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      一種模擬頁(yè)巖復(fù)雜裂縫鋪砂的裝置和方法

      文檔序號(hào):8278883閱讀:577來源:國(guó)知局
      一種模擬頁(yè)巖復(fù)雜裂縫鋪砂的裝置和方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種模擬支撐劑在復(fù)雜裂縫中運(yùn)移、流動(dòng)以及鋪設(shè)的裝置,可以模擬裂縫寬度、攜砂液砂比、壓裂液濾失、裂縫的復(fù)雜程度條件下,支撐劑在人工主裂縫和次級(jí)裂縫的鋪砂狀態(tài)。
      【背景技術(shù)】
      [0002]我國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)量豐富、開發(fā)潛力大,但地質(zhì)條件復(fù)雜、埋藏深,不易開采,長(zhǎng)井段水平井和水平井水力壓裂技術(shù)是高效低成本開發(fā)頁(yè)巖氣的關(guān)鍵技術(shù)之一。頁(yè)巖儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育,壓裂過程中由于剪切滑移和張拉破壞的共同作用,壓裂裂縫往往會(huì)形成一條主裂縫,主裂縫的周圍形成多條復(fù)雜的次級(jí)裂縫,次級(jí)裂縫的寬度比較小。壓裂裂縫要形成有效裂縫且對(duì)頁(yè)巖氣產(chǎn)能有較大的貢獻(xiàn),必須保證壓裂裂縫能夠被支撐劑填充,形成支撐裂縫,但是,頁(yè)巖壓裂過程中,主裂縫寬度大,次級(jí)裂縫的寬度較小,且由于裂縫的形狀的復(fù)雜性,在壓裂的攜砂液階段,各條裂縫的支撐劑濃度各不相同,次級(jí)裂縫的鋪砂濃度比主裂縫要低。目前,頁(yè)巖氣復(fù)雜裂縫條件下的鋪砂濃度分析是壓裂裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)、壓裂效果分析的一個(gè)基礎(chǔ),對(duì)于產(chǎn)能的評(píng)價(jià)至關(guān)重要。
      [0003]目前在支撐劑鋪砂濃度室內(nèi)模擬的研究中,主要集中在常規(guī)油氣藏、常規(guī)裂縫階段,把裂縫假設(shè)為一條平直縫,模擬各種參數(shù)對(duì)鋪砂濃度的影響。中國(guó)專利申請(qǐng)CN102590888A公開了一種模擬支撐劑在裂縫中鋪置的實(shí)驗(yàn)裝置及應(yīng)用,其是為了模擬單裂縫中的鋪砂濃度和鋪砂方式,其核心部件是一個(gè)平板模擬單條裂縫,主要用于常規(guī)油氣藏裂縫的鋪砂評(píng)價(jià)。
      [0004]目前,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(guó)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】

      [0005]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頁(yè)巖復(fù)雜裂縫中鋪置的實(shí)驗(yàn)裝置,應(yīng)用于頁(yè)巖水力壓裂時(shí),該實(shí)驗(yàn)裝置能確定支撐劑在主次級(jí)裂縫中的鋪設(shè)和優(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。
      [0006]技術(shù)術(shù)語解釋:
      頁(yè)巖氣:賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖及其夾層中,以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣;
      縫網(wǎng)壓裂:頁(yè)巖天然裂縫和層理發(fā)育,利用分段壓裂和大排量施工,使壓裂裂縫形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),從而增加頁(yè)巖儲(chǔ)層的產(chǎn)量;
      支撐劑: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縫中,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。
      [0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
      一種模擬支撐劑在復(fù)雜人工裂縫中鋪置的實(shí)驗(yàn)裝置,其由壓裂液配制罐、、模擬井筒、廢液回收罐、液體注入泵、復(fù)雜的人工裂縫以及若干流量調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、壓力計(jì)等組成。
