一种多分支缝的压裂液滤失装置及计算方法与流程

文档序号:15578759发布日期:2018-09-29 06:15

本发明涉及一种多分支缝的压裂液滤失装置及计算方法,属于油气田开发技术领域。



背景技术:

在水力压裂过程中,对于存在天然裂缝而产生多分支缝的油气藏,由于天然裂缝的存在会使得压裂液滤失程度大幅度增加,这样直接关系到支撑剂向深处推进,从而让压裂液在携砂、铺砂、运移等方面也受到影响,进而影响到施工的成败。目前关于压裂液滤失的研究多是通过理论计算和软件模拟,并且得出的结果都较为理想,不能很好的直观反映分支缝内流体滤失情况。

常规的压裂液滤失模拟装置只能模拟单条裂缝的滤失情况,实验结果也较为单一,如中国实用新型专利申请公开说明书CN 204086078 U中提到的模拟装置。而且,常规的滤失模拟装置并不能模拟实际压裂过程中压裂液在多分支缝中持续缓慢的动态滤失过程以及支撑剂在多分支缝中的运移、沉降、铺置情况。因此需要针对多分支缝这一情况,对实验方法进行设计,模拟含多分支缝的压裂液滤失情况。



技术实现要素:

针对现有技术中存在的不足,本发明提供了一种可以直观地观察压裂液和支撑剂的混合液体被泵入地层后在主缝和分支缝中缓慢持续的滤失和支撑剂在缝中运移、沉降、铺置这一动态过程的压裂液滤失装置以及关于滤失速度的计算方法。

本发明的技术方案如下:

一种多分支缝的压裂液滤失装置,其特征在于,包括配液加料装置、搅拌装置、滤失装置、液体回收装置,所述配液加料装置包括配液箱、加料箱、电泵、电子流量计、水管、阀门,所述水管串联配液箱、电泵、电子流量计,所述水管的端口设有阀门,所述加料箱的底部设有称重传感器,所述称重传感器下端设有出料口,所述出料口设有阀门,且出料口与所述水管的端口连接,所述配液加料装置与所述搅拌装置的左上方连接;

所述搅拌装置包括搅拌桶、搅拌电机、搅拌器,所述搅拌器包括搅拌棒、搅拌叶,所述搅拌电机设置在所述搅拌桶上端中心位置,所述搅拌叶多级分布在搅拌棒上,所述搅拌桶的底部设有出液口,所述出液口设有阀门,所述出液口连接滤失装置;

所述滤失装置包括主缝装置、分支缝装置、螺杆泵、电子流量计、压力表,所述滤失装置与所述搅拌桶的出液口之间串联设置螺杆泵、电子流量计、压力表,所述主缝装置包括钢化玻璃板、透明尼龙板、腔体、筛面、滤网、钢板边框,所述钢板边框设置于所述主缝装置四周,所述腔体包括上腔体、下腔体,所述腔体的内侧设有筛面、滤网,所述腔体与所述主缝装置的上下表面平行,所述钢板边框与所述上腔体之间设有钢化玻璃板,所述钢化玻璃板内侧设有透明尼龙板,所述上腔体与所述下腔体之间设有钢化玻璃板,所述钢化玻璃板内侧设有透明尼龙板,所述钢板边框与所述下腔体之间设有钢化玻璃板,所述钢化玻璃板内侧设有透明尼龙板,所述分支缝装置设置于所述主缝装置的两侧,且所述分支缝装置与所述主缝装置结构一致,所述主缝装置的后端设有主缝出液口,所述分支缝装置的后端设有分支缝出液口,所述腔体的外侧设有4个滤失出液口,所述滤失出液口串联设置电子流量计、压力表、阀门,所述滤失出液口与所述液体回收装置连接;

所述液体回收装置包括阀门、排液管、沉降罐,所述排液管的一端连接所述滤失出液口、另一端连接所述沉降罐,所述排液管与所述主缝出液口之间串联设有压力表、电子流量计、阀门,所述排液管与所述分支缝出液口之间串联设有压力表、电子流量计、阀门。

