[發(fā)明專利]一種模擬支撐劑在裂縫中鋪置的實(shí)驗(yàn)裝置及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210038946.8
• 申請(qǐng)日: 2012-02-20
• 公開（公告）號(hào): CN102590888A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 溫慶志;羅明良;翟恒立;潘曉軍;戰(zhàn)永平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): G01V9/00
• 分類號(hào): G01V9/00
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模擬支撐劑在裂縫中鋪置的實(shí)驗(yàn)裝置及其應(yīng)用，屬于油氣田開發(fā)研究技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在水力壓裂中，支撐劑在裂縫中的鋪置的情況對(duì)作業(yè)的成功起著至關(guān)重要的作用。在壓裂過程中，混砂液經(jīng)泵的輸送進(jìn)入裂縫中，支撐劑在重力、浮力、水平方向液體攜帶力、粘滯阻力的影響下，在裂縫的垂直剖面上存在濃度差別，自上而下可分為無砂區(qū)、懸浮區(qū)、顆粒滾流區(qū)、砂堤。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，支撐劑可能會(huì)全部沉降至裂縫底部，導(dǎo)致裂縫上部無支撐劑充填，從而形成無效的裂縫支撐，這樣嚴(yán)重影響了裂縫的導(dǎo)流能力和壓裂的增產(chǎn)效果。因此對(duì)支撐劑運(yùn)移及鋪置情況的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)水力壓裂措施的關(guān)鍵所在。

中國專利申請(qǐng)CN102183796公開了一種模擬支撐劑回流的測(cè)試裝置及方法，雖然具有導(dǎo)流室，對(duì)支撐劑具有導(dǎo)流的作用，但是與本申請(qǐng)具有以下區(qū)別：1、研究的目的不同。專利申請(qǐng)CN102183796是為了掌握生產(chǎn)工藝對(duì)支撐劑回流的影響，從而改進(jìn)生產(chǎn)工藝；本申請(qǐng)是為了優(yōu)化支撐劑在裂縫中的鋪置，提高裂縫的導(dǎo)流能力，從而提出更加合理的施工參數(shù)(如施工排量)、選擇更優(yōu)良的壓裂液體系和支撐劑類型。2、解決的問題不同。專利申請(qǐng)CN102183796主要研究油藏壓裂以后生產(chǎn)過程中支撐劑的回流，要解決生產(chǎn)過程的問題；而本申請(qǐng)主要研究壓裂施工過程中支撐劑的鋪置，要解決壓裂過程的問題。3、實(shí)驗(yàn)裝置的核心部件完全不同。專利申請(qǐng)CN102183796的核心部件是標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)流室，長(zhǎng)度18cm，寬度3.4cm，厚度2.0cm，密封不透明，鋼質(zhì)材料；本申請(qǐng)的核心部件是大尺度可視平板，長(zhǎng)度4m，高度1m，寬度可調(diào)，可視，特種玻璃。兩者尺寸不是一個(gè)數(shù)量級(jí)，所用材料不同。4、實(shí)驗(yàn)工作液不同。專利申請(qǐng)CN102183796用純液體作為工作液，而本申請(qǐng)用壓裂液和支撐劑的混合液作為工作液。

目前，國內(nèi)油田現(xiàn)場(chǎng)壓裂設(shè)計(jì)模擬支撐劑在裂縫中的運(yùn)移及鋪置規(guī)律時(shí)，常憑經(jīng)驗(yàn)或理論計(jì)算。國外研究此規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置有同心圓筒裝置和平板裝置，但是其實(shí)驗(yàn)裝置并沒有按照相似性原則確定室內(nèi)模擬參數(shù)，具有尺寸較小，只能對(duì)支撐劑的沉降進(jìn)行簡(jiǎn)單研究，無法研究砂堤的堆積及鋪置規(guī)律，此外，模型沒考慮裂縫壁面的不光滑、壓裂液在裂縫的濾失以及井筒射孔孔眼孔徑、相位及密度，因此和實(shí)際情況有較大的出入。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種大尺度、可視化的模擬支撐劑在裂縫中鋪置的實(shí)驗(yàn)裝置，應(yīng)用于水力壓裂時(shí)，該實(shí)驗(yàn)裝置能優(yōu)選出適合不同裂縫的支撐劑、壓裂施工參數(shù)及優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)等。

本發(fā)明還提供一種利用上述實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行模擬支撐劑在裂縫中鋪置的實(shí)驗(yàn)方法。

技術(shù)術(shù)語解釋：

全直徑巖心的斷裂面：指用取心技術(shù)從油(氣)層中取出的巖心，經(jīng)過劈分形成斷裂面。

支撐劑：為具有一定粒度和級(jí)配的天然砂或人造高強(qiáng)陶瓷顆粒。支撐劑由壓裂液帶入并支撐在壓裂地層的裂隙中，從而有效地將油氣導(dǎo)入油氣井，大幅度提高油氣產(chǎn)量和延長(zhǎng)油井壽命。

相似原理：本發(fā)明所述的相似原理屬于公知原理，參見袁恩熙《工程流體力學(xué)[M]》，石油工業(yè)出版社，105-109。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種模擬支撐劑在裂縫中鋪置的實(shí)驗(yàn)裝置，包括人工裂縫，所述的人工裂縫包括兩張相互平行設(shè)置的透明平板，在兩張透明平板的上下兩端分別通過包邊框密封，在透明平板的左端設(shè)置一個(gè)模擬井筒，在透明平板的右端設(shè)置一個(gè)出液管，所述透明平板、包邊框、模擬井筒的筒壁和出液管的筒壁共同圍成一個(gè)密閉空間；所述模擬井筒頂部設(shè)置有進(jìn)料口、模擬井筒的底部設(shè)置有卸料口，在模擬井筒壁上且朝向密閉空間方向均勻設(shè)置有多個(gè)筒壁射孔，所述進(jìn)料口、卸料口和筒壁射孔相互貫通；在模擬井筒的進(jìn)料口處設(shè)置有流量計(jì)和壓力表；所述出液管頂部設(shè)置有回料口、出液管底部卸料口，在出液管壁上且朝向密閉空間方向均勻設(shè)置有多個(gè)孔眼，所述回料口、卸料口和孔眼相互貫通；在出液管的回料口處設(shè)置有流量計(jì)和壓力表。

所述的實(shí)驗(yàn)裝置還包括數(shù)據(jù)采集控制板和計(jì)算機(jī)，所述實(shí)驗(yàn)裝置所采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集控制板傳輸至計(jì)算機(jī)。

優(yōu)選的，所述透明平板的長(zhǎng)度為4m，高度為1m，厚度為4cm，兩透明平板的間距可調(diào)，間距調(diào)整范圍為：2-14mm；所述透明平板內(nèi)壁面粘貼有塑料膜，所述塑料膜的表面粗糙度與實(shí)際施工層的全直徑巖心的斷裂面的粗糙度相同。在利用本發(fā)明進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，選擇與實(shí)際粗糙度相同的塑料膜貼置兩透明平板內(nèi)壁上，以使得模擬環(huán)境與現(xiàn)實(shí)環(huán)境完全一致。