裂缝内支撑剂沉降模拟装置的制作方法

本申请涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置。

背景技术：

随着石油、天然气等常规化石能源的不断开采，其可开采量也逐渐减少。页岩气作为非常规天然气资源，越来越受到人们的关注。然而页岩气储层具有低孔隙度、低渗透率的特点，如果要对其进行开采，就需要使用滑溜水压裂技术使页岩气储层的天然裂缝扩张，即使大量滑溜水进入页岩气储层，增大页岩气储层的天然裂缝中压力，以使其扩张，形成复杂的交错分布的人工裂缝。为防止当停止注入滑溜水后，人工裂缝中的压力下降，人工裂缝又自行合拢，所以需要在注入的滑溜水中混入密度大于地层密度的颗粒状的支撑剂后，再注入裂缝，并使支撑剂永久停留在形成的人工裂缝中，支撑人工裂缝处于开启状态。然而，如果支撑剂浓度过高，由于滑溜水的粘度低导致携带支撑剂的能力较差，容易造成堵塞导致施工失败，如果支撑剂浓度过低虽然不会产生堵塞，但是会使支撑剂铺置量很少，达不到支撑作用。所以需要在施工前对滑溜水携带支撑剂注入人工裂缝后，支撑剂的沉降情况进行模拟，以此来得知支撑剂的沉降规律。

相关技术中，将两块透明玻璃板平行固定，两透明玻璃板间留有缝隙，该缝隙即为模拟的人工裂缝，可以在固定时调整两透明玻璃板间缝隙的宽度，以模拟不同宽度的人工裂缝，再通过注液装置，从一侧向该缝隙中以一定速度注入配置好的滑溜水和支撑剂的混合液，并观察缝隙内支撑剂的沉降情况。

在实现本申请的过程中，申请人发现相关技术至少存在以下问题：

上述的这种模拟人工裂缝的装置，仅仅是对单一裂缝进行了模拟，无法针对复杂裂缝进行模拟，然而在页岩气储层所形成的多为纵横交错的复杂裂缝，仅对单一裂缝进行模拟，无法有效的模拟出复杂裂缝中的支撑剂沉降情况。

技术实现要素：

为了解决相关技术的问题，本申请实施例提供了一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置，所述装置包括：

注液组件(1)、注砂组件(2)、裂缝组件(3)、三通管件(5)、进样管(6)、封堵条(7)和封堵片(8)，其中：

裂缝组件(3)包括至少四个通过支撑杆固定的硬质透明块，相邻的硬质透明块之间存在缝隙，部分缝隙中设置有封堵片(8)，未设置封堵片(8)的缝隙相连通形成裂缝组件(3)内部的流体通路，所述流体通路的入口和出口位于裂缝组件(3)的外表面，未设置封堵片(8)、与裂缝组件(3)外表面相邻且不位于所述流体通路的出口处的缝隙中在所述外表面的位置处设置有封堵条(7)；

所述流体通路的入口与进样管(6)的出口连通；

注液组件(1)包括储液罐(101)、注液泵(102)，储液罐(101)的出口与注液泵(102)入口用管线连通；

注砂组件(2)包括储砂罐(201)、注砂泵(202)，储砂罐(201)的出口与注砂泵(202)入口用管线连通；

注液泵(102)的出口与三通管件(5)的第一端用管线连通，注砂泵(202)的出口与三通管件(5)的第二端用管线连通，进样管(6)的入口与三通管件(5)的第三端用管线连通。

可选的，所述硬质透明块具有长方体结构。

可选的，裂缝组件(3)具有长方体结构；

裂缝组件(3)的每个侧面有多个所述硬质透明块。

可选的，裂缝组件3的每条边有多个所述硬质透明块。

可选的，所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置，还包括：流量计(9)；

流量计(9)设置在进样管(6)的入口与三通管件(5)的第三端之间的管线上。

可选的，所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置，还包括：压力表(10)；

压力表(10)设置在进样管(6)的入口与三通管件(5)的第三端之间的管线上。

可选的，所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置，还包括：集液台(11)；

集液台(11)的台面边缘设置有挡板；

裂缝组件(3)放置在集液台(11)的台面上。

可选的，所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置，还包括：循环泵(12)；

集液台(11)的台面设置有一个通孔；

循环泵(12)的入口与集液台(11)的台面上的通孔用管线连接，循环泵(12)的出口与储液罐(101)的入口用管线连通。

可选的，封堵条(7)和封堵片(8)均透明。

可选的，所述硬质透明块为有机玻璃块。

可选的，所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置，还包括：录像设备(13)；

录像设备(13)放置在裂缝组件(3)外的预设位置处，拍摄方向为裂缝组件(3)的方向。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请实施例中，使用至少四个通过支撑杆固定的硬质透明块，组成裂缝组件3，每相邻的硬质透明块之间留有缝隙，然后通过使用封堵条7和封堵片8对缝隙进行填充，可以形成较为复杂的流体通路(即实验裂缝)。配合注液组件1、注砂组件2、三通组件5和进样管6可以组成完整的裂缝内支撑剂沉降模拟装置。由于裂缝组件3可以组装成较为复杂的裂缝，所以该裂缝内支撑剂沉降模拟装置可以模拟出复杂裂缝中的支撑剂沉降情况。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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是本申请实施例提供的一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置示意图；

