本發(fā)明屬于壓裂技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種壓裂液攜砂效果評價裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著致密低滲油氣藏的大規(guī)模開發(fā)，水力壓裂技術(shù)成為油氣藏增產(chǎn)開發(fā)的重要技術(shù)手段，壓裂過程中主要是利用壓裂液將支撐劑攜帶到裂縫中，在壓裂裂縫閉合后能夠在儲層內(nèi)形成高導(dǎo)流能力的支撐劑裂縫通道。壓裂液的攜砂能力對攜砂液在井筒和裂縫中的流動狀態(tài)，以及支撐劑在裂縫中鋪設(shè)形態(tài)非常重要，它直接影響了人工裂縫的導(dǎo)流能力和形態(tài)，進而影響著儲層的改造體積和產(chǎn)能。因此，研究壓裂液在井筒和裂縫中的攜砂性能至關(guān)重要。

目前，實際的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，一般的評價壓裂液攜砂效果的實驗裝置，多為單個裂縫或垂直井筒裂縫模型，沒有水平井裂縫模型，沒有考慮近井各種角度裂縫、射孔相位角、孔徑、孔密等因素對壓裂液攜砂效果的影響，另外，部分實驗裝置中裂縫模型的表面粗糙度與實際地層裂縫表面粗糙度并不相符，會影響最終的評價結(jié)果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題在于提供一種壓裂液攜砂效果評價裝置及方法，可以測試評價在不同條件下，各種壓裂液在豎直井筒、水平井筒、單一裂縫和水平井復(fù)雜裂縫中攜砂效果。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種壓裂液攜砂效果評價裝置，包括壓裂液釜，其出口依次連接第一螺桿泵、混砂攪拌釜、第二螺桿泵、電磁流量計和豎直井筒入口；混砂攪拌釜上方入口安裝有加砂裝置，豎直井筒出口同時連接三條支路，第一條支路依次連接第五閥、裂縫沉降模型和第六閥，第二條支路依次連接第七閥、第一水平井筒和第八閥，第三條支路依次連接第九閥、水平井裂縫模型和第十閥，三條支路交匯后依次連接溫度傳感器和沉降罐入口，沉降罐出口連接至壓裂液釜入口構(gòu)成回路。

所述壓裂液釜出口分別連接有第一閥和第二閥，通過第二閥連接第一螺桿泵；

所述混砂攪拌釜出口分別連接有第三閥和第四閥，通過第四閥連接第二螺桿泵；

所述壓裂液釜和混砂攪拌釜可拆卸，內(nèi)部均設(shè)置有攪拌器，外部設(shè)置有可以調(diào)節(jié)溫度的加熱套；

所述加砂裝置包括加砂漏斗和螺旋輸送機，加砂漏斗與混砂攪拌釜相連接，螺旋輸送機控制調(diào)節(jié)加砂速度和加砂量。

所述豎直井筒和第一水平井筒均采用分段的透明有機玻璃管，在每兩段通過設(shè)計體相連接，井筒兩端和連接體處均設(shè)有壓力傳感器，井筒上還分別設(shè)有刻度；豎直井筒的垂直傾角可調(diào)節(jié)。

所述裂縫沉降模型包括依次連接的入口井筒、裂縫模型和出口井筒，裂縫沉降模型兩端分別設(shè)有壓力傳感器；

所述入口井筒采用不銹鋼金屬管，包括內(nèi)管和外管，在內(nèi)管壁上下均勻設(shè)置射孔，內(nèi)管上部設(shè)有旋轉(zhuǎn)裝置；所述出口井筒采用不銹鋼金屬管，在管壁上僅設(shè)一條縫，供液體從裂縫模型中排出；

