砂浓度，kg/m2. 根据力矩平衡方程，可以得到支撑剂砂柱边缘颗粒流化临界流速： 式中：
v-砂柱边缘颗粒流化临界流速，m/s; 支撑剂直径，m; g-重力加速度，m2/s; ps-支 撑剂密度，kg/m3; P-实验流体密度，kg/m3; ε -粘结力系数，0.00256Pa.m; γ -纤维对内聚 力修正系数;h-裂缝滤失高度，m; δ-薄膜参数，〇. 213 X l(T6m; 本测试装置主要由储液罐1、储气罐2、储液罐阀门3、储气罐阀门4、恒流栗5、流量计7、 管线加热套6、冲蚀区8、位移传感器11、液压机12、砂粒收集器13、废液罐14、数采控制板15、 计算机16组成。所述冲蚀区8内侧有盲道用于装入电阻加热丝20、温度传感器10;冲蚀区8由 上活塞17、下活塞18及冲蚀区腔体9组成，上活塞17、下活塞18内表面间为支撑剂砂柱铺置 区；上活塞17、下活塞18均与液压机12相连，上活塞17、下活塞18与冲蚀区腔体9通过密封圈 19完成密封;冲蚀区腔体9两侧分别有进液通道22、出液通道24;所述进液通道22接进液接 头25、流量计7、管线加热套6、恒流栗5;所述出液通道24接出液接头26、砂粒收集器13;所述 进液接头25内部为喇叭口流道;所述出液接头26内部为圆形孔眼;所述进液接头25与出液 接头26通过紧固螺栓21与冲蚀区腔体9连接，利用密封垫圈23完成密封。
[0020]所述液压机12连接位移传感器11;所述恒流栗5、管线加热套6、流量计7、温度传感 器10、位移传感器11均与数采控制板15连接，数采控制板15与计算机16连接。
[0021 ]假设模拟对象为气井脉冲式加砂压裂压后不连续铺砂裂缝，主要参数为:单柱铺 砂浓度7kg/m2、非均匀铺砂裂缝孔道率35%、储层温度100°C，地层闭合压力20MPa，裂缝面积 0.12m 2,则所需砂量为：
[0022] 实施例2 采用上述测试装置的测试方法如下： (1)称取实验测试所需支撑剂颗粒〇. 294kg，并配置实验用测试流体；（2)利用支撑剂砂 柱模具制作支撑剂砂柱，在设计裂缝孔道率条件下 于冲蚀区8支撑剂砂柱铺置区内铺置形成不连续支撑裂缝； (3) 装载冲蚀区8上（下）活塞17(18)，加装进液接头25和出液接头26,液压机12加载至 初始闭合压力6.9MPa; (4) 模拟压后返排流体冲蚀过程，关闭储气罐阀门4,开启储液罐1、储液罐阀门3,开启 恒流栗5,以最低排量驱替，使实验测试流程管线及支撑剂砂柱铺置区充满测试流体； (5) 设定管线加热套6、冲蚀区8电阻加热丝20温度为100°C; (6) 装载液压机12两侧位移传感器11，加载闭合压力至设定大小20MPa; (7) 启动计算机16,输入实验参数，通过数采控制板15采集数据至计算机16; (8) 控制恒流栗流量加载时间间隔，逐级增加测试流体排量，观察砂粒收集器13直至出 现砂粒，采丨^计算得到20MPa闭合压力条件下支撑剂砂柱边缘颗 粒流化临界速度；
(9) 卸载闭合压力，取下冲蚀区8上（下）活塞17(18)，图像记录并计算试验后裂缝孔道 率大小，得到一定闭合压力及流体冲蚀作用下不连续铺砂裂缝孔道率变化值； (10) 改变闭合压力大小，重复步骤(7)_(9)，得到不同闭合压力条件下支撑剂砂柱边缘 颗粒流化临界流速及不连续铺砂裂缝孔道率变化值。
【主权项】