图2是本申请实施例提供的一种裂缝组件3的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种裂缝组件3的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种裂缝组件3的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种裂缝组件3的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置示意图；

图7是本申请实施例提供的一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置示意图；

图8是本申请实施例提供的一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置示意图；

图9是本申请实施例提供的一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置示意图。

图例说明

图1中：1、注液组件，2、注砂组件，3、裂缝组件，5、三通管件，6、进样管，101、储液罐，102、注液泵，201、储砂罐，202、注砂泵。

图2中：7、封堵条，8、封堵片。

图3中：7、封堵条，8、封堵片。

图5中：6、进样管。

图6中：9、流量计，10、压力表。

图7中：11、集液台。

图8中：11、集液台，12、循环泵。

图9中：13、录像设备。

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。

本申请实施例提供了一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置，如图1所示，裂缝内支撑剂沉降模拟装置包括：注液组件1、注砂组件2、裂缝组件3、三通管件5、进样管6、封堵条7和封堵片8，其中：裂缝组件3包括至少四个通过支撑杆固定的硬质透明块，相邻的硬质透明块之间存在缝隙，部分缝隙中设置有封堵片8，未设置封堵片8的缝隙相连通形成裂缝组件3内部的流体通路。流体通路的入口和出口位于裂缝组件3的外表面，未设置封堵片8、与裂缝组件3外表面相邻且不位于流体通路的出口处的缝隙中在所述外表面的位置处设置有封堵条7；所述流体通路的入口与进样管6的出口连通；注液组件1包括储液罐101、注液泵102，储液罐101的出口与注液泵102入口用管线连通；注砂组件2包括储砂罐201、注砂泵202，储砂罐201的出口与注砂泵202入口用管线连通；注液泵102的出口与三通管件5的第一端用管线连通，注砂泵202的出口与三通管件5的第二端用管线连通，进样管6的入口与三通管件5的第三端用管线连通。

其中，硬质透明块、封堵片7均可以为有机玻璃制成，封堵条8可以是橡胶制成，管线可以为耐压塑料软管。

在实施中，技术人员可以根据实际要模拟的裂缝复杂程度，来组装裂缝组件3。如图2所示的为裂缝组件3的俯视图，其主视图和左视图与该俯视图相同，该裂缝组件3是由2×2个硬质透明块和4×4×2根支撑杆组成。可以理解的是，除了图2中所示的支撑杆固定硬质透明块的方式，还可以有其他用支撑杆固定硬质透明块的方式，本申请对于使用支撑杆固定透明硬质块的方式不做限定。每个硬质透明块上的任意三个两两相邻的侧面上的四个角可以钻有垂直于本侧面的通孔，任意两通孔之间不能连通，这样，支撑杆可以穿过通孔。支撑杆外表面可以套有螺纹，这样在固定透明硬质块时，可以在每个通孔外的支撑杆上安装有螺母，以此来固定透明硬质块，使其不会滑动。相邻的透明硬质块之间存在缝隙，根据需要可以在组装时调节缝隙宽度。在部分缝隙中设置有封堵片8，没有设置封堵片8的缝隙相连通形成裂缝组件3内部的流体通路。该流体通路的入口和出口位于裂缝组件的外表面，未设置封堵片8、与裂缝组件3外表面相邻且不位于流体通路的出口处的缝隙中在所述外表面的位置处设置有封堵条7。如图3所示，为裂缝组件3的三视图，透明硬质块间黑色填充的缝隙表示裂缝组件3内部的流体通路，黑色填充的缝隙未设置有封堵片8，在图3中的俯视图中，流体通路有空心圆的一端代表流体通路的入口，流体通路有实心圆的一端代表流体通路的出口。

裂缝组件3中的流体通路的入口与进样管6的出口连通，以使支撑剂样品能进入流体通路。

注液组件1由储液罐101和注液泵102组成，其中，储液罐101的出口与注液泵102的入口用管线连通。注砂组件2由储砂罐201和注砂泵202组成，其中，储砂罐201的出口与注砂泵202入口用管线连通。支撑剂是由液体与砂配成，所以，要使储液罐101中的液体和储砂管201中的砂汇集到一条管线。注液泵102的出口与三通管件5的第一端用管线连通，注砂泵202的出口与三通管件5的第二端用管线连通，进样管6的入口与三通管件5的第三端用管线连通。这样，由储液罐101中的液体和储砂管201中的砂混合的支撑剂样品，可以从进样管6进入流体通路。

