一种测量支撑剂在岩层中分布的装置及其测量方法与流程

本发明涉及一种测量支撑剂在岩层中分布的装置及其测量方法，属于油气勘探技术领域。

背景技术：

随着油气勘探开发对象逐步由传统油气藏转向非常规油气藏，水力压裂技术已成为油气高效开发中的一项关键技术。

在水力压裂施工中，支撑剂在裂缝中的分布是影响裂缝导流能力的重要因素，因此备受关注。目前，水力压裂中的裂缝起裂和扩展一般可通过室内实验和数值模拟进行研究，但是支撑剂在裂缝中的铺陈规律则没有有效的实验测量手段，目前检测不到内部的裂隙，只能通过数值方法进行模拟。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实时检测岩样内磁场变化，使试验更加准确的测量支撑剂在岩层中分布的装置及其测量方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种测量支撑剂在岩层中分布的装置，该装置包括一上端敞口的圆筒形壳体、一端盖、一控制及处理装置、若干两端敞口的空心承载体以及与所述承载体数量相同的磁通门传感器安装座；所述壳体顶部固定设置所述端盖，所述端盖顶部间隔设置至少三个与所述壳体内部连通的连接孔；所述壳体外侧面周向纵向均匀间隔设置若干所述承载体，每一所述承载体内部分别固定设置一所述磁通门传感器安装座，每一所述磁通门传感器安装座内分别固定设置有若干磁通门传感器，每一所述磁通门传感器分别连接所述控制及处理装置。

进一步地，每一所述承载体与所述壳体外侧面之间分别固定设置有钢化玻璃隔板。

进一步地，所述钢化玻璃隔板两侧与所述承载体的连接处设置为倒角结构，且所述倒角结构与所述承载体之间设置有橡胶垫片。

进一步地，每一所述磁通门传感器安装座均包括一C型钢轨道，所述C型钢轨道内自上而下依次设置有若干支撑座，每一所述支撑座的内侧面固定设置一T型凸块，位于所述T型凸块两侧的所述支撑座内侧面分别开设有一导线槽，所述支撑座的外侧面横向开设有一个以上用于放置所述磁通门传感器的安装槽，所述安装槽分别与相应所述导线槽连通，所述C型钢轨道两侧面分别固定设置一导线盒，所述C型钢轨道的顶部固定设置一集线盒，所述集线盒通过数据线连接所述控制级处理装置；所述C型钢轨道底部固定设置一下封堵板，所述C型钢轨道顶部位于所述集线盒一侧固定设置一上封堵板。

进一步地，每一所述磁通门传感器安装座均包括一C型钢轨道，所述C型钢轨道内自上而下依次设置有若干支撑座，每一所述支撑座的内侧面固定设置一T型凸块，位于所述T型凸块两侧的所述支撑座内侧面分别开设有一导线槽，所述支撑座的外侧面横向开设有一个以上用于放置所述磁通门传感器的安装槽，所述安装槽分别与相应所述导线槽连通，所述C型钢轨道两侧面分别固定设置一导线盒，所述C型钢轨道的顶部固定设置一集线盒，所述集线盒通过数据线连接所述控制级处理装置；所述C型钢轨道底部固定设置一下封堵板，所述C型钢轨道顶部位于所述集线盒一侧固定设置一上封堵板。

进一步地，所述端盖周向间隔向外延伸设置若干上固定座，与所述上固定座位置相对应，所述壳体顶部周向间隔向外延伸设置若干下固定座，且所述上固定座和下固定座对应设置有安装孔。

进一步地，所述端盖底部与壳体顶部之间固定设置有一橡胶密封圈。

为实现上述目的，本发明还提供了一种测量支撑剂在岩层中分布的测量方法，其特征在于包括以下步骤：1)制作支撑剂；2)在井下采掘工作面上钻取若干块状新鲜岩样，快速将所取块状岩样进行严密封装后送至地面实验室；3)将块状岩样放置在壳体内，将端盖的上固定座与壳体的下固定座通过安装螺栓固定连接，并将压裂设备与端盖顶部的连接孔连接；4)通过控制及处理装置控制所有磁通门传感器工作，对壳体内部磁场进行测量，磁通门传感器将测得的数据通过数据线传输给控制及处理装置，并在控制及处理装置的计算机上显示出来，计算机对数据进行处理分析得到岩样的初始磁场三维图；通过压裂设备对块状岩样进行压裂，并在压裂的过程中在岩样内加入支撑剂，在压裂的过程中，磁通门传感器实时对岩样内磁场进行测量并将测得的数据经数据采集装置发送到计算机，计算机通过对数据的处理分析并作出一系列的实时磁场三维图，压裂完毕后得到岩样的最终磁场三维图；5)打开端盖，将壳体内经过压裂后的岩样清理干净，重新装填块状岩样，重复步骤4)进行多次试验；6)通过对比每次试验中岩样的初始磁场三维图和压裂完毕后得到岩样的最终磁场三维图，采用最终的磁场分布三维图去除初始磁场三维图，得到磁场变化部分的三维图，即得出支撑剂在岩样中分布情况，也能够得到裂缝在岩样中的分布情况，最后将压裂设备卸下，将岩样取出，并对壳体内壁进行清理维护。

