一种支撑剂运移的大尺寸多裂缝模拟装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及油气田开发研究技术领域，特别设及一种支撑剂运移的大尺寸多裂缝 模拟装置和方法。
【背景技术】
[0002] 随着页岩气藏开采规模的不断扩大，水力压裂作为页岩气藏获产W及增产的必要 手段之一，发挥着十分重要的作用。由于支撑剂在裂缝中的输送规律是影响支撑剂在裂缝 中铺设形态的关键，直接决定了压裂改造的最终效果。因此，研究支撑剂在裂缝中沉降和运 移的规律极具必要性。使用最多并且最能客观反映支撑剂在裂缝中输送真实情况的方法是 采用窄缝流动物理模拟实验，尤其是大尺寸窄缝实验设备。
[0003] 现阶段，比较常见的模拟支撑剂运移的实验装置多为单缝或者简单的双缝装置， 该类装置不能客观真实的反映支撑剂在网状裂缝中运移规律，因此，由此得出的实验分析 数据与实际情况有比较大的出入。而现在引起广泛关注的页岩气储层属于裂缝性致密气 藏，地层中存在天然的裂缝网络，水力压裂的过程中，形成的裂缝不是简单的双翼裂缝，而 是非常复杂的裂缝网络。因此，有必要对现有装置基础之上提出新的实验设备。
[0004] 为此，有专利公开了多裂缝模拟实验装置，虽然缩小了模拟实验与实际地层情况 之间的差距，但是其还存在缺陷；装置在实验过程中不可控制，具体体现在裂缝的分布形态 不可控制，不能对裂缝之间的角度或者整体裂缝形态进行调节，模拟的裂缝形态较为单一。 而且更重要的是，即便有个别专利公开了多种裂缝形态，但是其需要重新更换装置部件来 实现，十分不便。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术之不足，本发明提供了一种支撑剂运移的大尺寸多裂缝模拟装置， 其包括裂缝单元，所述裂缝单元包括主裂缝和设置在所述主裂缝至少一侧的多级分支裂 缝，所述主裂缝和至少一条所述分支裂缝之间通过连接部件连接，并且所述连接部件设置 有控制阀，用W控制所述主裂缝和至少一条所述分支裂缝之间的连通状态。
[0006] 根据一个优选实施方式，所述连接部件设置有角度调节器，并且所述角度调节器 构成为所述连接部件的一部分，所述主裂缝和所述分支裂缝之间或者所述各级分支裂缝之 间通过所述角度调节器的形成不同的连接角度。
[0007] 根据一个优选实施方式，所述连接部件包括至少一个所述角度调节器，N个角度调 节器将所述连接部件划分成化1段，其中，N > 1且N为整数。
[000引根据一个优选实施方式，所述角度调节器为正n棱柱，n > 5且为整数，并且所述 角度调节器的n个侧面之一是固定面，其余侧面为调节面；其中，与所述固定面相邻的两个 调节面上设置有安装孔，其余调节面上设置有安装孔和第一窄缝。
[0009] 根据一个优选实施方式，所述连接部件还包括与所述角度调节器相匹配的调节 件，所述调节件为两个片状结构体，所述两个片状结构体可选择地固定在任意两个调节面 上，从而调节所述主裂缝和所述分支裂缝或者所述各级分支裂缝之间的连接角度。
[0010] 根据一个优选实施方式，所述大尺寸多裂缝模拟装置还包括操控单元，所述操控 单元与每个所述控制阀连接，并且所述操控单元设置有控制所述控制阀开启或关闭的按 键，从而根据所要模拟的裂缝分布形态来开启或关闭相应的控制阀。
[0011] 根据一个优选实施方式，所述连接部件呈具有两端开口的板状结构，所述连接部 件的两端分别连接至所述主裂缝和所述分支裂缝或者两个相邻的分支裂缝，所述连接部件 内部形成有缝隙，所述控制阀W紧密贴合的方式设置在所述连接部件的缝隙内。
[0012] 根据一个优选实施方式，所述控制阀包括阀巧和可调节所述控制阀开启或关闭的 手动拨片，其中，所述阀巧设置在所述连接部件的缝隙内，并且所述阀巧沿轴向设置有第二 窄缝，所述手动拨片设置在所述连接部件的顶部。
[0013] 根据一个优选实施方式，所述大尺寸多裂缝模拟装置还包括混砂单元，所述混砂 单元包括混砂罐和设置在所述混砂罐底部的混砂=通，所述混砂=通的第一通道大致呈漏 斗状，压裂液沿所述第一通道的入口段在累送装置的作用下流向所述第一通道的射流段， 并且所述射流段的口径明显小于所述入口段的口径，从而使得所述压裂液在所述累送装置 的作用下在所述射流段内形成高速射流，进而将流经第二通道的支撑剂送至与裂缝单元连 接的第=通道。
[0014] 根据一个优选实施方式，所述混砂单元还包括调节齿轮。
[0015] 根据一个优选实施方式，所述连接板呈圆弧形或者直线形或者圆弧形和直线形的 结合。
[0016] 根据一个优选实施方式，所述主裂缝和/或分支裂缝呈折线形、曲线形或直线形。
[0017] 根据一个优选实施方式，所述主裂缝和所述分支裂缝由两块透明树脂板并行搭置 而成，并且所述透明树脂版之间设置有密封圈。
[0018] 根据一个优选实施方式，所述主裂缝和所述分支裂缝的宽度根据所述密封圈的厚 度进行调节。
