[發(fā)明專利]一種模擬頁巖氣壓后單縫返排的實驗裝置及方法

有效

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• 申請日: 2015-10-29
• 公開（公告）號: CN105301192B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 李海濤;王科;陽明君;張建豐;羅紅文;夏濤;張楠;王旦丹
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種模擬頁巖氣壓后單縫返排的實驗裝置，其特征在于，它包括導流室腔(11)、液壓油儲存空腔(14)、溫度控制窗口(7)、液壓油進出及控制窗口(8)、位移計(6)、密封夾持桿(1)和(9)；所述導流室腔由改造的巖心夾持器構成，導流室腔為環(huán)形結構，導流室腔(11)側面包裹有橡膠圈(12)，橡膠圈的最右端向內有一環(huán)形突出(13)，且整個導流室腔(11)四周設有刻度(5)，刻度(5)為長直線，延伸至夾持器兩端外側；導流室腔(11)非橡膠圈部分是內螺紋，依然標有刻度(5)；

導流室腔向外是液壓油儲存空腔(14)，空腔內有電阻絲(10)，空腔外壁有液壓油進出及控制窗口(8)、溫度控制窗口(7)；穿過上下端空腔正中間部分各有一個與空腔隔絕的小圓柱形孔道(6)，內端與導流室腔相通，用來安裝位移接收器；

導流室腔兩端是活動的密封夾持桿(1)、(9)，右端的出口端密封夾持桿(1)內部有導流孔(3)、溫度監(jiān)測孔(2)、壓力監(jiān)測孔(4)，左端的入口端密封夾持桿(9)只有壓力監(jiān)測孔(4)；兩段夾持桿上都有長段外螺紋(1-2)、(9-2)，內端面上都有環(huán)形橡膠圈(1-33)、(9-33)，包裹端面外圍；入口端密封夾持桿(9)有4圈陣列排布的導流孔，由內向外的4圈陣依次設有1個導流孔、6個導流孔、12個導流孔、18個導流孔，端面(9-3)由外圍到圓心呈階梯狀收縮，整個端面成凹形，且凹面底部距平面很小；出口端密封夾持桿(1)內側端面(1-3)有一條螺旋形導流槽(1-32)向圓心收縮直至形成一個圓心導流孔(1-31)，導流槽每一級槽兩端都有與外圍環(huán)形橡膠圈平齊的隔擋(1-34)，整個端面也呈凹形，凹面底部距平面很小；

導流室腔出口端裝有尾部監(jiān)測裝置，尾部監(jiān)測裝置分為流量監(jiān)測裝置及出砂監(jiān)測裝置，流量監(jiān)測裝置主要是流量計；出砂監(jiān)測裝置分為彎管部分及聲波檢測部分，聲波檢測部分與計算機相連；

裂縫由兩塊半圓柱體巖心(19)、(20)模擬，兩半圓柱巖心側面頂端中心部分各裝有一個位移發(fā)射器(22)，圓柱巖心左右平面上標有刻度(5)；

巖心裝入夾持器之前有一個橡膠套筒(15)，套筒上下側面中心部分各有一個圓形開口(17)，套筒側面有開口及絲扣(16)，套筒內部也標有刻度(5)。

2.根據(jù)權利要求1所述一種模擬頁巖氣壓后單縫返排的實驗裝置，其特征在于，所述的環(huán)形導流室腔非橡膠圈部分有內螺紋，兩段密封夾持桿上有配套長段外螺紋，夾持桿旋入的長短能適應巖心長短的變化。

3.根據(jù)權利要求1所述一種模擬頁巖氣壓后單縫返排的實驗裝置，其特征在于，所述的裂縫是由兩塊半圓柱體大理石模擬，大理石按照以下加工方法制備：

(1)長度為70mm-300mm之間，直徑為50mm的整塊圓柱體大理石，然后經(jīng)過自然水平破裂，保證巖心破裂面整體在一個水平面上，且接觸面凹凸不平；

(2)該大理石材料與頁巖的密度、硬度相近，且潤濕性相同。

4.根據(jù)權利要求1所述一種模擬頁巖氣壓后單縫返排的實驗裝置，其特征在于，實驗過程中測量裂縫縫寬的變化主要通過穿過巖心夾持器側面的位移接收器及巖心側面中心上裝的位移發(fā)射器來測量，然后減去巖心直徑，即為裂縫縫寬。

5.根據(jù)權利要求1所述一種模擬頁巖氣壓后單縫返排的實驗裝置，其特征在于，出口端密封夾持桿導流槽槽面兩端都有與外圍密封環(huán)形橡膠圈平齊的隔擋，整個端面呈凹形，內凹程度很小。

6.根據(jù)權利要求1所述一種模擬頁巖氣壓后單縫返排的實驗裝置，其特征在于，入口端密封夾持桿外3圈導流孔分別與中心導流孔恰好在一條直徑上或接近一條直線上。

7.一種利用如權利要求1所述裝置模擬頁巖氣壓后單縫返排的實驗方法，其特征在于，其包括步驟如下：

(1)先將大理石巖心烘干稱重，質量為m₁；

(2)將不同粒徑大小的支撐劑按一定的鋪砂濃度鋪在裂縫指定區(qū)域，以實現(xiàn)裂縫的有效縫寬以及模擬壓裂作業(yè)時不同粒徑支撐劑的沉降規(guī)律，加入的支撐劑總量除以裂縫接觸面積即為裂縫的初始有效縫寬；

(3)鋪好支撐劑的巖心在巖心橡膠套筒按刻度對齊固定好后按環(huán)形導流室腔內刻度塞入環(huán)形導流室腔，直至最右端不能動為止，將兩段密封夾持桿旋入環(huán)形的導流室腔以實現(xiàn)密封；

(4)看巖心夾持器放位移接收器的孔與巖心上的位移發(fā)射器是否在一條直線上，是的話將位移接收器裝入巖心夾持器側面，否的話重新裝入巖心及橡膠套筒；

(5)打開數(shù)據(jù)控制與采集系統(tǒng)，包括計算機、位移計、溫度計、壓力計、流量計及出砂監(jiān)測裝置，記錄最開始數(shù)據(jù)；

(6)打開液壓與溫控裝置給巖心加壓加溫，直到達到壓力與溫度要求且穩(wěn)定，同時通過位移計記錄縫寬的變化直至位移計顯示的縫寬不變；

(7)打開泵組向環(huán)形導流室腔注入壓裂液，同時記錄巖心兩端的壓力差、溫度、流量、縫寬(位移計)的變化，并記錄出砂的最小流速；并繼續(xù)增大流體流速，記錄出砂量；

(8)階段實驗結束后，啟動泄壓裝置、關閉溫控裝置以及所有數(shù)據(jù)采集與控制裝置；旋出位移接收器，取出巖心；

(9)觀察巖心裂縫面上的支撐劑嵌入情況及支撐劑破裂情況，做好統(tǒng)計；然后對裂縫壁面每個區(qū)域的支撐劑取樣進行篩分稱重，并做好記錄；

(10)將裂縫壁面的支撐劑處理干凈后再次將巖心進行稱重，質量為m₂；

(11)改變巖心的長度，做同樣的處，即改變縫長，重復上述實驗；

(12)將液壓泵改為氣體泵，重復上述實驗。