进一步地，所述步骤1)制作支撑剂的具体过程为：选取若干小铁粒，并将其磁化；将已磁化的小铁粒放在一级振动筛上，筛选三次后，将剩余的小铁粒再通过二级振动筛，筛选三次后，将小铁粒较为稀疏的平铺在传送带上，在传送过程中利用磁通门传感器进行检测，当检测到的磁场误差在事先检测到的合格产品的磁场范围的900％到110％之间，视为合格，否则传动带停止，将传送门处的小铁粒去除，进行过筛和磁化，反复三次后，剩余的小铁粒可认为是合格产品；将油页岩渣、铝矾土、锰矿粉、铁粉和粘结剂以一定比例混合后贴附于小铁粒外表面，并在小铁粒的最外层均匀涂抹上一层树脂，制成支撑剂。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于将磁通门传感器两个为一组对安装在支撑座的安装槽内，支撑座通过T形凸块自上而下依次安装在C型钢轨道内，本发明磁通门传感器对称设置，且使得在同样体积下有更多的检测装置能够实时检测岩样内的磁场变化，使试验更加准确可靠。2、本发明的支撑座内侧面位于T形凸块两侧分别开设有导线槽，数据线通过两个导线槽伸出，C型钢轨道两侧分别固定连接有导线盒，C型钢轨道顶部固定连接有集线盒，数据线穿出导线槽通过导线盒汇聚在集线盒内，因此本发明数据线占用空间小，分布更加条理，避免数据线相互干扰。3、本发明的钢化玻璃隔板两侧与承载体的连接处设置为倒角结构，倒角结构与承载体之间设置有橡胶垫片，当壳体内的压力过大时会挤压钢化玻璃隔板，因此本发明密闭性更好，有效避免侧漏的发生。4、本发明端盖底部与壳体顶部之间设有橡胶密封圈，使得密闭性大大增强；另外，端盖底部与壳体顶部通过螺栓固定连接，可根据实际对壳体内部压力的要求，而无需固定安装所有的安装螺栓，当压力相对较小时，可间隔固定安装螺栓，灵活性较强。5、本发明的支撑剂内核为磁化后的小铁粒，外部贴附有由油页岩渣铝矾土、锰矿粉和粘结剂以一定比例混合的混合物，最外层涂抹有树脂，使得支撑剂内具有一定强度的磁场，保证其高强度和流动性。综上所述，本发明设计合理，可以广泛应用于测量支撑剂在岩层中分布情况。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明壳体的结构示意图；

图3是本发明钢化玻璃隔板的结构示意图；

图4是本发明磁通门传感器安装座的结构示意图；

图5是本发明支撑座的结构示意图；

图6是本发明端盖的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1～3所示，本发明提供的测量支撑剂在岩层中分布的装置，包括一上端敞口的圆筒形壳体1、一端盖2、一控制及处理装置3、若干两端敞口的空心承载体4以及与承载体4数量相同的磁通门传感器安装座5。

壳体1顶部固定设置端盖2，端盖2顶部间隔设置有至少三个与壳体1内部连通的连接孔6。壳体1外侧面周向纵向均匀间隔设置若干承载体4，每一承载体4与壳体1外侧面之间分别固定设置一钢化玻璃隔板7，每一承载体4内部分别固定设置一磁通门传感器安装座5，每一磁通门传感器安装座5内分别固定设置有若干磁通门传感器，每一磁通门传感器分别连接控制及处理装置3，控制及处理装置3实时处理磁通门传感器输出的数据得到相应的磁场三维图，通过对多个磁场三维图分析进而能够得到支撑剂在岩层的分布情况。

在一个优选的实施例中，如图4、图5所示，每一磁通门传感器安装座5均包括一横截面为C型的C型钢轨道51，C型钢轨道51内自上而下依次设置有若干支撑座52，每一支撑座52的内侧面固定设置一T型凸块53，位于T型凸块53两侧的支撑座52内侧面分别开设有一导线槽54，支撑座52的外侧面横向开设有两个用于放置磁通门传感器8的安装槽，安装槽分别与相应导线槽54连通，C型钢轨道51两侧面分别固定设置一导线盒55，且C型钢轨道51的顶部固定设置一集线盒56，集线盒56通过数据线连接控制级处理装置3，另外，C型钢轨道51底部固定设置一下封堵板57，且C型钢轨道顶部位于集线盒56一侧固定设置一上封堵板58。

