一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置与方法

一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置与方法
【专利摘要】本发明公开了一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置与方法，包括裂缝盒体，所述裂缝盒体内部固定设有裂缝母盒体，裂缝母盒体裂缝面上设有裂缝进料口，裂缝母盒体通过裂缝进料口与注入泵连通，注入泵上方连接有存储工作物料的工作物料储液罐，所述裂缝母盒体内部置有裂缝子盒体，所述液压腔前面从上到下依次设置有液压腔进液口和液压腔出液口，所述液压腔进液口通过管线依次与液压腔注入泵、液压腔工作液储罐连接，装置检查及连接，配液，开启裂缝闭合压力模拟装置，本发明可较真实地模拟纤维混合支撑剂在裂缝中运动过程，操作安全、简单、自动化程度及结果可信度高。
【专利说明】一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置与方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置与方法，属于石油压裂领域。

【背景技术】
[0002]纤维技术最早应用到加砂压裂技术中是为了解决油气井压后快速返排与支撑剂回流的矛盾，即排液速度太快就可能超过临界出砂流速，导致支撑剂返吐，排液速度太低又会导致排液时间增加和返排率降低。把具有一定柔韧性的纤维物质混在携砂液中同时注入地层，在人工裂缝中形成复合性支撑剂，支撑剂是基体，纤维是增强相。纤维的加入可以提高携砂液的携砂能力、控制支撑剂的回流、实现快速返排以及保持支撑剂充填层的稳定性坐寸ο
[0003]纤维用于预防支撑剂回流效果明显，得到了国内外石油工作者的高度重视，进而对其开展了广泛研究，并在各大油气田进行了较大范围的应用。伴随压裂技术的进步与发展，纤维在压裂【技术领域】的应用得到进一步拓展和延伸，目前形成了以纤维预防支撑剂回流、疏松砂岩纤维防砂压裂、低稠化剂纤维全程伴注网络加砂压裂为主体技术，以纤维缝内暂堵转向压裂、H1-way通道压裂、“宽带”压裂为前沿技术的纤维压裂技术系列，展现出广阔的推广应用前景和市场价值。
[0004]但纤维压裂技术基础理论及室内实验研究滞后于工程实践，使得该技术缺乏必要的、科学的、系统的理论指导，已成为制约该技术进一步发展和推广应用的瓶颈。在纤维压裂技术实验研究方面，国内外就纤维的分散性、配伍性、悬砂性、降解性等静态性能研究较多，而就更能直接、全面反映纤维在裂缝中分布、暂堵、稳定砂体特性的动态流动模拟方面，多采用常规的预置纤维填砂模型或岩心劈开裂缝充填纤维方式进行评价，这些手段均无法模拟纤维与支撑剂混合后的注入、运移及在裂缝中的分布形态，与纤维压裂现场实际相差甚远。室内实验模拟手段的缺失，使得纤维和支撑剂在裂缝中的运移规律及展布形态不能直观显示，只能臆断，且测得的实验结果可靠性较差，阻碍了该技术的进一步发展。


【发明内容】

[0005]由于模拟纤维与支撑剂混合后的注入、运移及在裂缝中的分布形态，与纤维压裂现场实际相差甚远。室内实验模拟手段的缺失，使得纤维和支撑剂在裂缝中的运移规律及展布形态不能直观显示，只能臆断，且测得的实验结果可靠性较差，阻碍了该技术的进一步发展。
[0006]本发明针对上述情况进行科学合理的分析，自主研发一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置与方法。
[0007]本发明采用的技术方案是:
一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置，包括裂缝盒体，所述裂缝盒体内部固定设有裂缝母盒体，裂缝母盒体裂缝面上设有裂缝进料口，裂缝母盒体通过裂缝进料口与注入泵连通，注入泵上方连接有存储工作物料的工作物料储液罐，所述裂缝母盒体内部置有裂缝子盒体，所述裂缝子盒体裂缝面与裂缝母盒体裂缝面相对，裂缝子盒体与裂缝母盒体通过转轴活动链接，裂缝子盒体与裂缝母盒体裂缝面之间设置有液压腔，所述液压腔前面从上到下依次设置有液压腔进液口和液压腔出液口，所述液压腔进液口通过管线依次与液压腔注入泵、液压腔工作液储罐连接，所述液压腔出液口处依次连接有压力表、回压阀、储液te。
