本发明涉及油气田开发中石油压裂支撑剂性能评价技术领域，尤其是一种模拟支撑剂在裂缝中的磨蚀性能的装置和方法。
背景技术：
油气井压裂的目的是形成一条用支撑剂支撑的人工裂缝，达到低渗储层获得较高产能的目的。目前常用的支撑剂有石英砂和陶粒,即具有一定粒度和抗压强度的天然砂或以铝矾土为原料，通过粉末制粒，烧结而成人造高强陶粒。目前人造的中等强度低密度的硅酸铝支撑剂(陶粒砂)、人造的中等强度高密度的氧化铝和硅酸盐支撑剂、高强度的铝矾土和高强度的硅酸锆支撑剂、以及涂敷预固化涂层和可固化涂层树脂的天然砂或人造支撑剂。支撑剂应该满足耐高温、耐高压、耐腐蚀、耐磨蚀等要求，具有高强度、高导流能力、低密度、低破碎率等特点。支撑剂按抗破碎度分别为52mpa(7500psi)、69mpa(1000psi)和86mpa(12500psi)、102mpa(15000psi)等系列；按体积密度分为低密度、中密度、高密度等系列；按尺寸规格分为12-20目、16-20目、16-30目、20-40目、30-50目、40-60目、40-70目、70-100目等系列。
随着压裂技术的不断进步，为了实现更高的导流能力、更长的压裂有效期，在支撑剂的研发方面不断取得创新，最主要的有覆膜支撑剂，即采用特殊工艺将改性苯酚甲醛树脂包裹到石英砂或陶粒的表面上，并经热固处理制成，其特点是密度比石英砂或陶粒略轻(颗粒密度一般为2.55)强度比天然石英砂或陶粒抗压强度高、导流能力好。树脂涂层砂支撑剂减少了颗粒接触处的点载荷。支撑剂周围的树脂薄膜增加了各颗粒之间的接触面积，所以这些颗粒就能够耐得住压碎之前的较高闭合压力。虽然未涂层的支撑剂砂粒间的点与点接触，接触面积的直径小于颗粒直径10％，变成了小面积接触，接触面积更宽高达直径25％～40％分散了作用于砂粒上的负荷，使砂粒具有更高的抗破碎能力。
坚韧的树脂膜在原油、盐水和大多数酸液中，其化学性质是不活泼的。由于面接触树脂膜的塑性流动而降低了点对点的载荷之外，这些树脂膜粘连并包住压碎的砂粒碎屑，减少了碎屑运移,提高了导流能力；但另一方面由于树脂薄膜在高闭合压力状态下变形则引起导流能力降低。与预固化涂层砂相比可固化支撑剂的接触带由于树脂流动较好而宽的多，在高闭合压力状态下由于树脂涂层的变形所引起的初始导流能力降低，所产生的细粒越少，其导流能力越高。
不同支撑剂表面因烧结、覆膜等加工工艺而产生不同硬度，在实际的油气田生产中，压裂车组以极高的速度将支撑剂和压裂液混合物经高压曲折的管路、滑套喷砂器的端口或射孔孔眼、在经过形态不规则、宽度不等、粗糙的裂缝最终停留铺置在地层中。这一过程支撑剂对管路、对近井地带的裂缝会产生冲击和磨蚀，而支撑剂本身的也会经历这一磨蚀的过程，对支撑剂的表面物质、圆球度、破碎率甚至导流能力都会产生影响。
目前，还没有一种能够模拟混砂液在裂缝中运移过程中，对支撑剂颗粒表面受到裂缝壁面磨蚀情况的模拟装置和评价方法。现如今在各个领域中所有的一些实验设备不能精确控制支撑剂在裂缝中磨蚀过程的主要因素，例如，支撑剂在裂缝壁面的磨蚀时间、运移速度、裂缝壁面的粗糙程度，以及实际的磨蚀条件(例如：温度、压力、压裂液的性能等)。这就在一定程度上限制了一些支撑剂磨蚀性能的评价工作。
因此，需要发明一种模拟支撑剂在裂缝中的磨蚀性能的装置和方法，以适用模拟实际地层条件和支撑剂运移情况，更准确测量和评价支撑剂在裂缝中的抗磨蚀性能。
技术实现要素：
