本发明属于油田水力压裂实验装置领域，涉及缝网压裂携砂物理模拟实验装置。
背景技术：
页岩油气水力压裂施工是一项系统的增产工艺技术措施，通过水力压裂在地层3000米～4000米之间压开裂缝形成导流通道从而将无法产出的油气通过井筒采出。我国页岩储层既包含丰富的海相页岩气，也包含大量的陆相和海陆过渡相页岩气区块，构造应力强烈，地质结构复杂，不同页岩物性及施工条件下压裂后形成不同的裂缝形态，包括单条裂缝、复杂裂缝和网状缝网裂缝。在水力压裂施工过程中一方面地层裂缝不断扩展，一方面支撑剂由压裂液携带进入裂缝，支撑剂在裂缝中的分布、扩展、沉降、回流直接影响到裂缝的铺砂浓度和导流能力，从而影响裂缝闭合后有效导流能力和页岩气产量。通过物理模拟实验建立裂缝物理模型，在实验室模拟分析支撑剂在裂缝中的分布、扩展、沉降、回流是目前最直接有效的分析评价方法。
针对以上特点，与常规砂岩储层形成的双翼平面裂缝不同，页岩储层形成的是网状缝网裂缝，支撑剂颗粒沉降主要受缝网裂缝复杂程度的影响。在页岩储层中，尤其是脆性页岩中，由于压裂时形成的裂缝呈缝网特征，裂缝高度非常有限，并且缝网裂缝复杂程度越高，单条裂缝的高度越小、宽度越窄。目前实验室通过物理模型进行支撑剂实验分析时采用双翼平面裂缝，裂缝形态不符合页岩储层实际，支撑剂的分布、扩展、沉降、回流仍然只能反映常规砂岩储层的特点而并不能有效体现页岩储层缝网裂缝的特征。目前的主要物理模拟实验装置在主裂缝之外没有有效的次裂缝，或者仅有一级次裂缝，次裂缝的数量设计不符合缝网裂缝特征，裂缝长度单一、宽度单一、角度单一，无法模拟在不同次裂缝下支撑剂的运移，也无法观察在不同宽度的裂缝内支撑剂的沉降等情况。另外玻璃材质物理模型内壁面光滑度均衡单一也不符合储层内部裂缝内壁面的真实情况。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种符合页岩油气水力压裂实际情况的缝网压裂携砂物理模拟实验装置，本发明的目的通过以下技术方案实现。
缝网压裂携砂物理模拟实验装置，包括储液罐、砂罐、水罐、输送泵、记录装置和实验装置本体，其特征在于，还包括位于实验装置本体上的主裂缝面板、位于主裂缝面板上的n条一级次裂缝面板、位于一级次裂缝面板上的m条二级次裂缝面板和位于二级次裂缝面板上至少一条三级次裂缝面板，n和m均为自然数且n≥m≥1，各级裂缝面板内部设置有中空腔隙和控制中空腔隙开闭的开关；砂罐中的支撑剂和水罐中的水混合形成携砂液，由输送泵加压打入主裂缝面板腔隙内，进而进入不同级数的次裂缝，最后由主裂缝面板出口经循环管路进入储液罐；记录装置实时记录支撑剂在不同裂缝组合形态下的运动规律。
进一步地，为模拟地层裂缝内壁面的复杂粗糙形态，在裂缝面板空腔内壁采用不规则溶蚀，形成不同规则形态的凹凸内壁面，支撑剂的运移和沉降受不规则凹凸内壁面摩擦阻力影响在垂直方向受到的摩擦阻力越大，越会减弱重力作用下的沉降速度，支撑剂沉降速度减弱，水平方向运移时间延长距离增加。不规则凹凸内壁面在水平方向也会对向前移动的支撑剂产生摩擦阻力，水平方向阻力越大，移动速度减弱，运移时间缩短，运移距离减小。由于整个裂缝面板空腔内壁采用不规则溶蚀，所形成的摩擦阻力随机无规则分布，更加符合地层裂缝真实情况。