[0008]所述裂缝母盒体的尖部设有出液口，该出液口通过管线与外部设有的出口端物料存储罐连接。
[0009]液压腔与裂缝母盒体通过密封装置连接。
[0010]所述的密封装置为密封胶。
[0011]所述玻璃母视窗、玻璃子视窗外部设有摄像头，所述摄像头外接有计算机。
[0012]所述液压腔为气囊。
[0013]一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验方法，包括以下步骤:
(1)检查纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置的完好性，打开恒温箱模拟地层温度；恒温箱为整个实验提供温度，以模拟地层温度情况；
(2)将压裂液前置液置于工作液储液罐中，前期先用它撑开裂缝；纤维混合支撑剂与压裂液的混合物配置好后置于另一个工作液储液罐；撑开裂缝后注入此混合物，纤维与支撑剂的质量比为5-30% ；
(3)按照储层实际情况，通过裂缝闭合压力模拟装置给裂缝盒体施加压力，达到30-60MPa模拟裂缝闭合压力；
(4)通过压力表设置出口端回压阀压力值为20-30MPa，封堵压力超过此值液体从进口端排出，低于此值则从出口端排出；
(5)通过注入泵向裂缝中注入可撑开裂缝的压裂液前置液，迫使裂缝张开，然后通过注入泵I及内径达到5-8_的管线注入一定量的纤维、支撑剂与压裂液的混合液，使用摄像头记录裂缝内物料运动情况，使用压力表记录缝内压力值，并观察裂缝出口端出液情况；
(6 )纤维混合支撑剂缝内运动情况记录后，将裂缝母盒体、裂缝子盒体继续在恒温箱内放置若干时间，用以观察记录纤维降解情况，通过再次注入压裂液前置液可模拟纤维降解对缝内注入压力的影响；
(7 )实验完成后，释放整个实验所用的纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置的压力，维护保养实验设备，并整理、分析实验数据。
[0014]本发明的技术效果为:
通过储液罐、泵、管线、缝体、耐压玻璃视窗、摄像系统、裂缝垂向加压系统、测压装置及恒温装置组成一套用于模拟纤维混合支撑剂在裂缝中流动状态的实验装置，使得操作安全、简单；
通过合理设计入口管线、入口孔眼尺寸、裂缝开启方式、耐压玻璃视窗及摄像系统，实现纤维混合支撑剂在裂缝中流动状态的直观展示。通过纤维混合支撑剂入口装置、缝体、裂缝垂向加压系统、测压装置及恒温装置等，准确模拟纤维压裂突破压力及研究纤维长度直径参数、注入工艺参数、降解与否对压力的影响规律，这样的结构新颖。
[0015]基于设计的纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置，建立集配液、试压、泵注、测压、摄像记录等流程为一体的纤维混合支撑剂裂缝流动模拟评价方法；该实验装置与方法可较真实地模拟纤维混合支撑剂在裂缝中运动过程，操作安全、简单、自动化程度及结果可信度高。
[0016]以下将结合附图进行详细的说明。

【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置示意图。
[0018]图2裂缝盒体示意图。
[0019]图3裂缝母盒体示意图。
[0020]图4裂缝子盒体示意图。
[0021]图中，【专利附图】

【附图说明】:1、注入泵；2、工作物料存储罐；3、裂缝进料口 ；4、裂缝面运动轨道；5、裂缝盒体；6、摄像头；7、计算机；8、出口端物料存储罐；9、液压腔工作液；10、液压腔注入泵；11、储液罐；12、回压阀；13、液压腔进液口 ；14、液压腔出液口 ；15、液压腔；16 ;密封装置；17、裂缝母盒体；18、裂缝子盒体；19、转轴；20、玻璃母视窗；21、玻璃子视窗；22、压力表。

【具体实施方式】
[0022]实施例1:
