一种支撑剂在井筒和射孔簇中分布的实验模拟装置及实验模拟方法

本发明涉及一种支撑剂在井筒和射孔簇中分布的实验模拟装置及实验模拟方法，属支撑剂实验模拟。

背景技术：

1、在水平井分段压裂时，单段内有多个射孔簇，射孔簇的参数几乎相同，因此各个射孔簇的产量也应接近。但实际上每个射孔簇的产量差异很大。如果水平井压裂各段的页岩气储层特征相似，那么可能是由于射孔簇间支撑剂（压裂液）分布不均导致的产量差异。目前支撑剂在射孔簇中分布的机理研究方面，尽管进行了大量的研究工作，但对于射孔簇数量、簇间距、孔径和孔密等参数对支撑剂运移分布的影响研究还较少，因此，研究水力压裂支撑剂在井筒和射孔簇中的运移和沉降规律，可以为压裂工艺和压裂材料优选、压裂施工参数优化提供理论支撑，进而提升压裂改造效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种可实时模拟支撑剂在各个射孔簇中沉降运移的动态规律，且能对流体摩阻、支撑剂的返排、携砂液的摩阻进行测试，为今后的压裂设计和施工提供理论依据的支撑剂在井筒和射孔簇中运移和沉降规律的实验模拟装置和实验模拟方法。

2、本发明的技术方案是：

3、一种支撑剂在井筒和射孔簇中运移和沉降规律的实验模拟装置，包括压裂液储罐和管道模块，压裂液储罐经连通主管与管道模块连通，其特征在于：所述的管道模块由呈间隔状并列设置的管道单元a、管道单元b、管道单元c、管道单元d和管道单元e构成；各管道单元的一端端口上分别安装有前堵盖；各管道单元的另一端端口上分别安装有后堵盖，前堵盖和后堵盖之间的各管道单元上呈间隔状设置有射孔；各管道单元临近前堵盖的管体上分别设置有压力入口，各管道单元临近后堵盖的管体上分别设置有压力出口；各管道单元的前端设置有连通支管a, 连通支管a与连通主管连通，各管道单元的后端设置有连通支管b；连通支管b与排出管连通；各管道单元的一端分别通过连通短管与连通支管a连通，另一端分别通过连通短管与连通支管b连通。

4、所述的连通主管上设置有安全阀，安全阀与压裂液储罐之间的连通主管上装有压力表和高压泵，压力表和高压泵之间的连通主管上装有开关阀。

5、所述的安全阀与管道模块之间的连通主管上装有流量计和开关阀。

6、所述的各管道单元与连通支管a之间和各管道单元与连通支管b之间的连通短管上装有分别装有开关阀。

7、所述的管道单元a与管道单元b之间和管道单元c与管道单元d之间的连通支管a上对应安装有控制阀a和控制阀b。

8、所述的管道单元b与管道单元c和管道单元d和管道单元e之间的连通支管b上对应安装有控制阀c和控制阀d。

9、所述的分别与连通支管a和连通支管b活动连接。

10、所述的管道单元a、管道单元b、管道单元c、管道单元d和管道单元e相互之间管径相对，长度相对。

11、上述实验模拟装置能够模拟支撑剂在不同射孔簇参数、泵注排量、砂比作用下的运移和分布动态，对泵注流体的砂比、泵注速度、管径和粒径等参数进行实时调整和模拟，为水力压裂的参数设计提供优化支撑。实验模拟的过程包括以下步骤：

12、1)、在装有搅拌器的压裂液储罐中将支撑剂（不同目数的石英砂支撑剂）与清水按1：5的比例进行混合形成压裂液；

13、2)、初始状态下，该装置的各开关阀和控制阀均为关闭状态，压裂液混合完成后，开启连通主管15上的开关阀，同时开启管道单元a2前端的开关阀19，然后启动高压泵，以不同的排量（砂比、粒径）泵入管道单元a中；

14、3)、在高压泵的作用下，压裂液进入管道单元a，再经管道单元a上的射孔喷出；射孔喷出的压裂液通过容器进行收集；

15、4)、压裂液进入管道单元a的过程中，泵的注排量数据和压力表、流量计、流量数据以及压力入口检测器、压力出口检测器所采集的压力数据上传计算机；

16、5)、在上述各数据的前提下，对各射孔所收集的压裂液进行计算分析，即可完成支撑剂（压裂液）在井筒和射孔簇中分布的实验模拟；

17、6)、将管道单元a或管道单元b中的任一个更换成大管径或小管径，使其两者管径不同，然后开启控制阀21和管道单元a和管道单元b与连通支管a12之间的开关阀，可进行不同管径下的支撑剂（压裂液）在井筒和射孔簇中分布的比对实验；亦可根据实验者所需使用阀门控制并联管道的个数，通过改变每个管道模块上射孔簇个数、管径、射孔位置等条件来设置对照组；

18、7)、开启管道单元a、管道单元b、管道单元c、管道单元d和管道单元e两端的开关阀，使管道单元a、管道单元b、管道单元c、管道单元d和管道单元e形成串联，可实现支撑剂在裂缝中的分布情况。