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提供了一种模拟支撑剂在裂缝中的磨蚀性能的装置和方法，能够实现对陶粒、石英砂和树脂覆膜砂等不同的支撑剂进行裂缝磨蚀评价，可进行不同压裂液、不同砂比、不同磨蚀时间、不同磨蚀速度、不同裂缝壁面粗糙度、不同裂缝宽度等多因素对支撑剂进行磨蚀性能的评价测试。通过该装置和方法，有助于实现压裂材料优选，提高压裂效果。
根据本发明的一方面，提出了一种模拟支撑剂在裂缝中的磨蚀性能的装置，包括：
缸体，
设置在所述缸体内的砂盘，所述砂盘与所述缸体的下端形成密闭的第一空间，
用于驱动所述砂盘运动的驱动组件，
与所述第一空间连通的连通口，
用于封堵所述连通口的堵头。
在一个实施例中，连通口设置在缸体的底壁上。
在一个实施例中，在缸体的底壁上设置多个沿圆周方向阵列分布的连通口。
在一个实施例中，驱动组件包括：
驱动源，
与所述驱动源连接的变速箱，
与所述变速箱连接的轴，
以及与所述轴连接的转盘，所述转盘设置在所述砂盘的上端并与所述砂盘连接。
在一个实施例中，在砂盘的外壁与缸体的内壁之间设置动密封。
在一个实施例中，在缸体的底壁上设置有用于加热第一空间的加热件。
在一个实施例中，在缸体的底壁上设置有用于测量第一空间内的温度的温度传感器，和/或在缸体的底壁上设置有用于测量第一空间内的压力的压力传感器。
在一个实施例中，在缸体的上端侧壁上设置向内延伸的测距板，并在测距板上设置有位移传感器。
根据本发明的另一方面，提供一种使用上述的装置模拟支撑剂在裂缝中的磨蚀性能的方法，包括以下步骤：
步骤一，将称重的支撑剂放入压裂液中以配置混砂液，
步骤二，通过驱动组件调整第一空间的大小，
步骤三，通过连通口将混砂液注入到第一空间内后，用堵头封堵连通口，
步骤四，通过驱动组件带动砂盘运动，
步骤五，使砂盘停止运动，并打开堵头，取出第一空间内的混砂液，
步骤六，对混砂液进行固液分离，在对支撑剂进行烘干并筛析后称重。
在一个实施例中，在步骤四中，驱动组件带动砂盘进行正反交替旋转运动。
与现有技术相比，本发明的优点在于，通过使用模拟支撑剂在裂缝中的磨蚀性能的装置和方法能够实现对陶粒、石英砂和树脂覆膜砂等不同的支撑剂进行裂缝磨蚀评价，同时，也可进行不同压裂液、不同砂比、不同磨蚀时间、不同磨蚀速度、不同裂缝壁面粗糙度、不同裂缝宽度等多因素对支撑剂进行磨蚀性能的评价测试，从而，有助于实现压裂材料优选，提高压裂效果。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1显示了根据本发明的模拟支撑剂在裂缝中的磨蚀性能的装置的结构图；
附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
图1显示了根据本发明的模拟支撑剂在裂缝中的磨蚀性能的装置和方法100的结构图。如图1所示，装置100包括缸体1、砂盘2、驱动组件3、连通口4和堵头5。其中，砂盘2设置在缸体1内，并与缸体1的下端形成密闭的第一空间6。也就是，砂盘2的外壁与缸体1的内壁接触以在缸体1的下端形成第一空间6。第一空间6用于模拟石油压裂过程中所形成的裂缝。驱动组件3用于驱动砂盘2运动，以调节模拟的裂缝的大小，或者磨蚀处于第一空间6内的压裂液。连通口4与第一空间6连通，以通过连通口4向第一空间6内注入或者排出混砂液。堵头5用于封堵连通口4，以保证第一空间6的密闭性。