      [0008]其中,復(fù)雜的人工裂縫由一條主裂縫和主裂縫周圍的若干條次級(jí)裂縫組成,主裂縫和次級(jí)裂縫均由兩塊透明平板平行布置并通過包邊框密封構(gòu)成,即以透明平板圍成兩側(cè)的壁,通過密封邊框密封周邊,主裂縫和次級(jí)裂縫之間通過接頭連接并相互連通,次級(jí)裂縫與主裂縫的角度可通過連接接頭控制;在主裂縫的左端豎直設(shè)置模擬井筒,模擬井筒的上端為攜砂液進(jìn)液口,下端設(shè)置卸料口,模擬井筒上分布有與主裂縫連通的噴射孔眼;主裂縫的右端和次級(jí)裂縫的末端有出液管。
      [0009]所述兩個(gè)主裂縫和次級(jí)裂縫的透明平板上分別分布設(shè)置有15?30個(gè)濾失孔眼,孔眼連接管線和流量調(diào)節(jié)閥,利用調(diào)節(jié)閥控制實(shí)驗(yàn)過程中的濾失量。
      [0010]通過管線連接攜砂液注入泵,攜砂液注入泵通過管線連接井筒進(jìn)液口,在連接井筒進(jìn)液口的管線上安裝流量計(jì)和壓力表。
      [0011]所述主裂縫和次級(jí)裂縫的出液管的上部分別通過管線連接至壓裂液配制罐的回料口,在出液口至回料口之間的管線上均設(shè)置流量計(jì)、壓力表和流量調(diào)節(jié)閥,適時(shí)監(jiān)測(cè)出液的流量和壓力,同時(shí)調(diào)節(jié)主裂縫和次級(jí)裂縫的流量。
      [0012]實(shí)驗(yàn)裝置還包括數(shù)據(jù)采集控制板和計(jì)算機(jī),數(shù)據(jù)采集控制板各流量計(jì)和壓力表的數(shù)據(jù),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)。
      [0013]采用本發(fā)明進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),將人工裂縫中的主次級(jí)裂縫的寬度(即透明平板之間的距離)預(yù)先調(diào)整為實(shí)驗(yàn)方案設(shè)置的寬度尺寸;配制所需要粘度的壓裂液;在實(shí)驗(yàn)過程中,按實(shí)驗(yàn)要求的向壓裂液中攪拌加砂,配制成攜砂壓裂液;把配制好的攜砂壓裂液通過攜砂液注入泵注入人工裂縫中,所述攜砂液壓裂液沿模擬井筒的進(jìn)料口,筒壁上的筒壁射孔注入兩個(gè)透明平板之間,最后沿出液管的筒壁孔眼、回料口循環(huán)流出;所述支撐劑經(jīng)壓裂液攜帶在流經(jīng)所述透明平板之間時(shí),會(huì)受重力、浮力、水平方向液體攜帶力和粘滯阻力的影響,通過透明平板可呈現(xiàn)出所選支撐劑的軌跡,工作人員可以人工或者通過數(shù)據(jù)采集控制板對(duì)支撐劑的沉降速度、運(yùn)移軌跡、沉降砂堤進(jìn)行分析。
      [0014]通過不同實(shí)驗(yàn)方案的對(duì)比,優(yōu)選出最合適該尺寸裂縫的支撐劑、施工排量等多個(gè)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)完畢,打開模擬井筒和出液管的卸料口對(duì)人工裂縫進(jìn)行卸料。本發(fā)明還可通過計(jì)算機(jī)計(jì)算所需支撐劑量、壓裂液體積、壓裂液粘度和實(shí)驗(yàn)排量;根據(jù)采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、分析出相應(yīng)的結(jié)果數(shù)據(jù):例如計(jì)算支撐劑的垂直沉降速度及水平運(yùn)移速度、支撐劑沉降所形成的砂堤的堆積速度和形態(tài)、沉降于人工裂縫中支撐劑所占總支撐劑的質(zhì)量比等等。
      [0015]本發(fā)明采用了復(fù)雜的人工裂縫,包括主裂縫和幾條次級(jí)裂縫,裂縫的設(shè)置復(fù)雜,可以模擬頁(yè)巖中復(fù)雜的人工裂縫對(duì)支撐劑鋪砂濃度和次級(jí)裂縫中的砂量的確定,解決了主次級(jí)裂縫中支撐劑的鋪設(shè)方式和進(jìn)入次級(jí)裂縫中的支撐劑的重量的確定。
      [0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)具體如下:
      1.本發(fā)明所述實(shí)驗(yàn)裝置中的復(fù)雜人工裂縫尺度大,模擬壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工中的裂縫更加真實(shí),比小模型的實(shí)驗(yàn)?zāi)P透叽硇?,測(cè)得數(shù)據(jù)更加可靠; 2.本發(fā)明所述人工裂縫寬度可調(diào),主裂縫大于次級(jí)裂縫的寬度,可模擬不同裂縫寬度下的支撐劑鋪置規(guī)律;
      3.本發(fā)明的主裂縫和次級(jí)裂縫的角度可以調(diào)整,調(diào)整范圍在30°?90°之間;
      4.本發(fā)明在人工裂縫內(nèi)壁設(shè)置有可替換的粗糙表面,與壓裂所致地層裂縫內(nèi)表面相似,完全模擬現(xiàn)場(chǎng)施工的真實(shí)環(huán)境;