在一个优选的实施例中，如图1和图6所示，端盖2周向间隔向外延伸设置若干上固定座21，与上固定座21位置相对应，壳体1顶部周向间隔向外延伸设置若干下固定座11，且上固定座21和下固定座11对应设置有安装孔22(12)，使用时，通过安装螺栓对端盖2和壳体1进行锁紧固定，另外，端盖2底部与壳体1顶部之间可以固定设置有一橡胶密封圈23。

在一个优选的实施例中，如图3所示，钢化玻璃隔板7两侧与承载体4的连接处可以设置为倒角结构，且倒角结构与承载体4之间设置有橡胶垫片。

在一个优选的实施例中，如图1所示，控制及处理装置3可以采用现有电气控制柜31、数据采集装置(图中未示出)和计算机32，电气控制柜用于对每一磁通门传感器的工作过程进行控制，每一磁通门传感器将获取的数据经数据采集装置发送到计算机，计算机记录并实时处理磁通门传感器输出的数据得到相应的磁场三维图，可以通过对多个磁场三维图分析得到支撑剂在岩层的分布情况，数据处理过程为现有技术，在此不再赘述。

下面通过具体实施例详细说明采用本发明的装置对支撑剂在岩层中分布情况进行测量的具体过程：

1、制作支撑剂

选取若干小铁粒，直径约为0.3mm，能够承受约150MPA压力，并将其磁化；

将已磁化的小铁粒放在一级振动筛上，筛孔直径为0.15mm到0.2mm之间，筛选三次后，将剩余的小铁粒再通过二级振动筛，筛孔直径为0.2mm到0.3mm之间，筛选三次后，将小铁粒较为稀疏的平铺在传送带上，在传送过程中利用磁通门传感器进行检测，当检测到的磁场误差在事先检测到的合格产品的磁场范围的900％到110％之间，视为合格，否则传动带停止，工作人员将传送门处的小铁粒去除，进行过筛和磁化，反复三次后，剩余的小铁粒可认为是合格产品；

将油页岩渣、铝矾土、锰矿粉、铁粉和粘结剂以一定比例混合后(比例约为4:10:1:4:1)贴附于小铁粒外表面，并在小铁粒的最外层均匀涂抹上一层厚约为0.2mm的树脂，制成支撑剂。

2、采集岩样

在井下采掘工作面上钻取若干块状新鲜岩样，迅速将所取块状岩样进行严密封装后送至地面实验室。

3、对用于测量支撑剂在岩层中分布的装置进行安装

将下封堵板57通过螺栓安装在C型钢轨道51底部，将磁通门传感器8两个为一组对应安装在支撑座52的安装槽内，数据线通过导线槽54伸出，支撑座52通过T形凸块53自上而下依次安装在C型钢轨道51内，数据线通过导线盒55汇聚在集线盒56内，集线盒56通过数据线与控制及处理装置3连接，并将上封堵板58固定连接在C型钢轨道51顶部；

将所有磁通门传感器安装座52分别通过连接螺栓对应安装在承载体4内，将钢化玻璃隔板7通过平头螺栓固定在承载体4与壳体1之间，并将每块钢化玻璃隔板7两侧与承载体的连接处设置橡胶垫片；

将块状岩样放置在壳体1内，将端盖2的上固定座21与壳体1的下固定座11通过安装螺栓固定连接，并将压裂设备与端盖2顶部的连接孔6连接。

4、测量支撑剂在岩样中的分布试验

通过控制及处理装置3控制所有磁通门传感器8工作，对壳体1内部磁场进行测量，磁通门传感器8将测得的数据通过数据线传输给控制及处理装置3，并在控制及处理装置3的计算机32上显示出来，计算机32对数据进行处理分析得到岩样的初始磁场三维图；

通过压裂设备对块状岩样进行压裂，并在压裂的过程中在岩样内加入支撑剂，在压裂的过程中，磁通门传感器8实时对岩样内磁场进行测量并将测得的数据经数据采集装置发送到计算机32，计算机32通过对数据的处理分析并作出一系列的实时磁场三维图，压裂完毕后得到岩样的最终磁场三维图。

5、更换岩样

打开端盖2，将壳体1内经过压裂后的岩样清理干净，重新装填块状岩样，重复步骤4，进行多次试验。

6、试验结束

通过对比每次试验中岩样的初始磁场三维图和压裂完毕后得到岩样的最终磁场三维图，通过图像“减法”，用最终的磁场分布三维图去除初始磁场三维图，即可得到磁场变化部分的三维图，即得出支撑剂在岩样中分布情况，也就可以得到裂缝在岩样中的分布情况，最后将压裂设备卸下，将岩样取出，并对壳体内壁进行清理维护。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。