从而，在模拟支撑剂在裂缝中的磨蚀性能的时候，可将混砂液通过连通口4注入到第一空间6内，操作驱动组件6以模拟混砂液在裂缝中的运移速度。通过该装置100可以进行不同磨蚀速度、不同裂缝宽度、不同裂缝粗糙面不同裂缝宽度等多因素对支撑剂进行磨蚀性能的评价测试，从而，有助于实现压裂材料优选，提高压裂效果。
在一个实施例中，为了加工方便，并利于操作，连通口4设置在缸体1的底壁上。而为了将混砂液排除干净，精确模拟结构，在缸体1的底壁上设置多个连通口4，并且连通口4在圆周方向上阵列分布。
在一个实施例中，驱动组件3包括驱动源31、变速箱32、轴33和转盘34。其中驱动源31为砂盘2的运动提供动力。优选地，驱动源31可以为电机。变速箱32与电机相连接，以控制砂盘2的转速从而模拟不同的磨蚀速度。轴33与变速箱32连接，作为力的传递部件。而转盘34的上端与轴33连接，而下端与砂盘2连接，以将轴33的转到传递到砂盘2。转盘34与轴33可以通过销钉35连接。
优选地，转盘34与砂盘2可拆卸式连接，例如螺纹连接。通过这种设置能保证很容易地将砂盘2由转盘34上拆卸下来，进而更换不同的砂盘2以模拟不同的裂缝壁面粗糙度，或者检修和更换砂盘2。
在一个实施例中，在砂盘2的外壁与缸体1的内壁之间设置动密封(图中未画出)。通过这种设置，能保证第一空间6的密闭性，从而更好的模拟地层中井下裂缝的状态。
在缸体1的底壁上设置加热件7，以用于为第一空间6加热，使其混砂液的温度满足模拟要求。同时，为了保证精确地控制第一空间6内的温度和压力，在缸体1的底壁上设置有用于测量第一空间6内的温度的温度传感器8。在缸体1的底壁上设置有用于测量第一空间6内的压力的压力传感器9。通过这种设置能更精准的控制第一空间6内的压力和温度，有助于更好地模拟混砂液在裂缝中的运移环境。
根据本发明，在缸体1的上端侧壁上设置向内延伸的测距板10，并在测距板10上设置有位移传感器11。通过位移传感器11能测得测距板10和转盘34之间的精确距离，从而得出第一空间6的轴向距离，也就是得出裂缝的宽度。在第一空间6的轴向距离需要调整时，可以通过驱动组件3而驱动转盘34带动砂盘2上下移动，直至满足需要。
下面根据图1详细描述使用装置100模拟支撑剂在裂缝中的磨蚀性能的方法。
首先，根据需要模拟的储层的具体岩性和物性，确定裂缝壁面的粗糙程度，从而确定所使用的砂盘2的目数。并且，将称重的支撑剂放入压裂液中以配置混砂液。接着，通过驱动组件3而调整第一空间6的轴向距离，以满足模拟需要。又接着，将混砂液通过连通口4注入到第一空间6内。在此过程中，根据不同的模拟需要，注入的混砂液具有不同的压力和温度。再次，打开电机驱动砂盘2旋转运动以模拟混合液在裂缝中的运移速度。优选地，在此过程中，可通过电机的正反转而带动砂盘2正反旋转。通过这种设置可以防止支撑剂在离心力作用下产生聚集，并模拟支撑剂在裂缝中的不规则运动。例如，可以改变砂盘2的旋转速度而模拟不同的排量下的混砂液在裂缝中的运移速度。砂盘2的不断的正反交替旋转可以模拟支撑剂在裂缝中的不规则运动，而正反交替旋转的频率可以模拟不规则的程度。又次，磨蚀过程结束后，取下堵头5，打开连通口4，取出混砂液。在这过程中，可以反复用清水冲洗，以保证混砂液没有残留在装置100上，从而确保结果更精准。最后，对取出的混砂液进行固液分离，并将支撑剂洗净、烘干、筛析、称重，并与磨蚀试验前的所得到的重量进行对比，从而得到支撑剂的磨蚀程度。
以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。