[發明專利]一種模擬裂縫閉合后支撐劑回流的測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202010002495.7
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111060284B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 張濱海;李紫晗;黃晶;程宇雄;李瑩瑩;周定照;黃兆鑫
• 申請（專利權）人: 中海石油（中國）有限公司;中海石油（中國）有限公司北京研究中心
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 孫楠

1.一種模擬裂縫閉合后支撐劑回流的測試裝置，其特征在于：包括第一平流泵、輸液管線、可控溫中間容器、供壓系統、可視化集砂器、天平和數據采集系統；所述第一平流泵一端與裝有實驗液體的容器連接，另一端經所述輸液管線依次與所述可控溫中間容器、供壓系統第一端連接，所述供壓系統第二端經所述輸液管線分別與所述可視化集砂器和天平連接；且所述供壓系統第二端還與所述數據采集系統電連接；所述供壓系統設置為兩個，兩個所述供壓系統并聯設置；

所述供壓系統包括殼體、液壓機、壓力補償泵、液壓平臺、導流室、液壓缸、旋轉螺桿和電動機；所述殼體由上殼體和下殼體構成，所述下殼體內設置有所述液壓機、壓力補償泵和液壓缸，所述液壓機與所述液壓缸連接，所述液壓機與所述液壓缸之間設置有所述壓力補償泵；所述上殼體內設置有所述液壓平臺，所述液壓平臺底部設置有兩個疊放的所述導流室，位于下部的所述導流室底部與所述液壓缸的輸出端連接，位于上部的所述導流室頂部設置有所述旋轉螺桿，所述旋轉螺桿由位于所述液壓平臺頂部的所述電動機帶動工作；

所述導流室的出液口經所述輸液管線與四通閥門的第一端口連接，所述四通閥門的第二端口和第三端口分別經所述輸液管線與所述可視化集砂器和天平連接，所述四通閥門的第四端口經所述輸液管線與真空泵連接；位于所述導流室與所述四通閥門之間的所述輸液管線上設置有出液閥；位于所述四通閥門與所述可視化集砂器之間的所述輸液管線上設置有可視化集砂器閥門；位于所述四通閥門與所述天平之間設置有天平閥門；位于所述四通閥門與所述真空泵之間設置有真空閥；

所述可視化集砂器包括水平塑料管、刻度管、集液桶和第二平流泵；所述四通閥門的第二端口經所述輸液管線與所述水平塑料管一端連接，所述水平塑料管另一端與所述刻度管連接，位于所述刻度管下方設置有所述集液桶，所述集液桶經所述輸液管線與所述第二平流泵一端連接，所述第二平流泵另一端與所述水平塑料管一端連接；位于所述刻度管底部設置有濾網；

位于所述第一平流泵與所述可控溫中間容器之間的所述輸液管線上設置有流量控制閥；位于所述可控溫中間容器與所述供壓系統第一端之間的所述輸液管線上設置有流量計，位于所述流量計與所述可控溫中間容器之間的所述輸液管線上也設置有流量控制閥；位于所述流量計與所述供壓系統之間的所述輸液管線上設置有進液閥。

2.如權利要求1所述測試裝置，其特征在于：所述導流室包括導流室主體、上巖板、上蓋板、下巖板、下蓋板和墊板；所述導流室主體內部上方設置有所述上巖板，且所述上蓋板的中部插設在所述導流室主體上部，插入端與所述上巖板接觸，能在所述導流室主體內上下滑動；所述導流室主體內下方設置有所述下巖板，所述下蓋板中部嵌入所述導流室主體內下方，并在所述下蓋板內側面設置有與其匹配的所述墊板；位于所述上蓋板與所述導流室主體之間、所述下蓋板與所述導流室主體之間都設置有橡膠密封圈；所述導流室主體內還設置有撐劑充填層，所述撐劑充填層位于所述上巖板和下巖板之間；所述上蓋板上還設置有光電位移傳感器。

3.如權利要求2所述測試裝置，其特征在于：所述導流室主體采用方形結構，位于所述導流室主體正面中心的位置處設置有進液口，位于背面相同位置設置有出液口，位于所述導流室主體正面四個頂角位置處分別設置有用于安裝電加熱棒的加熱孔，所述導流室主體一側面設置有溫度傳感器插孔，溫度傳感器安裝在該溫度傳感器插孔內。

4.如權利要求3所述測試裝置，其特征在于：所述進液口與所述進液閥之間設置有入口端壓力傳感器，所述出液口與所述出液閥之間設置有出口端壓力傳感器；所述進液口內部設置有濾網，所述出液口與所述出液閥之間設置有可拆卸的外置濾網；位于所述進液口和出液口之間通過輸液管線連接有差壓計。

5.如權利要求1所述測試裝置，其特征在于：所述可控溫中間容器外部設置有加熱套，且該加熱套與溫度傳感器連接。

6.一種基于如權利要求1至5任一項所述測試裝置的模擬裂縫閉合后支撐劑回流的測試方法，其特征在于包括以下步驟：

1)將未裝填支撐劑的導流室上下疊加放在液壓平臺上，啟動液壓機將導流室上蓋板壓至導流室主體底部，此時對光電位移傳感器進行歸零校準；

2)將支撐劑按鋪砂濃度10kg/m²換算質量；

3)取待壓裂地層巖石，切割成符合導流室主體內腔形狀尺寸的上、下巖板，依次按下蓋板、墊板、橡膠密封圈、下巖板組裝導流室，將支撐劑均勻鋪置在下巖板上，將另一塊涂抹玻璃膠的上巖板置于下巖板上，按橡膠密封圈、上蓋板的順序組裝完成導流室；并用玻璃膠充填上下巖板與導流室腔內微小空隙；

4)將導流室疊加放置在液壓平臺上，打開光電位移傳感器，通過液壓機加載實驗壓力；

5)關閉導流室前后的進液閥、可視化集砂器閥門和天平閥門，打開出液閥和真空閥，打開真空閥由真空泵抽真空后關閉真空閥；

6)啟動液壓機，通過現有控制系統加載至設定閉合壓力；

7)將四根電加熱棒插入導流室主體側面四個加熱孔，開啟加熱器進行加熱，將溫度傳感器插入溫度傳感器插孔，待溫度穩定至預先設定溫度；

8)啟動第一平流泵，接通可控溫中間容器，打開進液閥、出液閥、天平閥門，關閉可視化集砂器閥門和真空閥，打開入口端、出口端壓力傳感器，數據采集系統自動獲取天平稱量的質量計算成出口端流量，當入口端、出口端壓力穩定且流量相等時，則認為實驗液體均勻充滿導流室腔內；

9)關閉天平閥門，拆卸出液口與出液閥之間的外置濾網，打開可視化集砂器，每一階段以固定流量沖洗一定時間，觀察刻度管的變化，通過刻度體積換算出每階段砂樣質量；以小排量啟動可視化集砂器內的第二平流泵，利用集液桶中的實驗液體進行循環沖洗；

10)拆下并更換干凈的刻度管進行下一階段實驗，實驗完成后，清洗實驗設備并重新安裝導流室，改變實驗條件進行下一組實驗。