一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置，包括圍擋組成的主裂縫、與主裂縫垂直相連的二級裂縫、與主裂縫平行并通過二級裂縫相連的三級裂縫。該裝置整體結(jié)構(gòu)能夠充分模擬地下儲層不同類型的裂縫網(wǎng)絡(luò)，增加裝置的多功能性。裝置的可視化有助于跟蹤觀察實驗現(xiàn)象并記錄數(shù)據(jù)，極大地提高了實驗效率，也方便裝置的維修保養(yǎng)。使用該裝置進行實驗得到的研究成果對體積壓裂理論研究和現(xiàn)場應(yīng)用具有一定的參考價值。
【專利說明】-種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置及其應(yīng) 用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置及其應(yīng)用，屬于油 氣田開發(fā)的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會的進一步發(fā)展，世界對于石油的需求日益增加。在大型整裝油田、高滲區(qū) 塊開發(fā)進入高含水中后期時，開發(fā)低滲、特低滲油氣藏顯得十分必要，而水力壓裂作為一項 增產(chǎn)技術(shù)，在開發(fā)低滲油氣藏過程中能起到非常重要的作用。水力壓裂在地層中能形成具 有超高導(dǎo)流能力的裂縫，進而增加油井的產(chǎn)量。作為水力壓裂的新工藝，體積壓裂適合于開 發(fā)頁巖、致密砂巖等非常規(guī)儲層。體積壓裂在該些非常規(guī)儲層中，借助于天然裂縫的發(fā)育， 能形成具有一定空間體積的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，相比常規(guī)壓裂技術(shù)，導(dǎo)流能力大大地增加，能更好的 提高壓裂效果。支撐劑在復(fù)雜縫網(wǎng)中的支撐決定著縫網(wǎng)的形態(tài)和導(dǎo)流能力，影響著壓裂增 產(chǎn)的效果。因此研究裂縫中支撐劑的充填十分必要。
[0003] 隨著水力壓裂技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外學者對水力壓裂在地層中形成的裂縫的認識由 雙翼對稱裂縫逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢臻g體積的復(fù)雜縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)。壓裂施工參數(shù)不同，在地層 中形成的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度也各有不同。在一些特定的儲層條件下，例如特低滲透、低孔隙 度、低壓等，儲層與裂縫之間的導(dǎo)流能力很低，只有簡單的一條主裂縫很難達到良好的增產(chǎn) 效果。為了在地層中形成具有高導(dǎo)流能力的復(fù)雜縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，必須采用壓裂措施，改進壓裂施 工參數(shù)。在壓裂施工過程中，當兩個水平主應(yīng)力差達到某一個值或者當裂縫延伸壓力大于 儲層中天然裂縫或者膠結(jié)弱面張開所需要的臨界壓力時，在主裂縫中就會產(chǎn)生分支縫或者 能在巖石的本體上直接形成分支縫，形成初步的縫網(wǎng)；分支縫在延伸一定距離后會W主裂 縫為主體又回到原來的裂縫方位，或者成一定的角度，最終形成W主裂縫為主體的空間裂 縫網(wǎng)狀系統(tǒng)，該種技術(shù)稱為縫網(wǎng)壓裂技術(shù)。
[0004] 而壓裂形成的復(fù)雜縫網(wǎng)中支撐劑的充填和鋪置是影響壓裂作業(yè)成功與否的關(guān)鍵 因素，壓裂施工過程中，支撐劑能否在主裂縫和各級次生裂縫中形成有效的支撐對于整個 復(fù)雜縫網(wǎng)的導(dǎo)流能力和壓裂的增產(chǎn)效果有非常重要的影響，目前在國內(nèi)對于支撐劑在復(fù)雜 縫中的運移規(guī)律的研究較少缺乏必要的實驗裝置。本文針對該一問題，設(shè)計模擬地層中裂 縫結(jié)構(gòu)的復(fù)雜縫網(wǎng)實驗裝置研究支撐劑在復(fù)雜縫網(wǎng)中的運移規(guī)律，目的是為了探究壓裂液 在一定條件下攜砂進入不同類型的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)中時支撐劑的運移規(guī)律，該對于能否成功的實 施縫網(wǎng)壓裂有非常重要的意義。同時根據(jù)支撐劑在復(fù)雜縫網(wǎng)中的運移規(guī)律預(yù)測壓裂形成的 縫網(wǎng)中砂堤的形態(tài)和支撐劑在裂縫中的支撐效果對于設(shè)計縫網(wǎng)壓裂施工參數(shù)和方案分析 有非常重要的作用，對于現(xiàn)場施工也有一定的指導(dǎo)意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的 裝置。
