[发明专利]一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置及其应用

权利要求书

1.一种模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验装置，其特征在于，其包括人工裂缝，所述的人工裂缝包括两张相互平行设置的透明平板，在两张透明平板的上下两端分别通过包边框密封，在透明平板的左端设置一个模拟井筒，在透明平板的右端设置一个出液管，所述透明平板、包边框、模拟井筒的筒壁和出液管的筒壁共同围成一个密闭空间；所述模拟井筒顶部设置有进料口、模拟井筒的底部设置有卸料口，在模拟井筒壁上且朝向密闭空间方向均匀设置有多个筒壁射孔，所述进料口、卸料口和筒壁射孔相互贯通；在模拟井筒的进料口处设置有流量计和压力表；所述出液管顶部设置有回料口、出液管底部卸料口，在出液管壁上且朝向密闭空间方向均匀设置有多个孔眼，所述回料口、卸料口和孔眼相互贯通；在出液管的回料口处设置有流量计和压力表。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述的实验装置还包括数据采集控制板和计算机，所述实验装置所采集到的实验数据通过数据采集控制板传输至计算机。

3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述透明平板的长度为4m，高度为1m，厚度为4cm，两透明平板的间距可调，间距调整范围为：2-14mm；所述透明平板内壁面粘贴有塑料膜，所述塑料膜的表面粗糙度与实际施工层的全直径岩心的断裂面的粗糙度相同。

4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述两个透明平板上分别分布设置有15个-30个直径可调的滤失孔眼，所述直径的可调范围为：0.05-0.25mm。

5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述在模拟井筒上的筒壁射孔数目范围为：3个-14个；所述筒壁射孔的相位角范围为：30°-180°；所述筒壁射孔的孔径范围为：0-2cm。以上所述筒壁射孔的数目、相位角和孔径都是随实验的模拟环境不同而相应调整的。

6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述的透明平板上绘制有网格；所述网格中单个网格边长为0.5cm；所述的人工裂缝的底部设置有底座，在所述底座下部安装万向轮。

7.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述的实验装置还包括压裂液配制罐和输出泵；所述压裂液配制罐包括进料口、罐体、搅拌机、出料口和回料口，所述进料口和回料口设置在罐体的顶部，所述搅拌机设置的罐体的内部，所述出料口设置在罐体的底部；所述进料口分别与进水口和进砂口相连，所述进砂口采用球型阀控制进砂速度，最大进砂速度为500ml/s，所述出料口通过管线与输出泵的入口相连；所述输出泵的出口通过管线与人工裂缝的模拟井筒的进料口相连，所述压裂液配制罐的回料口通过管线与人工裂缝的出液管的回料口相连。

8.根据权利要求7所述的实验装置，其特征在于，所述输出泵包括螺杆泵和变频控制器，变频控制器与螺杆泵相连。

9.利用权利要求1所述的实验装置进行模拟支撑剂在裂缝中铺置的实验方法，其特征在于，步骤如下：

(1)根据相似原理，按现场施工中裂缝的宽度尺寸，计算实验所需支撑剂量、压裂液体积、压裂液粘度和实验排量；

(2)根据步骤(1)所计算出实验所需支撑剂量、压裂液体积和实验排量，准备压裂液及多种支撑剂；

(3)调整人工裂缝中2个透明平板之间的距离，使其与现场施工中裂缝的宽度一致；

(4)选取步骤(2)中的一种支撑剂与所述压裂液混合，搅拌成携砂压裂液，向人工裂缝中泵入携砂压裂液，即2个透明平板之间，形成循环回路；

(5)跟踪支撑剂在人工裂缝中的运移轨迹，计算支撑剂的垂直沉降速度及水平运移速度；

(6)停止向人工裂缝中泵入携砂压裂液，用相机记录在人工裂缝中支撑剂沉降所形成的砂堤的形态；

(7)清空并清洗人工裂缝，对沉降于人工裂缝中的支撑剂烘干称重，计算沉降于人工裂缝中支撑剂所占总支撑剂的质量比，单独更换其它支撑剂或压裂液，重复步骤(4)-(7)。

10.根据权利要求9所述的实验方法，其特征在于，步骤(2)所述的支撑剂为本领域常规支撑剂，优选不同粒度的卡博陶粒的任意2种以上；步骤(2)所述的压裂液为本领域常规压裂液；在步骤(3)中，还包括调整模拟井筒上的筒壁射孔数目、筒壁射孔的孔径和筒壁射孔的相位角：所述筒壁射孔数目范围为：3个-14个；所述筒壁射孔的相位角范围为：30°-180°；所述筒壁射孔的孔径范围为：0-2cm；在步骤(3)中，还包括人工裂缝的透明平板内表面贴置塑料膜，所述塑料膜的表面粗糙度与实际施工层的全直径岩心的断裂面的粗糙度相同；在步骤(3)中，还包括调整人工裂缝中两透明平板上的滤失孔的孔径大小；步骤(5)所述跟踪支撑剂在人工裂缝中的运移轨迹是采用高速摄像机对透明平板进行拍摄。