可选的，上述的硬质透明块可以为长方体结构。

在实施中，还可以根据需要对长方体结构的硬质透明块进行剖缝，以改变流体通路的轨迹，如图4所示，为2×2的裂缝组件3的俯视图，其中，右下角所示的透明硬质块对称进行了剖缝，则可以形成一个如图所示的具有45°拐角的流体通路。根据不同的需求，可以对长方体的硬质透明块进行不同角度的剖缝。

可选的，由硬质透明块所组成的裂缝组件3可以为长方体结构。

在实施中，根据实际要模拟的复杂裂缝的情况，可以对上述裂缝组件3进行扩展，在裂缝组件3的每条边都设置有多个硬质透明块，形成由a×b×c个硬质透明块所组成的裂缝组件3。如图5所示的裂缝组件3为正方体结构，每条边有4个硬质透明块，每面有16个硬质透明块，总共有4×4×4个硬质透明块，图5中还示出了进样管6在裂缝组件3上的安装。同样的，相邻的两个硬质透明块间都存有缝隙。通过封堵片8和封堵条7，对裂缝进行填充，未填充的裂缝组成流体通路。

可选的，为了能检测注入支撑剂样品的速度，在进样管6的入口与三通管件5的第三端之间的管线上可以设置有流量计9，如图6所示。

可选的，在进样管6的入口与三通管件5的第三端之间的管线上还可以设置有压力表10，如图6所示。

可选的，为了在进行模拟实验时，能更好的收集流出的支撑剂样品，本裂缝内支撑剂沉降模拟装置，还可以包括有集液台11，集液台11的台面边缘设置有挡板。裂缝组件3放置在集液台11的台面上。

在实施中，如图7所示，裂缝组件3放置在集液台11上。实验中从裂缝组件3流出的支撑剂样品可以被集液台11进行收集，以避免留到地上，难以清理。

可选的，如图8所示，为了对裂缝组件3流出的支撑剂中的液体进行回收再利用，本裂缝内支撑剂沉降模拟装置，还可以包括有循环泵12，如图7所示的集液台11的台面设置有通孔，循环泵12的入口与集液台11的台面上的通孔用管线连接，循环泵12的出口与储液罐101的入口用管线连通。

可选的，为了使实验人员能看清裂缝组件内支撑剂的沉降情况，本裂缝内支撑剂沉降模拟装置中的封堵条7和封堵片8均透明。

可选的，为了节省人力，并且便于记录，本裂缝内支撑剂沉降模拟装置还可以包括有录像设备13，录像设备13可以有至少1个，放置在裂缝组件3外的预设位置处，拍摄方向为裂缝组件3的方向。

在实施中，如图9所示，可以在裂缝组件3外，设置有至少一个录像设备13，录像设备13的具体数量根据实际情况而定，以能够将裂缝组件内支撑剂沉降情况拍摄清楚为宜，具体数量不做限定。

本实施例所描述的钻井液沉降稳定性测试装置，具体操作过程如下：

首先，使用透明硬质块和支撑杆组装裂缝组件3，在组装时根据实际复杂裂缝的情况，使用封堵条7和封堵片8对硬质透明块间的缝隙进行填充，以在裂缝组件3中形成流体通路。再在流体通路的入口侧安装进样管6，进样管6的出口与流体通路的入口相连通。再将组装好的裂缝组件3放置于集液台11的台面上。

然后，将储液罐101和注液泵102使用管线连接，组成注液组件1，将储砂罐201和注砂泵202,使用管线连接，组成注砂组件2。然后，将注液泵102的出口与三通管件5的第一端用管线连通，注砂泵202的出口与三通管件5的第二端用管线连通，进样管6的入口与三通管件5的第三端用管线连通。再使用管线将循环泵12的入口与集液台11的台面上的通孔相连，将循环泵12的出口与储液罐101的入口相连。

接下来，在进样管6的入口与三通管件5的第三端之间的管线上安装流量计9和压力表10。至此，如图8所示，一种示例性的裂缝内支撑剂沉降模拟装置便组装完成。

在使用该裂缝内支撑剂沉降模拟装置时，在储液罐101中加入配置好的滑溜水，在储砂罐201中加入陶粒支撑剂。为了保证现场人工裂缝与裂缝内支撑剂沉降模拟装置的流体通路中具有相同的流体动力学特征，根据雷诺相似原则将现场排量转换为实验排量，计算公式如下：

其中，ve为实验排量，单位为m³/min；vf为现场排量，单位为m³/min；hf为人工裂缝高度，单位为m；wf为人工裂缝宽度，单位为mm；he为裂缝组件3中流体通路的高度，单位为m；we为裂缝组件3中流体通路的宽度，单位为mm。以上hf、wf、he和we，为相应参数的平均值。

在使用时，要按照一定速度加砂(上述陶粒支撑剂)，具体公式为：

加砂速度＝实验排量*砂浓度/砂(上述陶粒支撑剂)体积密度。

在支撑剂样品注入裂缝组件3的过程中，使用录像设备对裂缝组件3中流体通路内的砂沉积情况进行录像，记录。

在实验过程中，实验中的液体从裂缝组件3中流出，通过循环泵12注入到储液罐101中循环使用。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，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。