一种模拟体积压裂劈型缝缝内支撑剂输送的实验装置的制作方法

本实用新型涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种模拟体积压裂劈型缝缝内支撑剂输送的实验装置，是一个页岩气滑溜水压裂产生人工裂缝后，模拟支撑剂在劈型裂缝内输送的实验装置。

背景技术：

随着近几年美国页岩气开发技术的突破，使得美国天然气产量大幅度提高，一度改变了世界的能源格局。借鉴美国页岩气的成功开发模式，我国也抓紧了页岩气资源的开发力度。但由于页岩储层非均质性很强，没有两块页岩是完全相同的，复制美国页岩气的开发模式实践证明是不行的。因此，掌握适合我国页岩储层的开发技术对于我国陆相页岩气资源的有效开发是必须的。

水力压裂技术是开发页岩气的核心技术。水力压裂的目的是在储层中形成网络状的填砂裂缝，以降低井底附近地层的渗流阻力和改变流体的渗流状态，进而实现储层的体积改造。为了使压开的网状裂缝在施工结束后不完全闭合且具有较高的导流能力，必须用支撑剂将压开的裂缝支撑起来。但实际压力中，由于压裂液粘度、支撑剂本身重力以及储层地质条件的限制，常会出现支撑剂在井筒附近、裂缝底部等部位快速沉积，而裂缝的顶端、较远处以及次生的网状裂缝中支撑剂填充较少，或出现无砂区，最终导致有效铺砂区域减少，或出现充填支撑剂少、导流能力低等现象。因此，研究支撑剂在人工裂缝中的铺置运移规律和分布方试就显得特别有意义。然而，笔者调研了国内外模拟支撑剂运移铺置方面的实验装置发现，目前基本都是基于大型可视化平行平板装置来进行实验。但实际压裂中，由于虑失和地应力差异，所形成的裂缝并不是平行的，更多的是类似于劈型的网状裂缝，即近井筒段裂缝宽度大，而裂缝根端缝宽明显变窄，尤其对于分支缝，这种现象更加明显。因而，继续使用这种平行的平板裂缝模型并不能真实的模拟页岩压裂中支撑剂的输送。

技术实现要素：

针对以上实验装置的不足，本实用新型的目的是提供一种模拟体积压裂劈型缝缝内支撑剂输送的实验装置，采用改变两平板之间所夹的垫圈的形状来实现这种劈型缝，同时，在装置进口端处还设置了四个射孔管道，用来模拟不同孔径、孔密和进口端下支撑剂在劈型管道中的沉降和运移情况，本实用新型结构简单、便于加工制造，对于模拟页岩气压裂中支撑剂在劈型缝中的铺置运移规律很有意义，适宜推广使用。

为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：

一种模拟体积压裂劈型缝缝内支撑剂输送的实验装置，包括压裂液进口端1，压裂液进口端1上并联有多个结构相同的分支管道且分别通向各自的劈型缝装置4-1，每个分支管道上均安装有流量计2-1，分支管道连通模拟井筒8，模拟井筒8的出口并联多个射孔模拟装置9，射孔模拟装置9包括模拟射孔管道6，模拟射孔管道6进口段安装有阀门3，模拟射孔管道6两端安装有压差传感器5，射孔模拟装置9的出口连通劈型缝装置4-1，每个劈型缝装置4-1的出口均汇总到出液管道7。

所述的劈型缝装置4-1包括与射孔装置直接相连的裂缝起始端4-1-1和裂缝终止端4-1-2，劈型的程度用劈型角c来衡量。

所述的裂缝起始端4-1-1缝宽为a，裂缝终止端4-1-2缝宽为b，a>b，其中b要大于所用支撑剂平均粒径的3倍及以上。

本实用新型装置的有益效果是：

目前国内外研究压裂中支撑剂运移和铺置规律的实验装置基本都是基于可视化平板装置，但实际压裂中形成的储层并不是平行等间距的，大多可能都是井筒附近裂缝较宽而离井筒较远处裂缝较窄，类似于劈型。针对以上问题，尤其缺少必要的设备。本实用新型模拟体积压裂劈型缝缝内支撑剂输送的实验装置同样采用可视化透明玻璃，但是裂缝两端的缝宽不同，形象的模拟了实际压裂中缝宽由大变小时，支撑剂在其中的输送规律，借此装置可研究壁面、支撑剂粒径、砂比、裂缝劈型程度、裂缝进口宽度等对支撑剂沉降和运移的影响；通过设置另外几组劈型装置，主要是为了形成对比；最后，通过在裂缝的进口端设置外径不变、内径可变的多个有机玻璃射孔管道，且各射孔管道之前均安装开关，可模拟携砂液进入套管射孔孔道后的各种情况，以及孔密、孔径和射孔位置对支撑剂输送的影响。