[0006] 本發(fā)明還提供一種上述裝置在模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律時的工作 方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] -種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置，包括圍擋組成的主裂縫、與 主裂縫垂直相連的二級裂縫、與主裂縫平行并通過二級裂縫相連的H級裂縫。本發(fā)明根據(jù) 壓裂形成的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，復(fù)雜縫網(wǎng)中的裂縫類型主要包括一條或者幾條主裂縫，與主裂縫成 一定角度的次生裂縫W及與次生裂縫又成一定角度的分支裂縫，另外還包括若干垂直于主 裂縫的水平裂縫。復(fù)雜縫網(wǎng)中裂縫與裂縫之間的交點稱之為"裂縫節(jié)點"或者"節(jié)點"。而 支撐劑在裂縫中運移的過程中，由主裂縫進入次生裂縫的過程稱之為支撐劑的"轉(zhuǎn)向"。主 裂縫稱為一級裂縫，主裂縫上的分支裂縫稱為次生裂縫或者二級裂縫，而在二級裂縫上形 成的分支裂縫稱之為H級裂縫，其他的分支裂縫依次命名。實際儲層中的復(fù)雜縫網(wǎng)形態(tài)可 將其離散化，得到固定角度的裂縫，而垂直關(guān)系作為固定角度的一個特殊值，研究支撐劑在 該角度下由主裂縫進入次生裂縫時的運移規(guī)律具有一定的代表性。W垂直角度關(guān)系作為依 據(jù)，可W類比分析地下儲層裂縫角度關(guān)系復(fù)雜多變時的支撐劑鋪置情況。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的裝置整體為有機玻璃材質(zhì)，所述有機玻璃的抗壓壓力 小于等于一個標準大氣壓。該裝置主體部分即模擬縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分由一定厚度的透明有機塑 料板組成，其優(yōu)點主要有：（1)彈性特征較弱，長時間范圍內(nèi)不會發(fā)生變形進而導(dǎo)致實驗設(shè) 備的尺寸發(fā)生變化；（2)通透性好，方便跟蹤觀察實驗現(xiàn)象W及后期處理實驗數(shù)據(jù)；（2) W 透明有機塑料板為零件組成該實驗設(shè)備，有利于設(shè)備的長期維護和清洗。另一方面透明有 機塑料板的缺點是塑料強度較小，為防止實驗裝置爆裂或出現(xiàn)其他超過裝置承壓極限后的 問題，在該裝置中進行的實驗只能在低壓范圍內(nèi)進行。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在該裝置的主裂縫的兩端分別設(shè)置有壓裂液入口和壓裂液出 口，所述壓裂液入口與外部的壓裂液管路或混砂液管路相連；在所述壓裂液入口和壓裂液 出口分別設(shè)置有壓力表和閥口。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述壓裂液入口和所述壓裂液出口均為模擬井筒射孔。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述模擬井筒射孔的直徑為IOmm ;所述壓裂液入口的模擬井 筒射孔數(shù)量為4個；壓裂液入口處模擬井筒射孔，射孔直徑為10mm。入口處包括四個入口 閥，可W模擬自由調(diào)節(jié)射孔的數(shù)量、位置W及注入排量的大小。針對粟注程序，設(shè)置了人工 注入和粟注兩種方式，滿足實驗過程中不同排量的要求。人工注入方式是指壓裂液和支撐 劑按一定的比例分別從兩個接口處進入裝置，模擬壓裂液攜砂，人工注入的排量較小；粟注 方式是指壓裂液和支撐劑按一定的比例混合后經(jīng)粟加壓注入裝置中，粟注方式排量大而且 可調(diào)節(jié)，攜砂液與人工注入方式相比，相對均勻；
[0013] 所述壓裂液出口的模擬井筒射孔數(shù)量為5個。裝置的壓裂液出口包括5個閥口， 可W自由調(diào)節(jié)出口排量，方便裝置的清理工作。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，裝置還包括封堵部件，所述封堵部件用于封堵二級裂縫或H 級裂縫，使整個裝置中的所有裂縫組成不同結(jié)構(gòu)模擬縫網(wǎng)。所述的封堵部件包括一定長度、 寬度和厚度的相同透明塑料板，可W封堵裝置中的裂縫，形成不同的裂縫結(jié)構(gòu)，滿足實驗方 案的要求。實驗裝置的原理圖、實物圖如圖1至圖2所示。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的主裂縫為I條，所述二級裂縫為包括對稱設(shè)置在主裂 縫兩側(cè)的6條次級裂縫，所述H級裂縫為2條，所述2條H級裂縫與主裂縫的間距相等。所 述機玻璃兩兩對稱放置成中間有一定寬度的縫隙，初步形成了縫網(wǎng)中的裂縫，該樣的多條 縫隙共了同組成裝置的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)。