[发明专利]裂缝内支撑剂运移规律可视化实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，具体涉及一种裂缝内支撑剂运移可视化实验装置及方法。

背景技术

随着国内外油气需求的持续增长和常规油气产量的不断下降，包括页岩气、煤层气等非常规油气展现出巨大的资源潜力，而非常规油气资源的开发往往需要进行水力压裂等增产措施。水力压裂技术原理即压裂液的注入速度超过储层的吸收速度，导致井底压力大于储层岩石的破裂压力，储层张开并产生裂缝，接着注入带有支撑剂的携砂液，避免由于地应力的作用压裂裂缝再次闭合。由于支撑剂在裂缝中的沉降和运移规律影响支撑剂在缝内的铺置情况，从而影响人造裂缝的支撑导流能力，直接决定了压裂改造的最终效果。因此，研究支撑剂在真实裂缝内沉降和运移规律具有重要意义。

石油天然气行业标准SY/T6302-2009《压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》中公开了一种测试支撑剂充填层导流能力的方法，其中支撑剂采用均匀铺置的方法，不能模拟支撑剂在真实裂缝中的动态沉降和运移后的铺置形态。

现有技术中有一种用于模拟地层条件下支撑剂导流能力测试的动态铺置装置，装置能够模拟交联压裂液和支撑剂的混合液体在泵注过程中沿井筒进入地层逐渐加温的动态过程，并按一定的速率泵注进入导流室，实现动态铺砂。该装置不能模拟支撑剂在不同缝宽下的真实裂缝内的动态沉降和运移过程。

目前公开的用于模拟支撑剂在裂缝内沉降和运移规律的实验装置均未能模拟真实裂缝。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种裂缝内支撑剂运移可视化实验装置及方法，更为真实的模拟油气田开发中的压裂过程，可观察和记录支撑剂在真实裂缝中的运移规律。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种裂缝内支撑剂运移可视化实验装置，包括井筒模拟单元、裂缝模拟单元和地层模拟单元，

所述裂缝模拟单元包括两块对置的透明板，所述两块透明板之间设置有裂缝，所述裂缝的形态模拟真实的待测岩板裂缝；

所述井筒模拟单元连接在所述裂缝模拟单元的一端，设置有与所述裂缝连通的压裂液注入口通道，所述压裂液中携带有支撑剂；所述地层模拟单元连接在裂缝模拟单元的另一端，设置有与所述裂缝连通的压裂液排出口通道。

可选择地，所述裂缝模拟单元由以下方式制得：

以三维激光扫描待测岩板裂缝，利用得到的扫描数据进行三维建模，3D打印出裂缝面模具，浇筑得到中间夹设裂缝的两块透明板。

可选择地，所述两块透明板之间还设置有支撑框架和垫片，通过螺栓将所述两块透明板、支撑框架和垫片进行固定，通过更换不同厚度的垫片调节所述裂缝的宽度。

可选择地，所述支撑框架和垫片均为中空的框架结构，所述支撑框架在所述裂缝模拟单元的一端和另一端均设置有开口。

可选择地，所述压裂液注入口通道设置在所述井筒模拟单元的上侧，所述井筒模拟单元的下侧设置有与所述裂缝连通的余液排出口通道。

可选择地，所述压裂液注入口通道连接有螺杆泵及液罐，用于通过所述螺杆泵及液罐往所述裂缝内泵入携带支撑剂的压裂液。

可选择地，所述裂缝模拟单元设置有压力传感器，所述压力传感器设置在与所述裂缝与所述压裂液注入口通道的连通处和与所述裂缝与所述压裂液排出口通道的连通处对应的位置，以记录压力情况。

可选择地，还包括摄像机，用于对准所述裂缝模拟单元进行摄像。

一种裂缝内支撑剂运移可视化实验方法，包括：

选取待模拟地层的岩板，利用三维激光扫描仪对岩板裂缝表面进行扫描，获取岩板裂缝面的三维数据；

利用计算机对岩板裂缝面三维数据进行建模，通过3D打印技术打印出岩板裂缝面模具以及浇筑盒，用透明树脂浇筑出两块透明树脂缝板；

组装包括井筒模拟单元、裂缝模拟单元和地层模拟单元的实验装置；

将携带支撑剂的压裂液泵入所述井筒模拟单元，以使携带支撑剂的压裂液通过所述裂缝模拟单元后，从所述地层模拟单元的压裂液排出口流出；

通过高速摄像机实时记录所述支撑剂在裂缝中的铺置及运移，并通过压力传感器记录裂缝模拟单元入口端和出口端的压力。

可选择地，所述压裂液的实验泵入排量根据现场施工排量确定，公式如下：