本发明涉及一种模拟脉冲式加砂压裂压后非连续铺砂裂缝动态闭合过程中压裂液滤失及支撑剂砂柱沉降的可视化测试装置及测试方法。
背景技术：
作为储层增产改造的新兴技术手段之一，脉冲式加砂压裂在全球范围内已得到大规模推广应用。通过在水力人工裂缝内形成不连续支撑，大幅提高裂缝内孔道率及压后油气流动效率，从而实现油气井压后高效生产。然而，压裂施工停泵结束后，泵注阶段形成的缝内非连续铺置支撑剂砂柱在裂缝动态闭合过程中由于砂柱重力效应及压裂液滤失效应将在缝高方向逐渐沉降，从而引起缝内非连续铺砂裂缝孔道率降低，对压后生产过程中油气流动效率带来负面影响。因此，开展裂缝动态闭合过程中压裂液滤失状态下缝内非连续铺置砂柱孔道率变化研究工作，对优化工艺参数及压后返排制度具有重要意义。
目前模拟支撑剂沉降的测试装置及方法主要基于连续充填裂缝，存在如下局限：
1、不能模拟压后裂缝动态闭合。
2、不能模拟裂缝动态闭合过程中压裂液滤失。
3、不能考虑裂缝动态闭合过程中压裂液滤失条件下非连续铺砂裂缝内孔道率变化情况。
4、不能直接观测裂缝动态闭合过程中缝内支撑剂砂柱情况。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种模拟非连续铺砂缝动态闭合的可视化装置及测试方法。本发明可模拟非连续铺砂裂缝孔道率变化的真实条件，满足不同环境条件下缝内孔道率变化的测试要求，可用以指导优化脉冲式加砂压裂工艺参数及压后返排制度以降低缝内非连续支撑孔道率下降带来的不利影响。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种模拟非连续铺砂缝动态闭合的可视化装置，其特征在于：包括驱动机构、可视机构、壳体、可动活塞板和人造岩板，所述壳体呈中空结构，上端封闭下端开口，人造岩板设置在可动活塞板上，可动活塞板设置在壳体内，可动活塞板上表面开设有滤失沟槽和滤失孔，可动活塞板与壳体内腔滑动密封配合，驱动机构与可动活塞板连接带动可动活塞板在壳体内腔中运动，可视机构设置在壳体上表面上。
所述驱动机构包括液压泵、三通、活塞杆、液压缸和下压板，液压泵通过管线与三通连接，三通与液压缸连接，液压缸固定设置在壳体上，可动活塞板固定连接有下压板，活塞杆一端与液压缸固定连接，另一端与下压板固定连接。
所述液压缸为多个，分别通过三通与液压泵连接，分别通过活塞杆与下压板固定连接，液压泵与三通之间的连接管线上设置有第一压力表。
所述可视机构包括视窗上压板和可视玻璃，视窗上压板与可视玻璃通过螺杆、螺帽紧固贴合，可视玻璃与壳体上表面通过第一密封垫圈贴合密封。
所述可动活塞板与壳体内腔通过第二密封垫圈贴合密封，壳体内腔连接有第二压力表。
所述壳体固定设置在支撑底座上，壳体与支撑底座通过旋转锁紧轴固定连接。
所述滤失沟槽为多个，滤失孔设置在可动活塞板上表面中心。
所述滤失孔通过滤失管线连接到废液罐。
一种模拟非连续铺砂缝动态闭合的可视化装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将人造岩板放置于可动活塞板上，制备纤维压裂液，并将其铺置于人造岩板上；
b、制备纤维携砂液，再将纤维携砂液制成支撑剂砂柱并非均匀铺置于人造岩板上表面；
c、启动液压泵，使其匀速增加压力至设计值，推动可动活塞板上行；
d、在可动活塞板上行过程中，纤维压裂液通过人造岩板渗滤至可动活塞板上表面滤失沟槽内，最终通过滤失孔排出；
e、记录单级压力台阶下支撑剂砂柱沉降情况，计算单级压力台阶下缝内孔道率；
f、改变纤维携砂液浓度，得到不同纤维携砂液浓度下支撑剂砂柱沉降情况。