19、本发明的有益效果在于：

20、本发明可以实时把握支撑剂在各个射孔簇中沉降运移的动态规律，为今后的压裂设计和施工提供可靠的参考。各管道单元与连通支管之间均为活动连接，以方便更换，大大节约了传统实验装置更换管道需要的时间；各管道单元均预留了射孔孔眼，并用螺纹阀门控制，可随时改变射孔簇的位置和射孔簇个数，从而更加精准的测量射孔参数改变导致支撑剂分布的规律，减小了外来因素对实验结果的影响，且可使用透明有机玻璃制作射孔簇，以便于观察支撑剂在各个射孔簇间的动态沉降和运移，同时，利用摄像头跟踪同一批次支撑剂的运移动态，经过电脑软件处理后，能够模拟出支撑剂的沉降规律和有关参数。并且可以通过管间阀门来控制各管道单元之间的串、并联情况，模拟较长的水平段长度和较多的射孔簇数，更加贴近实际，提高其应用范围。

技术特征：

1.一种支撑剂在井筒和射孔簇中运移和沉降规律的实验模拟装置，包括压裂液储罐（1）和管道模块，压裂液储罐（1）经连通主管（15）与管道模块连通，其特征在于：所述的管道模块由呈间隔状并列设置的管道单元a（2）、管道单元b（3）、管道单元c（4）、管道单元d（5）和管道单元e（6）构成；各管道单元的一端端口上分别安装有前堵盖（7）；各管道单元的另一端端口上分别安装有后堵盖（8），前堵盖（7）和后堵盖（8）之间的各管道单元上呈间隔状设置有射孔（9）；各管道单元临近前堵盖（7）的管体上分别设置有压力入口检测器（10），各管道单元临近后堵盖（8）的管体上分别设置有压力出口检测器（11）；各管道单元的前端设置有连通支管a（12）, 连通支管a（12）与连通主管（15）连通，各管道单元的后端设置有连通支管b（13）；连通支管b（13）与排出管（14）连通；各管道单元的一端分别通过连通短管与连通支管a（12）连通，另一端通过连通短管分别与连通支管b（13）连通。

2.根据权利要求1所述的一种支撑剂在井筒和射孔簇中运移和沉降规律的实验模拟装置，其特征在于：所述的连通主管（15）上设置有安全阀（16），安全阀（19）与压裂液储罐（1）之间的连通主管（15）上装有压力表（17）和高压泵（18），压力表（17）和高压泵（18）之间的连通主管上装有开关阀（19）。

3.根据权利要求2所述的一种支撑剂在井筒和射孔簇中运移和沉降规律的实验模拟装置，其特征在于：所述的安全阀（16）与管道模块之间的连通主管（15）上装有流量计（20）和开关阀（19）。

4.根据权利要求1所述的一种支撑剂在井筒和射孔簇中运移和沉降规律的实验模拟装置，其特征在于：所述的各管道单元与连通支管a（12）之间和各管道单元与连通支管b（13）之间的连通短管上装有分别装有开关阀（19）。

5.根据权利要求1所述的一种支撑剂在井筒和射孔簇中运移和沉降规律的实验模拟装置，其特征在于：所述的管道单元a（2）与管道单元b（3）之间和管道单元c（4）与管道单元d（5）之间的连通支管a（12）上对应安装有控制阀a（21）和控制阀b（22）。

6.根据权利要求1所述的一种支撑剂在井筒和射孔簇中运移和沉降规律的实验模拟装置，其特征在于：所述的管道单元b（3）与管道单元c（4）和管道单元d（5）和管道单元e（6）之间的连通支管b（13）上对应安装有控制阀c（23）和控制阀d（24）。

7.根据权利要求1所述的一种支撑剂在井筒和射孔簇中运移和沉降规律的实验模拟装置，其特征在于：所述的管道单元a（2）、管道单元b（3）、管道单元c（4）、管道单元d（5）和管道单元e（6）相互之间管径相对，长度相对；所述的管道单元a（2）、管道单元b（3）、管道单元c（4）、管道单元d（5）和管道单元e（6）分别与连通支管a（12）和连通支管b（13）活动连接。

技术总结
本发明涉及一种支撑剂在井筒和射孔簇中分布的实验模拟装置及实验模拟方法，属支撑剂实验模拟技术领域。包括压裂液储罐和管道模块，的管道模块由呈间隔状并列设置的管道单元A、管道单元B、管道单元C、管道单元D和管道单元E构成；各管道单元的一端端口上分别安装有前堵盖；各管道单元的另一端端口上分别安装有后堵盖，前堵盖和后堵盖之间的各管道单元上呈间隔状设置有射孔。本发明可随时改变射孔簇的位置和射孔簇个数，从而更加精准的测量射孔参数改变导致支撑剂分布的规律，减小了外来因素对实验结果的影响，利用摄像头跟踪同一批次支撑剂的运移动态，经过电脑软件处理后，能够模拟出支撑剂的沉降规律和有关参数。并且可以通过管间阀门来控制各管道单元之间的串、并联情况，模拟较长的水平段长度和较多的射孔簇数，更加贴近实际，提高其应用范围。

技术研发人员：李亭,赵佳乐
受保护的技术使用者：长江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16