一种油气井分段压裂模拟实验装置及其模拟井筒的制作方法

本实用新型涉及模拟实验技术领域，具体涉及一种油气井分段压裂模拟实验装置及其模拟井筒。

背景技术：

随着压裂工艺和压裂工具的不断进步，水平井多段压裂技术、多井同步压裂和异步压裂工艺逐步成为开发低渗透和非常规油气藏的主要开发技术，但上述各种压裂技术的施工参数的确定主要依靠现场经验，裂缝的扩展形态只能通过地面、地下测斜仪和微地震测试技术来分析，不确定因素较多，无法真正的确定压裂裂缝的形态。

授权公告号为cn104832169b的中国发明专利公开了一种水平井两井同步或异步多段分簇压裂室内实验井筒装置及方法，该实验井筒装置由三段射孔井筒和一个井口装置组成，三段射孔井筒和井口装置由下到上依次采用螺扣连接，在射孔井筒的外部包裹有人工岩石。现有技术的实验井筒装置在使用时通过多根钢管线向对应的射孔井筒中注压裂液，通过射孔井筒筒壁上射孔管的射孔对人工岩石进行压裂。压裂完成后，对人工岩石进行扫描，以得到多段分簇压裂的形成状态。

但是，现有技术中的实验装置中存在一些弊端，比如现有技术的实验装置中，采用内径较小（现有技术中为2mm）的管线进行注液，在泵送粘度较高的压裂液时，由于管线内径较小，摩擦阻力较大，所需的泵注压力较高，当超过增压系统的限定压力后，一方面容易造成增压系统的损坏，另一方面，由于摩擦损耗较高，压裂液流至射孔处时的压力难以达到设定的压力，从而影响模拟实验效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种油气井分段压裂模拟实验装置，以解决现有技术中在模拟井筒内用内径较小的管线进行泵液而导致增压系统易损坏的技术问题；还提供一种油气井分段压裂模拟实验装置用模拟井筒，以解决现有技术中在模拟井筒内用内径较小的管线进行泵液而导致增压系统易损坏的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型油气井分段压裂模拟实验装置的技术方案是：一种油气井分段压裂模拟实验装置，包括模拟井筒和浇筑于模拟井筒外部的人工岩石，模拟井筒包括外管，外管轴向两端被盖板封闭且其中一个盖板上设有进液孔组件，进液孔组件用于供液体进入外管内，设定外管上下延伸且设有进液孔组件的一端为上端；

外管设有上下依次间隔排布的至少两处射孔管，射孔管径向外延，射孔管的管壁上设有射孔；

上端的盖板上设有一个或至少两个由内到外依次套装且轴向长度逐渐变小的注液管，各注液管的下端均固设有环形封堵件，环形封堵件的内侧与对应注液管相连，外侧固定于外管中相应的两处射孔管之间，以在外管中形成一个中心通道和至少一个环形通道，中心通道与最下端的射孔管相连，环形通道与上端的射孔管相连；

进液孔组件包括与中心通道对应的中心进液孔，还包括与环形通道分别对应的偏心进液孔。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中，在外管的内部通过环形封堵件、注液管形成了中心通道和至少一个环形通道，射孔管与各自对应的进液孔独立相连，彼此独立，能够模拟实际生产时的分段压裂，以此来模拟分段压裂时相邻裂缝之间的相互影响。与现有技术中依靠内径较小的管线相比，本实用新型采用注液管来形成注液的通道，整体过流面积增大，压裂液通过时的摩擦阻力变小，对增压系统的要求降低，且摩擦阻力变小后，流至射流孔处的流体压力变大，能够匹配设定的流体压力值。

进一步地，外管具有上下依次排布的至少两个压裂段，各压裂段上分别设有对应的所述射孔管，相邻两压裂段之间分体固设，最上端的压裂段与上端的盖板固定相连，所述环形封堵件的外侧设于对应下方的压裂段上，下方的压裂段、压裂段上的环形封堵件以及环形封堵件上的注液管一体成型。下方的压裂段、环形封堵件和注液管一体成型，安装时更加方便。

进一步地，各处的射孔管设有多个，各处的射孔管分为沿周向均布的至少两组，各组均包括轴向间隔排布的至少两个射孔管。射孔管设有多个，能够实现分簇射孔，使得本实用新型的实验装置能够模拟出“多段分簇”的实际使用状态。

进一步地，各射孔管上均设有用于封堵对应射孔的堵头，所述堵头为可溶解的可溶堵头。设置可溶堵头后，在浇筑人工岩石时，人工岩石的流体砂浆不会流动至射孔管中，从而堵塞部分或全部的射孔，导致无法进行射孔，或者导致压裂后的裂缝分布规律与实际相比有较大的失真。