最終該裝置的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括一條貫穿裝置壓裂液入口和 壓裂液出口的主裂縫；兩條與主裂縫的間距相等，平行分布于主裂縫兩側(cè)的H級裂縫；六 條兩兩對稱分布于主裂縫兩側(cè)并垂直于主裂縫的豎直次生裂縫。裝置整體俯視圖如圖1所 示，呈3X 3的結(jié)構(gòu)，共有9個節(jié)點研究支撐劑在縫網(wǎng)中的運移規(guī)律。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述主裂縫長50-70畑1，二級裂縫長30-40cm，H級裂縫長 50-70cm，所述主裂縫、二級裂縫和H級裂縫的縫高均為40-50cm ;所述主裂縫、二級裂縫和 H級裂縫的寬度均為1-lOmm。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述主裂縫長60cm，二級裂縫長30cm，H級裂縫長60cm，所述 主裂縫、二級裂縫和H級裂縫的縫高均為40cm ;所述主裂縫、二級裂縫和H級裂縫的寬度 均為10mm。壓裂施工在地層中形成的裂縫縫寬從I-IOmm不等，若實驗時整體縫網(wǎng)的體積太 小，實驗過程中支撐劑在較短的時間內(nèi)會填滿裝置，影響實驗結(jié)果，而且對觀察實驗現(xiàn)象也 不利，因此，實驗中優(yōu)選主裂縫長60畑1，次生裂縫長30cm，H級裂縫長60畑1，所有縫高均為 40cm。設(shè)定裝置中所有裂縫的寬度為10mm。
[0018] 一種上述裝置在模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律中的工作方法：
[0019] (1)根據(jù)實驗方案要求配置攜砂液；
[0020] (2)準備實驗方案要求的支撐劑；
[0021] (2)檢查所述裝置內(nèi)清潔度；保證所述裝置內(nèi)的裂縫中無任何影響實驗結(jié)果的雜 質(zhì)；
[0022] (4)根據(jù)實驗方案要求，使用所述封堵部件封堵所述裝置中的部分裂縫，使其形成 實驗方案要求的模擬縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，密封所述裝置的頂部；
[0023] (5)先用清水注入所述裝置進行循環(huán)，檢查所述裝置的密封性，確認密封后，放空 裝置；
[0024] (6)將所述攜砂液與所述支撐劑在混砂罐中均勻混合，形成混合液；根據(jù)實驗方 案要求的排量使用粟將所述混合液注入到所述裝置中；
[0025] (7)實驗過程中，觀察砂堤的形成過程，記錄該模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降 規(guī)律有關(guān)的相關(guān)實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)；該觀察和記錄的過程均為現(xiàn)有技術(shù)；
[0026] (8)實驗結(jié)束后，清理所述裝置，準備下一組實驗。
[0027] 本發(fā)明的優(yōu)勢
[0028] 目前國內(nèi)外對體積壓裂技術(shù)的研究集中在裂縫網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)流能力分析和形成機理 探究等幾個方面。而支撐劑在裂縫網(wǎng)絡(luò)中的充填是影響裂縫網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)流能力的關(guān)鍵因素，裂 縫網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)流能力直接決定體積壓裂施工的成敗。針對該一問題，不僅理論研究較少，更缺 乏必要的實驗裝置。該發(fā)明依據(jù)地下儲層裂縫網(wǎng)絡(luò)離散物理模型，模擬體積壓裂形成的裂 縫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用可視化的透明有機玻璃板作為裝置主體材料，研究壓裂液在裂縫網(wǎng)絡(luò)中 攜砂形成的砂堤形態(tài)W及支撐劑在裂縫網(wǎng)絡(luò)中的運移規(guī)律，并對影響砂堤形態(tài)的因素進行 敏感性分析，可行性較強，實驗結(jié)果可信度較高。裝置整體結(jié)構(gòu)能夠充分模擬地下儲層不同 類型的裂縫網(wǎng)絡(luò)，增加裝置的多功能性。裝置的可視化有助于跟蹤觀察實驗現(xiàn)象并記錄數(shù) 據(jù)，極大地提高了實驗效率，也方便裝置的維修保養(yǎng)。使用該裝置進行實驗得到的研究成果 對體積壓裂理論研究和現(xiàn)場應(yīng)用具有一定的參考價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明所述裝置的俯視結(jié)構(gòu)原理圖；其中的箭頭為實驗流體的流向；
[0030] 圖2為本發(fā)明所述裝置的主視圖，其中的箭頭為實驗流體的流向；
[0031] 圖3-圖8分別為本發(fā)明中，利用所述封堵部件在所述裝置中封堵不同的裂縫節(jié)點 后形成不同結(jié)構(gòu)模擬縫網(wǎng)圖；