所述裂縫模型采用帶刻度的透明PC平板，該PC平板內(nèi)側(cè)隨機粘貼有膠斑和膠堤，使得其表面粗糙度與施工地層裂縫表面的粗糙度相匹配。

所述的入口井筒的內(nèi)管上的射孔相位角可調(diào)，射孔個數(shù)通過旋轉(zhuǎn)射孔內(nèi)管進行遮擋調(diào)節(jié)；

所述的裂縫模型的PC平板長度足夠長，能夠滿足模擬觀測攜砂液在裂縫中的運移、沉降的需要。

所述水平井裂縫模型包括第二水平井筒、若干條主裂縫和若干條分支裂縫；壓差傳感器一端連接第二水平井筒的入口端，另一端連接主裂縫之一的端部；

所述主裂縫并聯(lián)設(shè)置，其與第二水平井筒間存在傾角θ，θ調(diào)節(jié)范圍為0°～180°，以模擬近井各種角度裂縫；

所述分支裂縫通過連接體與主裂縫相連或彼此相連，分支裂縫與第二水平井筒間存在傾角，角度可調(diào)以模擬復(fù)雜的裂縫形態(tài)。

所述第二水平井筒采用帶刻度的透明有機玻璃管，在管壁上下均勻設(shè)有射孔，射孔相位角可調(diào)；

所述主裂縫和分支裂縫均采用帶刻度的透明PC平板，該PC平板內(nèi)側(cè)隨機粘貼有膠斑和膠堤，使得其表面粗糙度與實際施工地層裂縫表面的粗糙度匹配。

所述的第二水平井筒、主裂縫和分支裂縫其均有足夠長度，能夠滿足模擬觀測攜砂液在裂縫中的運移、沉降的需要。

所述沉降罐內(nèi)部上方設(shè)置有過濾網(wǎng)，罐底有排料口，由第十一閥控制。裝置中所有連接管路均采用保溫材料纏繞包裹。

基于所述壓裂液攜砂效果評價裝置的評價方法，包括如下步驟：

1)根據(jù)壓裂液攜砂效果評價需要，確定評價實驗所需要用的壓裂液和支撐劑類型，包括壓裂液用量、支撐劑目數(shù)、砂比、溫度、壓力、排量、井筒長度、射孔相位角、孔徑、孔密、裂縫形態(tài)在內(nèi)的參數(shù)；

2)對壓裂液釜和混砂攪拌釜設(shè)定實驗溫度，在壓裂液釜中配制好壓裂液，在加砂裝置中放入適量的支撐劑；

3)按實驗要求的砂比配制攜砂液；

4)觀測攜砂液在裂縫沉降模型、第一水平井筒或水平井裂縫模型中的運移和沉降；

5)根據(jù)觀察結(jié)果評價壓裂液在實驗條件下的攜砂效果。

6)實驗后處理，排出殘液，清洗管路和設(shè)備；

7)單獨更換其他壓裂液，或改變壓裂液用量、支撐劑種類、砂比、溫度、壓力、排量、井筒長度、射孔相位角、孔徑、孔密、裂縫形態(tài)中的某一參數(shù)，其他條件不變，重復(fù)以上步驟；

利用相同時間內(nèi)支撐劑的垂向堆積高度、水平運移距離及砂堤形態(tài)來表征在不同實驗條件下的攜砂性能；通過對比，評價以各種因素對壓裂液攜砂效果的影響；

在僅改變所述一個因素，其他條件都相同的情況下，在一定時間內(nèi)，支撐劑堆積形成的砂堤分布高度越低，在裂縫中運移距離越遠，表明該壓裂液在該實驗條件下對該支撐劑的攜砂效果相對越好。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明可用于測試評價在不同支撐劑類型、砂比、溫度、壓力、排量、井筒長度、射孔相位角、孔徑、孔密、裂縫形態(tài)等條件下，各種壓裂液在豎直井筒、水平井筒、單一裂縫和水平井復(fù)雜裂縫中攜砂效果的方法，同時可以測試上述不同條件下攜砂液在井筒或裂縫不同區(qū)間中的摩阻。

