板1和第二平板2平行设置，且所述内置平板4与所述第一平板1之间形成空腔，所述空腔用于模拟裂缝。

所述第一平板1、所述第二平板2和所述内置平板4均呈透明状，用于供用户观察箱内情况，使得用户可以方便地从装置前方、后方对空腔内的支撑剂的状态进行观察或拍照。

所述箱体左右两端分别设置有第一盛水腔5和第二盛水腔6，所述第一盛水腔5用于模拟井筒，所述第二盛水腔6用于模拟裂缝尖端。图1中左侧为第一盛水腔5，右侧为第二盛水腔6。当然，第一盛水腔5和第二盛水腔6的位置也可以互换。

所述第一盛水腔5通过连通缝7与所述空腔实现连通。具体地，箱体上的相应位置可以开设有所述连通缝7，所述连通缝7可以作为液体流入或流出的通道，使得第一盛水腔5中的液体可以通过所述连通缝7流入所述空腔，或者，所述空腔中的液体可以通过所述连通缝7流入所述第一盛水腔5。

所述第二盛水腔6与所述空腔之间也设置有连通缝7，使得所述第二盛水腔6中的液体可以通过所述连通缝7流入所述空腔。

所述连通缝7可以从上至下贯穿箱体，能够实现井筒和裂缝竖直方向上液体流速的一致。

所述连通缝7可以设置为可关闭式，使得连通缝7在需要时打开，在不需要时关闭。例如，所述装置还可以包括：与所述连通缝7配合的固定条。所述固定条的形状和大小可以与所述连通缝7一致或近似，所述固定条可以插入所述连通缝7中，使得连通缝7被堵死，相应的第一盛水腔5或第二盛水腔6与所述空腔之间不再连通。

所述第一盛水腔5和所述第二盛水腔6的外部可以分别设置有管线接头，用于实现压裂液的泵注。

进一步地，所述内置平板4与所述第二平板2之间可以通过丝杠连接，从而实现所述内置平板4与所述第二平板2的相对移动。具体地，所述装置可以包括：螺杆8以及与所述螺杆8配合的螺母9。所述螺杆8的一端与所述内置平板4相接触，所述螺母9与所述第二平板2固定连接，以使所述内置平板4与所述第二平板2之间的距离可调。

所述螺杆8和螺母9的个数可以为多个，例如，整个装置中可以包括四组螺杆8和螺母9，分别设置在不同位置，起到平衡调节的作用。

本实施例中，也可以通过其它传动机构实现所述第二平板2与所述内置平板4之间的相对位移，例如涡轮蜗杆等，还可以通过电机、减速器等实现所述内置平板4的精确位移，本实施例对此不作限制。

所述箱体内部可以设置有滑槽，所述内置平板4可以沿所述滑槽滑动，方便用户对内置平板4的位置进行调节。在内置平板4四周还可以设置有密封条，所述密封条用于隔绝内置平板4四周，防止所述空腔与箱体的其它部分发生连通。

所述箱体的底部可以开设有用于清洗所述空腔的清洗孔10，具体地所述清洗孔10可以设置在所述空腔底部。当完成实验后需要对所述空腔进行清洗时，可以打开左右两侧的连通缝7，同时打开所述清洗孔10，从左右两侧盛水腔注入水或清洗液，使得空腔内残留的支撑剂和压裂液从所述清洗孔10流出。在正常实验过程中，所述清洗孔10可以保持关闭状态，防止支撑剂和压裂液从所述清洗孔10流出。

所述箱体下方还可以设置有可锁的万向轮11，方便移动和锁定所述箱体，为用户的使用提供便利。

优选的是，所述箱体中第一平板1和第二平板2的长度均为3m，高度均为80cm，厚度均为4cm，所述第一平板1与所述第二平板2间隔10cm。所述内置平板4的长度为3m，厚度为4cm，所述内置平板4与所述第一平板1的间距可调范围为0至50mm，即所述空腔的宽度为0至50mm，可以模拟0至50mm宽的裂缝。