进一步的,所述主缝装置与所述分支缝装置的夹角设置为30°。

进一步的,所述主缝装置与所述分支缝装置连接处采用钢条固定,且设有密封胶条。

进一步的,所述钢板边框与所述钢化玻璃板、所述透明尼龙板的连接处设有密封圈。

进一步的,所述上腔体与所述滤失装置的上表面的钢板边框的距离等于所述上腔体与所述下腔体的距离等于所述下腔体与所述滤失装置的下表面的钢板边框的距离。

进一步的,所述腔体长度为2.5m,高为3cm,宽度为1cm,所述腔体的外侧分别设有4个滤失出液口,且每个滤失出液口连接独立的电子流量计、压力表、阀门。

进一步的,所述尼龙板的内侧面为粗糙面,且所述尼龙板的内侧面之间有一定间隙,用于模拟岩层裂缝。

进一步的,所述主缝装置的上下表面的钢板边框的长度为2.5m,高为35cm,厚度为1cm,所述钢化玻璃板与之尺寸对应,有效模拟裂缝面长度为2.5m,高为30cm。

进一步的,所述分支缝装置的上下表面的钢板边框长度为1.5m,高为35cm,厚度为1cm,所述钢化玻璃板与之尺寸对应,有效模拟分支缝面长度为1.5m,高为30cm。

进一步的,多分支缝的压裂液滤失装置的计算方法,其特征在于,步骤如下:

S1、实验准备,检查各部件功能的完好性;

S2、根据现场施工排量、砂比、支撑剂参数,按照相同比例进行实验室配制,计算实验所需排量、压裂液体积、支撑剂用量;

S3、将配置好的压裂液从配液箱泵入搅拌桶,支撑剂从加料箱进入搅拌桶,开启搅拌电机进行充分搅拌;

S4、开启搅拌桶的底部阀门以及主缝出液口阀门、分支缝出液口阀门,启动螺杆泵,将混合好的压裂液泵入主缝装置中,打开滤失装置的腔体的滤失出液口处的阀门,混合液体通过排液管流入沉降罐;

S5当主缝稳定后,关闭螺杆泵,通过摄像机拍摄支撑剂运移、铺置过程以及缝内压裂液滤失过程;启动电泵,从配液箱泵入清水对装置进行清洗,记录模拟时间和各裂缝滤液区流量计读数,通过下式计算滤失速度:

式中:V-滤失体积,m3

t-滤失时间,min;

ω-不锈钢扁状腔体高度,m;

l-不锈钢扁状腔体长度,m;

ν-滤失速度,m3/min。

本发明的有益效果为:

1、本发明通过设置钢化玻璃板、腔体、透明尼龙板来模拟地层主缝、分支缝,可以直观地观察,油气田压裂过程中,压裂液和支撑剂的混合液体被泵入地层时在主缝和分支缝中逐渐滤失的动态过程,并且可以实现支撑剂的动态铺置过程。

2、本发明滤失装置前后安装电子流量计,钢板边框与钢化玻璃板、透明尼龙板连接处设置密封胶条,使得密封性好,测量数据更加精确,计算结果更加贴近地层实际,为压裂参数优化提供依据。

3、本发明的腔体设有筛面和滤网,可以有效隔离支撑剂,只允许流体通过,充分反映压裂过程中缓慢持续的滤失过程。

4、本发明在滤失装置进出口处均安装有流量计和压力表,可对裂缝内摩阻进行测定。

5、本发明装操作简单,具备大尺度、可视化的特点,能够直观地观察实验过程,分析实验现象,为压裂参数优化提供依据,且计算方法原理可靠,模型制作简单,便于推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1本发明提供的结构图;

图2本发明提供的主缝装置、分支缝装置的剖面图;

图3本发明提供的主缝装置、分支缝装置结构图。

图中所示:

1、配液箱,2、电泵,3、水管,4、加料箱,5、称重传感器,6、搅拌电机,7、搅拌桶,8、搅拌棒,9、搅拌叶,10、螺杆泵,11、主缝装置,12、分支缝装置,13、钢化玻璃板,14、透明尼龙板,15、腔体,16、钢板边框、17、密封圈,18、排液管,19、沉降罐,20-27、阀门,28-31、电子流量计,32-34、压力表;