由于纤维压裂技术基础理论及室内实验研究滞后于工程实践，使得该技术缺乏必要的、科学的、系统的理论指导，已成为制约该技术进一步发展和推广应用的瓶颈。在纤维压裂技术实验研究方面，国内外就纤维的分散性、配伍性、悬砂性、降解性等静态性能研究较多，而就更能直接、全面反映纤维在裂缝中分布、暂堵、稳定砂体特性的动态流动模拟方面，多采用常规的预置纤维填砂模型或岩心劈开裂缝充填纤维方式进行评价，这些手段均无法模拟纤维与支撑剂混合后的注入、运移及在裂缝中的分布形态，与纤维压裂现场实际相差甚远。室内实验模拟手段的缺失，使得纤维和支撑剂在裂缝中的运移规律及展布形态不能直观显示，只能臆断，且测得的实验结果可靠性较差，阻碍了该技术的进一步发展。
[0023]本发明针对上述情况进行科学合理的分析，自主研发一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置与方法，如图1所示的一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置，包括裂缝盒体5，所述裂缝盒体5内部固定设有裂缝母盒体17，裂缝母盒体17裂缝面上设有裂缝进料口 3，裂缝母盒体17通过裂缝进料口 3与注入泵I连通，注入泵I上方连接有存储工作物料的工作物料储液罐2，所述裂缝母盒体17内部置有裂缝子盒体18，所述裂缝子盒体18裂缝面与裂缝母盒体17裂缝面相对，裂缝子盒体18与裂缝母盒体17通过转轴19活动链接，裂缝子盒体18与裂缝母盒体17裂缝面之间设置有液压腔15，所述液压腔15前面从上到下依次设置有液压腔进液口 13和液压腔出液口 14，所述液压腔进液口 13通过管线依次与液压腔注入泵10、液压腔工作液储罐9连接，所述液压腔出液口 14处依次连接有压力表22、回压阀12。
[0024]如图2、图3、图4中所述裂缝盒体5内部设有裂缝母盒体17，所述裂缝母盒体17中置有裂缝子盒体18，所述裂缝子盒体18裂缝面与裂缝母盒体17裂缝面相对，且能以转轴19为中心进行转动，所述裂缝母盒体17和所述裂缝子盒体18裂缝壁面均设有玻璃母视窗20、玻璃子视窗21，所述裂缝母盒体17的尖部设有出液口，该出液口通过管线与外部设有的出口端物料存储罐8连接，这样裂缝母盒体17内的液体通过出液口排出储存在出口端物料存储罐8中，以出口端物料存储罐8的出液量来记录和评断，从而得到实验效果。
[0025]储液罐11所述液压腔15上方的设置有裂缝面运动轨道4，裂缝子盒体18在裂缝面运动轨道4上摆动。
[0026]本实施例中用于存储工作物料的储液罐2、将物料注入裂缝系统的注入泵I及管线，为保证纤维与支撑剂混合物的顺利注入，所用注入泵排量较高，且泵出口内径及管线内径较大，物料储液罐2、注入泵I及管线共同组成物料注入装置。
[0027]裂缝闭合压力模拟装置由裂缝面运动轨道4、液压腔15、液压腔工作液储罐9、液压腔注入泵10、液压腔进液口 13、液压腔出液口 14、液压腔出口回压阀12及裂缝盒体5与密封装置16组成，裂缝盒体5与液压腔15上设有与裂缝面运动轨道4相配合的滑动装置，通过向液压腔15内注入工作液迫使液压腔膨胀，从而推动裂缝子盒体18向裂缝母盒体17移动，达到施加裂缝闭合压力的目的，其压力值可由液压腔压力表22读出。
[0028]裂缝系统由裂缝母盒体17、裂缝子盒体18及转轴19组成，裂缝子盒体18置于裂缝母盒体17中，使裂缝子盒体18裂缝面与裂缝母盒体17裂缝面相对，且能以转轴19为中心进行转动，从而模拟裂缝开启动作，裂缝母盒体17与裂缝子盒体18接触面采用密封材料进行密封，在盒体转轴19部分设有出液口及出口端物料存储罐8，用以收集流出裂缝的物料，出口部分管线上设有回压阀，用于控制出口端压力；裂缝母盒体17和裂缝子盒体18裂缝壁面均设有玻璃母视窗20、玻璃子视窗21，用于观察裂缝内纤维与支撑剂混合物运动形态。
[0029]实施例2:
基于实施例1的基础上，还包括摄像头6，所述摄像头6设置在所述玻璃母视窗20、玻璃子视窗21外部，所述摄像头6外接有计算机7。
[0030]摄像头6为高速摄像头,本实施例选取像素为300w的高速摄像头来摄像记录。
[0031]玻璃母视窗20、玻璃子视窗21外置与计算机7连接的摄像头6，用于记录裂缝开启、延伸及其内部物料流动状态。
[0032]连接外界计算机7，能直接处理数据，高效快速的达到所模拟的状态。