所述第一盛水腔5和所述第二盛水腔6均高80cm，长10cm，宽8cm。所述第一盛水腔5与所述第二盛水腔6的外部均设置有管线接头，用于连接泵13，所述管线结构的内径为4cm。盛水腔与空腔之间的连通缝7宽为2cm。底部清洗孔10眼直径2cm。

本实施例提供的装置，还可以包括混砂器12，所述混砂器12用于盛放支撑剂与压裂液的混合物；所述混砂器12的出料口通过泵13与所述第一盛水腔5连接，具体地，所述混砂器12的出料口可以与泵13的入口连接，泵13的出口可以与所述第一盛水腔5连接，这样在进行支撑剂铺置实验时所述支撑剂与压裂液的混合物可以通过所述第一盛水腔5排入所述空腔。

在实际应用中，当需要进行支撑剂铺置实验时，可以首先根据现场裂缝参数调节第一平板1与内置平板4之间的距离，关闭第二盛水腔6与空腔之间的连通缝7，并将第一盛水腔5通过泵13与混砂器12连接。然后，根据现场施工排量，将混砂器12中的相应体积的支撑剂与压裂液的混合物通过所述第一盛水腔5泵注到所述空腔内部。一定时间后，支撑剂在所述空腔内堆积充填形成砂堤后，可以通过透明的第一平板1、第二平板2和内置平板4观察沙堤形态，确定裂缝宽度与支撑剂铺置状态的对应关系。

通过上述步骤，可以模拟支撑剂被压裂液以特定排量携带进裂缝内，并在裂缝内堆积充填形成砂堤。砂堤形态可通过装置外侧的透明平板进行观察或拍照，进而研究裂缝内支撑剂铺置长度、高度以及形态对裂缝导流能力的影响，有助于研究裂缝宽度与支撑剂铺置之间的相互影响和关系，为水力压裂现场施工提供相关依据。

当需要模拟压裂液返排时，可以通过右侧的第二盛水腔6向所述空腔注入压裂液，从而实现对压裂液返排的模拟和研究。

本实施例提供的模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置中，所述第一平板1与所述第二平板2平行设置，所述第一平板1、所述第二平板2与所述框架3组成密封箱体，所述第一平板1和第二平板2均呈透明状，用于供用户观察箱内情况，所述箱体内设置有透明的内置平板4，所述内置平板4与第一平板1平行，且与所述第一平板1之间形成空腔，所述空腔用于模拟裂缝，所述箱体左右两端分别设置有用于模拟井筒的第一盛水腔5和用于模拟裂缝尖端的第二盛水腔6，所述第一盛水腔5和所述第二盛水腔6分别通过连通缝7与所述空腔实现连通，通过将支撑剂通过第一盛水腔5泵注到裂缝内，可以进行支撑剂铺置的模拟实验，支撑剂铺置后，可以将压裂液从第二盛水腔6注入裂缝，进行压裂液返排的模拟实验，从而实现不同缝宽下支撑剂铺置、压裂液返排以及支撑剂回流的研究，且整个装置具有可视性，能够方便用户观察实验现象，记录实验数据，比较实验效果，对油田矿场水力压裂实践活动具有指导意义。

实施例二

本实用新型实施例二提供一种模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置。本实施例是在实施例一提供的装置的基础上，增加了在返排实验时提供压裂液的储液罐14。

图3为本实用新型实施例二提供的模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置的结构示意图。图4为图3中箱体和盛水腔的俯视图。

本实施例提供的装置中，第一平板1、第二平板2、框架3、内置平板4、第一盛水腔5、第二盛水腔6等各部分的结构和连接关系均与实施例一类似，此处不再赘述。在此基础上，本实施例中还增加了用于盛放压裂液的储液罐14。

如图3和图4所示，所述储液罐14的出料口通过泵13与所述第二盛水腔6连接。具体地，所述储液罐14的出料口可以与泵13的入口连接，泵13的出口可以与第二盛水腔6连接，以在进行压裂液返排实验时将所述压裂液通过所述第二盛水腔6排入所述空腔，模拟压裂液排入裂缝。