1. 一种非连续铺砂裂缝缝内支撑剂砂团冲蚀评价装置，其特征在于：主要由储液罐 (1)、储气罐(2)、储液罐阀门（3)、储气罐阀门（4)、恒流栗(5)、流量计(7)、管线加热套(6)、 冲蚀区腔体（19)、位移传感器（11)、液压机（12)、砂粒收集器（13)、废液罐（14)、数采控制板 (15)和计算机（16)组成，所述冲蚀区腔体（19)由上活塞（17)、下活塞（18)通过密封圈（19) 与冲蚀区腔体（19)腔体构成;所述上活塞（17)、下活塞（18)与液压机（12)相连;活塞内表面 间为支撑剂砂柱铺置区;所述冲蚀区腔体(19)两端分别为进液通道(22)、出液通道(24);所 述进液通道(22)依次连接进液接头(25)、流量计(7)、管线加热套(6)及恒流栗(5);所述出 液通道(24)依次连接出液接头(26)、砂粒收集器(13 )、废液罐（14);所述进液接头(25 )与出 液接头(26)通过紧固螺栓与冲蚀区腔体（19)腔体两端固定，利用密封垫圈实现贴合密封； 所述位移传感器(11)与液压机(12)连接;所述恒流栗(5)、管线加热套(6)、流量计(7)、温度 传感器、位移传感器(11)均与数采控制板(15)连接，数采控制板(15)与计算机(16)连接。2. 根据权利要求1所述的一种非连续铺砂裂缝缝内支撑剂砂团冲蚀评价装置，其特征 在于:所述上活塞（17)和下活塞（18)内表面为非均匀刻蚀壁面。3. 根据权利要求1所述的一种非连续铺砂裂缝缝内支撑剂砂团冲蚀评价装置，其特征 在于:所述进液通道(22)连接进液接头(25)内为喇叭口流道。4. 根据权利要求1所述的一种非连续铺砂裂缝缝内支撑剂砂团冲蚀评价装置，其特征 在于:所述出液通道(24)连接出液接头(26)内为圆形流道。5. 根据权利要求1所述的非连续铺砂裂缝缝内支撑剂砂团冲蚀评价装置的测试方法， 包括以下步骤： (1) 称取设定裂缝孔道率及铺砂浓度条件下的支撑剂颗粒； (2) 打开上活塞（17)、下活塞（18)，利用支撑剂砂柱成形模具在支撑剂砂柱铺置区铺置 形成非连续支撑剂砂柱； (3) 装载上活塞（17)和下活塞（18)，利用密封圈（19)完成密封； (4) 使用液压机（12)加载初始闭合压力； (5) 关闭储气罐阀门（4)，开启储液罐阀门（3)及恒流栗(5)，以最低排量驱替使测试管 线及冲蚀区腔体(19)内充满测试流体； (6) 装载位移传感器（11)，将液压机（12)加载至设计闭合压力，启动计算机（16)，输入 实验参数； (7) 启动管线加热套(6)，调节恒流栗(5)按设计流量大小注入测试流体，所有实验数据 通过数采控制板(15)传输至计算机(16); (8) 逐级增加测试流体流速，至砂粒收集器（13)出现砂粒，得到一定闭合压力条件支撑 剂砂柱边缘颗粒流化临界流速； (9) 单级闭合压力及临界流速条件下测试完毕后，打开冲蚀区腔体（19)上、下活塞 (18)，记录支撑剂砂柱铺置区内支撑剂砂柱形态并计算一定闭合压力及流体冲蚀作用下非 连续铺砂裂缝孔道率变化值； (10) 改变闭合压力大小，重复步骤(7)、（8)、（9)，得到不同闭合压力条件下支撑剂砂柱 边缘颗粒流化临界流速及孔道率变化值。
【专利摘要】本发明涉及一种模拟脉冲式加砂压裂压后返排及生产过程中支撑剂砂柱边缘颗粒流化、缝内孔道率变化的测试装置及方法。该测试装置主要由储液罐、储气罐、恒流泵、管线加热套、流量计、冲蚀区、位移传感器、液压机、砂粒收集器、废液罐、数采控制板、计算机组成。本发明可模拟脉冲式加砂压裂条件下压后非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱受闭合压力及流体冲蚀的真实条件，满足不同测试条件下非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱受压及冲蚀的测试要求。
【IPC分类】E21B43/267, G01N3/56
【公开号】CN105510165
【申请号】CN201510880674
【发明人】陈星宇, 尹丛彬, 朱炬辉, 肖剑锋, 何封, 王素兵
【申请人】中国石油集团川庆钻探工程有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月4日