所述人造岩板是根据储层孔隙度、渗透率和含水饱和度加工而成，其参数与储层物性参数一致。
所述纤维压裂液与现场使用的纤维压裂液参数一致，纤维携砂液与现场使用的纤维携砂液参数一致。
采用本发明的优点在于：
一、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：(1) 可真实模拟压后裂缝动态闭合过程；(2) 可模拟裂缝动态闭合过程中压裂液滤失情况；(3) 可实现对裂缝动态闭合过程中压裂液滤失条件下非连续铺砂裂缝内孔道率变化情况的考察；(4) 可直接观测裂缝动态闭合过程中缝内支撑剂砂柱情况。
二、本发明原理可靠，结构简单，测试方法有效，可用于研究脉冲式加砂压裂压后裂缝动态闭合过程中非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱沉降情况，考察压后裂缝动态闭合过程中压裂液动态滤失，测定裂缝动态闭合过程中压裂液滤失条件下非连续铺砂缝内孔道率变化情况，克服了现有技术缺陷，为研究脉冲式加砂压裂压后非连续铺砂裂缝缝内孔道率有效性提供了保证。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图
图2为本发明可动活塞板及下压板俯视图
图3为本发明可动活塞板及下压板侧视图
图中标记为：1、液压泵，2、第一压力表，3、三通，4、螺杆，5、螺帽，6、第二压力表，7、视窗上压板，8、可视玻璃，9、壳体，10、可动活塞板，11、下压板，12、活塞杆，13、滤失孔，14、液压缸，15、旋转锁紧轴，16、支撑底座，17、滤失管线，18、废液罐，19、第一密封垫圈，20、第二密封垫圈，21、人造岩板，22、滤失沟槽。
具体实施方式
实施例1
一种模拟非连续铺砂缝动态闭合的可视化装置，包括驱动机构、可视机构、壳体9、可动活塞板10和人造岩板21，所述壳体9呈中空结构，上端封闭下端开口，人造岩板21设置在可动活塞板10上，可动活塞板10设置在壳体9内，可动活塞板10上表面开设有人滤失沟槽22和滤失孔13，可动活塞板10与壳体9内腔滑动密封配合，驱动机构与可动活塞板10连接带动可动活塞板10在壳体9内腔中运动，可视机构设置在壳体9上表面上。
所述驱动机构包括液压泵1、三通3、活塞杆12、液压缸14和下压板11，液压泵1通过管线与三通3连接，三通3与液压缸14连接，液压缸14固定设置在壳体9上，可动活塞板10固定连接有下压板11，活塞杆12一端与液压缸14固定连接，另一端与下压板11固定连接。
所述液压缸14为多个，分别通过三通3与液压泵1连接，分别通过活塞杆12与下压板11固定连接，液压泵1与三通3之间的连接管线上设置有第一压力表2。
所述可视机构包括视窗上压板7和可视玻璃8，视窗上压板7与可视玻璃8通过螺杆4、螺帽5紧固贴合，可视玻璃8与壳体9上表面通过第一密封垫圈19贴合密封。
所述可动活塞板10与壳体9内腔通过第二密封垫圈20贴合密封，壳体9内腔连接有第二压力表6。
所述壳体9固定设置在支撑底座16上，壳体9与支撑底座16通过旋转锁紧轴15固定连接。
所述人滤失沟槽22为多个，滤失孔13设置在可动活塞板10上表面中心。
所述滤失孔13通过滤失管线17连接到废液罐18。
本发明中，所述液压缸14可推动可动活塞板10上行移动，模拟压后裂缝动态闭合过程的真实情况。可动活塞板10上开设有滤失孔13、人滤失沟槽22，可在裂缝动态闭合过程中为压裂液滤失提供流动通道，真实模拟压裂液动态滤失情况。视窗上压板7及可视玻璃8可直接观测裂缝动态闭合过程中压裂液滤失条件下支撑剂砂柱缝内沉降情况。