(2)本發(fā)明的壓裂液釜和混砂攪拌釜可拆卸，內(nèi)部均設(shè)置有攪拌器，外部設(shè)置有可以調(diào)節(jié)溫度的加熱套，用于控制壓裂液和攜砂液的溫度。

(3)本發(fā)明的第一螺桿泵和第二螺桿泵，可以根據(jù)需要，選擇適當(dāng)規(guī)格型號，設(shè)定排量，調(diào)節(jié)泵的流量。

(4)本發(fā)明的加砂裝置包括加砂漏斗和螺旋輸送機，螺旋輸送機可以控制調(diào)節(jié)加砂速度和加砂量，從而調(diào)節(jié)攜砂液中的砂比。

(5)本發(fā)明的豎直井筒、裂縫沉降模型、第一水平井筒和水平井裂縫模型均透明可視，帶有刻度，便于模擬觀測攜砂液在井筒和裂縫中的運移、沉降情況。豎直井筒的傾角可調(diào)節(jié)。

(6)本發(fā)明的裂縫模型、主裂縫和分支裂縫均采用強度和厚度適當(dāng)?shù)耐该鱌C板材，平板內(nèi)側(cè)隨機粘貼有膠斑和膠堤，使其表面粗糙度與實際施工地層裂縫表面的粗糙度相似。

(7)本發(fā)明的入口井筒和第二水平井筒在管壁上下均勻射孔，根據(jù)需要相位角可調(diào)。

(8)本發(fā)明中，主裂縫與第二水平井筒間的角度θ可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍為0°～180°，用于模擬近井各種角度裂縫；分支裂縫可通過連接體與主裂縫相連或彼此相連，角度可調(diào)，用于模擬復(fù)雜的裂縫形態(tài)。

(9)本發(fā)明在豎直井筒、裂縫沉降模型和第一水平井筒設(shè)置有壓力傳感器，在水平井裂縫模型設(shè)置有壓差傳感器，可對井筒和裂縫不同區(qū)間中的摩阻進行測定，壓差越小說明摩阻越小，越有利于攜砂液的運移。

(10)本發(fā)明裝置中所有連接管路均采用保溫材料纏繞包裹，便于防止熱量傳遞、散失等引起的測試誤差。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為入口井筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為水平井裂縫模型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。

如圖1所示，一種壓裂液攜砂效果評價裝置，包括：壓裂液釜1，其出口依次連接有第一螺桿泵4、混砂攪拌釜6、第二螺桿泵9、電磁流量計10和豎直井筒11入口；

其中，混砂攪拌釜6上方入口安裝有加砂裝置5，豎直井筒11出口同時連接三條支路，第一條支路依次連接第五閥12、裂縫沉降模型13和第六閥14，第二條支路依次連接第七閥15、第一水平井筒16和第八閥17，第三條支路依次連接第九閥18、水平井裂縫模型20和第十閥21，三條支路交匯后依次連接有溫度傳感器22和沉降罐23入口，沉降罐23出口連接至壓裂液釜1入口，構(gòu)成回路。

進一步的，壓裂液釜1出口通過第二閥3連接第一螺桿泵4，同時連接有第一閥2；混砂攪拌釜6出口通過第四閥8連接第二螺桿泵9，同時連接有第三閥7；壓裂液釜1和混砂攪拌釜6可拆卸，內(nèi)部均設(shè)置有攪拌器，由電動機控制，外部設(shè)置有可以調(diào)節(jié)溫度的加熱套，用于控制壓裂液和攜砂液的溫度；第一螺桿泵4和第二螺桿泵9可以根據(jù)需要，選擇適當(dāng)規(guī)格型號，設(shè)定排量，能過調(diào)節(jié)泵的流量。