进一步地，各级次裂缝面板与其上级裂缝面板的角度可以通过连接处的铰链进行调节，模拟支撑剂由主裂缝进入一级次裂缝或者进入下级次裂缝时裂缝角度的改变对运移规律的影响，通过连接角度的改变来进行液体流向的调整，对比分析液体在进入下级次裂缝时的速度和方向对支撑剂的运移、沉降规律的影响。
进一步地，所述记录装置为高精度摄像机，精确实时记录和对比分析每一节点支撑剂在缝网裂缝中的运移位置、沉降堆积。
进一步地，所述输送泵为柱塞泵，将支撑剂与液体混合后加压打入主裂缝面板内腔隙，进而进入不同级别的次级裂缝。
进一步地，主裂缝面板的中空腔隙长度为1.5～2.0m、宽度为3.2～6.4mm，一级次裂缝面板的中空腔隙长度为1.0～1.8m、宽度为0.8～6.4mm，二级次裂缝面板的中空腔隙长度为0.5～1.0m、宽度为0.4～1.2mm，三级次裂缝面板的中空腔隙长度为0.5～1.5m、宽度为0.2～0.6mm。
进一步地，3≤m≤5，2≤n≤4。
进一步地，一级次裂缝面板与主裂缝面板的连接角度以15°～30°为基础，按照30°增量依次连接；二级次裂缝面板与主裂缝面板的连接角度以15°～45°为基础，按照30°增量依次连接；三级次裂缝面板以90°～120°角度与二级次裂缝相连。
本发明主要可以取得以下有益效果：
(1)裂缝面板的长度和高度代表页岩地层裂缝的长度和高度，裂缝面板空腔可以按照不同的设计思路设计不同的宽度，这样本发明可以在长、宽、高三维尺寸上模拟分析页岩地层水力压裂所形成的缝网裂缝中支撑剂的分布、扩展、沉降、回流规律。
(2)设计一级次裂缝n条，每条一级次裂缝分别以不同的长度、宽度和角度与主裂缝相连，可以模拟在z条一级次裂缝(z≤n)存在的缝网裂缝形态下不同长度、宽度和连接角度的一级次裂缝对支撑剂的分布、扩展、沉降、回流影响规律。
(3)设计二级次裂缝m条，二级次裂缝分别以不同的长度、宽度和角度与一级次裂缝相连，可以模拟在w条二级次裂缝(w≤m)存在的缝网裂缝形态下支撑剂的分布、扩展、沉降、回流规律。
(4)设计至少一条三级次裂缝，可以模拟在有三级次裂缝存在的缝网裂缝形态下支撑剂的分布、扩展、沉降、回流规律。
(5)通过裂缝面板旋钮开关实现携砂液运移通道的控制，本发明可以在n条一级次裂缝、m条二级次裂缝和至少一条三级次裂缝的设计基础上自由选择组合缝网裂缝中次裂缝的级数，每级次裂缝的条数以及相应的角度和宽度，可以实验模拟多种不同裂缝组合形态下支撑剂的分布、扩展、沉降、回流。
(6)裂缝面板空腔内表面的不规则溶蚀，形成不同规则形态的凹凸内壁面，更为接近地层裂缝实际情况，提高了物理模拟实验的精确度。
(7)本发明突破了常规双翼主裂缝模拟实验的限制，支撑剂的分布、扩展、沉降、回流符合页岩油气地层实际情况，实验结果更为真实可靠。
附图说明
图1为本发明的缝网压裂携砂物理模拟实验装置结构示意图。