进一步地，所述人工岩石包裹所述模拟井筒，各进液孔处均设置有贯穿人工岩石的进液管。人工岩石完全包裹模拟井筒，浇筑时更加方便，而进液管的存在保证了能够注入液体。

本实用新型油气井分段压裂模拟实验装置用模拟井筒的技术方案是：一种油气井分段压裂模拟实验装置用模拟井筒，包括外管，外管轴向两端被盖板封闭且其中一个盖板上设有进液孔组件，进液孔组件用于供液体进入外管内，设定外管上下延伸且设有进液孔组件的一端为上端；

外管设有上下依次间隔排布的至少两处射孔管，射孔管径向外延，射孔管的管壁上设有射孔；

上端的盖板上设有一个或至少两个由内到外依次套装且轴向长度逐渐变小的注液管，各注液管的下端均固设有环形封堵件，环形封堵件的内侧与对应注液管相连，外侧固定于外管中相应的两处射孔管之间，以在外管中形成一个中心通道和至少一个环形通道，中心通道与最下端的射孔管相连，环形通道与上端的射孔管相连；

进液孔组件包括与中心通道对应的中心进液孔，还包括与环形通道分别对应的偏心进液孔。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中，在外管的内部通过环形封堵件、注液管形成了中心通道和至少一个环形通道，射孔管与各自对应的进液孔独立相连，彼此独立，能够模拟实际生产时的分段压裂，以此来模拟分段压裂时相邻裂缝之间的相互影响。与现有技术中依靠内径较小的管线相比，本实用新型采用注液管来形成注液的通道，整体过流面积增大，压裂液通过时的摩擦阻力变小，对增压系统的要求降低，且摩擦阻力变小后，流至射流孔处的流体压力变大，能够匹配设定的流体压力值。

进一步地，外管具有上下依次排布的至少两个压裂段，各压裂段上分别设有对应的所述射孔管，相邻两压裂段之间分体固设，最上端的压裂段与上端的盖板固定相连，所述环形封堵件的外侧设于对应下方的压裂段上，下方的压裂段、压裂段上的环形封堵件以及环形封堵件上的注液管一体成型。压裂段、环形封堵件和注液管一体成型，安装时更加方便。

进一步地，各处的射孔管设有多个，各处的射孔管分为沿周向均布的至少两组，各组均包括轴向间隔排布的至少两个射孔管。射孔管设有多个，能够实现分簇射孔，使得本实用新型的实验装置能够模拟出“多段分簇”的实际使用状态。

进一步地，各射孔管上均设有用于封堵对应射孔的堵头，所述堵头为可溶解的可溶堵头。设置可溶堵头后，在浇筑人工岩石时，人工岩石的流体砂浆不会流动至射孔管中，从而堵塞部分或全部的射孔，导致无法进行射孔，或者导致压裂后的裂缝分布规律与实际相比有较大的失真。

进一步地，所述人工岩石包裹所述模拟井筒，各进液孔处均设置有贯穿人工岩石的进液管。人工岩石完全包裹模拟井筒，浇筑时更加方便，而进液管的存在保证了能够注入液体。

附图说明

图1为本实用新型油气井分段压裂模拟实验装置实施例的示意图；

附图标记说明：100-模拟井筒；11-上管体；12-中管体；121-中管体上段；122-中管体下段；13-下管体；131-下管体上段；132-下管体下段；14-上盖板；15-第一进液管；16-第二进液管；17-第三进液管；18-第三射孔管；19-第三射孔管堵头；110-第二射孔管；111-第二射孔管堵头；112-第一射孔管；113-第一射孔管堵头；114-下盖板；200-人工岩石。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

本实用新型的油气井分段压裂模拟实验装置的具体实施例，如图1所示，实验装置包括模拟井筒100和浇筑在模拟井筒100外部的人工岩石200，模拟井筒100具有由上管体11、中管体12和下管体13形成的三个独立的注液通道，三个注液通道对应三处射孔管，射孔管管壁上有射孔，能够对人工岩石200进行压裂，压裂完成后，取出进行扫描，直观地分析每条裂缝扩展的结果，并与单独一条裂缝扩展的规律进行对比，分析裂缝间是否有干扰以及干扰强度。

本实施例中，射孔管设置有三处，且三处射孔管沿上下方向依次间隔排布。

如图1所示，模拟井筒100包括下管体13，下管体13包括外径较小的下管体上段131和外径较大的下管体下段132，两者之间形成环形台阶。在下管体上段131外部套装有中管体12，中管体12包括外径较小的中管体上段121和外径较大的中管体下段122，两者之间形成环形台阶，中管体下段122与下管体13的环形台阶固定相连，具体可以为螺纹相连或者是焊接。中管体上段121的外部套装有上管体11，上管体11的下端固定在中管体12的环形台阶上，具体可以为螺纹相连或者是焊接。上管体11为通径结构。

上管体11的上端、中管体上段121的上端、下管体上段131的上端位于同一高度，并通过上盖板14进行密封，具体采用焊接。下管体下段132的下端通过下盖板114进行密封，具体采用焊接。

