压裂模拟装置的制作方法

本申请涉及机械技术领域，特别涉及一种压裂模拟装置。

背景技术：

目前，在对低渗透率的油气井进行开采时，为了提高油气的产量，通常需要对油气井所在地层进行压裂，以使该地层产生裂缝，从而提高该地层的渗透率。

在对地层进行压裂的过程中，工作人员需要先从油气井口向井内注入高压的压裂液，使井内的压力逐渐升高，直至该地层中形成裂缝。然后工作人员需要向井内注入含砂液，以使含砂液中的砂进入裂缝，并对裂缝进行支撑。

但是，相关技术中缺乏能够模拟压裂过程的装置。

技术实现要素：

本申请提供了一种压裂模拟装置，可以解决相关技术中缺乏能够模拟压裂过程的装置的问题，所述技术方案如下：

提供了一种压裂模拟装置，所述压裂模拟装置包括：供压器、混合容器、搅拌器和岩心夹持器，

所述岩心夹持器具有腔体，所述岩心夹持器用于将待压裂岩心夹持在所述腔体内，所述混合容器与所述腔体的第一输入端连通，所述供压器用于向所述混合容器提供压力，所述搅拌器中的搅拌头位于所述混合容器内，且所述搅拌头用于在所述混合容器内转动。

可选地，所述压裂模拟装置还包括：围压泵，所述围压泵的输出端与所述腔体的第二输入端连通。

可选地，所述压裂模拟装置还包括：量筒，所述量筒用于盛接从所述腔体的输出端排出的物体。

可选地，所述压裂模拟装置还包括：第一管线和第二管线，

所述第一管线的一端连通所述混合容器，且另一端连通所述腔体的第一输入端；所述第二管线的一端连通所述腔体的输出端，且另一端位于所述量筒内；所述第一管线的内径大于所述第二管线的内径。

可选地，所述压裂模拟装置还包括：第一压力表和第二压力表，

所述第一压力表位于所述第一管线上，且用于测量所述第一管线内的压力；所述第二压力表位于所述第二管线上，且用于测量所述第二管线内的压力。

可选地，所述压裂模拟装置还包括：第三管线和第三压力表，

所述第三管线的一端连通所述腔体的第二输入端，另一端连通所述围压泵的输出端，所述第三压力表位于所述第三管线上，所述第三压力表用于测量所述第三管线内的压力。

可选地，所述压裂模拟装置中存在至少一个管线为目标管线，所述目标管线的两端中存在至少一个目标端，所述目标端与其连通的结构套接，且所述目标端与其连通的结构之间具有第一密封圈。

可选地，所述供压器包括：储气罐和调压阀，所述储气罐与所述混合容器连通，所述调压阀位于所述储气罐的出口上，且用于调节所述储气罐输出的气体的压力。

可选地，所述搅拌器包括：动力组件、搅拌杆和所述搅拌头，所述动力组件通过所述搅拌杆与搅拌头连接，所述动力组件用于通过所述搅拌杆驱动所述搅拌头在所述混合容器内转动。

可选地，所述混合容器具有通孔，所述搅拌杆穿过所述通孔，且所述搅拌杆和所述通孔之间具有第二密封圈。

本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请提供的压裂模拟装置中的供压器可以用于通过混合容器向腔体内施加高压，以使岩心夹持器中的待压裂岩心的压力逐渐升高，直至形成裂缝，该过程可以模拟对地层进行压裂中向油气井内注入压裂液，以使地层中形成裂缝的过程。在混合容器内放入支撑剂，且使用搅拌器中的搅拌头对支撑剂进行搅拌，以使支撑剂和压裂液充分混合，以便于压裂液携带支撑剂，该过程可以模拟对地层进行压裂中准备含砂液的过程。供压器将混合容器内的支撑剂和压裂液的混合溶液推入带压裂岩心的裂缝中，以使混合溶液中的支撑剂对裂缝进行支撑，该过程可以模拟对地层进行压裂中向井内注入含砂液，以及含砂液中的砂进入裂缝，并对裂缝进行支撑的过程。这样一来，本申请提供的压裂模拟装置可以实现对地层压裂中各个过程的的模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种压裂模拟装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种压裂模拟装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