进一步地，本实施例中的装置还可以包括：回收池15；所述回收池15与所述第一盛水腔5连接，用于回收压裂液返排实验时所述第一盛水腔5中排出的液体。

在实际应用中，当需要进行支撑剂铺置实验时，可以按照实施例一中的描述，将混砂器12通过泵13与第一盛水腔5连接，向空腔中注入支撑剂和压裂液的混合物。当需要进行压裂液返排实验时，可以打开第二盛水腔6与空腔之间的连通缝7，并将所述第二盛水腔6通过泵13与储液罐14连接，第一盛水腔5与回收池15连接，然后，通过对施工参数的相似性模拟来设定返排排量，根据所述返排排量将储液罐14中的压裂液通过所述第二盛水腔6泵注到所述空腔内部，使得空腔中的支撑剂与压裂液的混合物可以通过所述第一盛水腔5流入所述回收池15，从而实现裂缝中支撑剂回流的模拟。

返排结束后，可以根据所述空腔内剩余支撑剂的状态，确定支撑剂在所述返排排量下的回流量，或者，可以根据所述第一盛水腔5及回收池15内的支撑剂的状态来确定支撑剂的回流量，当然，也可以根据两者综合判断支撑剂的回流量。其中，所述支撑剂的状态可以为支撑剂的重量、体积、形状等。

在返排过程中，在将储液罐14中的压裂液通过所述第二盛水腔6泵注到所述空腔内部的同时，可以向所述内置平板4施加朝向所述第一平板1的力。通过向内置平板4施加一定作用力，可以模拟实际闭合应力作用效果，方便用户研究闭合应力对压裂液返排及支撑剂回流的影响。

本实施例提供的模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置，可以通过透明的平板对空腔内的支撑剂进行观察和拍照，方便用户对裂缝宽度、闭合应力大小以及返排排量对裂缝内支撑剂铺置长度、高度以及形态的影响进行研究，进而研究裂缝宽度、闭合应力大小以及返排排量对增产效果的影响，为水力压裂现场施工提供相关依据，提高现场施工效果。

实施例三

本实用新型实施例三提供一种模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验方法。图5为本实用新型实施例三提供的模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验方法的流程图。如图5所示，本实施例中的方法，可以包括：

步骤301、根据现场裂缝参数调节第一平板与内置平板之间的距离。

步骤302、关闭第二盛水腔与空腔之间的连通缝，并将第一盛水腔通过泵与混砂器连接。

步骤303、根据现场施工排量，将混砂器中的支撑剂与压裂液的混合物通过所述第一盛水腔泵注到所述空腔内部。

步骤304、所述支撑剂在所述空腔内堆积充填形成砂堤后，通过透明的第一平板、第二平板和内置平板观察沙堤形态，确定裂缝宽度与支撑剂铺置状态的对应关系。

本实施例提供的方法，可以基于上述任一实施例所述的模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置来进行。其具体实现方法和原理均与前述实施例类似，此处不再赘述。

进一步地，在通过透明的第一平板、第二平板和内置平板观察沙堤形态之后，所述方法还可以包括：

打开第二盛水腔与空腔之间的连通缝，并将所述第二盛水腔通过泵与储液罐连接，第一盛水腔与回收池连接；

根据施工参数设定返排排量，将储液罐中的压裂液通过所述第二盛水腔泵注到所述空腔内部，使得支撑剂与压裂液的混合物通过所述第一盛水腔流入所述回收池；

返排结束后，根据所述空腔内剩余支撑剂的状态和/或所述第一盛水腔及回收池内的支撑剂的状态，确定支撑剂在所述返排排量下的回流量；

其中，在将储液罐中的压裂液通过所述第二盛水腔泵注到所述空腔内部的同时，向所述内置平板施加朝向所述第一平板的力。

本实施例提供的模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验方法，通过将支撑剂通过第一盛水腔泵注到裂缝内，可以进行支撑剂铺置的模拟实验，支撑剂铺置后，可以将压裂液从第二盛水腔注入裂缝，进行压裂液返排的模拟实验，从而实现不同缝宽下支撑剂铺置、压裂液返排以及支撑剂回流的研究，且整个装置具有可视性，能够方便用户观察实验现象，记录实验数据，比较实验效果，对油田矿场水力压裂实践活动具有指导意义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。