      5.本發(fā)明在人工裂縫進(jìn)出口設(shè)置有壓力表,可對(duì)主裂縫和次級(jí)裂縫內(nèi)摩阻進(jìn)行測(cè)定;
      6.本發(fā)明在人工裂縫的平板上設(shè)置有濾失孔眼,模擬地層在不同濾失系數(shù)條件下的支撐劑在主裂縫和次級(jí)裂縫內(nèi)的沉降及鋪設(shè)規(guī)律。
      【附圖說明】
      [0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;
      在圖1中:I一壓裂液進(jìn)液口,2—支撐劑進(jìn)口,3—混砂液攪拌機(jī),4一壓裂液配制罐,5—壓裂液料回料口,6—管線,7—閥門,8一攜砂液注入泵,9一流量調(diào)節(jié)閥,10一井筒卸料口,11一模擬井筒,12—攜砂液進(jìn)料口,13—模擬射孔,14 一透明有機(jī)玻璃平板,15—包邊框,16—人工裂縫模型底座,17—次級(jí)裂縫A,18—次級(jí)裂縫A出液管,19一次級(jí)裂縫B,20—次級(jí)裂縫B出液管,21—主裂縫出液口,22—主裂縫出液管,23—攜砂液回收管線,24—壓力計(jì),25—攜砂液出料口,26—攜砂液混配罐液面觀察窗,27—濾失孔眼,28—濾失孔眼流量調(diào)節(jié)閥,29—濾失孔眼連接管線,30—實(shí)驗(yàn)廢液回收罐,31—主管線流量計(jì),32—濾失孔眼流量計(jì)。
      [0018]圖2是本發(fā)明能夠模擬的裂縫形態(tài)示意圖
      在圖2中,左圖表示主裂縫周圍只有兩條簡(jiǎn)單的次級(jí)裂縫,壓裂裂縫的形態(tài)簡(jiǎn)單,右圖表示主裂縫之間的次級(jí)裂縫較多,次級(jí)裂縫包含裂縫分支。33—主裂縫進(jìn)液,34—主裂縫出液,35—次級(jí)裂縫出液,36—裂縫連接接頭。
      【具體實(shí)施方式】
      [0019]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明:
      參見圖1和圖2,模擬支撐劑在裂縫中鋪置的實(shí)驗(yàn)裝置包括復(fù)雜的人工壓裂裂縫,人工壓裂裂縫可以模擬兩種不同的裂縫形態(tài),所述的復(fù)雜的人工裂縫包括主裂縫和次級(jí)裂縫17、19和36,主次級(jí)裂縫的兩側(cè)壁由相互平行設(shè)置的透明有機(jī)玻璃平板14組成,在兩張透明有機(jī)玻璃平板的上下兩端分別通過包邊框15密封,在主裂縫透明有機(jī)玻璃平板的左端設(shè)置一個(gè)豎直的模擬井筒11,在主裂縫和次級(jí)裂縫的右端設(shè)置各自的出液管18、20和22,所述透明有機(jī)玻璃平板、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)置有攜砂液進(jìn)料口 12,模擬井筒的底部設(shè)置有卸料口 10,保證實(shí)驗(yàn)完成后能夠清除模擬井筒底部的支撐劑,在模擬井筒壁上且朝向密閉空間內(nèi)均勻設(shè)置有多個(gè)模擬射孔13,所述攜砂液進(jìn)料口 12、卸料口 10和模擬射孔13相互貫通。在模擬井筒的攜砂液進(jìn)料口 12處的管線上設(shè)置有流量計(jì)和壓力表。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,每個(gè)濾失孔眼接有流量調(diào)節(jié)閥28和流量計(jì)32,利用回路管線29連接實(shí)驗(yàn)廢料回收罐30。在出液管的攜砂液回收管線23上設(shè)置有流量計(jì)和壓力表。所述攜砂液注入泵8的出口通過管線與人工裂縫的模擬井筒的進(jìn)料口相連,所述壓裂液配制罐的攜砂液回收管線23與人工裂縫的出液管的實(shí)驗(yàn)廢料回收罐30相連,廢液管30的回收液經(jīng)過簡(jiǎn)單處理后,進(jìn)入壓裂液配制罐4進(jìn)行重復(fù)利用。
      [0020]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),數(shù)據(jù)采集控制板與各流量計(jì)、壓力表和流量計(jì)等通過數(shù)據(jù)線連接,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)。
      [0021]所述主裂縫的透明有機(jī)玻璃平板的長(zhǎng)度為3.0m,高度為1.0m,厚度為4.5cm,兩透明平板的間距可調(diào),間距調(diào)整范圍為:4.0?16.0mm ;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。
      [0022]在距離主裂縫左端1.0m和2.0m處設(shè)置次級(jí)裂縫,次級(jí)裂縫的長(zhǎng)度1.0m,寬度1.0m,兩透明板間的距離同樣可調(diào),設(shè)置距離為2.
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