12-1、A分支缝装置,12-2、B分支缝装置,12-3、C分支缝装置;

15-1、筛面,15-2、滤网,15-3、滤失出液口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示,一种多分支缝的压裂液滤失装置,包括配液加料装置、搅拌装置、滤失装置、液体回收装置,所述配液加料装置包括配液箱1、加料箱4、电泵2、电子流量计28、水管3、阀门,所述水管串联配液箱1、电泵2、电子流量计28,所述水管3的端口设有阀门20,所述加料箱4的底部设有称重传感器5,所述称重传感器5下端设有出料口,所述出料口设有阀门21,且出料口与所述水管3的端口连接,所述配液加料装置与所述搅拌装置的左上方连接;

所述搅拌装置包括搅拌桶7、搅拌电机6、搅拌器,所述搅拌器包括搅拌棒8、搅拌叶9,所述搅拌电机6设置在所述搅拌桶7的上端中心位置,所述搅拌叶9多级分布在搅拌棒8上,所述搅拌桶7的底部设有出液口,所述出液口设有阀门22,所述出液口连接滤失装置;

如图2~3所示,所述滤失装置包括主缝装置11、分支缝装置12、螺杆泵10、电子流量计、压力表,所述滤失装置与所述搅拌桶7的出液口之间串联设置螺杆泵10、电子流量计29、压力表32,所述主缝装置11包括钢化玻璃板13、透明尼龙板14、腔体15、筛面15-1、滤网15-2、钢板边框16,所述钢板边框16设置于所述主缝装置11四周,所述腔体15包括上腔体、下腔体,所述腔体15的内侧设有筛面15-1、滤网15-2,所述腔体15长度为2.5m,高为3cm,宽度为1cm,所述腔体15与所述主缝装置11的上下表面平行,所述钢板边框16与所述上腔体之间设有钢化玻璃板13,所述钢化玻璃板13内侧设有透明尼龙板14,所述尼龙板14的内侧面为粗糙面,且所述尼龙板14的内侧面之间有一定间隙,用于模拟岩层裂缝,所述上腔体与所述下腔体之间设有钢化玻璃板13,所述钢化玻璃板13内侧设有透明尼龙板14,所述钢板边框16与所述钢化玻璃板13、所述透明尼龙板14的连接处设有密封圈17,所述钢板边框16与所述下腔体之间设有钢化玻璃板13,所述钢化玻璃板13内侧设有透明尼龙板14,所述上腔体与所述滤失装置的上表面的钢板边框16的距离等于所述上腔体与所述下腔体的距离等于所述下腔体与所述滤失装置的下表面的钢板边框16的距离,所述分支缝装置12设置于所述主缝装置11的两侧,且所述分支缝装置12与所述主缝装置11结构一致,所述主缝装置11与所述分支缝装置12的夹角设置为30°,所述主缝装置11与所述分支缝装置12连接处采用钢条固定,且设有密封胶条,所述主缝装置11的后端设有主缝出液口,所述分支缝装置12的后端设有分支缝出液口,所述腔体15的外侧设有4个滤失出液口15-3,所述滤失出液口15-3串联设置电子流量计30、压力表33、阀门23,所述滤失出液口15-3与所述液体回收装置连接,所述主缝装置11的上下表面的钢板边框16的长度为2.5m,高为35cm,厚度为1cm,所述钢化玻璃板13与之尺寸对应,有效模拟裂缝面长度为2.5m,高为30cm,所述分支缝装置12的上下表面的钢板边框16长度为1.5m,高为35cm,厚度为1cm,所述钢化玻璃板12与之尺寸对应,有效模拟分支缝面长度为1.5m,高为30cm;

所述液体回收装置包括阀门、排液管18、沉降罐19,所述排液管18的一端连接所述滤失出液口15-3、另一端连接所述沉降罐19,所述排液管18与所述主缝出液口之间设有串联设有压力表、电子流量计、阀门,所述排液管18与所述分支缝出液口之间串联设有压力表34、电子流量计31、阀门25。