[0032] 圖9為如圖3所示模擬縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的軟件擬合砂堤得到的砂堤形態(tài)示意圖；
[0033] 在圖1-圖8中，1、主裂縫；2、二級裂縫；3、H級裂縫；4、壓裂液入口；5、壓裂液出 口；6、模擬井筒射孔。

【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合實施例和說明書附圖對本發(fā)明做詳細的說明，但不限于此。
[00巧]一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置，其參數(shù)如下表2-1所示，在 該裝置中可進行多種類型的攜砂實驗研究。
[0036] 表2-1本發(fā)明所述裝置的參數(shù)
[0037]

【權(quán)利要求】
1. 一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置，其特征在于，該裝置包括圍擋 組成的主裂縫、與主裂縫垂直相連的二級裂縫、與主裂縫平行并通過二級裂縫相連的三級 裂縫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置，其特征 在于，所述的裝置整體為有機玻璃材質(zhì)，所述有機玻璃的抗壓壓力小于等于一個標準大氣 壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置，其特征 在于，在該裝置的主裂縫的兩端分別設(shè)置有壓裂液入口和壓裂液出口，所述壓裂液入口與 外部的壓裂液管路或混砂液管路相連；在所述壓裂液入口和壓裂液出口分別設(shè)置有壓力表 和閥門。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置，其特征 在于，所述壓裂液入口和所述壓裂液出口均為模擬井筒射孔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置，其特征 在于，所述模擬井筒射孔的直徑為1〇_ ;所述壓裂液入口的模擬井筒射孔數(shù)量為4個；壓裂 液入口處模擬井筒射孔，射孔直徑為1〇_ ;所述壓裂液出口的模擬井筒射孔數(shù)量為5個。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置，其特征 在于，裝置還包括封堵部件，所述封堵部件用于封堵二級裂縫或三級裂縫，使整個裝置中的 所有裂縫組成不同結(jié)構(gòu)模擬縫網(wǎng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置，其特征 在于，所述的主裂縫為1條，所述二級裂縫為包括對稱設(shè)置在主裂縫兩側(cè)的6條次級裂縫， 所述三級裂縫為2條，所述2條三級裂縫與主裂縫的間距相等。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置，其特 征在于，所述主裂縫長50-70cm，二級裂縫長30-40cm，三級裂縫長50-70cm，所述主裂縫、 二級裂縫和三級裂縫的縫高均為40-50cm ;所述主裂縫、二級裂縫和三級裂縫的寬度均為 1-10mmη
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律的裝置，其特征 在于，所述主裂縫長60cm，二級裂縫長30cm，三級裂縫長60cm，所述主裂縫、二級裂縫和三 級裂縫的縫高均為40cm ;所述主裂縫、二級裂縫和三級裂縫的寬度均為10mm。
10. -種如權(quán)利要求1-9任意一項所述裝置在模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律 中的工作方法： (1) 根據(jù)實驗方案要求配置攜砂液； (2) 準備實驗方案要求的支撐劑； (2)檢查所述裝置內(nèi)清潔度； (4) 根據(jù)實驗方案要求，使用所述封堵部件封堵所述裝置中的部分裂縫，使其形成實驗 方案要求的模擬縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，密封所述裝置的頂部； (5) 先用清水注入所述裝置進行循環(huán)，檢查所述裝置的密封性，確認密封后，放空裝 置； (6) 將所述攜砂液與所述支撐劑在混砂罐中均勻混合，形成混合液；根據(jù)實驗方案要 求的排量使用泵將所述混合液注入到所述裝置中； (7) 實驗過程中，觀察砂堤的形成過程，記錄該模擬體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑沉降規(guī)律 有關(guān)的相關(guān)實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)； (8) 實驗結(jié)束后，清理所述裝置，準備下一組實驗。
【文檔編號】G01N33/00GK104237460SQ201410325825
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】溫慶志, 李楊, 段曉飛, 戰(zhàn)永平, 劉華, 高金劍, 劉欣佳 申請人:中國石油大學