由于相关技术中缺乏压裂模拟装置，为此，本实用新型实施例提供了一种压裂模拟装置，用于模拟地层的压裂过程。

示例地，图1为本实用新型实施例提供的一种压裂模拟装置的结构示意图。如图1所示，该压裂模拟装置0可以包括：供压器01、混合容器02、搅拌器03 和岩心夹持器04。

其中，岩心夹持器04具有腔体041，岩心夹持器04可以用于将待压裂岩心 (图1中未画出)夹持在腔体041内，混合容器02与腔体的第一输入端041连通，供压器01可以用于向混合容器02提供压力，搅拌器03中的搅拌头031位于混合容器02内，且搅拌头031可以用于在混合容器02内转动。

综上所述，本实用新型实施例提供的压裂模拟装置中的供压器可以用于通过混合容器向腔体内施加高压，以使岩心夹持器中的待压裂岩心的压力逐渐升高，直至形成裂缝，该过程可以模拟对地层进行压裂中向油气井内注入压裂液，以使地层中形成裂缝的过程。在混合容器内放入支撑剂，且使用搅拌器中的搅拌头对支撑剂进行搅拌，以使支撑剂和压裂液充分混合，以便于压裂液携带支撑剂，该过程可以模拟对地层进行压裂中准备含砂液的过程。供压器将混合容器内的支撑剂和压裂液的混合溶液推入带压裂岩心的裂缝中，以使混合溶液中的支撑剂对裂缝进行支撑，该过程可以模拟对地层进行压裂中向井内注入含砂液，以及含砂液中的砂进入裂缝，并对裂缝进行支撑的过程。这样一来，本实用新型实施例提供的压裂模拟装置可以实现对地层压裂中各个过程的的模拟。

可选地，待压裂岩心是指使用钻头等取心工具，从待压裂地层中取出的岩石样品。支撑剂可以为砂、陶瓷颗粒等固体；压裂液可以为水、水冻胶等黏度高，润滑性好的液体。

可选地，请继续参考图1，压裂模拟装置0中的搅拌器03可以包括：动力组件033、搅拌杆032和搅拌头031。其中，动力组件033通过搅拌杆032与搅拌头031连接，动力组件033用于通过搅拌杆032驱动搅拌头031在混合容器 02内转动，以对混合容器02内的物体(如支撑剂)进行搅拌。

进一步地，混合容器02可以具有通孔(图1中为示出)，搅拌杆032穿过通孔与搅拌头031连接，且搅拌杆032和通孔之间具有第二密封圈(图1中未示出)，第二密封圈可以防止混合容器内的支撑剂等液体从搅拌杆和通孔之间的缝隙流出。

可选地，第二密封圈可以为盘根密封圈，此时，第二密封圈的材质可以为石墨、碳纤维等。由于动力组件在驱动搅拌头转动时，搅拌杆也需要转动，这样一来，搅拌杆与第二密封圈之间就会产生摩擦，而盘根密封圈具有较强的耐磨性。因此，在第二密封圈采用盘根密封圈时，可以防止第二密封圈磨损，进而能防止混合容器内的液体泄漏，提高了第二密封圈的密封效果。

可选地，图2为本实用新型实施例提供的另一种压裂模拟装置的结构示意图。如图2所示，在图1的基础上，压裂模拟装置0还可以包括：第一管线A1 和第一压力表B1。其中，第一管线A1的一端连通混合容器02，且另一端连通岩心夹持器04的腔体041的第一输入端。第一压力表B1位于第一管线A1上，且用于测量第一管线A1内的压力。需要说明的是，压裂模拟装置0可以同时包括第一管线A1和第一压力表B1，还可以只包括第一管线A1，而不包括第一压力表B1，本实用新型实施例对此不做限定。

进一步地，腔体的第一输入端可以设置有第一阀门042。当第一阀门042打开时，第一管线A1内的物体可以进入腔体内；当第一阀门关闭时，第一管线 A1内的物体不能进入腔体内。这样一来，工作人员可以控制第一阀门的打开或关闭控制第一管线中的物体能否进入腔体，进而使压裂模拟装置在模拟待压裂岩心的压裂过程可以更灵活。