本实用新型结构简单、便于加工制造，对于模拟页岩气压裂中支撑剂在劈型缝中的铺置运移规律很有意义，适宜推广使用。

附图说明

图1为本实用新型原理结构示意图。

图2A为劈型缝装置4-1三维图。

图2B为劈型缝装置4-1俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作详细论述。

如图1所示，一种模拟体积压裂劈型缝缝内支撑剂输送的实验装置，包括压裂液进口端1，压裂液进口端1上并联有多个结构相同的分支管道且分别通向各自的劈型缝装置4-1，每个分支管道上均安装有流量计2-1、2-2、2-3等等，分支管道连通模拟井筒8，模拟井筒8的出口并联多个射孔模拟装置9，射孔模拟装置9包括模拟射孔管道6，模拟射孔管道6进口段安装有阀门3，模拟射孔管道6两端安装有压差传感器5，射孔模拟装置9的出口连通劈型缝装置4-1，每个劈型缝装置4-1的出口均汇总到出液管道7，流入储液罐中。为了减少出口端对于输砂的影响，每个劈型缝装置的末端出口可设置多个。

所述的劈型缝装置4-1包括与射孔装置直接相连的裂缝起始端4-1-1和裂缝终止端4-1-2，劈型的程度用劈型角c来衡量。

所述的裂缝起始端4-1-1缝宽为a，裂缝终止端4-1-2缝宽为b，a>b，其中b要大于所用支撑剂平均粒径的3倍及以上。以防止支撑剂无法运移，堵塞模拟裂缝。

各劈型缝装置4-1均采取以上类似结构，但是劈型程度和裂缝起始端缝宽均变化，具体数值由实验需要对比的量确定，比如，为了对比劈型程度对铺砂的影响，只需固定几组起始端缝宽，而裂缝终止端缝宽依次变化。

所述的各劈型缝装置4-1，参照图2A、2B,4-1-1为裂缝进口端，其缝间距为a＝10mm(第一组劈型缝)，4-1-2为裂缝出口端，缝间距为8mm(第一组劈型缝)，劈型缝进出口缝距可通过更换其中的垫圈(橡胶)来改变，具体衡量可用劈型角c表示，因而可模拟各种类型劈型缝中排量、砂比、支撑剂类型、裂缝劈型程度和劈型缝进出口宽度等对于支撑剂沉降和运移的影响。

所述的各劈型缝装置4-1，4-2.......始末端缝宽以及需要的劈型缝个数由实验所需要对比的参数确定。

本实用新型的工作原理如下：

携砂液通过压裂液进口端1进入其后的各分支管道，然后通过分支管道进入各自的模拟井筒8，最后再通过模拟射孔管道6进入劈型缝装置4-1之中。劈型缝装置4-1中间，由于重力、浮力、摩擦力和壁面等因素的影响，支撑剂会发生沉降，通过可视化的平板可观察支撑剂在各缝之间的运移和铺置情况，同时还可观察到整个砂堤的形成过程。通过改变排量、砂比、支撑剂性质和劈型程度来研究这些因素在劈型缝装置4-1之间对铺砂的影响规律，在此基础之上，还可通过开关射孔模拟管道上的阀门以及更换射孔管道来研究射孔密度、孔径和携砂液进口位置对于铺砂的影响。另外，本实用新型设置了多个劈型缝，且进入各缝的排量、砂比等均相同，因而可通过对劈型缝中的支撑剂沉降规律和最终的砂堤形态进行对比，结合缝中支撑剂随压裂液的流动规律，总结出支撑剂在劈型缝中输砂的主要影响因素。