[0033]实施例3:
基于实施例1和实施例2中针对采用预置纤维填砂模型或岩心劈开裂缝充填纤维方式模拟纤维暂堵、稳定砂体、突破压力等实验过程与实际差别较大、所得结果可靠性差的问题，本发明通过纤维混合支撑剂入口装置、缝体、裂缝垂向加压系统、测压装置及恒温装置等，准确模拟纤维压裂突破压力及研究纤维长度直径参数、注入工艺参数、降解与否对压力的影响规律。
[0034]基于设计的纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置，建立集配液、试压、泵注、测压、摄像记录等流程为一体的纤维混合支撑剂裂缝流动模拟评价方法。
[0035]同时，本发明还公开了一种操作简便、实现方便、操作方式灵活且自动化程度及结果可信度高的纤维混合支撑剂裂缝流动模拟评价方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
(I)检查纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置的完好性，打开恒温箱模拟地层温度；恒温箱为整个实验提供温度，以模拟地层温度情况； (2)将压裂液前置液置于工作液储液罐2中，前期先用它撑开裂缝；纤维混合支撑剂与压裂液的混合物配置好后置于另一个工作液储液罐2 ;撑开裂缝后注入此混合物，纤维与支撑剂的质量比为5-30%，纤维一般用压裂用可降解纤维，支撑剂这里选用石英砂；
(3)按照储层实际情况，通过裂缝闭合压力模拟装置给裂缝盒体5施加压力，达到30-60MPa模拟裂缝闭合压力；
(4)通过压力表22设置出口端回压阀压力值为20-30MPa，封堵压力超过此值液体从进口端排出，低于此值则从出口端排出；
(5)通过注入泵I向裂缝中注入可撑开裂缝的压裂液前置液，迫使裂缝张开，然后通过注入泵I及内径达到5-8_的管线注入一定量的纤维、支撑剂与压裂液的混合液，使用摄像头6记录裂缝内物料运动情况，使用压力表22记录缝内压力值，并观察裂缝出口端出液情况；
(6)纤维混合支撑剂缝内运动情况记录后，将裂缝母盒体17、裂缝子盒体18继续在恒温箱内放置若干时间，用以观察记录纤维降解情况，通过再次注入压裂液前置液可模拟纤维降解对缝内注入压力的影响；
(7 )实验完成后，释放整个实验所用的纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置的压力，维护保养实验设备，并整理、分析实验数据。
[0036]实验过程中，可通过恒温箱设置不同的温度，以模拟不同温度下的纤维混合支撑剂运动情况；通过配置不同浓度纤维混合支撑剂及压裂液的混合液模拟不同浓度的纤维缝内运动情况；通过裂缝闭合压力模拟装置设置不同的闭合压力模拟不同裂缝闭合压力下的纤维混合支撑剂运动情况；纤维混合支撑剂缝内运动情况记录后，继续放置不同的时间模拟不同时间下纤维降解情况，通过再次注入压裂液可模拟不同时间下纤维降解对缝内注入压力的影响。
[0037]本实施例所采用的压裂液前置液、压裂液为均常规的试剂，这里不做要求，本发明所涉及的化学试剂如果没有做特殊说明，均为本领域公知的常规的试剂。
[0038]本实验装置除了模拟纤维混合支撑剂缝内流动情况外，同样适用于纯纤维段塞、纯颗粒转向剂段塞、凝胶段塞、纯支撑剂在裂缝内的流动情况，基本实验步骤同上。
[0039]以上是通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以下实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。本实施例没有详细叙述的部件和结构及工艺属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不--叙述。
【权利要求】