附图标记：1-主裂缝面板，2-一级次裂缝面板a，3-一级次裂缝面板b，4-一级次裂缝面板c，5-一级次裂缝面板d，6-二级次裂缝面板x，7-二级次裂缝面板y，8-二级次裂缝面板z，9-三级次裂缝面板，10-开关，11-储液罐，12-砂罐，13-水罐，14-柱塞泵。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的缝网压裂携砂物理模拟实验装置结构示意图如图1所示，包括储液罐11、砂罐12、水罐13、柱塞泵14、记录装置和实验装置本体，还包括位于实验装置本体上的主裂缝面板1,位于主裂缝面板1上的4条一级次裂缝面板a、b、c、d，位于一级次裂缝面板上的3条二级次裂缝面板x、y、z，和位于二级次裂缝面板上一条三级次裂缝面板，各级裂缝面板内部设置有中空腔隙和控制中空腔隙开闭的开关10；砂罐12中的支撑剂和水罐13中的水混合形成携砂液，由柱塞泵14加压打入主裂缝面板1腔隙内，进而进入不同级数的次裂缝，最后由主裂缝面板1经循环管路进入储液罐11；记录装置实时记录支撑剂在不同裂缝组合形态下的运动规律。裂缝面板由透明强质塑胶材料制作，内部设置不同宽度的中空腔隙模拟不同宽度的地层裂缝。
针对页岩储层水力压裂缝网裂缝形态在主裂缝面板之外设计四条一级次裂缝面板，其与主裂缝面板的连接角度以15°～30°为基础，按照30°增量依次连接，无论是主裂缝面板还是次裂缝面板，在其内部设置流动空腔模拟地层裂缝，不同的空腔宽度代表不同的裂缝宽度，这样四条一级次裂缝面板采用不同的空腔长度和宽度来模拟页岩地层四条不同宽度和长度的一级次裂缝与主裂缝连接情况，其长度从1.0米～1.8米，宽度从0.8毫米～6.4毫米不等。
针对页岩储层水力压裂缝网裂缝形态在一级次裂缝面板之外设计三条二级次裂缝面板，其与主裂缝面板的连接角度以15°～45°为基础，按照30°增量依次连接，无论是主裂缝面板还是次裂缝面板，在其内部设置流动空腔模拟地层裂缝，不同的空腔宽度代表不同的裂缝宽度，这样三条二级次裂缝面板采用不同的空腔长度和宽度来模拟页岩地层三条不同宽度和长度的二级次裂缝与一级次裂缝连接情况，其长度从0.5米～1.0米，宽度从0.4毫米～1.2毫米不等。
针对页岩储层水力压裂缝网裂缝形态在二级次裂缝面板之外设计一条三级次裂缝面板，以90°～120°角度与二级次裂缝相连，模拟页岩地层一条长度1.6米，宽度0.3毫米的三级次裂缝。
各级裂缝面板在连接处设置开关10控制携砂液的进入，在实验过程中可以关闭任一裂缝面板也可以打开任一面板从而模拟分析不同级数和不同裂缝个数下支撑剂的实验情况。实验过程中砂罐12中的支撑剂和水罐13中的水混合形成携砂液，由柱塞泵14加压打入主裂缝面板1腔隙内，进而进入不同级数的次裂缝，最后由主裂缝面板1左端出口经循环管路进入储液罐11。由于设置了不同角度和数量的多级次裂缝，可以模拟分析不同组合缝网裂缝状态下支撑剂的实验规律，支撑剂由压裂液携带进入缝网裂缝内通道，从而实现不同形态缝网裂缝下支撑剂分布、扩展、沉降、回流规律分析。
本实施方案通过开关10的控制可实验模拟48种不同组合缝网裂缝形态下支撑剂的分布、扩展、沉降、回流，在仅开启一级次裂缝情况下可以实验模拟16种不同的裂缝组合情况，在开启二级次裂缝和三级次裂缝情况下可以模拟32种不同的裂缝组合情况。
本发明在实验室条件下进行了使用验证，模拟不同角度，具有三级次裂缝的缝网裂缝中支撑剂的运移、沉降规律，发现与常规砂岩双翼平面裂缝模拟装置相比，本发明更符合页岩油气地层水力压裂所形成的缝网裂缝真实情况。