一种模拟非连续铺砂缝动态闭合的可视化装置的测试方法，包括如下步骤：
a、将人造岩板21放置于可动活塞板10上，制备纤维压裂液，并将其铺置于人造岩板21上；
b、制备纤维携砂液（只要浓度与现场使用纤维携砂液相同即可，量无要求），再将纤维携砂液制成支撑剂砂柱并非均匀铺置于人造岩板21上表面；
c、启动液压泵1，使其匀速增加压力至设计值，推动可动活塞板10上行；
d、在可动活塞板10上行过程中，纤维压裂液通过人造岩板21渗滤至可动活塞板10上表面人滤失沟槽22内，最终通过滤失孔13排出；
e、记录单级压力台阶下支撑剂砂柱沉降情况，计算单级压力台阶下缝内孔道率；
f、改变纤维携砂液浓度，得到不同纤维携砂液浓度下支撑剂砂柱沉降情况。
所述人造岩板21是根据储层孔隙度、渗透率和含水饱和度加工而成，其参数与储层物性参数一致。
所述纤维压裂液与现场使用的纤维压裂液参数一致，纤维携砂液与现场使用的纤维携砂液参数一致。
实施例2
一种模拟非连续铺砂缝动态闭合的可视化装置的测试方法，包括以下步骤：
1、将人造岩板21放置于可动活塞板10上，制备纤维压裂液2.432L，并将其铺置于人造岩板21上；
2、称取支撑剂120g并制备砂浓度为360kg/m3的纤维携砂液，并将支撑剂砂柱非均匀铺置于人造岩板21上表面；
3、在壳体9上表面密封凹槽内设置第一密封垫圈19，依次放置可视玻璃8及视窗上压板7；
4、通过螺帽5及螺杆4紧固视窗上压板7及可视玻璃8；调整旋转锁紧轴15，使壳体9及其相连视窗上压板7、下压板11处于垂直方向；
5、缓慢启动液压泵1，使其匀速增加压力至设计值大小；
6、在液压泵1通过液压缸14内上行活塞推动可动活塞板10上行过程中，纤维压裂液通过人造岩板21渗滤至可动活塞板10上表面人滤失沟槽22内，最终通过滤失孔13及滤失管线17进入废液罐18内；
7、图像记录单级压力台阶下可视玻璃8内支撑剂砂柱沉降情况，通过图像处理软件计算单级压力台阶下缝内孔道率；计算方法为现有方法；
8、改变纤维携砂液浓度，得到不同纤维携砂液浓度下可视玻璃8内支撑剂砂柱沉降情况。
假设模拟对象为气井脉冲式加砂压裂压后停泵闭合阶段，支撑裂缝为非连续铺砂裂缝，主要参数如下：支撑剂砂柱浓度360kg/m3，非连续铺砂裂缝初始孔道率34%，地层闭合压力57MPa，地层闭合时间23min，裂缝凹槽面积0.076m2，裂缝凹槽初始体积0.002432m3。则所需纤维压裂液液量为：
，
上式中，Vf是裂缝凹槽初始体积，hf是裂缝凹槽初始宽度，wf是裂缝凹槽初始高度，lf是裂缝凹槽初始长度。
本实施例中，所述纤维携砂液铺置区为非连续铺置。闭合压力加载过程为动态无级变化。
实施例3
本实施例结合附图对本发明中的装置进行说明。
如图1—3所示，一种模拟非连续铺砂缝动态闭合的可视化装置，主要由液压泵1、视窗上压板7、下压板11、可动活塞板10、壳体9、人造岩板21、液压缸14、活塞杆12、可视玻璃8、支撑底座16、旋转锁紧轴15、第一压力表2、第二压力表6、废液罐18组成。所述视窗上压板7、可视玻璃8通过螺杆4、螺帽5紧固贴合；所述可视玻璃8与壳体9上表面通过第一密封垫圈19贴合密封；所述可动活塞板10与壳体9内腔通过第二密封垫圈20贴合密封；所述壳体9与支撑底座16通过旋转锁紧轴15连接；所述液压缸14与活塞杆12通过螺纹连接紧固；所述活塞杆12与下压板11通过螺帽5紧固连接；所述三通3与液压泵1、液压缸14连接；所述滤失孔13与滤失管线17、废液罐18依次连接；所述可动活塞板10上表面开设有滤失沟槽22，上表面中心开设有滤失孔13。