加砂裝置5包括加砂漏斗和螺旋輸送機，螺旋輸送機可以控制調(diào)節(jié)加砂速度和加砂量，從而調(diào)節(jié)攜砂液中的砂比。

豎直井筒11和第一水平井筒16均采用強度和厚度適當(dāng)?shù)耐该饔袡C玻璃管，井筒上帶刻度，便于模擬觀測攜砂液在井筒中的運移、沉降情況，井筒分段，在每兩段連接處設(shè)計連接體，可按要求設(shè)計成不同尺寸，井筒兩端和連接體處均安裝有壓力傳感器，可用于測定井筒內(nèi)的摩阻，豎直井筒11的傾角可調(diào)節(jié)。

裂縫沉降模型13包括入口井筒13-1、裂縫模型13-2和出口井筒13-3，模型兩端分別安裝有壓力傳感器，可用于測定井筒和裂縫內(nèi)的摩阻。

入口井筒13-1采用強度和厚度足夠的不銹鋼金屬管，包括內(nèi)管和外管，在內(nèi)管壁上下均勻射孔，根據(jù)需要相位角可調(diào)，內(nèi)管上部安裝有旋轉(zhuǎn)裝置，孔眼個數(shù)可以通過旋轉(zhuǎn)射孔內(nèi)管進行遮擋調(diào)節(jié)，如圖2，以相位角60°為例，為入口井筒13-1的俯視圖和主視圖；出口井筒13-3同樣采用強度和厚度適當(dāng)?shù)牟讳P鋼金屬管，在管壁上僅造一條縫，方便液體從裂縫模型13-2中排出。

裂縫模型13-2采用強度和厚度適當(dāng)?shù)耐该鱌C平板，平板內(nèi)側(cè)隨機粘貼有膠斑和膠堤，使其表面粗糙度與實際施工地層裂縫表面的粗糙度相似，平板上帶刻度，且長度足夠，便于模擬觀測攜砂液在裂縫中的運移、沉降情況。

水平井裂縫模型20包括第二水平井筒20-1、若干條主裂縫20-2和若干條分支裂縫20-3。

第二水平井筒20-1采用強度和厚度適當(dāng)?shù)耐该饔袡C玻璃管，井筒上帶刻度，且長度足夠適當(dāng)，便于模擬觀測攜砂液在井筒中的運移、沉降情況，在管壁上下均勻射孔，根據(jù)需要相位角可調(diào)，如圖3，以相位角60°為例，為水平井裂縫模型20的側(cè)視圖和俯視圖；壓差傳感器19一端連接第二水平井筒20-1的入口端，另一端可連接任意裂縫的端部，用于測定入口端到任意裂縫端部的摩阻。

主裂縫20-2和分支裂縫20-3采用強度和厚度適當(dāng)?shù)耐该鱌C平板，平板內(nèi)側(cè)隨機粘貼有膠斑和膠堤，使其表面粗糙度與實際施工地層裂縫表面的粗糙度相似，平板上帶刻度，且長度足夠適當(dāng)，便于模擬觀測攜砂液在裂縫中的運移、沉降情況；主裂縫20-2與第二水平井筒20-1間的角度θ可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍為0°～180°，用于模擬近井各種角度裂縫；分支裂縫20-3可通過連接體與主裂縫20-2相連或彼此相連，角度可調(diào)，用于模擬復(fù)雜的裂縫形態(tài)。

沉降罐23內(nèi)部上方設(shè)置有過濾網(wǎng)，罐底有排料口，用于放空及支撐劑的排放，由第十一閥24控制。

本發(fā)明裝置中所有連接管路均采用保溫材料纏繞包裹，便于防止熱量傳遞、散失等引起的測試誤差。

本發(fā)明提供根據(jù)前述壓裂液攜砂效果的評價方法，包括以下的實驗步驟：

步驟1，根據(jù)壓裂液攜砂效果評價需要(現(xiàn)場要求和實驗?zāi)康?，確定實驗中所需要用的壓裂液和支撐劑類型，以及各種參數(shù)，包括壓裂液用量、支撐劑目數(shù)、砂比、溫度、壓力、排量、井筒長度、射孔相位角、孔徑、孔密、裂縫形態(tài)等。