可选地，如图2所示，压裂模拟装置0还可以包括：围压泵05。其中，围压泵05的输出端与岩心夹持器04中的腔体041的第二输入端连通。

可选地，围压泵05可以为柱塞泵、电潜螺杆泵等，本实用新型实施例对此不做限定。当围压泵05为柱塞泵时，由于柱塞泵的效率较高，使得压裂模拟装置的效率也较高。

如图1所示，围压泵05的输出端可以与岩心夹持器04的腔体041的第二输入端直接连通，这样一来，围压泵05与岩心夹持器04之间的距离较短，使得围压泵05与岩心夹持器04之间的阻力较小，降低了围压泵05向岩心夹持器 04输送压力过程中的压降。可选地，如图2所示，压裂模拟装置0还可以包括：第三管线A3。此时，第三管线A3的一端可以连通岩心夹持器04的腔体041的第二输入端，另一端可以连通围压泵05的输出端，即围压泵05的输出端可与岩心夹持器04的腔体041通过第三管线A3间接连通，本实用新型实施例对此不做限定。

可选地，当围压泵05的输出端与岩心夹持器04的腔体041的第二输入端通过第三管线A3间接连通时，如图2所示，压裂模拟装置0还可以包括第三压力表B3，其中，第三压力表B3可以位于第三管线A3上，且用于测量第三管线 A3内的压力。可选地，当围压泵05的输出端可与岩心夹持器04的腔体041的第二输入端通过第三管线A3间接连通时，压裂模拟装置0还可以不包括第三压力表B3，本实用新型实施例对此不做限定。

可选地，请继续参考图2，压裂模拟装置0还可以包括：量筒06，其中，量筒06可以用于盛接从岩心夹持器04的腔体041的输出端排出的物体。

可选地，当压裂模拟装置0包括量筒06时，量筒06可以直接放置在能够接到岩心夹持器04排出液体的位置，也即岩心夹持器04的腔体041的排出物不需要管线的传输，就可以流入量筒06中。可选地，如图2所示，压裂模拟装置0还可以包括：第二管线A2。此时，第二管线A2的一端可以通过开关阀042 连通腔体041的输出端，另一端可以位于量筒06内，即岩心夹持器04的腔体 041的从输出端排出的物体可以经过第二管线A2，进而流入量筒06中，本实用新型实施例对此不做限定。

进一步地，腔体041的输出端可以设置有第二阀门043。当第二阀门043打开时，腔体041内的物体可以进入第二管线或量筒内；当第二阀门关闭时，腔体041内的物体不能进入第二管线或量筒内。这样一来，工作人员可以控制第二阀门的打开或关闭控制腔体内的物体能否进如第二管线或量筒，进而使压裂模拟装置在模拟待压裂岩心的压裂过程可以更灵活。

可选地，在压裂模拟装置0包括第二管线A2的情况下，压裂模拟装置0还可以包括位于第二管线A2上的第二压力表B2，该第二压力表B2可以用于测量第二管线A2内的压力。可选地，在压裂模拟装置0包括第二管线A2的情况下，压裂模拟装置0还可以不包括第二压力表B2，本实用新型实施例对此不做限定。

进一步地，如图2所示，在压裂模拟装置0包括第一管线A1和第二管线 A2的情况下，第一管线A1的内径d1可以大于第二管线A2的内径d2。由于第一管线用于连通混合容器02和岩心夹持器04，且混合容器02需要向岩心夹持器04输送支撑剂，当第一管线A1的内径d1较大时，降低了支撑剂在从混合容器02流向岩心夹持器04的腔体时的流动阻力。

可选地，请继续参考图2，压裂模拟装置0中的供压器01可以包括：储气罐011和调压阀012，储气罐011与混合容器02连通，调压阀012位于储气罐 011的出口上，且用于调节储气罐011输出的气体的压力。可选地，调压阀可以具有上限和下限，且调压阀的下限可以为0帕斯卡。当调压阀调节到0帕斯卡时，储气罐输出气体的压力为0帕斯卡。