[0019] 根据一个优选实施方式，所述入口段的最大口径为6?15mm，所述射流段的口径 为2?5mm〇
[0020] 根据一个优选实施方式，所述入口段包括一沿通道内壁过渡形成的锥形腔体，所 述锥形腔体的顶部与所述射流段贯通，并且所述锥形腔体沿所述第一通道的轴向高度为 25?35mm，所述锥形腔体的顶角为10?20度。
[0021] 根据一个优选实施方式，所述第二通道的出口端与所述射流段的出口端汇合后并 沿所述第一通道的轴线水平延伸形成所述第=通道，并且所述第二通道与所述第一通道之 间呈30?60度夹角。
[0022] 根据一个优选实施方式，所述主裂缝和所述分支裂缝的缝宽为2?4mm可调，裂缝 高度为200?400mm，所述主裂缝的裂缝长度为2500?3500mm，所述分支裂缝的裂缝长度 为1500?2000mm。更优选，主裂缝和分支裂缝的缝宽为3mm，裂缝高度为300mm，主裂缝的 裂缝长度3009mm，分支裂缝的裂缝长度为1874mm。
[0023] 根据一个优选实施方式，所述连接板是由50?100mm长的平直段和半径为100? 150mm的圆弧段组成。
[0024] 根据一个优选实施方式，所述连接板的平直段长75mm，所述连接板的圆弧段的半 径长123. 5mm，其中，所述平直段与分支裂缝连接，所述圆弧段与主裂缝连接。
[0025] 根据一个优选实施方式，所述累送装置和所述混砂单元之间设有进口流量计，所 述混砂单元和所述裂缝单元之间设有出口流量计，并且所述进口流量计和所述出口流量计 均为电磁流量计。
[0026] 本发明的另一个方面，提供一种模拟支撑剂运移的方法，所述方法采用本发明的 大尺寸多裂缝模拟装置，并且所述方法包括W下步骤：
[0027] 实验准备，包括实验缝宽准备、压裂液配制及性能测试W及支撑剂准备；
[002引实验方案确定，设计具有不同裂缝分布形态的多个实验方案；
[0029] 根据所述实验方案，开启或关闭连接部件的控制阀，并且通过角度调节器设置主 裂缝和至少一条分支裂缝之间的连接角度.
[0030] 将携砂液放置在配液箱内，根据方案要求排量开启累送装置，并读取出口流量计 流量，根据流量与砂量的线性关系，调整调节齿轮漏沙速率，精确控制砂比；和
[0031] 观察砂堤的形成过程，记录砂堤形态，总结多裂缝下支撑剂沉降规律。
[0032] 本发明和现有技术相比其具有的有益技术效果：
[0033] 本发明为大尺寸多裂缝模拟装置，可W客观真实的反映油气地层的实际情况，起 到更好的仿真模拟效果。本发明的分支裂缝呈多级分布，每条分支裂缝的连接角度可W调 节，并且通过电子操控或人为手动控制设置在主裂缝和分支裂缝或各级分支裂缝之间的控 制阀，来调节每条裂缝的连通状态，实时改变整个裂缝的分布形态，更加贴近实际。
[0034] 此外，本发明的混砂S通也区别于现有技术中S个通口口径彼此均相同的一般S 通结构。根据支撑剂在整个运移过程中传输路线，本发明改变了压裂液在管道内流速不变 的现状，通过改变用于压裂液流经的第一通道的口径，使得压裂液在与支撑剂混合之前，在 累送装置的作用下形成高速射流，从而将来自第二通道的支撑剂快速地带至第=通道，避 免了支撑剂封堵在混砂=通内，大大提高了模拟装置的实验性能。
[0035] 最后，本发明采用透明树脂板作为形成主裂缝和分支裂缝的主体构件，因而本发 明还具有可视化的技术效果；并且本发明可实现支撑剂在单缝、双缝W及多缝中运移模拟 实验。
【附图说明】
[0036] 图1是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的简易工艺流程图；
[0037] 图2是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的裂缝单元的局部图；
[003引图3是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的连接部件的局部放大图；
[0039] 图4是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的连接部件的局部放大图；
[0040] 图5是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的裂缝单元的局部图；
[0041] 图6是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的混砂单元的结构示意图；
[0042] 图7是本发明的大尺寸多裂缝模拟装置的混砂=通的剖视图；和
[0043] 图8是运用本发明的大尺寸多裂缝模拟装置模拟支撑剂运移的实验流程图。
[0044] 附图标记列表
[0045] 100 ;大尺寸多裂缝模拟装置 10 ;混砂单元 20 ;裂缝单元
[0046] 30 ;累送装置 40 ;循环过滤单元 50 ;流通管路<