一种多分支缝的压裂液滤失装置的计算方法,步骤如下:

S1、实验准备,检查各部件功能的完好性;

S2、根据现场施工排量、砂比、支撑剂参数,按照相同比例进行实验室配制,计算实验所需排量、压裂液体积、支撑剂用量;

S3、将配置好的压裂液从配液箱1泵入搅拌桶7,支撑剂从加料箱4进入搅拌桶7,开启搅拌电机6进行充分搅拌;

S4、开启搅拌桶7的底部阀门22以及主缝出液口处阀门24、分支缝出液口处阀门25-27,启动螺杆泵10,将混合好的压裂液泵入主缝装置11中,打开滤失装置的腔体15的滤失出液口处15-3的阀门23,混合液体通过排液管18流入沉降罐19;

S5当主缝稳定后,关闭螺杆泵10,通过摄像机拍摄支撑剂运移、铺置过程以及缝内压裂液滤失过程;启动电泵2,从配液箱1泵入清水对装置进行清洗,记录模拟时间和各裂缝滤液区流量计读数,通过下式计算滤失速度:

式中:V-滤失体积,m3;t-滤失时间,min;ω-不锈钢扁状腔体高度,m;l-不锈钢扁状腔体长度,m;ν-滤失速度,m3/min。

实施例:

(1)实验准备,检查各部件功能的完好性,阀门处于关闭状态。

(2)根据现场施工排量、砂比、支撑剂参数,按照相同比例进行实验室配制,实验假设:在压裂施工过程中,采用清水压裂液,使用30/50目支撑剂,视密度为1.76g/cm3,泵注排量10m3/min,模拟砂比6%,所形成的人工裂缝缝高50m,缝宽8mm。

结合实验参数按照砂堤稳定需要10min计算:

真实地层缝内混合液流速为:

模拟主缝内混合液流量:ν'=25m/min×0.35m×0.008m=0.07m3/min

即在实验过程中采用0.07m3/min的泵注排量泵入砂比为6%的混合液,

10min模拟缝混合液总流量:

压裂液基液用量:3.3m3×0.94=3.10m3

支撑剂用量:3m3×0.06=0.20m3

0.20m3×1.76×103Kg/m3=0.352Kg

计算所得实验所需排量为0.07m3/min、压裂液基液体积为3.10m3、支撑剂用量为0.20m3,压裂液为清水压裂液。

(3)打开阀门20、阀门21,将配置好的压裂液从配液箱1泵入搅拌桶7,用量由电子流量计24控制,支撑剂从加料箱4进入搅拌桶7,用量由称重传感器5控制,开启搅拌电机6进行充分搅拌。

(4)打开阀门22、阀门23、阀门24、阀门25、阀门26、阀门27以及主缝装置11与分支缝装置12的腔体15的滤失出液口15-3阀门23,启动螺杆泵10,将混合好的压裂液泵入主缝中,混合液体通过排液管18流入沉降罐19;装置模拟压裂液在地层中持续缓慢的滤失过程以及动态运移、铺砂过程

(5)待主缝稳定后,关闭螺杆泵,停止泵入携砂压裂液,通过摄像机拍摄支撑剂运移、铺置过程以及缝内压裂液滤失过程,记录10min时平行板主缝滤失总量为2.25×10-4m3,平行板分支缝A滤失总量为6.75×10-5m3,平行板分支缝C滤失总量为6×10-5m3,平行板分支缝B滤失总量为9×10-5m3,启动电泵,从配液箱泵入清水对装置进行清洗;

将以上实验数据代入式(1),得到以下结果:

平行板主缝滤失速度:

平行板分支缝A滤失速度:

平行板分支缝B滤失速度:

平行板分支缝C滤失速度:

在上述实验过程中,

本发明提供的一种多分支缝的压裂液滤失装置及计算方法的有益效果为:可以直观地观察压裂液和支撑剂的混合液体被泵入地层时在主缝和分支缝中逐渐滤失的动态过程,并且可以实现支撑剂的动态铺置过程,计算得到的滤失速度为压裂参数优化提供依据。

以上所述,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已通过实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

再多了解一些
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