可选地，供压器中储气罐的出口可以直接与混合容器连通，以向混合容器提供压力，这样一来，供压器与混合容器之间的距离较短，使得供压器与混合容器之间的阻力较小，降低了供压器向混合容器提供压力过程中的压降。或者，如图2所示，压裂模拟装置还可以包括：第四管线A4。其中，第四管线A4的一端连通储气罐011的出口，另一端连通混合容器02。此时，供压器01中储气罐011的出口还可以通过第四管线A4间接地与混合容器02连通，本实用新型实施例对此不做限定。

可选地，为了提高压裂模拟装置的密封性，压裂模拟装置中可以存在至少一个管线为目标管线，且该目标管线的两端中存在至少一个目标端，该目标端与其连通的结构套接，且目标端与其连通的结构之间具有第一密封圈。下面将以分别以第一管线、第二管线、第三管线或第四管线均为目标管线为例，对目标端和第一密封圈进行说明。需要说明的是，

当第一管线为目标管线时，第一管线的一端可以为目标端，此时，第一管线的一端可以与混合容器的第一接口套接，且第一管线的一端与混合容器的第一接口之间具有第一密封圈。类似的，第一管线的另一端也可以为目标端，此时，第一管线的另一端可以与岩心夹持器的腔体的第一输入端套接，且第一管线的另一端与岩心夹持器的腔体的第一输入端之间具有第一密封圈。

当第二管线为目标管线时，第二管线的一端可以为目标端，此时，第二管线的一端可以与岩心夹持器的输出端套接，且第二管线的一端与岩心夹持器的腔体的输出端之间具有第一密封圈。

当第三管线为目标管线时，则第三管线的一端可以为目标端，此时，第三管线的一端可以与岩心夹持器的腔体的第二输入端套接，且第三管线的一端与岩心夹持器的腔体的第二输入端之间具有第一密封圈。类似的，第三管线的另一端也可以为目标端，此时，第三管线的另一端可以与围压泵的输出端套接，且第三管线的另一端与围压泵的输出端之间具有第一密封圈。

当第四管线为目标管线时，则第四管线的一端可以为目标端，此时，第四管线的一端可以与储气罐的出口套接，且第四管线的一端与储气罐的出口之间具有第一密封圈。类似的，第四管线的另一端也可以为目标端，此时，第四管线的另一端可以与混合容器的第二接口套接，且第四管线的另一端与混合容器的第二接口之间具有第一密封圈。

需要说明的是，第一密封圈也可以为盘根密封圈，此时，第一密封圈的材质可以为石墨、碳纤维等。或者，第一密封圈的材质还可以为其他材质，如橡胶材质等，本实用新型实施例对此不做限定。

下面将以图2所示的压裂模拟装置为例，对模拟待压裂岩心的压裂的过程进行说明。

首先，工作人员可以先将待压裂岩心加持在岩心夹持器的腔体内，并打开围压泵，以使围压泵通过第四管线向岩心夹持器的腔体内提供压力。然后，打开腔体第一输入端上的第一阀门，并关闭腔体输出端上的第二阀门，接着，向混合容器内填入压裂液。随后，工作人员将供压器中的调压阀调整至可以向混合容器内输送气体的状态，以使储气罐内气体向混合容器流动。此时，气体将经第四管线和混合容器的第二接口进入混合容器，并推动混合容器内的压裂液从混合容器的第一接口流出，使压裂液进入第一管线。由于腔体的第一输入端上的第一阀门处于打开状态，输出端上的第二阀门处于关闭状态，因此，进入第一管线的压裂液通过第一输入端进入并停留在岩心夹持器的腔体内，从而使得腔体内的压裂液逐渐增多，腔体内的压力逐渐增大，直至位于岩心夹持器的待压裂岩心产生裂缝。