将各管体安装到位后，形成了一个中心通道和两个环空通道。本实施例中，如图1所示，在上管体11的管壁上设置有六个第三射孔管18，六个第三射孔管18径向外延，呈周向均布的两组排布，每组的三个第三射孔管18轴向间隔均布。第三射孔管18与环空通道相连，第三射孔管18的外端被第三射孔管堵头19封堵。其中，第二射孔管110和第二射孔管堵头111，以及第一射孔管112和第一射孔管堵头113的结构与第三射孔管18和第三射孔管堵头19的结构相同，在此不再赘述。

本实施例中，射孔管堵头为可溶堵头，可溶堵头在遇水后即可溶解。可溶堵头为遇水可溶解的合金材料等。

本实施例中，在上盖板14上开设有三个进液孔，其中一个进液孔与中心通道连通，该进液孔上固定有第一进液管15，第一进液管15通过中心通道与第一射孔管112连通。其中一个进液孔与下管体13和中管体12之间的环形通道连通，该进液孔上固定有第二进液管16，第二进液管16通过环形通道与第二射孔管110连通。另一个进液孔与中管体12与上管体11之间的环形通道连通，该进液孔上固定有第三进液管17，第三进液管17通过环形通道与第三射孔管18连通。

本实用新型的使用过程如下：

实验前，将模拟井筒100置于浇筑釜中进行锚固，根据目的储层的物性特征和力学特性，通过实验优选出水泥、细砂和添加剂的配比，在模拟井筒100的外部浇筑并制作人工岩石200，浇筑时由于射孔管堵头的存在，避免浆料侵入射孔管内，将人工岩石200自然风干直至达到实验条件。通过第一进液管15、第二进液管16、第三进液管17分别向第一射孔管112、第二射孔管110和第三射孔管18内注入矿化度为150000mg/l的地层水，10分钟后各射孔管堵头完全溶解，再通过反复抽汲的方式将地层水完全排出。再将实验装置安装到大尺寸真三轴实验装置上，第一进液管15、第二进液管16、第三进液管17分别与大尺寸真三轴实验装置上独立的三套压裂液泵液管线连接。

实验时，根据储层实际应力参数进行模拟压裂实验，通过大尺寸真三轴实验装置给人工岩石200加载三向主应力至设计值，利用大尺寸真三轴实验装置的大排量增压系统通过第一进液管15向第一射孔管112泵液并进入人工岩石200中，并在人工岩石200中产生裂缝并延伸，直至裂缝延伸到人工岩石200的边界，停止压裂液的注入。同理，分别通过第二进液管16和第三进液管17实现对人工岩石200的压裂。利用大尺寸真三轴实验装置的大排量增压系统通过各进液管进行打压压裂，从而模拟“多段分簇”压裂。

实验完成后，利用高能ct扫描，将实验后的实验装置放在扫描仪器上，人工岩石200长宽高三个方向每隔2.0cm扫描一个面，然后通过ct图像的三维重建和可视化处理分析，构造人工岩石200的三维ct扫描图，直观地分析每条裂缝扩展的结果，并与单独一条裂缝扩展的规律进行对比，分析裂缝间是否有干扰以及干扰强度，为后期“多段分簇”压裂的射孔段孔距设计提供依据。

本实施例中，人工岩石完全包裹模拟井筒，其他实施例中，人工岩石可以仅包裹模拟井筒的径向外部，而露出模拟井筒的上端。

本实施例中，采用可溶堵头能够保证浇筑人工岩石时砂浆不会进入到射孔管中，其他实施例中，可以采用在射孔管的射孔处包裹防护纸的方式，但是该方式中，防护纸易破损，因此，优选地，采用可溶堵头的方式。

本实施例中，各处的射孔管设有多个，其他实施例中，若仅为了实现多段压裂，而不考虑分簇压裂，可以在每处仅设置一个射孔管。

本实施例中，上管体11、中管体下段122和下管体下段132构成了压裂段，各压裂管共同构成了外管，而中管体上段121和下管体上段131构成了注液管。环形台阶构成了环形封堵件。其他实施例中，外管可以为单根一体成型的管体，而注液管与环形封堵件可以为一体成型的结构，环形封堵件固定在外管内壁上，或者注液管与环形封堵件也为分体式结构，焊接在一起即可。环形封堵件可以为设置在注液管与外管之间的环形封板。

本实施例中，第一进液管所在的孔为中心进液孔，第二进液管和第三进液管所在的孔为偏心进液孔。下管体上段131的内部通道构成中心通道，其余的通道为环形通道。

上述实施例是以三个压裂段为例进行阐述的，其他实施例中，当压裂段的数量增多时，可以继续在注液管的外部增加注液管。其他实施例中，若压裂段的数量为两个是，将最外部的注液管取消即可。

应当说明的是，本实用新型中的“上”“下”仅是相对的概念，不代表具体使用时必须上下布置。

本实用新型油气井分段压裂模拟实验装置用模拟井筒的具体实施例，模拟井筒的结构与上述实施例中的一致，在此不再赘述。