步驟2，按照圖1的實驗裝置圖和步驟1的各種參數(shù)組裝試驗設(shè)備，對壓裂液釜1和混砂攪拌釜6設(shè)定實驗溫度，在壓裂液釜1中配制好壓裂液，在加砂裝置5中放入適量的支撐劑。

步驟3，按實驗要求的砂比配制攜砂液。

打開第二閥3，啟動第一螺桿泵4，將壓裂液釜1中配好的壓裂液泵入混砂攪拌釜6，關(guān)閉第二閥3，同時啟動加砂裝置5的螺旋輸送機和混砂攪拌釜6的電動機，將支撐劑以一定的速率輸送到混砂攪拌釜6，并進行攪拌，配制好攜砂液后關(guān)閉螺旋輸送機。

步驟4，觀測攜砂液在裂縫沉降模型13(或第一水平井筒16，或水平井裂縫模型20)中的運移和沉降。

①觀測攜砂液在裂縫沉降模型13中的運移和沉降：打開第四閥8、第五閥12、第六閥14，啟動第二螺桿泵9，將攜砂液依次泵入豎直井筒11和裂縫沉降模型13中。

②觀測攜砂液在第一水平井筒16中的運移和沉降：打開第四閥8、第七閥15、第八閥17，啟動第二螺桿泵9，將攜砂液依次泵入豎直井筒11和第一水平井筒16中。

③觀測攜砂液在水平井裂縫模型20中的運移和沉降：打開第四閥8、第九閥18、第十閥21，啟動第二螺桿泵9，將攜砂液依次泵入豎直井筒11和水平井裂縫模型20中。

步驟5，評價壓裂液在實驗條件下的攜砂效果。

采用高分辨率攝像機對透明井筒或者裂縫進行拍攝，跟蹤支撐劑在人工裂縫中的運移軌跡和堆積形態(tài)。實驗結(jié)束后，根據(jù)拍攝的不同時刻支撐劑在垂直方向的堆積高度和水平方向的鋪設(shè)長度，以及支撐劑在該時間段內(nèi)沉降所形成的砂堤形態(tài)，來評價壓裂液在該實驗條件下的攜砂效果。

步驟6，實驗后處理，排出殘液，清洗管路和設(shè)備。

實驗結(jié)束后，關(guān)閉混砂攪拌釜6的電動機和第二螺桿泵9，關(guān)閉所有的閥門，緩慢打開第一閥2，排出壓裂液釜1中的壓裂液，緩慢打開第三閥7，排出混砂攪拌釜6中的攜砂液，緩慢打開第十一閥24，排出沉降罐23中的支撐劑和殘液，清洗管路及設(shè)備。

步驟7，單獨更換其他壓裂液，或改變壓裂液用量、支撐劑種類、砂比、溫度、壓力、排量、井筒長度、射孔相位角、孔徑、孔密、裂縫形態(tài)中的某一參數(shù)，其他條件不變，重復(fù)以上步驟。

利用相同時間內(nèi)支撐劑的垂向堆積高度、水平運移距離及砂堤形態(tài)來表征在不同實驗條件下的攜砂性能，通過對比，評價以上各種因素對壓裂液攜砂效果的影響。在僅改變上述一個因素，其他條件都相同的情況下，在一定時間內(nèi)，支撐劑堆積形成的砂堤分布高度越低，在裂縫中運移距離越遠，表明該壓裂液在該實驗條件下對該支撐劑的攜砂效果相對越好。同時可以測試該壓裂液在上述條件下的摩阻大小。

以上給出的實施例是實現(xiàn)本發(fā)明較優(yōu)的例子，本發(fā)明不限于上述實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的技術(shù)特征所做出的任何非本質(zhì)的添加、替換，均屬于本發(fā)明的保護范圍。