当待压裂岩心产生裂缝后，工作人员可以先关闭腔体的第一输入端上的第一阀门，然后工作人员可以将调压阀调整到下限(也就是调整调压阀停止向混合容器内输送气体)，并向混合容器内注入压裂液和支撑剂。随后，工作人员可以打开搅拌器的动力组件，以使动力组件通过搅拌杆驱动搅拌头在混合容器内转动，进而搅拌混合容器内的支撑剂和压裂液。当支撑剂和压裂液充分的混合后，工作人员可以先打开腔体的第一输入端上的第一阀门，然后再将调压阀调整至可以向混合容器内输送气体的状态，以将混合后的支撑剂和压力液推动至岩心夹持器的腔体内，以使支撑剂进入待压裂岩心的裂缝内。混合后的支撑剂和压裂液进入裂缝内后，支撑剂将沉积在裂缝内，以对裂缝进行支撑。当待压裂岩心的所有裂缝均有支撑剂支撑后，工作人员可以先将调压阀调整到下限，然后关闭搅拌器中的动力组件，进而完成对待压裂岩心压裂过程的模拟。

进一步地，本实用新型实施例提供的压裂模拟装置还可以得到用于计算岩心压裂后的渗透率的参数，具体步骤如下。

当岩心的裂缝均被支撑剂支撑后，工作人员可以打开腔体的输出端上的第二阀门，先将腔体内的压裂液排出至量筒内，待腔体停止向量筒内排出压裂液时，读取此时量筒内压裂液的第一体积V1。随后，工作人员再打开供压器中的调压阀，使气体再次推动混合容器内的压裂液进入岩心夹持器的腔体。进入腔体内的压裂液经过压裂后的岩心后，经过腔体的输出端和第二管线，流入量筒内。当量筒内压裂液的体积增大到第二体积V2时，记录第一管线上第一压力表测量的第一压力P1，以及第二管线上第二压力表测量的第二压力P2，然后，关闭供压器中的调压阀。根据第一体积V1、第二体积V2、第一压力P1和第二压力P2和达西定律公式，就可以计算压裂后的岩心的渗透率K。

其中，达西定律公式为：A为岩心的截面积，工作人员可以将压裂后的岩心从岩心夹持器内取出，然后测量其截面积；h为总水头损失，可以采用h＝P1-P2求取；Q为单位时间内从岩心夹持器的腔体内流出的压裂液的体积，可以采用Q＝(V2-V1)/t求取，其中，t为量筒内液体的体积从第一体积V1增大到第二体积V2所用的时间；L为岩心的长度，工作人员可以将压裂后的岩心从岩心夹持器内取出，然后测量其长度。

在对岩心压裂的过程中，压裂后岩心产生的裂缝的长度和延伸方向与供压器向混合容器提供的压力的大小有关，而压裂后岩心的渗透率与压裂后岩心产生的裂缝的长度和延伸方向有关。也就是说，在对岩心压裂的过程中，供压器向混合容器提供一个压力值时，压裂后的岩心就会对应一个的渗透率。这样一来，工作人员可以控制供压器向混合容器提供多个压力值，以得到多个压裂后岩心的渗透率，并在该多个渗透率中选取渗透率值最大的渗透率对应的压力值作为目标压力值，该目标压力值可以用于指导在油气井所在的地层的性质与该岩心的性质相同时，对该地层进行压裂的过程中所需的压力，以提高压裂后地层的渗透率，进而提高该地层的油气产量。

综上所述，本实用新型实施例提供的压裂模拟装置中的供压器可以用于通过混合容器向腔体内施加高压，以使岩心夹持器中的待压裂岩心的压力逐渐升高，直至形成裂缝，该过程可以模拟对地层进行压裂中向油气井内注入压裂液，以使地层中形成裂缝的过程。在混合容器内放入支撑剂，且使用搅拌器中的搅拌头对支撑剂进行搅拌，以使支撑剂和压裂液充分混合，以便于压裂液携带支撑剂，该过程可以模拟对地层进行压裂中准备含砂液的过程。供压器将混合容器内的支撑剂和压裂液的混合溶液推入带压裂岩心的裂缝中，以使混合溶液中的支撑剂对裂缝进行支撑，该过程可以模拟对地层进行压裂中向井内注入含砂液，以及含砂液中的砂进入裂缝，并对裂缝进行支撑的过程。这样一来，本实用新型实施例提供的压裂模拟装置可以实现对地层压裂中各个过程的的模拟。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。