1.一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置，其特征在于:包括裂缝盒体(5)，所述裂缝盒体(5)内部固定设有裂缝母盒体(17)，裂缝母盒体(17)裂缝面上设有裂缝进料口(3)，裂缝母盒体(17)通过裂缝进料口(3)与注入泵(I)连通，注入泵(I)上方连接有存储工作物料的工作物料储液罐(2)，所述裂缝母盒体(17)内部置有裂缝子盒体(18)，所述裂缝子盒体(18)裂缝面与裂缝母盒体(17)裂缝面相对，裂缝子盒体(18)与裂缝母盒体(17)通过转轴(19)活动链接，裂缝子盒体(18)与裂缝母盒体(17)裂缝面之间设置有液压腔(15)，所述液压腔(15)前面从上到下依次设置有液压腔进液口(13)和液压腔出液口(14)，所述液压腔进液口(13)通过管线依次与液压腔注入泵(10)、液压腔工作液储罐(9)连接，所述液压腔出液口(14)处依次连接有压力表(22)、回压阀(12)、储液罐(11)。
2.根据权利要求1所述的一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置，其特征在于:所述裂缝母盒体(17)的尖部设有出液口，该出液口通过管线与外部设有的出口端物料存储罐(8)连接。
3.根据权利要求1所述的一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置，其特征在于:所述液压腔(15)与裂缝母盒体(17)通过密封装置(16)连接。
4.根据权利要求3所述的一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置，其特征在于:所述的密封装置(16)为密封胶。
5.根据权利要求1所述的一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置，其特征在于:所述玻璃母视窗(20 )、玻璃子视窗(21)外部设有摄像头(6 )，所述摄像头(6 )外接有计算机(7)。
6.根据权利要求1所述的一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置，其特征在于:所述液压腔(15)为气囊。
7.根据权利要求1一6所述的任意一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置提供一种纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验方法其特征在于:包括以下步骤: (1)检查纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置的完好性，打开恒温箱模拟地层温度；恒温箱为整个实验提供温度，以模拟地层温度情况； (2)将压裂液前置液置于工作液储液罐(2)中，前期先用它撑开裂缝；纤维混合支撑剂与压裂液的混合物配置好后置于另一个工作液储液罐(2);撑开裂缝后注入此混合物，纤维与支撑剂的质量比为5-30% ； (3)按照储层实际情况，通过裂缝闭合压力模拟装置给裂缝盒体(5)施加压力，达到30-60MPa模拟裂缝闭合压力； (4)通过压力表(22)设置出口端回压阀压力值为20-30MPa，封堵压力超过此值液体从进口端排出，低于此值则从出口端排出； (5)通过注入泵(I)向裂缝中注入可撑开裂缝的压裂液前置液，迫使裂缝张开，然后通过注入泵I及内径达到5-8_的管线注入一定量的纤维、支撑剂与压裂液的混合液，使用摄像头(6)记录裂缝内物料运动情况，使用压力表(22)记录缝内压力值，并观察裂缝出口端出液情况； (6)纤维混合支撑剂缝内运动情况记录后，将裂缝母盒体(17)、裂缝子盒体(18)继续在恒温箱内放置若干时间，用以观察记录纤维降解情况，通过再次注入压裂液前置液可模拟纤维降解对缝内注入压力的影响； (7 )实验完成后，释放整个实验所用的纤维混合支撑剂裂缝流动模拟实验装置的压力，维护保养实验设备，并整理、分析实验数据。
【文档编号】G01M10/00GK104406768SQ201410716424
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】许洪星, 王祖文, 张冕, 池晓明, 廖乐军, 李燕红, 高红平, 纪冬冬, 郭艳萍, 杨燕 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司